基于生態化與數字化的既有高層辦公建筑改造研究

張典

（同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司）

1 引言

現代化辦公建筑在設計改造過程中，不僅要求整體辦公環境更加人性化，還要求其整個辦公空間的功能更加豐富。因此，在設計改造過程中，要求整體建筑具有生態化和數字化特點，確保整體環境更加優雅舒適，同時節能環保，并且能夠滿足多種辦公要求。改造人員應充分結合既有建筑的實際特點，對其空間合理調整，并在其中增加智能化程序，有效提高辦公區域的改造質量。

2 項目概況

本文以深圳證券交易所改造項目為例進行分析，項目位于南山區，建筑總體高度為147.2m，共37層，其中12 層、24 層為避難層，根據避難層劃分，12層以下為低層區；12 層～24 層為中層區；24 層以上為高層區。整體建筑結構為框架—核心筒結構，內部主要為業務用房、辦公用房及相關配套服務用房。

該項目的主要問題有三方面：

1）功能方面

①該建筑中的電梯數量較少，難以滿足使用需求，尤其低區的人流量較大，電梯數量存在嚴重不足的情況。②建筑中辦公區域單一，缺乏綜合使用功能，且整體空間中缺乏景觀設計，人文性不足。③空間混亂且交流不足，電梯的使用較為混亂，不同人流線混雜使用電梯，使電梯使用效率降低。建筑低、中、高層區域的溝通性不足，使空間使用率降低。

2）技術方面

既有建筑整體功能較為單一且不具備智能化控制系統，不能有效監測環境變化情況，因此無法完成樓宇自動控制管理，存在能源浪費嚴重的情況。

3）材料方面

既有建筑中缺乏生態性，并且內部的碳排放量相對較大，與當前碳排放管理要求不符。且部分區域建筑材料選擇不合理，主要為混凝土和玻璃等，缺乏生態材料，不利于提高建筑節能環保效果。

3 生態化與數字化下的項目改造設計

3.1 功能設計

在功能設計過程中，首先，針對電梯問題，既有建筑中原本電梯數量無法滿足使用要求，應結合建筑不同層區的人流量計算，確保電梯數量能夠滿足在高峰期30min 以內完成90%人員的運送要求，不同層區電梯數量分別計算和調整[1]。計算完畢后，使用BIM 系統模擬分析，確保電梯能夠滿足建筑使用需求（見圖1）。

圖1 電梯測算報告

其次，針對辦公區域功能單一問題，在改造時應重新設計相關區域的功能，以提升空間的實用性。如更換拍賣大廳位置，移動到展區附近，該區域更加開闊。有利于緩解人流擁擠的情況，同時增加展區的人流量。改造建筑1、2層空間，增加其開放性，將其與城市風格相融合，同時適當增加不同服務空間區域，如接待區、等候區等。此外，為提升空間生態性，可以利用屋頂空間或1、2層空間，設置專門的生態花園空間，提升整體辦公建筑的生態性和美觀性。

最后，針對空間混亂且交流不足的問題，將專家流線、內部人員流線和外來辦公人員流線區分開來，并分別設置相應的電梯，避免出現電梯混用現象，提高專用電梯的使用效率，解決交通流線混亂情況。同時在三個層區設置相應的轉換層電梯，保障不同層區的人員能夠順利進入其他區域，從而實現不同區域的互動，進而提高建筑的使用效率。

3.2 系統設計

為符合可持續發展要求，在既有高層辦公建筑改造過程中，應合理優化系統功能，增加智能系統，構建智慧建筑，從而有效減少能源的消耗，實現零碳排放，同時加強環境監測管理效率。

在能源系統改造設計時，原本建筑中產生能源消耗的主要因素為用電系統，以往用電系統由人工控制，部分區域設置聲控或光控照明設備。此類型照明設備具有一定的節能作用，但具體的節能效果仍不理想。在改造時，在整個建筑樓宇中安裝全面的監督和控制網絡，并與智能控制系統相連接，通過全面的感知和監控，分析建筑室內的人、物、事的位置、狀態和相關參數，并結合實際情況制定調整方案，完成能源的調度管理工作，為辦公人員提供更加便捷且人性化的服務。以照明系統為例，樓宇能源系統中的用電控制模塊與電源控制設備連接，系統收集樓宇內部所有場景中的照明情況，分析當前室內亮度情況、室內人流及活動情況以及照明時間需求等，控制電源開關時間。在監控時，應精確到每一個用電設備的電量消耗情況，通過嚴格控制每一度電，有效實現能源的節約管理。

同時，為滿足建筑對電能的需求，在改造時，充分利用建筑頂層空間，安裝太陽能光伏板，實現屋頂發電。同時設置風力發電系統，與光伏板系統連接，構建風光互補發電系統，有效滿足建筑需求，同時提高建筑空間的利用率。

在智慧監測體系構建時，除電能系統外，應建設環境立體綜合監測體系，感知建筑周圍空氣、環境等變化情況，在異常情況出現時，及時發出警報[2]。如對室內外空氣質量進行檢測，發現室外空氣污染加重時，上報控制中心，智能系統分析該污染對室內空氣的影響，調整室內外空氣交換系統，避免空氣污染影響辦公人員的體驗感。同時檢測室內空氣環境，定位空氣污染點，并開啟新風系統完成空氣置換，使室內始終處于適宜狀態。

3.3 材料設計

原建筑中大量使用鋼筋混凝土和玻璃材料進行構建，生態效果不理想。在對其進行改造時，應合理利用生態材料和零碳、負碳材料，中和建筑碳排放。①大堂立面。使用一種高性能竹基纖維復合材料——竹鋼裝飾大堂立面。該材料的強度更高，且具有韌性，整體性能較為穩定。同時該材料能夠代替木質材料，有利于保護森林資源，促進竹產業發展，助力負碳產業[3]。②電梯廳立面。使用陽極氧化鋁/沖孔鋁板材料裝飾電梯廳，該材料的耐腐蝕性、耐磨性、耐候性和裝飾性能良好，并且能夠抵抗紫外線照射，具有較強的實用性。③地面。適合用環氧水磨石代替原材料，其不僅防滑防塵功能強，同時硬度較大，有效降低破碎損壞故障概率。④公共空間天花板。改造時可以使用鋁單板代替原本材料，鋁的耐久性和抗腐蝕性能較強，并且具有良好的自潔功能，功能性良好。同時鋁材支持回收再利用，環保性能較強。

4 高層辦公建筑改造中的技術應用

4.1 BIM技術應用

在建筑改造過程中，為確保建筑相關結構、功能設計的合理性，可以使用BIM 技術構建相應的建筑信息模型，通過模型的直觀性和模擬性以及優化性等功能，為改造設計工作提供便捷工具，有效提高實際的工作效率。改造設計人員應將原建筑的所有數據上傳到BIM 技術的數據庫中，構建原本的建筑模型。并將改造部分數據輸入到系統中，通過數據的整合和推演，形成改造后的數據內容。通過建筑功能模擬，檢驗改造后的建筑功能是否符合實際需求，若存在異常，需要對改造部分進行調整優化。如項目電梯改造過程中，使用軟件計算電梯需求數量，并在建筑的相應位置增加電梯。調整模型參數后進行模擬實驗。將環境設置為高峰階段，計算是否能夠在30min以內完成90%以上的人員配送工作。根據實際的模擬情況，對電梯的相關數據進行合理調整，確定符合要求后，生成設計圖紙，完成該區域的設計工作。

4.2 智慧系統構建

智慧樓宇建設是當前建筑設計和改造的主要趨勢，通過增加智能控制系統，有效加強對建筑空間的控制效果，使建筑更具生態性、環保性、節能性、宜居性。在構建智慧系統的過程中，一方面，應打造智能空間服務平臺。融合大數據技術、云計算技術、智能技術等，構建多功能控制系統，并投射到控制中心中，便于管理人員進行控制[4]。另一方面，結合辦公建筑的實際需求，構建混合辦公模式。將建筑進行分區，并結合該區域的需求情況，設置相應的功能控制參數。如項目中照明系統控制中，辦公區域下班后無人狀態下可以完全關閉照明設備，以節約用電。在公共區域中，無人狀態下同樣不能直接關閉電源，可通過調整照明亮度的方式實現節能目標，同時維持建筑相關功能要求。

4.3 生態材料選擇

在高層辦公建筑改造過程中，應充分結合中央印發的做好碳中和工作的意見內容，合理改造建筑功能和材料使用情況。

一方面，構建可持續發展建筑，通過智能樓宇系統，有效降低能源消耗和浪費現象。在構建智能能源控制系統的同時，應增加信息通信系統，加強對當前不同環境能源使用情況的識別效果，高效識別能耗較大的項目，并制定節能運行控制方案。支持遠程控制操作，用戶能夠借助監控體系了解當前的能源耗費情況，并遠程操控關閉設備，有效提高節能效率。

另一方面，應充分利用生態材料，減少碳排放或通過使用負碳排放材料中和建筑的碳排放量，提高建筑的生態性。生態材料具有環保無污染、節約能源、健康舒適等特點，在現代化建筑中的應用頻率較高。常見的生態材料包括三種：其一，自然材料，如竹制材料、木質材料等，此類材料的環保性能較強，并且此類材料在建筑中使用時，能夠為室內人員提供良好的體驗感，如在建筑改造時，在辦公室內部鋪設木質地板等。其二為新型金屬材料，通過不同工藝技術制造的金屬材料，如復合金屬板、沖孔鋁板等，此類材料耐用性較強，大多可回收，且成本較低。其三為涂料，建筑改造裝修時，可以使用無污染水性涂料，減少裝修污染的同時，提高材料的使用壽命。

5 結語

綜上所述，在“雙碳”背景下，為使建筑更具環保性和便捷性，應充分結合建筑實際需求，借助BIM技術、智能技術等進行優化，確保建筑功能滿足使用者要求，同時符合建筑改造設計趨勢。