綠色辦公建筑創(chuàng)作研究——以南京某綠建大廈為例

馬京濤 袁朵/MA Jingtao, YUAN Duo

圖1 方案一第二輪鳥瞰

圖2 方案設(shè)計(jì)過程CFD模擬分析

表1 南京氣候特點(diǎn)與對(duì)應(yīng)技術(shù)措施分析

1 項(xiàng)目概況

南京市某綠色辦公建筑項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱綠建大廈）位于南京市鼓樓區(qū)國際服務(wù)外包產(chǎn)業(yè)園內(nèi)，地塊北側(cè)為南京市東西向主要道路之一漢中門大街，東南側(cè)為園區(qū)內(nèi)部道路，西側(cè)為長(zhǎng)江支流夾江以及沿江快速路，有大面積的城市綠化。地塊面向東南一側(cè)最長(zhǎng)，另外兩側(cè)稍短?？傆玫孛娣e6 703.31m2，其中建設(shè)用地面積5 386.47 m2，規(guī)劃為科技研發(fā)用地，容積率3.2。

在《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的框架下，設(shè)計(jì)師從分析城市以及區(qū)域的環(huán)境特點(diǎn)入手構(gòu)思方案，并把“外部環(huán)境—建筑—內(nèi)部使用者”整合思考作為原則，依據(jù)因地制宜、氣候?qū)虻脑O(shè)計(jì)方法構(gòu)建技術(shù)策略體系，主要從節(jié)地、節(jié)能等幾個(gè)角度出發(fā)，將技術(shù)措施融合在建筑方案創(chuàng)作中。

2 綠色設(shè)計(jì)策略

南京因地處長(zhǎng)江流域夏熱冬冷地區(qū)，氣候特點(diǎn)可以歸結(jié)為：四季分明，夏季炎熱，冬季濕冷，過渡季時(shí)段長(zhǎng)，過渡季雨量充沛，濕度較大。太陽總輻射量一般，但直射輻射量相對(duì)較高。

根據(jù)南京市的氣候特點(diǎn)在宏觀和微觀兩個(gè)層面確定了綠建大廈的適用綠色策略（表1）。在宏觀層面根據(jù)南京市的溫度、濕度、日照、風(fēng)力、降水等條件把自然通風(fēng)采光、雨水收集、屋頂綠化、太陽能利用、外遮陽等作為綠色辦公建筑方案創(chuàng)作構(gòu)思中的重要因素。同時(shí)，摒棄氣候適應(yīng)性弱、高投入低產(chǎn)出的綠色策略，例如單純的內(nèi)遮陽、圍護(hù)結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度的隔熱保溫等。

微觀上，根據(jù)設(shè)計(jì)的建筑布局、功能、構(gòu)造以及建筑當(dāng)?shù)氐木植繗夂驙顩r、風(fēng)力與地表水資源、可綠化率、適應(yīng)性物種等微觀因素，確立微環(huán)境改善的技術(shù)策略。利用流體動(dòng)力學(xué)（CFD）模擬分析建筑的風(fēng)、熱、輻射等微觀環(huán)境，以確定室內(nèi)外空間的舒適指數(shù)（圖2）。

分析地塊本身?xiàng)l件，場(chǎng)地出入口只能布置在東南向園區(qū)內(nèi)部道路上，此朝向安靜且無明顯遮擋，便于利用充足的陽光；東北側(cè)漢中門大街交通流量較大，綠化 隔離帶雖能遮擋一部分交通噪音，但作用不明顯；西北一側(cè)面對(duì)長(zhǎng)江支流夾江，之間并無其他高層建筑遮擋，視線開闊，也可直接受到來自江面氣流的影響。在建筑方案創(chuàng)作中除了要根據(jù)地塊的這些基礎(chǔ)條件合理布置總圖及梳理交通外，還需要結(jié)合綜合技術(shù)策略統(tǒng)籌考慮平面功能使用要求、立面風(fēng)格特點(diǎn)以及形態(tài)的可識(shí)別性要求等問題。

3 總體布局及主要設(shè)計(jì)思路

圖3 方案一第一輪鳥瞰

圖4 方案二第一輪鳥瞰

圖5 方案二第二輪鳥瞰

圖6 方案一平面布置示意

根據(jù)這些分析判斷，初步確定了兩種總圖的布局方向。方案一從節(jié)約用地保證景觀綠化面積出發(fā)，摒棄了高層建筑常見的主體加裙樓的做法，將常規(guī)布置在裙樓中的大空間移至地下一層，以緩解首層入口廣場(chǎng)的場(chǎng)地緊張。主體建筑采用薄板造型并盡量貼近西側(cè)用地邊線，首層除入口門廳以及豎向交通外全部架空，將大面積的用地留給景觀綠化以及廣場(chǎng)，也保留了地下一層直接利用自然采光和通風(fēng)的可能（圖1、3）。

方案二的思路則是在可建的用地范圍內(nèi)盡量地?cái)U(kuò)大平面占地，通過建筑內(nèi)部中庭位置及形態(tài)的變化形成立體的共享空間，共享空間中集成了交通、休憩、展示等功能。這也是現(xiàn)代辦公建筑常用的一種平面組織形式（圖4、5）。

兩種方案思路受到各種因素的影響，均經(jīng)歷了兩輪的深化討論過程，其中最大的影響來自規(guī)劃條件的變化，西側(cè)用地邊界的退距在第一輪方案結(jié)束后由原來的不做限制調(diào)整為15m，這使本來局促的用地更加地緊張，也給方案的總圖布置帶來了更大的難題。方案一因?yàn)檎嫉孛娣e較小變動(dòng)不大，方案二則幾乎呈顛覆性的修改。第一輪方案結(jié)束后根據(jù)甲方的要求遵循方案一的總圖設(shè)計(jì)思路又做了第三方案提供參考。

3.1 方案一

方案一的總體布局及主要設(shè)計(jì)思路一直貫穿始終，第二輪的方案調(diào)整除了根據(jù)規(guī)劃條件對(duì)平面進(jìn)行修改外，主要是結(jié)合技術(shù)措施調(diào)整立面風(fēng)格。方案一主體建筑采用薄板型平面減小建筑進(jìn)深，為爭(zhēng)取自然采光和通風(fēng)確定了基礎(chǔ)（圖6）。兩個(gè)核心筒在短邊兩側(cè)靠近外墻布置，為中間的辦公部分留出連續(xù)空間，既保證了結(jié)構(gòu)布置合理有效，減少了結(jié)構(gòu)成本，同時(shí)也提高了平面的使用 效率（圖7）。

方案一采用首層架空的手法使得入口廣場(chǎng)得以延伸至建筑底部，形成一個(gè)相對(duì)開闊的灰空間。與場(chǎng)地西側(cè)的沿江綠帶相連通，以使空 氣能夠由此穿過建筑，改善入口廣場(chǎng)的局部微環(huán)境（圖8）。

圖7 核心筒位置分析示意

圖8 架空層部位通風(fēng)示意

在入口廣場(chǎng)設(shè)置扶梯和樓梯分別直通二層以及地下一層，一方面在用地緊張的情況下解決了主要公共空間的人流引導(dǎo)及疏散問題，使原來需集中在首層大堂室內(nèi)解決的功能得以分散至外圍，提升了二層以及地下一層的空間價(jià)值和利用效率；另一方面也豐富了入口廣場(chǎng)的空間變化，使得這一空間成為整個(gè)建筑的“公共門廳”（圖9、10）。

同時(shí)，首層架空也使得地下層空間有了更多便于利用自然采光通風(fēng)的可能，通過在地下一層設(shè)置下沉庭院、天井以及專門的通風(fēng)采光井，使得地下層空間的利用率及舒適度都得以提升（圖11、12）。同時(shí)，在下沉庭院的底板上再開洞設(shè)置通風(fēng)采光井，又可以解決地下二層部分空間的通風(fēng)采光問題，減少地下空間照明以及機(jī)械排風(fēng)的能源消耗。三角形用地的兩個(gè)銳角做成了地下汽車庫的出入口，在螺旋車道的中間，做成透空的通風(fēng)采光井，地面以上部分結(jié)合景觀 做成一個(gè)玻璃的透光拔風(fēng)塔，既可以保證車道部分的 采光要求，更有助于地下室的通風(fēng)換氣（圖13）。

安全是人類的本能追求，也是國際關(guān)系的永恒主題。建立以合作共贏為紐帶、最大限度地匯聚各國最大利益公約數(shù)的新型安全伙伴關(guān)系，是參會(huì)代表的一個(gè)熱點(diǎn)話題。

在項(xiàng)目功能中所要求的展廳、多功能廳等大空間結(jié)合地形布置在地塊東北角地下一層的位置。屋頂部分做成斜坡綠化植草屋面，從入口廣場(chǎng)坡至二層平臺(tái)，首先解決了多功能廳對(duì)層高的特殊要求，同時(shí)在屋面上通過不同斜率的草坡調(diào)整埋深分別種植喬、灌木以及草坪，保持植被的多樣性，亦使建筑主體能隱退到景觀綠化之后，以削弱對(duì)城市街道空間的壓迫感。通過在斜坡屋面上設(shè)置采光通風(fēng)井，可以保證多功能廳正常使用下的自然采光和通風(fēng)。在斜坡綠化之間鋪設(shè)的透水人行步道，從綠樹掩映之中蜿蜒而上至二層 平臺(tái)。斜坡屋面以下除了多功能廳以外的位置我們?cè)O(shè)計(jì)布置了自行車庫，利用地下一層的層高做了部分夾層，以滿足人們綠色出行的需要（圖14）。

四層以上的樓層設(shè)計(jì)了中庭，一方面可以充分利用天然采光，改善中間位置的光線照度（圖15）；另一方面，每層 位置不同的中庭變化也使氣流因?yàn)闊釅鹤饔玫靡?在建筑內(nèi)部流通，再結(jié)合窗口換氣使得辦公空間可以在過渡季節(jié)充分利用自然通風(fēng)，減少空調(diào)能耗（圖16）。

中庭在屋頂?shù)牟课辉O(shè)計(jì)成可電動(dòng)開合的機(jī)械采光頂，在需要空調(diào)制冷的夏季或過渡季部分時(shí)段，可以在夜晚將采光頂打開，使室外的冷空氣灌入中庭以及室內(nèi)開敞空間，白天的時(shí)候?qū)⒉晒忭旉P(guān)閉，屋頂?shù)耐庹陉栐O(shè)施可防止太陽輻 射熱透過采光頂進(jìn)入中庭，保證中庭部位的溫度不至于上升過快。在室內(nèi)溫度升高后再開啟采光頂形成煙囪效應(yīng)，通過熱壓作用使室內(nèi)的熱空氣盡快排出（圖17）。

第一輪方案外圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用玻璃幕墻比例較大，在方案修改中盡量地減少玻璃幕墻的使用，大面積墻面以實(shí)墻為主，并嚴(yán)格控制窗墻比，同時(shí)在不同的朝向上制定不同的外遮陽策略。建筑主體的朝向?yàn)闁|南、西北向，在東南朝向，為爭(zhēng)取更多的太陽光將開窗率適當(dāng)擴(kuò)大，但通過墻面自下而上向外傾斜以及深窗洞的處理，在一定程度上形成了自遮陽；在靠近上部的玻璃幕墻部分，窗臺(tái)高度以下仍然為帶保溫層的填充墻，在玻璃的部分采用橫向水平外遮陽，將太陽輻射熱隔絕于圍護(hù)結(jié)構(gòu)之外。

西北朝向夏季西曬嚴(yán)重，為了隔絕高度角很低的西向陽光，采用擋板遮陽效果最為明顯，但是西向同時(shí)面對(duì)江景，是建筑應(yīng)該爭(zhēng)取的景觀朝向。為了解決這一矛盾而設(shè)置了雙層的幕墻，第一輪方案采用了可調(diào)節(jié)的金屬外遮陽板（圖18），通過金屬板的打開、折疊以及旋轉(zhuǎn)可以根據(jù)不同的需要控制進(jìn)光量，同時(shí)營(yíng)造出立面豐富的光影和色彩變化，但出于安裝以及維護(hù)成本的考慮，在后期方案修改中將外層幕墻調(diào)整為鏤空的混凝土重墻（圖19），內(nèi)側(cè)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)仍然控制開窗率，外層幕墻通過結(jié)構(gòu)出挑，內(nèi)外幕墻之間形成空氣可自由流通的室外空間。夏季西曬嚴(yán)重的時(shí)候，防曬墻可以隔絕大部分直射的陽光，而且重墻受此影響溫度上升也比較緩慢，加熱后的重墻再將周圍的空氣加熱，由熱壓作用引起的氣流向上運(yùn)動(dòng)也帶動(dòng)了室內(nèi)外空氣的交換，幫助室內(nèi)自然通風(fēng)換氣（圖20）。當(dāng)防曬墻溫度升高開始向周圍釋放熱量的時(shí)候，基本上白天的工作也已經(jīng)結(jié)束了， 不會(huì)對(duì)室內(nèi)空間的舒適度造成影響。另外，在外 墻上還設(shè)置了一些布置綠化的開敞陽 臺(tái)，通過形體的內(nèi)凹形成陰影，為使用者欣賞江景提供了一個(gè)舒適的休憩空間。

在屋頂部位設(shè)置了屋頂綠化和太陽能光電板兼做的外遮陽，在遮陽的同時(shí)還可以為地下室空間的照明提供能量。屋頂花園利用架空地面設(shè)置了雨水收集裝置，經(jīng)過簡(jiǎn)單處理后可以用來洗車、綠化滴灌、道路噴灑、車庫清洗以及衛(wèi)生間沖廁等。雨季降水量充沛的時(shí)候多余的雨水可以收集在地下室的中水處理機(jī)房里，待降水不足的時(shí)候再調(diào)用補(bǔ)充。

3.2 方案二

圖9 方案一第一輪入口廣場(chǎng)透視

圖10 方案一第二輪入口廣場(chǎng)透視

圖11 方案一第一輪首層平面

圖12 方案一第二輪首層平面

圖13 方案一透光拔風(fēng)塔示意

圖14 斜坡綠化與自行車停車庫相結(jié)合

圖15 設(shè)置中庭對(duì)平面采光的影響模擬示意

圖16 中庭空間的通風(fēng)示意

方案 二的思路是從另外一個(gè)角度充分利用用地：在可建的用地范圍內(nèi)盡量地?cái)U(kuò)大建筑占地面積，并通過外圍建筑的包圍在內(nèi)部形成虛體——共享空間，建筑作為這一空間的圍合體同時(shí)與內(nèi)部和外部環(huán)境溝通并相互影響（圖21）。

遵循這一設(shè)計(jì)思路，兩個(gè)高層板式建筑順應(yīng)場(chǎng)地交錯(cuò)圍合生成幾個(gè)內(nèi)部共享中庭和室外平臺(tái)，中庭空間完整又相互通連，并隨著高度、位置以及尺度的變化呈現(xiàn)出不同的形態(tài)，交通、辦公、休憩等功能都圍繞中庭展開，為使用者提供人性化的辦公環(huán)境，使其成為整個(gè)建筑中最精彩的核心。 同時(shí)，中庭空間尺度下大上小，有利于利用熱壓作用形成煙囪效應(yīng)，在過渡季節(jié)可有效的增強(qiáng)自然通風(fēng)的效果（圖22）。室外平臺(tái)在建筑不同的高度上分布，結(jié)合綠化作為屋頂花園，并與室內(nèi)中庭相連通，進(jìn)行有效的通風(fēng)組織。

圖17 可開合機(jī)械采光頂作用示意

圖18 方案一第一輪西北向透視

圖19 方案一第二輪西北向透視

圖20 防曬緩沖墻作用示意

圖21 方案二空間構(gòu)成關(guān)系示意

兩個(gè)板樓的主要朝向?yàn)闁|北和東南向，東北向的板樓有利于抵擋冬季潮濕的東北風(fēng)，并隔絕了來自漢中門大街的城市交通噪音；主要功能空間在東南向板樓中布置，因?yàn)榇顺蛳鄬?duì)安靜，且利于利用充足的自然陽光（圖23）。

平面布置上，高層板式建筑的樓體進(jìn)深較短，利用自然通風(fēng)采光的基礎(chǔ)條件良好。功能核多設(shè)在板樓盡端位置，中部樓層平面可靈活分割，適應(yīng)不同辦公模式的個(gè)性需求（圖24）。

建筑以簡(jiǎn)潔大氣的立面處理強(qiáng)調(diào)建筑的體量感和雕塑感，以均質(zhì)統(tǒng)一的模塊化立面肌理體現(xiàn)現(xiàn)代建筑的科技和工業(yè)特征。大面積墻面采用實(shí)墻，以減少玻璃幕墻的使用面積。立面創(chuàng)作根據(jù)建筑外圍護(hù)不同時(shí)段不同方位風(fēng)壓條件及采光條件的模擬，決定不同朝向窗體開口寬度，東南向一側(cè)最寬，西北一側(cè)最窄。經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的同時(shí)也給建筑立面帶來邏輯性變化（圖25）。

因規(guī)劃條件調(diào)整，方案二的設(shè)計(jì)思路幾乎難以繼續(xù)發(fā)展，更加緊張的用地使內(nèi)部的中庭尺度變小（圖26、27），不僅影響了平面功能的布置，而且也可能失去了調(diào)節(jié)室內(nèi)空間環(huán)境的生態(tài)效應(yīng)。因此，在第二輪的方案調(diào)整中，除入口部位的中庭保留外，將其余位置的中庭調(diào)至靠近外墻部位形成邊中庭或室外綠化平臺(tái)（圖28、29），形體搭接處形成的空中露天中庭，也可保證來自江面的氣流可以穿過建筑，改善入口側(cè)的微環(huán)境（圖30）。

3.3 方案三

方案三的總體設(shè)計(jì)思路與方案一類似，也是利用首層架空空間組織交通，在入口層分散人流，將首層的功能分解至二層和地下一層。主體建筑以三角形的標(biāo)準(zhǔn)層平面為基礎(chǔ)，形成逐漸向上遞減的辦公平面，平面上不便于利用的角部空間被設(shè)計(jì)成室外陽臺(tái)（圖31），從而形成了建筑各個(gè)立面上大小不等、尺度不一的立體綠化空間，使綠化同立面有機(jī)結(jié)合（圖32）。

圖22 方案二中庭空間拔風(fēng)效果示意

圖25 方案二窗口尺度變化示意

圖23 方案二第一輪總平面

圖24 方案二第一輪首層平面

圖26 方案二第二輪總平面

圖27 方案二第二輪首層平面

圖34 方案三南立面水平遮陽

圖35 方案三西立面垂直遮陽

圖36 方案三模擬計(jì)算夏季表面風(fēng)壓云圖

圖37 方案三剖面示意

方案的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在細(xì)節(jié)處理上，根據(jù)不同季節(jié)和朝向的日照特點(diǎn)選擇對(duì)應(yīng)的綠化種類和形式，將遮陽與綠化有機(jī)結(jié)合。擬主要采用綠化類型為：吸附攀爬型綠化；纏繞攀爬型綠化；下垂型綠化；樹墻型綠化；喬木型綠化。其中，在大廈的西南面14～19層墻面種植爬山虎、常春藤等吸附型藤蔓植物；在大廈屋頂設(shè)置格柵，將紫藤、金銀花、凌霄類等纏繞型的藤蔓植物與太陽能光電板間隔布置，形成屋頂綠化花園。上述兩種綠化方式與建筑遮陽結(jié)合，實(shí)現(xiàn)一種新的遮陽方式——綠化式遮陽。在大廈西側(cè)花園安裝種植容器，種植牽牛等下垂綠化植物；在大廈東南面5～9層陽臺(tái)種植常綠的小型灌木，形成樹墻型綠化；在大廈東南面3層通高陽臺(tái)及空間較大的屋頂上可種植落葉喬木，起到對(duì)外熱量反射、對(duì)內(nèi)避免眩光，改善室內(nèi)光環(huán)境。

立體綠化設(shè)計(jì)與建筑形體和立面充分結(jié)合，并將原本有限的建設(shè)用地盡可能用于建筑平面的合理設(shè)計(jì)，將綠化庭院移至空中，將原先被占用的綠化空間歸還于城市。

方案三結(jié)合南京氣侯條件在立面方案創(chuàng)作中考慮的另一個(gè)重要因素是遮陽（圖33）。建筑南向以及西向考慮外遮陽為主，由于活動(dòng)式外遮陽成本遠(yuǎn)高于固定式遮陽，所以采用活動(dòng)式遮陽與固定式遮陽相結(jié)合的設(shè)計(jì)方式。

根據(jù)遮陽模擬分析在南立面設(shè)計(jì)了橫向百葉遮陽（圖34），夏天減少南向太陽輻射以及降低室內(nèi)眩光；冬天按照太陽高度角計(jì)算調(diào)節(jié)百葉，引入太陽自然光，減少冬季空調(diào)運(yùn)行時(shí)間及費(fèi)用。綠建大廈西側(cè)接受太陽輻射的高度角較小，豎向固定式遮陽片的設(shè)置有效地減少了太陽輻射進(jìn)入室內(nèi)（圖35），同時(shí)結(jié)合西向立體綠化陽臺(tái)設(shè)計(jì)，利用凹凸陽臺(tái)達(dá)到自遮陽效果，大大改善西向辦公空間室內(nèi)溫度；同時(shí)凹陽臺(tái)的設(shè)計(jì)也大大改善了高層建筑遠(yuǎn)地感。屋頂采光中庭頂部設(shè)置活動(dòng)式遮陽簾有效調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。大廈北側(cè)立面處理更多關(guān)注控制窗墻比以及北側(cè)高架橋?qū)τ诖髲B的噪音干擾，同時(shí)也將核心筒以及輔助空間布置在建筑北側(cè)，與立面設(shè)計(jì)充分結(jié)合，窗墻比較小。

方案三在自然通風(fēng)方面與方案一同樣采取了底部架空的處理方法，使得冬季行人高度風(fēng)速控制在3～4m/s。通過風(fēng)環(huán)境模擬可知（圖36），夏季最大風(fēng)壓（7Pa）出現(xiàn)在建筑東南立面，最小風(fēng)壓（約為-5Pa）出現(xiàn)在建筑西北立面處（-6Pa），建筑前后壓差較大，為使得大廈三層以上辦公部分通風(fēng)資源的最大化，方案三同樣利用建筑平面中的中庭及屋頂可開啟窗的設(shè)置形成熱壓通風(fēng)（煙囪效應(yīng)），夏季起到降低室內(nèi)溫度效果，冬季起到保溫節(jié)能溫室效應(yīng)，減少空調(diào)運(yùn)行費(fèi)用（圖37）。

方案三突出了被動(dòng)式技術(shù)的運(yùn)用，其屋頂綠化率（可用面積）達(dá)75%；不同朝向分別采用自遮陽和主動(dòng)式遮陽體系；外窗外遮陽使用率大于75%；綜合利用垂直分區(qū)熱壓、風(fēng)壓綜合自然通風(fēng)技術(shù)，自然通風(fēng)（風(fēng)壓、熱壓、夜間通風(fēng)）利用時(shí)間大于1 000小時(shí)。

4 結(jié)語

經(jīng)過建設(shè)方以及專家的評(píng)審，已確定方案一經(jīng)過第二輪修改后可以作為實(shí)施方案推進(jìn)。總結(jié)這幾個(gè)方案的設(shè)計(jì)思路和完善過程，可以體會(huì)到，以因地制宜、氣候?qū)虻脑O(shè)計(jì)方法為指導(dǎo)，把被動(dòng)式適用技術(shù)作為重要因素融合進(jìn)方案創(chuàng)作過程中，可以取得功能、技術(shù)、藝術(shù)形態(tài)更密切的結(jié)合和統(tǒng)一。這是綠色建筑方案創(chuàng)作的重要途徑。