主動式建筑在冷鏈物流中的應(yīng)用
——以廣州南沙國際物流中心（南區(qū)）項目為例

鄭建平

（廣東省建筑設(shè)計研究院有限公司 廣州 510010）

0 引言

冷鏈物流是指將物品或產(chǎn)品從生產(chǎn)地運送到消費地的過程中，通過特殊的冷鏈設(shè)備和系統(tǒng)來保證溫度和濕度的控制，以確保物品的質(zhì)量和安全，是運輸和存儲溫度敏感產(chǎn)品的物流系統(tǒng)［1］。冷鏈物流建筑是指專門為存儲和處理溫度敏感產(chǎn)品而設(shè)計的專業(yè)建筑物，也稱冷庫，通常以保持-20～8 ℃之間的溫度，確保存儲產(chǎn)品的制冷和安全，是冷鏈物流中重要的節(jié)點設(shè)施［2］。由于冷鏈物流在保障食品安全、降低損耗、延長貨物保鮮期等方面具有重要作用，因此各國政府紛紛出臺了相關(guān)政策，促進冷鏈物流的發(fā)展。我國在十四五規(guī)劃中明確提出了加大對食品安全和冷鏈物流的監(jiān)管力度，推行“冷鏈物流三年行動計劃”，鼓勵企業(yè)提升冷鏈物流設(shè)施和技術(shù)水平，加強食品溯源和質(zhì)量控制等方面的建設(shè)。

主動式建筑是指在建筑設(shè)計、建造、運營的全壽命周期內(nèi)，通過建筑的可感知和可調(diào)節(jié)能力，實現(xiàn)健康舒適、節(jié)約資源和環(huán)境保護的綜合平衡，促使使用者身心愉悅的一種建筑［3］。在冷鏈物流建筑中，主動式建筑設(shè)計策略是關(guān)鍵因素之一，可以有效地降低能源消耗、提高運行效率、保障冷鏈貨物品質(zhì)。本文以廣州南沙國際物流中心（南區(qū)）項目為例，以主動式建筑理念為基礎(chǔ)探討現(xiàn)代冷鏈物流建筑設(shè)計策略，為新一代冷鏈物流建筑設(shè)計提供一種思路，為探索主動式建筑理念在冷鏈物流建筑中的應(yīng)用提供重要的理論與實踐價值［4］。

1 設(shè)計策略

1.1 主動性設(shè)計

冷鏈物流建筑需要主動性設(shè)計，通過主動感知和調(diào)節(jié)，利用先進的建筑技術(shù)和設(shè)備，以最小化的能耗和環(huán)境影響實現(xiàn)最佳的運營效果。主動性設(shè)計包括優(yōu)化建筑朝向和布局，合理選用建筑材料，采用智能控制系統(tǒng)等手段，實現(xiàn)高效能源利用和舒適的室內(nèi)環(huán)境。主張建筑的適應(yīng)性，并引導(dǎo)使用者的行為來影響舒適、能源和環(huán)境性能［5］。

1.2 舒適性設(shè)計

為了保證冷鏈物流建筑內(nèi)員工的舒適性，其建筑需要采用適當(dāng)?shù)耐L(fēng)、天然采光、照明、熱濕環(huán)境等，并在建筑使用階段建立監(jiān)測和調(diào)節(jié)系統(tǒng)，監(jiān)測室內(nèi)和室外環(huán)境參數(shù)，實現(xiàn)動態(tài)平衡，同時注意噪聲等級和隔聲性能的控制，確保內(nèi)部環(huán)境的安靜、穩(wěn)定和舒適。

1.3 能源設(shè)計

冷鏈物流建筑需要采用能源節(jié)約設(shè)計，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高能源利用效率，減少對環(huán)境的影響。具體措施包括采用高效的制冷系統(tǒng)和隔熱材料，優(yōu)化圍護結(jié)構(gòu)冷橋設(shè)計，利用可再生能源，并優(yōu)先采用自然通風(fēng)降溫技術(shù)等。

1.4 環(huán)境設(shè)計

冷鏈物流建筑需要在保證生產(chǎn)和工作需要的前提下，盡可能減少對環(huán)境的負(fù)面影響。具體措施包括采用環(huán)保材料，減少廢水、廢氣、廢棄物的產(chǎn)生和排放，采用可持續(xù)建筑技術(shù)（BIM、裝配式、模塊化等），開展污染治理和環(huán)境監(jiān)測等。

2 設(shè)計實踐

2.1 工程概況

某項目位于廣州南沙區(qū)龍穴島港口碼頭前端堆場區(qū)，功能定位為臨港分配樞紐型冷庫功能的綜合性冷鏈物流基地，其主要功能是物流冷庫［3］。地塊規(guī)劃建設(shè)用地面積15 萬m2，由6 棟地上8 層和地下1 層的冷庫組成，總建筑面積為60 萬m2，其中一期建筑面積為30 萬m2（見圖1）；一期工程冷庫庫容22.7萬t，總庫容45.4萬t。規(guī)劃著力創(chuàng)建一個有標(biāo)志性意義的建筑群體，突破傳統(tǒng)倉儲類建筑形象；打造既要有強烈的時代特征，又有濃郁地方特色和文化內(nèi)涵的港口建筑；力求在滿足各項規(guī)劃條件的基礎(chǔ)上，利用港口建筑語匯加以概括與升華，與環(huán)境和諧對話；同時將港區(qū)的活力投射到未來，創(chuàng)造一個具有自己獨特身份的港口冷鏈物流基地場所。

圖1 港區(qū)視角鳥瞰圖Fig.1 Bird's-eye View of the Port Area

2.2 規(guī)劃階段

該項目具有天然的地理位置優(yōu)勢，地塊位置前端是港區(qū)碼頭堆場區(qū)，場地后方依托港口鐵路和公路運輸方式，實現(xiàn)多式聯(lián)運模式的物流系統(tǒng)（見圖2），以快速高效地進行貨物轉(zhuǎn)運。為充分利用項目區(qū)位優(yōu)勢，以提高項目能源利用效益為目的，在規(guī)劃階段就引入主動式建筑理念，進一步把握建筑的適應(yīng)性，優(yōu)化能源和環(huán)境的適變性，主要從以下2個方面進行分析。

圖2 多式聯(lián)運的冷鏈物流場地模型Fig.2 Model of Multimodal Transportation Cold Chain Logistics Site

2.2.1 建筑布局與造型

該項目采用因地制宜的設(shè)計手法，引入“場”的設(shè)計理念弱化港區(qū)冷藏箱堆場與園區(qū)的功能界限，增強園區(qū)與堆場、庫房與庫房之間的聯(lián)系，有機的將堆場集裝箱體塊與建筑體塊布局融合起來（見圖3）。建筑布局：總體布局遵循港口堆場的秩序感，以冷庫單體建筑最大占地面積為標(biāo)準(zhǔn)一字排開，同時建筑間距控制最小的13m 防火要求；為適應(yīng)港區(qū)碼頭前端的繁忙貨運流線，建筑的長邊朝向港口裝卸碼頭。建筑造型：利用港口的集裝箱特質(zhì)語匯，通過不同的角度去刻畫集裝箱的體量，上部通過簡潔明了的豎向線條重塑集裝箱的體量感，下部通過橫線的穿孔鋁板去表達集裝箱輕盈的感覺，整體建筑體量層次分明，形成一種強烈的咬合關(guān)系，與場地周邊環(huán)境和諧對話。

圖3 港區(qū)堆場與園區(qū)場地界限融合Fig.3 Fusion of the Boundary between the Port Yard and the Park Site

2.2.2 再生能源利用規(guī)劃

再生能源利用方面，該項目利用冷庫單體占地面達1萬m2的優(yōu)勢，在一期工程的3棟冷庫屋頂，規(guī)劃了屋頂太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，以補充日間電氣系統(tǒng)的用電需求。同時，該項目與相鄰地塊物流園區(qū)共同建設(shè)集中污水處理系統(tǒng)，實現(xiàn)環(huán)境和諧友好。

2.3 建筑設(shè)計階段

在建筑設(shè)計階段，主要任務(wù)是確定冷鏈物流建筑的功能需求、外觀、制冷工藝、空間布局和建筑物結(jié)構(gòu)等要求，通過各專業(yè)協(xié)同設(shè)計將設(shè)計方案轉(zhuǎn)化建筑實體，涉及冷庫各個方面，如基礎(chǔ)、墻體、屋頂、門窗、隔熱、保溫、制冷設(shè)備等設(shè)計和構(gòu)造。在此階段以提升建筑空間利用率、及加強適應(yīng)性、舒適性、節(jié)能環(huán)保為目的，主動式建筑理念主要表現(xiàn)在以下4個方面。

2.3.1 功能布局：主動優(yōu)化月臺、穿堂、冷藏間、制冷機房布局，提升空間利用率

該項目的建筑設(shè)計考慮需滿足港口高效物流交通、海關(guān)查驗等功能需求，因此在平面功能布局方面，舍去傳統(tǒng)冷鏈物流建筑“一字型”單側(cè)月臺平面布置，調(diào)整為“工字型”［6］控溫穿堂雙側(cè)進出貨月臺的平面布局（見圖4），不僅可以滿足港口冷鏈物流高周轉(zhuǎn)需求，同時這個控溫穿堂也構(gòu)建了降低能耗的腔體空間。為達成高效的貨物周轉(zhuǎn)效益，樓層間采用垂直貨梯和貨物提升梯組合的垂直貨物運輸系統(tǒng)。為減少震動和噪音的影響，考慮設(shè)備管理和維護因素，采用集中設(shè)置制冷機房布局，并靠近一期工程負(fù)荷中心［7］。為使不同溫度區(qū)域的貨物得到合理儲存和管理，從而提高冷庫的使用效率，該項目高低溫區(qū)采用豎向樓層分部的方式進行劃分，地下室冷藏間設(shè)計溫度0～10 ℃，地上部分由設(shè)計溫度為-23 ℃冷凍間和5 ℃穿堂組成；考慮地下室層高和建設(shè)成本的綜合指標(biāo)，地下室以2層貨架為主的空間布置，地上部分冷藏間以堆碼為主的空間布置，從而增加貨物的儲存密度，提高庫房利用率［8］。

圖4 “工字型”穿堂平面布局Fig.4 Plan Layout of "I-shaped" Corridor

2.3.2 建筑立面：把握主動性建筑設(shè)計的多樣性，增強建筑的適應(yīng)性

建筑主要立面上采用淺色或白色的集裝箱凹凸豎向線條分隔的手法，不僅能形成豎向遮陽構(gòu)件，增加圍護墻的遮陽面積；這些豎向構(gòu)件通過雙層墻體空腔的做法，減少太陽輻射熱而降低圍護墻體的導(dǎo)熱系數(shù)，并利用這些墻體空腔將屋頂雨水和樓層排水管一同考慮隱藏布置。局部立面的制冷工藝管道圍護材料采用穿孔鋁板（見圖5）降低熱輻射，一方面尋求輕盈立面與港區(qū)堆場堆疊特征的呼應(yīng)關(guān)系，另一方面也保證工藝管道的通風(fēng)散熱需求。為適應(yīng)港口氣候，增強建筑的適應(yīng)性，建筑立面飾面材料主要是淺灰色或白色真石漆為主，深灰色面磚為輔。

圖5 穿孔鋁板的靈活運用Fig.5 Flexible Application of Perforated Aluminum Panels

2.3.3 能源設(shè)計：充分重視能源利用，加強環(huán)境友好設(shè)計

冷鏈物流建筑的電氣系統(tǒng)是一個主要的能耗來源，合理調(diào)整電氣設(shè)備的功率和運行時間，能有效的降低能耗。該項目利用夜間電價峰谷時段的低谷段進行冷庫制冷機房的制冷壓縮機、冷凝器和蒸發(fā)器等高負(fù)荷用電；利用可再生能源屋頂太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，補償日間制冷末端冷風(fēng)機組、叉車和常規(guī)照明等用電需求，以降低建筑運營能源消耗。

制冷工藝方面，本著環(huán)境友好的設(shè)計理念，從規(guī)模、環(huán)境、制冷效率和能源等角度考慮，該工程制冷采用氨+二氧化碳的復(fù)疊式制冷系統(tǒng)：分為為低溫級和高溫級兩部分，低溫級的冷凝熱由高溫級帶走，二氧化碳作為低溫級制冷劑，氨作為高溫級制冷劑；二氧化碳作為制冷劑或載冷劑負(fù)責(zé)冷藏間低溫區(qū)（-23 ℃）降溫，乙二醇載冷劑負(fù)責(zé)地下室和穿堂高溫區(qū)（0～10 ℃）降溫，能源利用率得到很高的提升。從安全角度考慮，氨都控制在制冷機房，并控制氨的充注量小于現(xiàn)行《冷庫設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：GB 50072—2021》40 t 的上限要求。

2.3.4 材料與構(gòu)造：加強能源節(jié)約和環(huán)境設(shè)計，提升建筑舒適性

對于冷鏈物流建筑，應(yīng)該選擇具有高效保溫和隔熱性能的材料，如聚氨酯（導(dǎo)熱系數(shù)＜0.022 W/mk）、擠塑聚苯板（導(dǎo)熱系數(shù)＜0.023 W/mk）、隔汽層等。為適應(yīng)南方夏熱冬暖氣候，該項目屋頂?shù)谋馗魺岵捎镁郾桨甯魺岷图芸胀L(fēng)空氣層相結(jié)合的方式，高效的降低屋面輻射熱的傳導(dǎo)。為減少跑冷的功能性門洞口的熱濕交換，避免產(chǎn)生冷結(jié)水遇冷結(jié)成霜或者冰，門口配備快速卷簾門設(shè)備和類似門斗的功能空間，可以進行快速阻斷跑冷效果；傳統(tǒng)冷庫一般不注重員工工作環(huán)境的舒適性，簡單粗暴的進行高低溫空間劃分，為改善這一現(xiàn)狀，該項目通過合理設(shè)置過渡區(qū)域［9］，如門斗、緩沖走道等，進而優(yōu)化熱環(huán)境背景條件，為工作人員創(chuàng)建間歇休憩的舒適室內(nèi)熱環(huán)境，提高員工的舒適感和生產(chǎn)效率。

2.4 建筑使用階段

該項目的主動式建筑理念應(yīng)用除了在規(guī)劃和建筑設(shè)計階段外，在建筑使用階段，以優(yōu)化能源利用靈活性和建筑空間利用高效性為原則，需考慮建立監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測溫度、濕度、氧氣和二氧化碳等參數(shù)，還需靈活應(yīng)對客戶的倉儲需求，同時定期對設(shè)備和系統(tǒng)進行維護和檢修，以確保設(shè)備和系統(tǒng)的正常運行。

2.4.1 溫度控制

冷庫的主要功能是控制溫度，確保貨物在安全溫度范圍內(nèi)。因此，在使用階段需要考慮溫度控制系統(tǒng)的可靠性和高效性，以及系統(tǒng)的自動化程度和監(jiān)測功能等，并形成可視化數(shù)據(jù)展示。該項目冷藏間針對不同類型的冷藏品在溫度可調(diào)范圍內(nèi)，進行低能耗的溫度調(diào)節(jié)，在控溫穿堂中也能進行一些初加工作業(yè)，并保證貨物的冷藏品質(zhì)；考慮港口濕熱環(huán)境，采用夏季空氣調(diào)節(jié)日平均溫度［10］。

2.4.2 空間利用

冷庫空間的利用率對于運營效益和貨物儲存量有很大的影響，需要在使用階段考慮如何合理規(guī)劃冷庫空間，考慮貨物進出的流線和儲存方式等。該項目使用貨梯和提升機組合式垂直運輸系統(tǒng)、移動式貨架等，靈活應(yīng)對冷藏貨物的空間需求。

3 結(jié)語

主動式建筑理念在冷鏈物流建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用，可通過采用適當(dāng)?shù)慕ㄖO(shè)計、建筑構(gòu)造、建筑材料和系統(tǒng)集成等手段，相互協(xié)調(diào)，主動調(diào)節(jié)和控制建筑內(nèi)外環(huán)境，以提高建筑的能效性和舒適性，實現(xiàn)優(yōu)化能源利用、空間利用及提高舒適性、安全性、環(huán)保節(jié)能等效果，對于推動冷鏈物流可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。