折紙明燈
——北京保利國(guó)際廣場(chǎng)節(jié)能策略整合

楊金紅 吳吉明

北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司

保利國(guó)際廣場(chǎng)位于北京望京的辦公聚集區(qū),園區(qū)由三座辦公建筑組成，總建筑面積167 974m2，其中最高的一棟高153m。這里距首都機(jī)場(chǎng)20km，地理位置優(yōu)越，在往來(lái)機(jī)場(chǎng)的人們眼中，保利國(guó)際廣場(chǎng)無(wú)疑是區(qū)域的地標(biāo)所在——無(wú)論白天或是夜晚，晶瑩透明的建筑宛若璀璨的鉆石閃閃發(fā)光，吸引著每一個(gè)人的注目。

業(yè)主：北京保利營(yíng)房地產(chǎn)開發(fā)有限公司

建設(shè)地點(diǎn)：北京市朝陽(yáng)區(qū)崔各莊鄉(xiāng)大望京村

建筑設(shè)計(jì)：美國(guó)SOM設(shè)計(jì)事務(wù)所（SOM）

聯(lián)合設(shè)計(jì)：北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司（BIAD）深圳市筑博工程有限公司

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：陳淑慧

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)：陳淑慧、LEO CHOW、盛平、楊金紅、甄偉、王保國(guó)、莊鈞、周新超、何曉東

總建筑面積：167 974m2

設(shè)計(jì)時(shí)間：2012.08

建成時(shí)間：2014.12

圖片版權(quán)：BIAD、SOM

攝影：吳吉明、傅興

1 創(chuàng)作理念

項(xiàng)目理念源于對(duì)少年游戲場(chǎng)景的一份暢想，三座建筑就像石塊投入水中，跳躍后又安靜地落入水底，水面上激起的層層漣漪成為環(huán)境設(shè)計(jì)的線索。建筑和而不同、組合清晰，形態(tài)卓爾不群，合理的布置將城市綠化帶引入用地，擴(kuò)大了城市綠化的邊界，也使建筑獲得了更好的視野與自我展現(xiàn)的空間。

東方哲學(xué)擅長(zhǎng)以具象實(shí)體傳達(dá)抽象意境，本項(xiàng)目的立面源于中國(guó)傳統(tǒng)的折紙燈籠，通過合理的抽象組合，將傳統(tǒng)精華在建筑中再現(xiàn)。幾個(gè)錯(cuò)落的內(nèi)部挑空隨著夜幕亮起，建筑就像一串串亮著的燈籠與立面主題緊緊相扣。

2 一體化的節(jié)能設(shè)計(jì)

2.1 基于節(jié)能的總體布局

建筑用地呈不規(guī)則形狀，西南側(cè)緊鄰整個(gè)望京區(qū)域的中心水體綠化帶，場(chǎng)地平整無(wú)高差。經(jīng)過計(jì)算分析，場(chǎng)地西南的城市水體綠化不僅給場(chǎng)地內(nèi)的三棟寫字樓提供了良好的景觀，同時(shí)還能減輕場(chǎng)地內(nèi)的溫度波動(dòng)。由水體的熱穩(wěn)定性造成場(chǎng)地和水體的晝夜溫差，兩者之間的空氣流動(dòng)利于夏季降溫。

基地中三棟主樓最大限度地錯(cuò)動(dòng)布置，在不影響北側(cè)住宅日照的條件下，建筑散布在場(chǎng)地中。建筑四周綠化帶和城市綠化帶融為一體，僅用落水景觀來(lái)做分界。完全錯(cuò)開的三棟主樓避免了相互遮擋，也分別獲得了良好的自然采光和通風(fēng)條件。

2.2 緊湊的建筑平面及核心筒

（1）平面造型控制

合理的建筑體型能夠減少建筑物與外界的熱量交換，在其他條件相同時(shí)，體形系數(shù)S越大，單位建筑面積的散熱量越大，能耗也就越大，對(duì)節(jié)能就越不利。本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)層平面時(shí)，通過對(duì)外墻平面長(zhǎng)度之和與其所圍成的建筑面積之比來(lái)控制體形系數(shù)，以此得到更節(jié)能的平面。綜合考慮各種因素，本項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)層采用了高層寫字樓常用的橢圓形平面，局部做了進(jìn)退造型處理。

（2）合理的標(biāo)準(zhǔn)層平面

標(biāo)準(zhǔn)層長(zhǎng)約65m、寬約40m，中部核心筒長(zhǎng)約39m、寬約17m。圍繞核心筒設(shè)置走道，辦公用房靠近四個(gè)采光面布置。辦公用房的進(jìn)深在8.3m左右，約等于樓層凈高的3倍，具有良好的自然采光和通風(fēng)條件。在平面東南角和西北角的低中高區(qū)形成一個(gè)共享中庭，打破了傳統(tǒng)寫字樓走道閉塞昏暗的空間感受，加大了公共空間自然采光和通風(fēng)的面積。

1 外景

2 建筑底層夜景

3 構(gòu)思示意

4 總平面圖

5 低、中、高區(qū)標(biāo)準(zhǔn)層平面圖

6 標(biāo)準(zhǔn)層核心筒平面

7 中庭空間

8 低、中、高區(qū)電梯平面示意圖

9 幕墻通風(fēng)示意圖

10 幕墻通風(fēng)及防火擋墻示意圖

11 呼吸式雙層幕墻

另外，本項(xiàng)目還利用雙層玻璃幕墻改善采光通風(fēng)條件，使南北辦公區(qū)的空氣通過走道被更好地組織起來(lái)，形成穿堂風(fēng)對(duì)流。雙層幕墻加共享空間的煙囪效應(yīng)，有利于上下層間的空氣流通，從而極大地提升了辦公空間的空氣質(zhì)量，進(jìn)一步減低了風(fēng)換氣機(jī)組與空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行能耗。

（3）核心筒設(shè)計(jì)

超高層建筑設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)是核心筒的布置，標(biāo)準(zhǔn)層核心筒每增加1m2，逐層累加后將是一個(gè)可觀的數(shù)字。因此，為了爭(zhēng)取最大的有效使用面積，就要和電氣、設(shè)備、結(jié)構(gòu)各專業(yè)緊密配合，把核心筒內(nèi)的每一個(gè)部分做到最經(jīng)濟(jì)、最合理。

核心筒的結(jié)構(gòu)以剪力墻為主，墻體厚度共收分6次，墻體變薄時(shí)，核心筒周邊墻體的內(nèi)邊線不動(dòng)，從外向里收；核心筒內(nèi)部的墻體從兩邊往中心收；樓電梯間處的墻體一側(cè)不動(dòng)，收縮該墻的另一邊，這樣可以保持所有樓電梯從上到下的一致性。在結(jié)構(gòu)合理的前提下，不僅節(jié)省了混凝土的用量，還最大限度地給建筑讓出使用空間，達(dá)到節(jié)能的效果。

核心筒設(shè)備專業(yè)的冷凍水和冷卻水，消防用水等各種可以合并的水管井考慮合并或優(yōu)化組合設(shè)計(jì)，最終相關(guān)部分被分隔為若干相對(duì)集中的管井，這一布置既有利于檢修方便，也與核心筒結(jié)構(gòu)墻體的較小空間分隔布置相吻合，以達(dá)到節(jié)省面積的目的。強(qiáng)電井緊鄰電梯井道，利用筒體寬度的富余空間設(shè)置；弱電間則考慮適當(dāng)預(yù)留空間以適應(yīng)建筑可持續(xù)發(fā)展的需要。

2.3 電梯節(jié)能的設(shè)計(jì)

高層建筑的電梯設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于運(yùn)用各種局部電梯進(jìn)行服務(wù)，而局部電梯則服務(wù)于地面始發(fā)層至局部區(qū)域?qū)樱@樣就避免了首層有效面積瞬時(shí)減少的問題，極大地提升了建筑的有效使用面積。

保利國(guó)際廣場(chǎng)從二層開始為辦公層，每層面積約2 000m2，每層用戶約116人，全樓人數(shù)約4 000人。經(jīng)過計(jì)算，共需要16臺(tái)主要電梯提供垂直運(yùn)輸服務(wù)，分為低區(qū)運(yùn)行電梯、中區(qū)運(yùn)行電梯、高區(qū)運(yùn)行電梯、消防電梯、地下室短程轉(zhuǎn)換電梯五部分，其中低區(qū)運(yùn)行電梯6部、中區(qū)運(yùn)行電梯6部、高區(qū)運(yùn)行電梯4部、貫通上下的消防電梯2部、從地下三層到首層的轉(zhuǎn)換電梯2部。在低層區(qū)和中層區(qū)機(jī)房上面的部分空間仍作為辦公使用空間，在本層不開的電梯前室其面積也被充分地利用起來(lái)。除消防梯、轉(zhuǎn)換梯以及功能和消防等方面所必需的電梯外，其余電梯都止于首層，電梯下部地下空間仍然可充分利用。

本項(xiàng)目的電梯系統(tǒng)在底層便對(duì)人流進(jìn)行了分隔，這使低層區(qū)、中層區(qū)和高層區(qū)的乘客避免了擁擠與干擾。通過整體統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，減少了客梯的服務(wù)層數(shù)、縮短了客梯的往返時(shí)間、增大了客梯的運(yùn)輸能力、提高了電梯的運(yùn)行效率、節(jié)省了人們等待電梯的時(shí)間。

2.4 外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)

表皮是塑造建筑特色的重要表現(xiàn)對(duì)象，也是影響室內(nèi)熱舒適度、建筑能耗的重要因素和關(guān)鍵部位。玻璃幕墻隨著現(xiàn)代建筑的發(fā)展在全世界范圍得到普及，而近年來(lái)隨著世界范圍內(nèi)環(huán)境、能源問題的凸顯，人們對(duì)玻璃幕墻所造成的能源過度消耗、光污染等問題更加重視。這些問題正隨著新材料、新技術(shù)的出現(xiàn)而逐步獲得解決，雙層玻璃幕墻就是建筑逐步走向節(jié)能化、智能化的一個(gè)體現(xiàn)[1]。

保利國(guó)際廣場(chǎng)的呼吸式雙層幕墻，采用了全玻璃幕墻設(shè)計(jì)，每片玻璃均為三角形。外幕墻為鋼化玻璃與夾膠玻璃，在其下部設(shè)置進(jìn)風(fēng)口，上部設(shè)置排風(fēng)口。內(nèi)幕墻為鋼化中空Low-E玻璃幕墻，內(nèi)充氬氣斷橋隔熱，且設(shè)有可開啟的窗或門；屋面采光頂為夾層鋼化中空三層玻璃；大堂幕墻為鋼化夾層三層玻璃；無(wú)框外門、出入口門廳處為鋼化夾層兩層玻璃和單層鋼化玻璃。內(nèi)外幕墻間的區(qū)域形成了整合節(jié)能設(shè)計(jì)的關(guān)鍵——通風(fēng)腔，建筑每隔兩層設(shè)置獨(dú)立的通風(fēng)腔，且這些通風(fēng)腔的上、下層結(jié)構(gòu)樓板延伸至外幕墻周邊結(jié)構(gòu)處，起防火分隔作用。另外每個(gè)獨(dú)立的通風(fēng)腔內(nèi)，還設(shè)置了0.8m高的防火擋墻。

2.4.1 呼吸式雙層幕墻

12 幕墻研究中的日照分析

13 鋼管混凝土柱示意圖

14 雙幕墻之間的空間

15 建筑外部環(huán)境

呼吸式雙層幕墻利用有效的構(gòu)造措施來(lái)解決幕墻的能耗問題，其優(yōu)點(diǎn)在于它能夠根據(jù)外界條件的變化機(jī)制而調(diào)節(jié)，最大限度地利用自然光照明、取暖、通風(fēng)，同時(shí)有效減少過多的熱輻射[2]。數(shù)據(jù)證明，超高層建筑雙層幕墻比單層幕墻在采暖時(shí)節(jié)能30%～50%，制冷時(shí)節(jié)能40%～60%，有效解決了建筑的能耗問題。

本項(xiàng)目的雙層幕墻還可有效應(yīng)對(duì)北京特有的沙塵氣候，幕墻通風(fēng)能為超高層建筑創(chuàng)造出舒適健康的室內(nèi)環(huán)境。寒冷季節(jié)，玻璃幕墻可以最大限度地吸收太陽(yáng)熱輻射，通過調(diào)節(jié)進(jìn)出風(fēng)口的大小，控制適當(dāng)?shù)男嘛L(fēng)換氣量，使進(jìn)入兩層玻璃幕墻之間的空氣被陽(yáng)光初步加熱再進(jìn)入室內(nèi)，減少冬季送暖量。炎熱夏季，空氣可以從下部進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，從上部排風(fēng)口離開，兩層玻璃幕墻之間的空氣通過空氣流動(dòng)帶走間層中的熱量，從而調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，減少空調(diào)制冷量。春秋季節(jié)雙層幕墻的通風(fēng)口可以完全打開，使室內(nèi)達(dá)到完全自然通風(fēng)。

2.4.2 整體節(jié)能對(duì)策

保利國(guó)際廣場(chǎng)的雙層幕墻每?jī)蓪幼饕环指?，在同層的東西南北四個(gè)方向使用相同的空氣緩沖間層，在一定程度上避免了冬季北向房間過冷或夏季南向房間過熱的問題，使室內(nèi)空間的空氣質(zhì)量均勻化，提高了整體舒適度。

運(yùn)用空氣熱壓原理和煙囪效應(yīng)，把新鮮空氣吸入室內(nèi)，同時(shí)把室內(nèi)污濁空氣排到室外，能有效防止灰塵進(jìn)入室內(nèi)，無(wú)論刮風(fēng)下雨，一年四季都能實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)，這在一般高層建筑上是做不到的。中間的空氣緩沖層可以在冬季和夏季達(dá)到相應(yīng)的節(jié)能效果，有效節(jié)約采暖制冷能源，同時(shí)具備卓越的隔聲降噪和防盜功能。

2.5 建筑材料的節(jié)能設(shè)計(jì)

高層建筑材料消耗很大，如何有效節(jié)材也是解決高層建筑能耗問題的一個(gè)重要內(nèi)容。北京保利國(guó)際廣場(chǎng)對(duì)裝飾、裝修材料有害物質(zhì)排放的限制非常嚴(yán)格，自設(shè)計(jì)之初便考慮使用對(duì)人體健康有益的新型裝修材料，如自凈化空氣材料、微循環(huán)材料、調(diào)濕材料等。裝飾材料以裝配式為主，強(qiáng)調(diào)“免維護(hù)”，盡可能減少現(xiàn)場(chǎng)制作。這不僅提高了施工效率、裝飾面精度與完成度，也為日后維修更換提供了方便，極大地減少了使用過程中的維修管理成本。

本項(xiàng)目采取的節(jié)材措施還包括以下幾點(diǎn)：

（1）充分利用可再循環(huán)材料，如鋼、鋁合金、玻璃等。

（2）標(biāo)準(zhǔn)層辦公區(qū)采用靈活隔斷，以減少重新隔斷帶來(lái)的浪費(fèi)。

（3）設(shè)計(jì)和裝修一體化：施工前裝修圖紙結(jié)合建筑圖紙完成，減少二次裝修、挖孔、打洞而造成的建筑材料浪費(fèi)。BIM技術(shù)的應(yīng)用大大減少了施工中因圖紙階段失誤而造成的材料及人力浪費(fèi)。

（4）使用創(chuàng)新型鋼管混凝土結(jié)構(gòu)柱1交叉網(wǎng)格中筒結(jié)構(gòu)體系[3]，節(jié)省建筑材料用量。

（5）鋼管混凝土結(jié)構(gòu)柱的輪廓尺寸比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)柱減少60%以上，截面也比鋼柱小，擴(kuò)大了建筑物的使用空間和面積。

（6）鋼管混凝土自重減少，相應(yīng)降低了地基的基礎(chǔ)造價(jià)。

（7）鋼管壁薄便于選材、制造和現(xiàn)場(chǎng)焊接，是施工最為快捷的建筑結(jié)構(gòu)。

（8）鋼管混凝土的耐火性優(yōu)于鋼柱，其混凝土可大量吸收熱能，從而比鋼柱節(jié)省50%以上的耐火涂料。

3 結(jié)語(yǔ)

高層建筑應(yīng)在設(shè)計(jì)初期引入正確的節(jié)能設(shè)計(jì)理念，進(jìn)行全方位一體化的節(jié)能設(shè)計(jì)，盡量減少對(duì)設(shè)備的依賴，從而提高建筑本身的節(jié)能能力，實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定低碳的運(yùn)行，真正達(dá)到與環(huán)境相協(xié)調(diào)的可持續(xù)發(fā)展。

注釋

1 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)柱具有側(cè)向剛度大、扭轉(zhuǎn)剛度大、建筑空間布置靈活等特點(diǎn)，鋼管混凝土作為受壓管柱的建筑構(gòu)件，與鋼梁和梁柱節(jié)點(diǎn)等共同構(gòu)成建筑物的框架結(jié)構(gòu)體系。其結(jié)構(gòu)特征同時(shí)具備鋼管和混凝土兩種材料的性質(zhì)，即管柱外部包裹鋼管材料，管柱內(nèi)部充填混凝土材料，鋼管壁能對(duì)管內(nèi)混凝土形成剛性拘束作用，防止管內(nèi)混凝土的脆性破壞，同時(shí)提高了混凝土的塑性，使其物理性能發(fā)生質(zhì)變，由原來(lái)的脆性材料變?yōu)樗苄圆牧?。正是這種結(jié)構(gòu)力學(xué)性質(zhì)的根本變化，決定了鋼管混凝土的超強(qiáng)節(jié)材優(yōu)勢(shì)。