上海中心大廈公共區域環境運維效果動態評估分析

孫 峻，李鵬魁 ，梁 云（.上海中心大廈建設發展有限公司， 上海 000；.上海市建筑科學研究院有限公司，上海 008）

上海中心大廈積極響應國家“碳達峰、碳中和”重大國策，作為超高層摩天大樓，是一個資源高度集約化、能源高度節約化，實現人、建筑、城市與自然和諧共存的綠色城市標志性建筑。項目在運維管理階段，志在構建“環境分析—性能優化—智慧運管”的綠色高效模式。項目將建立超高層建筑節能精細化管理信息平臺，利用大數據手段制定節能相關優化策略，為超高層樓宇的精準化管控、運營成本節約等方面提供數據與策略方面的技術支撐與應用示范。

結合上海中心大廈項目綠色高效運維管理模式中的環境分析，對項目公共區域 52 F 中庭溫度垂直梯度和走廊區域照度進行實際測試，分析其公共區域中庭溫度垂直梯度和公共區域走廊照度的實際效果，為上海中心大廈乃至世界上其他超高層建筑公共區域節能運行提供借鑒。

1 項目概況

上海中心大廈位于上海市浦東新區陸家嘴金融貿易區，是 1 幢建筑總高度為 632 m 的超高層建筑。該建筑地上 127 層，地下共 5 層，總建筑面積為 57.8 萬 m2，是集辦公、餐飲、商業、酒店、觀光、休閑、娛樂為一體的超高層綜合體。

2 項目綠色技術理念

項目秉持垂直城市全過程可持續發展理念，提出“體現人文關懷、強化節資高效、保障智能便捷”的綠色超高層建筑技術特色理念，以實現“室內環境達標率 100%、非傳統水源利用最大化、可再循環材料利用率超過 10%、綠色施工和智能化物業管理”為技術目標，尋求破解超高層建筑發展過程中面臨的“環境、交通、資源與心理”等技術難題。通過十余年的不懈努力，最終在節地與室外環境、節能與能源利用、節水與水資源利用、節材與材料資源利用、室內環境質量、運營管理等綠色建筑指標體系方面全部達到三星級綠色建筑的技術要求。上海中心大廈最終成為世界超高層綠色建筑的典范。經過系統的技術攻關，產生了大量的創新性技術，其中與超高層建筑特征密切相關的、有典型性的、創新性突出的技術可匯總為 9 大技術體系[1]，包括室外風環境影響控制技術、室外光污染控制技術、幕墻節能技術、多能源復合技術、雨中水回用技術、結構優化技術、自然采光強化技術、綠色建筑施工全過程管理技術和基于 BIM （建筑信息模型）云平臺運管技術。

2.1 室外風環境影響控制技術

優化上海中心大廈平面布局，提供舒適的室外人行區風環境，改善周邊建筑群的微氣候風環境，是上海中心大廈管理必須解決的主要問題之一。

上海中心大廈除采用風洞試驗研究風對建筑負荷的影響之外，還借助于計算機 CFD（計算流體動力學）模擬手段，對全年各季節主導風向情況下的室外風場進行了模擬計算分析。模擬分析過程采用局部加密，網格總數≥189 萬個。

通過對上海中心大廈全年各季節主導風向情況下的室外風環境模擬分析發現，在典型工況下，上海中心大廈人行區1.5 m 高處風速＜ 5m/s，風場基本無渦流、滯風現象，滿足室外活動的舒適性要求。

2.2 室外光污染控制技術

上海中心大廈塔樓地上 127 層，高度 632 m，采用內外分離的全玻璃幕墻構造方式，必須進行幕墻玻璃光反射影響控制，以降低建筑對周邊光環境影響程度。

根據模擬分析結果，上海中心大廈建筑外幕墻確定選用交錯方案。為控制玻璃的太陽光反射比，上海中心大廈外幕墻最終選用 12 mm 超白玻璃＋Low-E 透明 SGP 膠片＋12 mm 超白玻璃組合，玻璃可見光反射率被控制在 12%以內。

2.3 幕墻節能技術

為解決常規玻璃幕墻建筑能耗高、室內熱舒適環境較差的問題，針對上海中心大廈提出一種新型內外 2 層分離式玻璃幕墻的幕墻構造方式。2 層幕墻之間天然形成生物氣候緩沖區，通過外幕墻控制太陽輻射、內幕墻控制熱量交換，再配合多種遮陽手段，可直接減少內幕墻以內區域和外界的直接熱交換，全面提升幕墻的氣候自適應能力，建筑供暖與空調能耗需求得到有效降低。此外，雙層幕墻還具備降噪隔聲功能，能屏蔽一部分的雷電轟鳴及外界噪聲，給內層幕墻內區域活動的人們提供安全感和靜音環境。

2.4 多能源復合技術

為提升建筑能效水平，節省建筑能源運行費用，上海中心大廈引入三聯供和地源熱泵技術，創建了“三聯供＋吸收式制冷＋電制冷＋地源熱泵＋冰蓄冷＋燃氣鍋爐＋免費供冷”的多能源高效復合系統。

為實現多能互補能源梯級利用系統的高效低成本運行，通過對上海中心大廈進行全年建筑冷熱負荷、電力負荷和熱水負荷需求分析，并結合空調全年部分負荷需求下的運行策略分析，最終實現了設備系統的優化配置。

2.5 雨中水回用技術

為有效節約水資源，上海中心大廈采用了建筑雨中水綜合利用技術。項目塔樓建筑面積大，酒店有充足的優質雜排水，項目收集酒店優質雜排水用于中水處理回用，同時收集塔樓立面屋面雨水，經處理后回用于低區辦公樓、裙房、地下室的沖廁、綠化澆灌、道路和地下車庫沖洗等。

本項目中水原水收集、處理系統分為 2 套，一套設置在66 F，負責收集處理 66 F 以上的中水原水；另一套設置在 B 5，負責收集處理 B 5～65 F 的中水原水。66 F 中水儲水箱通過傳輸泵向 83 F 中水箱供水，然后利用重力減壓方式向下供水，B 5 中水儲水箱通過傳輸泵向 6 F、20 F、35 F 中水箱供水，然后利用重力減壓方式向三、二、一區裙房、地下室廁所、地下室沖洗地面、室外綠化澆灌、室外場地沖洗及水景補水。

2.6 結構優化技術

為實現建筑幾何造型的最優化設計，上海中心大廈借助風洞試驗對大樓外形進行了多輪空氣動力學優化，最終確認建筑整體扭轉 120° 是上海中心大廈美學與風工程學的最佳結合點。風洞試驗顯示，優化后最終確定的幾何造型，以基底傾覆彎矩為指標，與最初設計造型相比，風荷載降低約24%。

2.7 自然采光強化技術

為營造良好的天然采光環境，上海中心大廈項目主要采取了以下措施。

（1）主要功能區全部布置于外區，優化室內房間布局。

（2）建筑外圍護主要采用玻璃幕墻，并采用透光性能良好的玻璃，實現室內天然采光的效果。各朝向外幕墻的可見光透射比達到 84%，內幕墻的可見光透射比為62%～84%。

（3）利用下沉式廣場，引入自然光。

天然采光效果采用 ECOTECT （可持續建筑設計及分析工具）建模，采用 Radiance 進行模擬分析。計算過程中，采用蒙特卡洛算法優化反向光線追蹤算法，計算條件根據GB 50033—2013《建筑采光設計標準》設定，對采光最為不利的低樓層辦公標準層和酒店客房進行了分析，該項目滿足現行國家標準 GB 50033—2013 要求的面積比例—達到 95.2%。

2.8 綠色施工全過程管控技術

上海中心大廈建設周期長，施工要求高。為確保綠色建筑三星級目標的實現，從施工伊始即引入全過程施工跟蹤管理體系，制訂專人負責綠色施工管理并定期評估的方案，在施工過程中最大程度優化施工方案，降低對周邊環境的影響。施工過程中形成的創新性技術成果有：① 形成鉆孔灌注樁新型成樁工藝體系；② 采用塔樓順作、裙房逆作施工工藝；③ 主樓底板 60 000 m3混凝土一次澆筑成型；④ C 60 實體結構混凝土一次泵送 582 m；⑤ 主樓核心筒鋼平臺整體液壓爬升施工；⑥ 主體結構與外圍柔性連接滑移支撐體系；⑦ 全過程數字化建造技術應用等。

2.9 基于 BIM 云平臺運管技術

上海中心大廈充分發揮了 BIM 技術。

（1）在設計階段，各參與方通過 BIM 平臺進行圖紙交接，通過 BIM 實現參數化設計、可視化設計、協同化設計和定量化設計，獨特的玻璃幕墻體系 120° 的扭轉，外幕墻玻璃尺寸的歸一化處理，都借助于 BIM 設計模型的實現。

（2）施工過程中，充分發揮 BIM 的三維空間模擬功能，結合時間進度安排，實施了構件預加工、數字化預安裝、精細化施工、現場檢測監控以及控制施工成本和工程進度。

（3）運行階段，上海中心大廈在原有施工 BIM 的基礎上，整合中央集成管理系統（IBMS）和物業實施管理（FM），形成了基于 BIM 的云平臺運管體系，實現設備設施實時數據的聯動展示，為物業管理等工作提供了統一的信息，形成了運營階段的智能化＋信息化應用雛形，并在此基礎上實現 BIM 運營模型應用、設施設備統一編碼、物業巡檢管理應用、宏觀中觀微觀的面向角色管理、基于場景的調度決策管理等應用。

3 項目建成環境及運維效果動態評估分析

3.1 52 F 中庭溫度垂直梯度測試

在項目運行階段，項目團隊對 52 F 西向中庭溫度垂直梯度進行測試。

（1）測試目的：通過對中庭垂直梯度測點的溫度數據采集，了解上海中心大廈中庭的垂直梯度溫度特征。

（2）測試時間：選定晴朗天氣，測試時間從 9：00 到17：00，對應于商務辦公的主要工作時間段。

（3）測試工具：氦氣罐、氣球、溫度自計議、繩子和卷尺。

（4）測試精度：±0.6 ℃。

（5）測試量程：﹣30～60 ℃；

（6）測試方法及內容：采購氦氣罐 2 個、定制氦氣球1 個、繩子 1 根和溫度自計儀 17 個。現場使用氦氣罐對氦氣球進行充氣，氦氣球頂部綁定 1 個溫度自計議，同時將 16個溫度自計儀按測點位置綁定在 1 根繩子上，繩子系在氦氣球下方，利用氦氣球將繩子拉升至中庭頂部，對中庭內垂直梯度空氣溫度進行測量。在中庭未開空調工況下測試 1 d。

（7）測點位置：測試 5 區西向中庭。5 區中庭高度為64.7 m。中庭垂直梯度設 17 個測點。測點具體位置：高度方向 1 m、2 m、3 m 各設置 1 個，共 3 個；3 m 以上每層高 1.5 m 處設一個測點，共 13 個；頂部設一個測點。測試結果如圖 1 所示。

由圖 1 可知，總體上，無論任何時間段，中庭的溫度均呈現出隨高度增高而升高的趨勢，符合高大空間溫度場分布規律；0～7.5 m 高度范圍內的溫度升幅較 7.5 m 以上空間更為明顯，經分析可能是由中庭門縫有相對較多的冷空氣滲入并積聚在底部空間導致。本次測試的中庭位于大廈西側，中庭最高溫度出現在 15:00～ 16:00 的時間段，10:00～16:00 溫度升高趨勢總體較平穩，但 16:00 過后總體溫度快速下降。測試當天天氣為多云，太陽輻射體感不明顯，但仍能為中庭底部到頂部帶來 5～6 K 的溫差，若測試季節為夏季晴好天氣，考慮中庭底部門縫冷氣滲入，中庭底部到頂部可能會有更高的溫差。上海中心大廈中庭空調運行策略可根據測試結果進行精細化調整，在冬春過渡時期，中庭人行區不開空調也可以滿足人體舒適度要求。

3.2 走廊區域照度測試

在項目運行階段，項目團隊對公共區域走廊進行了照度測試。

（1）測試目的：測量上海中心大廈走廊部分正常工況下照度值，并與設計值進行對比，確定照度產生與設計值偏差的因素。

（2）測試范圍。辦公區- 轉換層：37 F、52 F 西側大堂及其他方向走廊；標準層：38 F、53 F 西側大堂及其他方向走廊；設備層：50 F、66 F 四周走廊。

地下室—商業區：B 2 F、B 1 F 北側走廊。設備房：B 1 F、B 2 F，Y 7 Y 8 電梯廳臨近走廊。

（3）測試工具：照度護照—標準版、卷尺。

（4）測試精度：±3%。

（5）測試量程：5～50 000 lux。

（6）測試方法及內容：轉換層與標準層大堂中央區域選取 5 m×5 m范圍，并劃分成 1 m×1 m 方格。測量每個方格中心處貼近地面的照度，所有方格照度取平均值。走廊區域選擇沿中心線，每 2 m 測量一次地面照度，求平均值。

B 2 卸貨平臺通道和 36 F 避難層走廊平均照度測試結果較 GB 50034—2013 中普通走廊照度偏高。卸貨平臺通道和避難層走廊墻體均為簡單刷白，反射率較高，有利于保障地面照度。可在現有基礎上適當關閉部分燈管，使照度僅滿足50±5 lux 即可。

10 F 和 36 F 核心筒外走廊平均照度測試結果較 GB 50034—2013 中高檔走廊照度偏高。可通過調節格柵嘗試使照度達標，但調節格柵無法帶來節能效果，亦可通過減少燈珠以達到節能的效果。

37 F 和 52 F 轉換層扶梯旁走廊平均照度測試結果較 GB 50034—2013 中高檔走廊照度偏高。轉換層扶梯旁的大空間走廊周邊存在部分敞開式商業，部分測量點位受其影響導致照度高，可考慮借助這一部分租戶區的照明來減少燈管開啟的數量以達到節能的效果。

4 結 語

（1）通過對上海中心大廈 52 F 西向中庭溫度垂直梯度的測試發現，中庭的溫度呈現出隨高度增高而升高的趨勢，0～7.5 m 高度范圍內的溫度升幅較 7.5 m 以上空間的更為明顯。在冬春過渡時期，中庭人行區不開空調也可以滿足人體舒適度要求。

（2）對走廊區域照度測試。公共區域走廊照度較標準偏高，可采取減少核心筒一側燈帶中燈珠數量、減少燈管開啟數量等措施，達到公共區域照明節能運行的目的。