上海中心大廈公共區(qū)域環(huán)境運(yùn)維效果動(dòng)態(tài)評(píng)估分析

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

上海中心大廈積極響應(yīng)國(guó)家“碳達(dá)峰、碳中和”重大國(guó)策，作為超高層摩天大樓，是一個(gè)資源高度集約化、能源高度節(jié)約化，實(shí)現(xiàn)人、建筑、城市與自然和諧共存的綠色城市標(biāo)志性建筑。項(xiàng)目在運(yùn)維管理階段，志在構(gòu)建“環(huán)境分析—性能優(yōu)化—智慧運(yùn)管”的綠色高效模式。項(xiàng)目將建立超高層建筑節(jié)能精細(xì)化管理信息平臺(tái)，利用大數(shù)據(jù)手段制定節(jié)能相關(guān)優(yōu)化策略，為超高層樓宇的精準(zhǔn)化管控、運(yùn)營(yíng)成本節(jié)約等方面提供數(shù)據(jù)與策略方面的技術(shù)支撐與應(yīng)用示范。

結(jié)合上海中心大廈項(xiàng)目綠色高效運(yùn)維管理模式中的環(huán)境分析，對(duì)項(xiàng)目公共區(qū)域 52 F 中庭溫度垂直梯度和走廊區(qū)域照度進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，分析其公共區(qū)域中庭溫度垂直梯度和公共區(qū)域走廊照度的實(shí)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(qū)域節(jié)能運(yùn)行提供借鑒。

1 項(xiàng)目概況

上海中心大廈位于上海市浦東新區(qū)陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)，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(wàn) m2，是集辦公、餐飲、商業(yè)、酒店、觀光、休閑、娛樂(lè)為一體的超高層綜合體。

2 項(xiàng)目綠色技術(shù)理念

項(xiàng)目秉持垂直城市全過(guò)程可持續(xù)發(fā)展理念，提出“體現(xiàn)人文關(guān)懷、強(qiáng)化節(jié)資高效、保障智能便捷”的綠色超高層建筑技術(shù)特色理念，以實(shí)現(xiàn)“室內(nèi)環(huán)境達(dá)標(biāo)率 100%、非傳統(tǒng)水源利用最大化、可再循環(huán)材料利用率超過(guò) 10%、綠色施工和智能化物業(yè)管理”為技術(shù)目標(biāo)，尋求破解超高層建筑發(fā)展過(guò)程中面臨的“環(huán)境、交通、資源與心理”等技術(shù)難題。通過(guò)十余年的不懈努力，最終在節(jié)地與室外環(huán)境、節(jié)能與能源利用、節(jié)水與水資源利用、節(jié)材與材料資源利用、室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量、運(yùn)營(yíng)管理等綠色建筑指標(biāo)體系方面全部達(dá)到三星級(jí)綠色建筑的技術(shù)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(jīng)過(guò)系統(tǒng)的技術(shù)攻關(guān)，產(chǎn)生了大量的創(chuàng)新性技術(shù)，其中與超高層建筑特征密切相關(guān)的、有典型性的、創(chuàng)新性突出的技術(shù)可匯總為 9 大技術(shù)體系[1]，包括室外風(fēng)環(huán)境影響控制技術(shù)、室外光污染控制技術(shù)、幕墻節(jié)能技術(shù)、多能源復(fù)合技術(shù)、雨中水回用技術(shù)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)、自然采光強(qiáng)化技術(shù)、綠色建筑施工全過(guò)程管理技術(shù)和基于 BIM （建筑信息模型）云平臺(tái)運(yùn)管技術(shù)。

2.1 室外風(fēng)環(huán)境影響控制技術(shù)

優(yōu)化上海中心大廈平面布局，提供舒適的室外人行區(qū)風(fēng)環(huán)境，改善周邊建筑群的微氣候風(fēng)環(huán)境，是上海中心大廈管理必須解決的主要問(wèn)題之一。

上海中心大廈除采用風(fēng)洞試驗(yàn)研究風(fēng)對(duì)建筑負(fù)荷的影響之外，還借助于計(jì)算機(jī) CFD（計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)）模擬手段，對(duì)全年各季節(jié)主導(dǎo)風(fēng)向情況下的室外風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行了模擬計(jì)算分析。模擬分析過(guò)程采用局部加密，網(wǎng)格總數(shù)≥189 萬(wàn)個(gè)。

通過(guò)對(duì)上海中心大廈全年各季節(jié)主導(dǎo)風(fēng)向情況下的室外風(fēng)環(huán)境模擬分析發(fā)現(xiàn)，在典型工況下，上海中心大廈人行區(qū)1.5 m 高處風(fēng)速＜ 5m/s，風(fēng)場(chǎng)基本無(wú)渦流、滯風(fēng)現(xiàn)象，滿足室外活動(dòng)的舒適性要求。

2.2 室外光污染控制技術(shù)

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

根據(jù)模擬分析結(jié)果，上海中心大廈建筑外幕墻確定選用交錯(cuò)方案。為控制玻璃的太陽(yáng)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(jiàn)光反射率被控制在 12%以內(nèi)。

2.3 幕墻節(jié)能技術(shù)

為解決常規(guī)玻璃幕墻建筑能耗高、室內(nèi)熱舒適環(huán)境較差的問(wèn)題，針對(duì)上海中心大廈提出一種新型內(nèi)外 2 層分離式玻璃幕墻的幕墻構(gòu)造方式。2 層幕墻之間天然形成生物氣候緩沖區(qū)，通過(guò)外幕墻控制太陽(yáng)輻射、內(nèi)幕墻控制熱量交換，再配合多種遮陽(yáng)手段，可直接減少內(nèi)幕墻以內(nèi)區(qū)域和外界的直接熱交換，全面提升幕墻的氣候自適應(yīng)能力，建筑供暖與空調(diào)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(nèi)層幕墻內(nèi)區(qū)域活動(dòng)的人們提供安全感和靜音環(huán)境。

2.4 多能源復(fù)合技術(shù)

為提升建筑能效水平，節(jié)省建筑能源運(yùn)行費(fèi)用，上海中心大廈引入三聯(lián)供和地源熱泵技術(shù)，創(chuàng)建了“三聯(lián)供＋吸收式制冷＋電制冷＋地源熱泵＋冰蓄冷＋燃?xì)忮仩t＋免費(fèi)供冷”的多能源高效復(fù)合系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)能源梯級(jí)利用系統(tǒng)的高效低成本運(yùn)行，通過(guò)對(duì)上海中心大廈進(jìn)行全年建筑冷熱負(fù)荷、電力負(fù)荷和熱水負(fù)荷需求分析，并結(jié)合空調(diào)全年部分負(fù)荷需求下的運(yùn)行策略分析，最終實(shí)現(xiàn)了設(shè)備系統(tǒng)的優(yōu)化配置。

2.5 雨中水回用技術(shù)

為有效節(jié)約水資源，上海中心大廈采用了建筑雨中水綜合利用技術(shù)。項(xiàng)目塔樓建筑面積大，酒店有充足的優(yōu)質(zhì)雜排水，項(xiàng)目收集酒店優(yōu)質(zhì)雜排水用于中水處理回用，同時(shí)收集塔樓立面屋面雨水，經(jīng)處理后回用于低區(qū)辦公樓、裙房、地下室的沖廁、綠化澆灌、道路和地下車庫(kù)沖洗等。

本項(xiàng)目中水原水收集、處理系統(tǒng)分為 2 套，一套設(shè)置在66 F，負(fù)責(zé)收集處理 66 F 以上的中水原水；另一套設(shè)置在 B 5，負(fù)責(zé)收集處理 B 5～65 F 的中水原水。66 F 中水儲(chǔ)水箱通過(guò)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(chǔ)水箱通過(guò)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(qū)裙房、地下室?guī)?、地下室沖洗地面、室外綠化澆灌、室外場(chǎng)地沖洗及水景補(bǔ)水。

2.6 結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)建筑幾何造型的最優(yōu)化設(shè)計(jì)，上海中心大廈借助風(fēng)洞試驗(yàn)對(duì)大樓外形進(jìn)行了多輪空氣動(dòng)力學(xué)優(yōu)化，最終確認(rèn)建筑整體扭轉(zhuǎn) 120° 是上海中心大廈美學(xué)與風(fēng)工程學(xué)的最佳結(jié)合點(diǎn)。風(fēng)洞試驗(yàn)顯示，優(yōu)化后最終確定的幾何造型，以基底傾覆彎矩為指標(biāo)，與最初設(shè)計(jì)造型相比，風(fēng)荷載降低約24%。

2.7 自然采光強(qiáng)化技術(shù)

為營(yíng)造良好的天然采光環(huán)境，上海中心大廈項(xiàng)目主要采取了以下措施。

（1）主要功能區(qū)全部布置于外區(qū)，優(yōu)化室內(nèi)房間布局。

（2）建筑外圍護(hù)主要采用玻璃幕墻，并采用透光性能良好的玻璃，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)天然采光的效果。各朝向外幕墻的可見(jiàn)光透射比達(dá)到 84%，內(nèi)幕墻的可見(jiàn)光透射比為62%～84%。

（3）利用下沉式廣場(chǎng)，引入自然光。

天然采光效果采用 ECOTECT （可持續(xù)建筑設(shè)計(jì)及分析工具）建模，采用 Radiance 進(jìn)行模擬分析。計(jì)算過(guò)程中，采用蒙特卡洛算法優(yōu)化反向光線追蹤算法，計(jì)算條件根據(jù)GB 50033—2013《建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)定，對(duì)采光最為不利的低樓層辦公標(biāo)準(zhǔn)層和酒店客房進(jìn)行了分析，該項(xiàng)目滿足現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB 50033—2013 要求的面積比例—達(dá)到 95.2%。

2.8 綠色施工全過(guò)程管控技術(shù)

上海中心大廈建設(shè)周期長(zhǎng)，施工要求高。為確保綠色建筑三星級(jí)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，從施工伊始即引入全過(guò)程施工跟蹤管理體系，制訂專人負(fù)責(zé)綠色施工管理并定期評(píng)估的方案，在施工過(guò)程中最大程度優(yōu)化施工方案，降低對(duì)周邊環(huán)境的影響。施工過(guò)程中形成的創(chuàng)新性技術(shù)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(shí)體結(jié)構(gòu)混凝土一次泵送 582 m；⑤ 主樓核心筒鋼平臺(tái)整體液壓爬升施工；⑥ 主體結(jié)構(gòu)與外圍柔性連接滑移支撐體系；⑦ 全過(guò)程數(shù)字化建造技術(shù)應(yīng)用等。

2.9 基于 BIM 云平臺(tái)運(yùn)管技術(shù)

上海中心大廈充分發(fā)揮了 BIM 技術(shù)。

（1）在設(shè)計(jì)階段，各參與方通過(guò) BIM 平臺(tái)進(jìn)行圖紙交接，通過(guò) BIM 實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)、可視化設(shè)計(jì)、協(xié)同化設(shè)計(jì)和定量化設(shè)計(jì)，獨(dú)特的玻璃幕墻體系 120° 的扭轉(zhuǎn)，外幕墻玻璃尺寸的歸一化處理，都借助于 BIM 設(shè)計(jì)模型的實(shí)現(xiàn)。

（2）施工過(guò)程中，充分發(fā)揮 BIM 的三維空間模擬功能，結(jié)合時(shí)間進(jìn)度安排，實(shí)施了構(gòu)件預(yù)加工、數(shù)字化預(yù)安裝、精細(xì)化施工、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)監(jiān)控以及控制施工成本和工程進(jìn)度。

（3）運(yùn)行階段，上海中心大廈在原有施工 BIM 的基礎(chǔ)上，整合中央集成管理系統(tǒng)（IBMS）和物業(yè)實(shí)施管理（FM），形成了基于 BIM 的云平臺(tái)運(yùn)管體系，實(shí)現(xiàn)設(shè)備設(shè)施實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的聯(lián)動(dòng)展示，為物業(yè)管理等工作提供了統(tǒng)一的信息，形成了運(yùn)營(yíng)階段的智能化＋信息化應(yīng)用雛形，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn) BIM 運(yùn)營(yíng)模型應(yīng)用、設(shè)施設(shè)備統(tǒng)一編碼、物業(yè)巡檢管理應(yīng)用、宏觀中觀微觀的面向角色管理、基于場(chǎng)景的調(diào)度決策管理等應(yīng)用。

3 項(xiàng)目建成環(huán)境及運(yùn)維效果動(dòng)態(tài)評(píng)估分析

3.1 52 F 中庭溫度垂直梯度測(cè)試

在項(xiàng)目運(yùn)行階段，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì) 52 F 西向中庭溫度垂直梯度進(jìn)行測(cè)試。

（1）測(cè)試目的：通過(guò)對(duì)中庭垂直梯度測(cè)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)采集，了解上海中心大廈中庭的垂直梯度溫度特征。

（2）測(cè)試時(shí)間：選定晴朗天氣，測(cè)試時(shí)間從 9：00 到17：00，對(duì)應(yīng)于商務(wù)辦公的主要工作時(shí)間段。

（3）測(cè)試工具：氦氣罐、氣球、溫度自計(jì)議、繩子和卷尺。

（4）測(cè)試精度：±0.6 ℃。

（5）測(cè)試量程：﹣30～60 ℃；

（6）測(cè)試方法及內(nèi)容：采購(gòu)氦氣罐 2 個(gè)、定制氦氣球1 個(gè)、繩子 1 根和溫度自計(jì)儀 17 個(gè)?，F(xiàn)場(chǎng)使用氦氣罐對(duì)氦氣球進(jìn)行充氣，氦氣球頂部綁定 1 個(gè)溫度自計(jì)議，同時(shí)將 16個(gè)溫度自計(jì)儀按測(cè)點(diǎn)位置綁定在 1 根繩子上，繩子系在氦氣球下方，利用氦氣球?qū)⒗K子拉升至中庭頂部，對(duì)中庭內(nèi)垂直梯度空氣溫度進(jìn)行測(cè)量。在中庭未開(kāi)空調(diào)工況下測(cè)試 1 d。

（7）測(cè)點(diǎn)位置：測(cè)試 5 區(qū)西向中庭。5 區(qū)中庭高度為64.7 m。中庭垂直梯度設(shè) 17 個(gè)測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)具體位置：高度方向 1 m、2 m、3 m 各設(shè)置 1 個(gè)，共 3 個(gè)；3 m 以上每層高 1.5 m 處設(shè)一個(gè)測(cè)點(diǎn)，共 13 個(gè)；頂部設(shè)一個(gè)測(cè)點(diǎn)。測(cè)試結(jié)果如圖 1 所示。

由圖 1 可知，總體上，無(wú)論任何時(shí)間段，中庭的溫度均呈現(xiàn)出隨高度增高而升高的趨勢(shì)，符合高大空間溫度場(chǎng)分布規(guī)律；0～7.5 m 高度范圍內(nèi)的溫度升幅較 7.5 m 以上空間更為明顯，經(jīng)分析可能是由中庭門縫有相對(duì)較多的冷空氣滲入并積聚在底部空間導(dǎo)致。本次測(cè)試的中庭位于大廈西側(cè)，中庭最高溫度出現(xiàn)在 15:00～ 16:00 的時(shí)間段，10:00～16:00 溫度升高趨勢(shì)總體較平穩(wěn)，但 16:00 過(guò)后總體溫度快速下降。測(cè)試當(dāng)天天氣為多云，太陽(yáng)輻射體感不明顯，但仍能為中庭底部到頂部帶來(lái) 5～6 K 的溫差，若測(cè)試季節(jié)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(huì)有更高的溫差。上海中心大廈中庭空調(diào)運(yùn)行策略可根據(jù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行精細(xì)化調(diào)整，在冬春過(guò)渡時(shí)期，中庭人行區(qū)不開(kāi)空調(diào)也可以滿足人體舒適度要求。

3.2 走廊區(qū)域照度測(cè)試

在項(xiàng)目運(yùn)行階段，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)公共區(qū)域走廊進(jìn)行了照度測(cè)試。

（1）測(cè)試目的：測(cè)量上海中心大廈走廊部分正常工況下照度值，并與設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比，確定照度產(chǎn)生與設(shè)計(jì)值偏差的因素。

（2）測(cè)試范圍。辦公區(qū)- 轉(zhuǎn)換層：37 F、52 F 西側(cè)大堂及其他方向走廊；標(biāo)準(zhǔn)層：38 F、53 F 西側(cè)大堂及其他方向走廊；設(shè)備層：50 F、66 F 四周走廊。

地下室—商業(yè)區(qū)：B 2 F、B 1 F 北側(cè)走廊。設(shè)備房：B 1 F、B 2 F，Y 7 Y 8 電梯廳臨近走廊。

（3）測(cè)試工具：照度護(hù)照—標(biāo)準(zhǔn)版、卷尺。

（4）測(cè)試精度：±3%。

（5）測(cè)試量程：5～50 000 lux。

（6）測(cè)試方法及內(nèi)容：轉(zhuǎn)換層與標(biāo)準(zhǔn)層大堂中央?yún)^(qū)域選取 5 m×5 m范圍，并劃分成 1 m×1 m 方格。測(cè)量每個(gè)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(qū)域選擇沿中心線，每 2 m 測(cè)量一次地面照度，求平均值。

B 2 卸貨平臺(tái)通道和 36 F 避難層走廊平均照度測(cè)試結(jié)果較 GB 50034—2013 中普通走廊照度偏高。卸貨平臺(tái)通道和避難層走廊墻體均為簡(jiǎn)單刷白，反射率較高，有利于保障地面照度。可在現(xiàn)有基礎(chǔ)上適當(dāng)關(guān)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(cè)試結(jié)果較 GB 50034—2013 中高檔走廊照度偏高?？赏ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)格柵嘗試使照度達(dá)標(biāo)，但調(diào)節(jié)格柵無(wú)法帶來(lái)節(jié)能效果，亦可通過(guò)減少燈珠以達(dá)到節(jié)能的效果。

37 F 和 52 F 轉(zhuǎn)換層扶梯旁走廊平均照度測(cè)試結(jié)果較 GB 50034—2013 中高檔走廊照度偏高。轉(zhuǎn)換層扶梯旁的大空間走廊周邊存在部分敞開(kāi)式商業(yè)，部分測(cè)量點(diǎn)位受其影響導(dǎo)致照度高，可考慮借助這一部分租戶區(qū)的照明來(lái)減少燈管開(kāi)啟的數(shù)量以達(dá)到節(jié)能的效果。

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）通過(guò)對(duì)上海中心大廈 52 F 西向中庭溫度垂直梯度的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，中庭的溫度呈現(xiàn)出隨高度增高而升高的趨勢(shì)，0～7.5 m 高度范圍內(nèi)的溫度升幅較 7.5 m 以上空間的更為明顯。在冬春過(guò)渡時(shí)期，中庭人行區(qū)不開(kāi)空調(diào)也可以滿足人體舒適度要求。

（2）對(duì)走廊區(qū)域照度測(cè)試。公共區(qū)域走廊照度較標(biāo)準(zhǔn)偏高，可采取減少核心筒一側(cè)燈帶中燈珠數(shù)量、減少燈管開(kāi)啟數(shù)量等措施，達(dá)到公共區(qū)域照明節(jié)能運(yùn)行的目的。