绿色超高层建筑研究与探索_以武汉中心为例_田慧峰

DOI:10.16116/ki.jskj.2011.22.012

特别关注

The Special Focus

绿话“长三角绿色超高层建筑研究与探索

——以武汉中心为例

□ 中国建筑科学研究院上海分院 田慧峰 张欢 阮建清 孙大明

引言

现代高层建筑的发展是社会需求推动的。随着经济发展和城市化程度的提高，城市人口急剧增加，土地供应紧张，促使人们向高空发展，拓展生存空间，在极为有限的土地上建造更大面积的建筑，这是高层建筑及超高层建筑产生和发展的源动力。随着科技的不断进步，建筑技术也不断创新，使得建设超高层建筑成为现实。

1972年8月在美国宾夕法尼亚洲伯利恒市召开的国际高层建筑会议上，提出了超高层建筑的定义：40层以上，高度100米以上的建筑物。超高层建筑又可以按高度划分为两档，即100～200m和200m以上两档。

在短短几十年内，我国建设超高层建筑的速度是惊人的。超高层建筑的快速发展不仅提高了城市土地资源利用率，还显著提高了工作和生活效率，实现了资源高度共享，促进了建筑行业及相关产业的发展，也推动了科技的进步。

设计篇

但是，超高层建筑的能源和资源消耗量巨大，如果不能科学合理地设计、建造、运营，势必会造成能源和资源的浪费。在室内环境方面，考虑到安全性问题，超高层建筑多为密闭型，如果处理不当，会对建筑内人员的身心健康造成影响。另外，超高层建筑的建造也会对城市的区域风环境、光环境和热环境产生较大的负面影响，对广场、街道上的行人及交通安全构成威胁。

如何以最少的资源能源消耗带来最大的效益，同时保证良好的室内外环境，是超高层建筑在发展过程中亟待解决的问题。充分发展和利用绿色技术，在设计、建造、运营过程中注意节约资源、能源，保护环境，走可持续发展之路才是超高层建筑的发展方向。

3、绿色超高层建筑的可持续设计

绿色超高层建筑的可持续设计主要体现在以下几个方面：保护自然生态环境（减少能源和资源的浪费）；

改善区域城市环境（城市绿地、交通系统、人文环境、风环境、城市景观等）；

营造健康工作环境（结构安全的保证、空调系统的改进、防灾能力的提高、环保建材的使用、中庭绿化等）；

显著提高工作和生活效率；

实现资源高度共享，提高投资效益。

工程案例——武汉中心

绿色超高层建筑

1、项目概况

在节能、低碳和环保等理念、以及相关政策和市场需求等背景下，建设绿色超高层建筑已成为一种发展趋势。

武汉中心项目位于武汉市汉口几何中心的王家墩中心商务区西南角，东北、东面为核心区广场，西面为旅馆用地，南面为规划水体公园。该项目是实施CBD核心区开发战略的第一个项目，

1、绿色超高层建筑概述

绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源(节能、节地、节水、节材)、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。由于超高层建筑的特殊性，绿色技术在其上的应用显得更为重要，应使绿色技术充分地在超高层建筑上发挥作用，将其打造成绿色超高层建筑。

我国还没有对绿色超高层的专门定义，参照绿色建筑的定义，笔者对绿色超高层的定义如下：绿色超高层建筑是指在建筑全寿命周期内，比常规超高层建筑能耗显著降低、室内环境质量显著提高、建筑采光效果明显改善、对周围环境影响显著下降、高效稳定运行的低碳和可持续发展的超高层建筑。

是实现核心区功能最重要的组成部分之一。其效果如图1所示。

2、绿色超高层建筑的技术体系及特点

绿色超高层建筑技术主要包括以下几个方面：

节地与室外环境：通过发展公共交通、减少光污染、增大室外地面渗透等技术达到减小对室外环境的影响的效果。

节能与能源利用：通过优化围护结构、空调系统、照明、电梯等，以降低能耗、提高能源利用率。

节水与水资源利用：通过收集利用场地雨水、建筑中水，采用节水景观、节水器具等措施减少市政用水需求。

节材与材料资源利用：充分利用3R材料、土建与装修一体化、采用当地材料和高强度材料等。

室内环境质量：通过增强自然通风、选择高效空调系统、充分利用自然采光和低挥发性装修材料等措施改善室内环境。

运营管理：通过执行调试计划对各系统进行调试、对运行管理人员进行培训、利用能源分项计量系统记录建筑运行能耗情况，并及时发现存在的不足制定节能的措施以减少建筑运行能耗。

绿色施工：超高层建筑施工周期长，对周边环境影响很大，因此应充分减少水土流失、充分利用建筑废弃物等达到减小施工对环境的影响。

图1 武汉中心

武汉中心预计建成时间为2014年建成，总高度为438m，88层。总建筑面积355760m2；地上面积271770m2；地下面积83990m2，停车位1200个。项目将充分利用绿色技术，建造成绿色超高层建筑，其绿色建筑评级目标为国家三星级绿色建筑和美国LEED-CS金级。

表

1

武汉中心主要技术经济指标

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绿话“长三角武汉中心包括五星级酒店、VIP酒店式公寓、智能办公三大部分，同时包含会议中心、商业购物、360°观景台等。项目竖向功能分区如下：

冷热源：酒店客房区、酒店部分餐饮区等合用一个冷源系统，设备配置为400RT×4；酒店式公寓、办公、商业、酒店会务区等合用一个冷热源系统，配置为1800RT×3、600RT×2；另外利用裙房区域的桩基设置地源热泵系统，产生的热量与蓄能系统联合运行。

高效节能灯具：通过合理确定照明指标，选择高效节能型光源、灯具及附件来减少在照明上的电能消耗；设计高效的照明控制系统，避免照明能源的浪费。

建筑能耗模拟优化：采用能耗分析软件建立武汉中心模型，通过对围护结构、空调系统、照明系统等进行优化分析后，能耗

图2 武汉中心竖向功能分区

结果如表2所示。

表2 武汉中心能耗模拟结果

2、绿色技术应用

本项目力求创造一座具有生命力的富含充足阳光、空间、绿化和景致的高耸的城市有机体，在建筑中多层次地为使用者提供绿化空间，使该建筑成为绿色建筑技术与超高层建筑的完美结合。

针对绿色超高层建筑技术在武汉中心的应用进行详细的介绍。

从表2可以看出，经过模拟优化选择，高效建筑比基准建筑节能10%左右。单位面积耗电量降低20kWh/(m2/年)，能够降低能耗费用约20元/(m2/年)。

（1）节地与室外环境

室外交通组织：科学地进行室外交通组织规划，优化主要出入口布局，使城市公共交通系统得到最便利、最充分的利用。

绿化植物：植物均采用乡土或适合当地生长的植物，采用乔灌草结合的复层绿化。

屋顶绿化：武汉中心为超高层建筑，塔楼屋顶不宜设置绿化，项目在塔楼与裙楼连廊上部以及裙房屋面上设置了屋顶花园，常绿的植物，宽敞的高空视线，明亮的日光在密集商务会议间隙之时在自然环境中得到充分休息和调整。

透水地面：透水地面面积占室外面积的比例＞40%。建筑方位：若按照常规正南正北的布局方式，建筑只有1/4的南面朝向及1/4的良好景观面。因此将建筑顺应基地现状进行旋转45°，以获取更多的有利朝向与景观。最终方案将有1/2的南面朝向及1/2的良好景观面。

空调末端系统形式：项目通过空调末端系统方案进行技术性能比较和经济性能比较，通过对比分析，确定最优空调末端系统形式。

表3 空调末端系统方案比较

通过对比空调系统末端各方案，确定的最终方案为：办公部分区域采用全空气变风量空调系统，内区设置单风道变风量末端，外区设四管制风机盘管；酒店客房、公寓、商铺等小空间用房采用四管制风机盘管+新风系统；商业、宴会厅、大堂等大空间用房采用全空气定风量空调系统。

另外，在办公高区部分区域内区采用主动式冷梁系统，充分利用地源热泵产生高温空调冷水，提高地源热泵系统的运行效

（2）节能与能源利用

围护结构：项目的围护结构采用相对简约的单元式幕墙，更具现代气息和空间立体感，渐变错缝的方案比较好的统一了幕墙单元块尺寸，同时起到自遮阳的效果。

根据传热原理，笔者对外围护结构的热工性能进行了折算，外墙的当量传热系数为1.8W/m2·K，遮阳系数为0.3。在办公及酒店式公寓部分设置幕墙可开启扇。

率，外区设置四管制风机盘管。

（3）节水与水资源利用

节水器具：节水器具是项目实现节水目标的首要考虑因素。综合考虑绿标及LEED的要求，初定项目中应用的用水器具的节水要求如下：

座便器：两档式，不大于3/4.5升/次；

小便器：不大于1L/次，某些产品能做到0.5L/次；

水龙头：1.9L/分钟（如科勒，仕龙）（测试压力60 psi）；淋浴头： 不超过6.75 L/分钟，可选择6.6L/分钟（测试压力80 psi）；

厨房洗涤槽：不超过8.3L/分钟（测试压力60 psi）；中水系统：收集宾馆、酒店式公寓每天产生的大量可二次利

图3 武汉中心围护结构细节

用的中水，设置中水处理系统，用于办公区域室内冲厕。根据测

设计篇

算，中水原水量为326m3/d，冲厕部分中水，用水量为279 m3/d，原水量/用水量为1.17。设中水原水调节池910m3，中水处理设备处理能力为11 m3/h，连续24h运行，中水会用水箱为78m3。

染物超标，即可自动送风，实现室内环境的舒适健康。该智能监控系统还可监控大厦内的能耗情况。

楼宇自动化系统：设置楼宇自动化系统对空调系统、给排水系统、照明系统、电梯和冷热源系统的各种设备进行科学合理管理，达到节约人力、节约能源和减少维护费用的目的。

智能照明控制系系统：在“武汉中心”的高档办公室及酒店高级套房、宴会厅等场所可以设置智能照明控制系系统。根据各个区域的不同功能、每天不同时间段要求、室内亮度值等，不仅可以实现调光控制，还可以预设许多灯光场景，根据预设参数自动调

图4 酒店废水回收利用示意图

用相应场景或保持恒定的亮度。酒店客房走道灯光夜间人流减少时可以根据客人的脚步声自动调节灯的亮暗。高档办公室的灯光亮度可以根据不同时段日光对室内的辐照进行自动调节。

雨水回用：武汉地区雨水充沛，年降雨量1800mm以上，收集的雨水用于室外绿化浇灌。室外绿化浇灌用水首先采用雨水作为水源，在雨水不足的情况下采用中水系统，而在中水系统水量不足的情况下采用市政水。由于中水系统的相对稳定性，基本上可保证景观灌溉用水不采用市政水。

（7）绿色施工

（4）节材与材料资源利用

灵活隔断：办公区域可变换功能的室内空间，30%以上功能区域采用灵活隔断；高性能钢、高性能混凝土：钢筋混凝土主体结构使用HRB400级（或以上）钢筋作为主筋占总量的70%以上；

可循环材料的使用：可再循环材料的使用率达到10%以上；

土建与装修一体化设计施工：施工前进行装修图纸设计，避免施工后再设计装修图纸，从而带来不必要的挖洞等麻烦和材料的浪费。

另外，在设备采购时需要执行《绿色建筑材料及设备采购控制计划》，满足采购要求。需尽量购买武汉当地材料，同时采购VOCs等有害物质挥发较少的材料。从而尽量减少室内污染物。

在我国的快速城市化进程中，充分发展和利用绿色技术，在设计、建造、运营过程中注意节约资源、能源，保护环境，走可持续发展之路，建设绿色超高层建筑是必经之路。

本项目同样需要在施工前期制定绿色施工各项计划书，包括《水土流失控制计划》、《施工废弃物管理计划》和《施工期间IAQ管理计划》等。同时还需要收集施工期间的各项资料。

结语和展望

（5）室内环境质量

室内空气质量监测系统：大厦内部装有智能环境监控系统，可监控室内的温度、光照度，也可监控室内的二氧化碳等气体及污染物的浓度。一旦发现污染物超标，即可自动送风，实现室内环境的舒适健康。该智能监控系统还可监控大厦内的能耗情况。

室内采光：项目外围护结构采用高透光玻璃，外围护结构的窗墙比约50%~60%之间，可保证室内良好的采光和视野。

新风量：项目主要功能房间的新风量综合考虑国家《公共建筑节能设计标准》及LEED的要求，满足LEED-CS中IEQc2增强新风的要求，即在ASHARE90.1-2007 中规定的通风量基础上提高30%。

绿色建筑技术在超高层建筑中的应用体现在节地与室外环境、节能与能源利用、节水与水资源利用、节材与材料资源利用、室内环境质量、运营管理、绿色施工等方面。

由于超高层建筑的特殊性，其绿色评价标准应高于常规建筑，采用的绿色技术水平也将高于常规建筑。现在，《绿色超高层建筑评价技术细则》正在编制中，该

细则的发布和实施将对于我国超高层建筑的建设起到很

好的引导和规范作用，促进绿色超高层建筑建设工作的

健康发展。C

（6）运营管理

运行调试：超高层建筑调试非常复杂，需要经验丰富的调试团队来完成。绿色顾问提出LEED的调试要求，由项目调试团队来制定详细的调试技术，包括基本调试和全面调试，并最终完成调试的全部资料收集，确保各系统运行良好。

智能环境监控系统：大厦内部装有智能环境监控系统，可监控室内的温度、光照度，也可监控室内的二氧化碳等气体及污染物的浓度。一旦发现污

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