可持续建筑和低碳城市开发的探索和尝试

山村真司 小川贵裕 藤井拓郎 胡睿／YAMAMURA Shinji, OGAWA Takahiro, FUJII Takuro, HU Rui

1 引言

自1900年创业以来，日建设计集团作为国际性的综合设计事务所，一贯坚持着被认为最为重要的中立性的原则，经过110年不断从事建筑设计和城市规划的积累，成为了拥有超过2 000名设计师和工程师的具有特色的世界性企业集团。在推进先端新技术开发的同时，在建筑设计、设备系统设计、城市规划各方面，迄今为止已参与世界上40多个国家、20 000多个项目，其中涉及行政、产业、教育文化、医疗福利、住宅等领域（图1）。近年来，还特别致力于在日本国内外推进环境保护型建筑和城市的设计开发。

这些探索和努力分别由日建设计集团中几个专门的团体来负责，其中，绿色建筑和低碳城市的开发由日建设计综合研究所承担。此外，日建设计集团在中国的上海和大连也分别设有事务所，迄今承担了多个大规模项目的设计（图1）。

本文通过对一些实际案例及其评价、设计手法的介绍，与读者分享日建集团在环境保护和低碳城市的开发方面的经验与成果。其中，将重点介绍目前正在进行中的天津于家堡金融区低碳化城市规划的情况。

2 可持续建筑

下文对日建设计集团从事的可持续建筑的设计案例以及低碳方法进行介绍。

2.1 可降低空调负荷的建筑外观设计

位于日本东京市内的木材会馆的外装材料使用碳中立的天然木材，并利用其独特的外观进行遮阳，从而在很大程度上降低了空调负荷（图2）。位于沙特阿拉伯吉达市的伊斯兰开发银行总部大楼由办公塔楼、国际会议中心、后勤中心以及停车场构成（图3）。该建筑在双重外墙上设置了条线型采光窗，为实现对中东地区的强烈日射光线进行遮挡的同时引入了自然采光，中庭周围则采用全面玻璃幕墙，巧妙地将伊斯兰元素融合于现代建筑设计之中，并与当地的气候风土相协调。日建设计总部大楼（图4）则在建筑物的东西侧安装了电动外遮阳百叶，每片百叶可随着太阳入射角度的变化而改变倾斜角度，最大限度的控制夏季进入室内的日射光。同时外百叶也被作为建筑外观的一部分而与建筑物融为一体。

2.2 混合型自然环境控制设计

位于日本神奈川县的地球环境战略研究所（the Institute for Global Environmental Strategies，IGES）巧妙地将水平遮阳百叶与垂直遮阳百叶互相搭配，有效地遮挡南面以及东西面的日射。同时，水平遮阳百叶作为反光板将室外的自然光通过反射引入室内，减少了对人工照明的依赖。另外，通过事先对自然通风进行数值模拟，全体设施都安装了自然通风的换气窗。该设施竣工后对运行效果的实测结果显示，相比于基准建筑，CO2排放量减少了40%。

图1 日建设计集团在中国及周边地区从事的代表性项目

图2 木材会馆

图3 伊斯兰开发银行

图4 日建设计总部大楼

图5 北京电视中心（右图为CFD模拟结果）

图6 IGES的自然环境控制设计案例

图7 JAXA的光导管

图8 大规模蓄冷水槽的区域供冷供热设施

图9 利用河水水源热泵达到DHC冷热源系统的10%的节能减排效果

2.3 利用先进技术达到对自然能源的高效利用

（1）昼光利用

日本宇宙航空研究开发机构（the Japan Aerospace Exploration Agency，JAXA）：在吊顶内采用光导管将自然光引入各层内部，并与照度控制传感器相结合，达到了节省65%照明能源的效果（图7）。

（2）自然通风

北京电视中心（图5）：超高层建筑的自然通风由于其不稳定性以及风压的控制问题通常很难实现，该设施通过对气流状况进行数值模拟并有效利用中庭空间，使超高层建筑安定地进行自然通风得以实现。

图10 东京饭田桥i-Garden花园的自然风通道

图11 大崎站西口地区的自然风通道的效果模拟及开发规划

图13 -1 俄罗斯Moscow Metropoliya的低碳城市规划

图12 迪拜的Cool City

图13 -2 俄罗斯Moscow Metropoliya的低碳城市规划

图14 天津于家堡金融区的总体规划（来源：天津新金融投资有限责任公司）

图15 于家堡金融地区的位置

图16 于家堡低碳金融区的定义

图17 单位GDP的减排目标

3 可持续城市开发

3.1 采用高效地域能源系统的低碳街区

（1）晴海托里顿广场（Harumi Triton Square）

东京都内的晴海托里顿广场是一座总建筑面积67万m2，集办公、商业、住宅、会议中心为一体的大型综合设施。该设施采用区域集中供冷供热（DHC），设置了大规模温度成层型蓄冷水槽，并实现了10℃温差进行供冷以及冬季制冷的热回收等技术，达到了日本国内供冷供热设施的最高效率（图8）。

（2）大阪中之岛地区的环保措施以及未利用能源系统

大阪中之岛为大阪市主要的商业区之一，其基地面积为50hm2，总建筑面积超过100万m2，白天人口约为3.5万人。该区域在热岛效应问题上采取有效措施，在项目开发前在各方协调下制作了“中之岛地区环境的将来构想”，并在此基础上对各个单体建筑、街区以及中之岛整体区域等分别实施“低碳化”、“凉爽城市”（Cool City）、“环保型生活方式”、“管理”等计划。区域供冷供热系统的冷却水采用河水进行冷却，大幅度提高了冷热源效率，有效抑制了人工排热效应（图9）。

3.2 环保型大规模街区开发

在大规模街区开发过程中，通过将广域的绿化带彼此相连形成自然风的通道，有效解决城市范围内的热岛效应问题。实测证明，上述的街区开发模式在今后的街区开发中值得推广。

（1）东京饭田桥i-Garden花园（图10）

（2）东京大崎站西口地区规划

对该地区的来访人员和从业人员的利用形态进行分析，实施与之相应的环境规划，并考虑投资成本和效果进行绿化带规划。同时，与办公楼底下的商业设施相协调，在Think Park 用地的西南侧的人工地面集中种植乔木等植物，形成“大崎地区的森林”，并形成基地内居住区域范围的“自然风的通道”（Yamamura et al.，2009）。

区域内为平滑的山丘形状，人工地面与周围的丘陵地形相协调，构成大规模的绿色斜面。由于绿化范围大部分为人工地面，在上面种植高大的乔木比较困难，因此种植了枫树等中等乔木进行斜面绿化，包围处在自然风通道上的居住区域的空间。另外采用表面温度较低“植物层”，改善热环境并降低成本，具有多方面的效果（图11）。

3.3 世界范围内的低碳城市开发的分析案例

（1）迪拜的Cool City

位于波斯湾地区迪拜的“Cool City”（图12），作为可持续发展的低碳城市，由日建设计集团提出主体构想。该项目由可再生能源规划、基础设施节能规划、建筑节能规划、交通系统规划构成（广域范围内采用单轨电车，城市内采用轻轨交通系统）。

（2）俄罗斯Moscow Metropoliya的低碳城市规划

Moscow Metropoliya是位于莫斯科克里姆林宫东南方向5km的大规模地标开发项目，基地面积为23.7hm2，项目集办公、住宅、商业、酒店等设施于一体。由日建设计集团承担该项目的总体规划。该项目取意于俄罗斯的国花向日葵，以位于中央的购物商城为中心，连接周围的10栋塔楼。在能源规划中，对导入先进节能技术以及石油代替能源技术等之后的效果进行计算，并对设备诊断调查以及商业化、普及规划的具体化进行了事先可行性研究。

表1 为实现于家堡金融区低碳化的方法论最大限度发挥地区特点的最佳组合的低碳化考察于家堡金融地区的自然状况以及基础设施情况，针对本地区的低碳化提出最佳的技术与对策组合。从规划到实施应用，全程实施环境管理不仅仅只是制定美好的总体规划，且从规划、施工到实际使用，通过对整个地区进行全程的能源管理和地区管理，从而使彻底的环境管理成为现实。基于经济状况通过阶段性的开发，建设可持续性城市针对整个地区同时进行开发并不现实。根据今后在全球化社会中的经济状况与技术革新，可进行阶段性的开发。先行开发的其中一部分街区也需要最大限度地开展和体现低碳效果的可持续性城市建设。

4 天津于家堡金融区的低碳规划

4.1 于家堡金融区的定位

在2010年6月的亚太经济合作组织（APEC）成员国能源部长级会议上，于家堡金融区被认定为“APEC低碳城市模范项目”的第一个项目，并作为中日两国的共同项目，从2011年起开展对其实现低碳化目标进行可行性研究。（图14、15）

4.2 “低碳金融区”（low-carbon CBD）的定义

于家堡金融区是全球第一个CBD性质的低碳型城市。对于“低碳金融区”名称的定义如图16和表1所示。

为打造于家堡地区将来的品牌形象，不仅需要降低环境负荷，同时还要提高环境品质。此处的环境品质是指“对于生活、居住的人来说体贴周到的城市建设”、“能够吸引国内外的投资”、“有助于企业进驻与招商”。

4.3 设定于家堡金融区的CO2削减目标

对本地区的中期、长期目标设定如图17所示。

4.4 低碳导则的目的

该导则针对从城市的规划阶段到建成后的实际使用阶段的全程范围内进行可持续性建设和发展，是开发低碳型金融区的指导方针（图18）。

CO2的减排目的在于保护地球环境并降低能耗从而降低设备的运行成本。对于建筑室内居住或工作的人员来说也可以改善室内环境并提高满意程度。

该导则对各项提出了目标，通过对目标以及投资成本与回收期的分析，从而提出具体的解决方案。各主体项目构成如图19所示。

4.5 主要的低碳方法的介绍

本节介绍作为低碳金融区特征的几个方法。

（1）智能单元的模块式开发（Smart Unit Development）

于家堡金融区规划不仅仅只对区域内的建筑节能系统或者区域内能源系统进行规划，还从城市自身的结构组成出发，对城市进行整体低碳规划和探索。在此，将原来应用于交通领域的“交通导向规划”（transit oriented development，TOD）的理念应用于土地利用规划领域。所谓交通导向规划，就是在规划居民或商业区时，使公共交通的利用率最大化的一种非汽车化的规划设计方式，通过多种手段的结合来鼓励公共交通的使用，从而通过交通量的降低以减少CO2的排放。

于家堡金融区通过将街区内的土地利用集中在交通枢纽站的周围，以提高利用密度，形成以商务、商业、居住等用途相结合的混合型街区。

为了实现对城市进行阶段性、连续性的开发，在每个地块内设置市政管线、道路、绿地等设施，形成一个智能单元模块，随着开发的进行，将各个模块相连接，最终使整个城市形成一个巨大的智能网络（图20）。

（2）Area Energy Management System（AEMS）

众所周知区域范围内的节能减排的实现依靠区域内各个建筑物自身对节能的努力，而节能减排的进展情况根据建筑物的用途、使用情况必然有很大差别。如果不能把握区域范围内整体的能耗动态（能耗状况的可视化），将对区域整体的方针政策的制定带来困难。

与单体建筑的能耗相比，AEMS更着眼于区域整体的节能减排的运用。通过以下的方针实现对低碳金融区的整体运用：

① 需求侧（建筑等）的能源消耗动态的把握；

② CBD内的供给方（DHC、太阳能发电站、未利用未能源站）的把握；

③ 能源消耗动向的可视化对区域整体的日常效率化运行的促进；

④ 需求侧和供给侧的动向把握有利于减排计划的制定和实施（PDCA循环，图21）。

（3）交通规划

作为中央金融商务区的特征之一，从业人员规模庞大，预计其中的大部分每天从天津市中心等广域范围进入该区域进行商务活动，对小汽车的持有率较高。另外，考虑到地铁等轨道交通的建设时间以及利用率较低等因素，私家车还存在巨大的潜在需求量，因此如何控制其带来的CO2排放以及如何实现低碳交通的目标将是我们面临的课题之一。通过汽车保有量预测的结果（MIWA et al.，2009），该地区在工作时间内的交通负荷非常集中，超过了原有总体规划的道路交通负荷容量，预计将给城市的发展活动带来一定影响。

通过对以下5个方针的实施，预计可减少CO2排放量的30%：

① 限制私家车的使用并改善公共交通（公交专线、促进轨道交通利用、限制私家车上下班）；

② 轨道交通站周围土地的高度利用；

③ 公交路线规划的再论证；

④ 短距离交通系统的导入；

⑤ 电力汽车的导入。

5 结语

本文针对日建设计集团在绿色节能建筑以及低碳城市开发方面的经验和部分典型案例进行了说明，并特别介绍了最近规划中的天津于家堡低碳金融区的情况，该区域的规划区别于以往的城市开发，因为它不仅仅是单一的规划，通过在竣工后导入AEMS系统，对区域整体能耗包括CO2排放量进行实时统筹管理，为建设可持续发展的低碳型社会起到推动作用。

通过对一些绿色建筑案例及其评价、设计手法的介绍，与读者分享了在环境保护和低碳城市的开发方面的经验与成果，其中的被动式技术和一些高新技术的集成运用，体现了绿色建筑在亚洲地区如何与地域、气候、文化相结合的经验与教训，以期对未来发展有所借鉴或参考。

[1] Shinji Yamamura(NSRI), Osamu Nagase: Study on Methodology about Environmentally Friendly Urban Development for Creating Cool Spots and Reducing CO2Emissions in Urban Area[R].The Seventh International Conference on Urban Climate (ICUC-7), 2009.

[2] Tatsuya Hayashi(NSRI*), Hideharu Niwa(*), Katashi Matsunawa(*):Study on Energy System Simulation Tool for Urban Design[R].The Seventh International Conference on Urban Climate(ICUC-7), 2009.

[3] Tomio Miwa, Akira Ando(NSRI), Toshiyuki Yamamoto, Takayuki Morikawa.A Basic Study of the Effectiveness of a Parking Deposit System[G].ISCP, 2009.