绿色办公建筑创作研究——以南京某绿建大厦为例<br/>

绿色办公建筑创作研究——以南京某绿建大厦为例

2011-12-10马京涛袁朵MAJingtaoYUANDuo

生态城市与绿色建筑 2011年1期

关键词：中庭遮阳绿化

马京涛袁朵/MA Jingtao, YUAN Duo

图1 方案一第二轮鸟瞰

图2 方案设计过程CFD模拟分析

表1 南京气候特点与对应技术措施分析

1 项目概况

南京市某绿色办公建筑项目（以下简称绿建大厦）位于南京市鼓楼区国际服务外包产业园内，地块北侧为南京市东西向主要道路之一汉中门大街，东南侧为园区内部道路，西侧为长江支流夹江以及沿江快速路，有大面积的城市绿化。地块面向东南一侧最长，另外两侧稍短。总用地面积6 703.31m2，其中建设用地面积5 386.47 m2，规划为科技研发用地，容积率3.2。

在《绿色建筑评价标准》的框架下，设计师从分析城市以及区域的环境特点入手构思方案，并把“外部环境—建筑—内部使用者”整合思考作为原则，依据因地制宜、气候导向的设计方法构建技术策略体系，主要从节地、节能等几个角度出发，将技术措施融合在建筑方案创作中。

2 绿色设计策略

南京因地处长江流域夏热冬冷地区，气候特点可以归结为：四季分明，夏季炎热，冬季湿冷，过渡季时段长，过渡季雨量充沛，湿度较大。太阳总辐射量一般，但直射辐射量相对较高。

根据南京市的气候特点在宏观和微观两个层面确定了绿建大厦的适用绿色策略（表1）。在宏观层面根据南京市的温度、湿度、日照、风力、降水等条件把自然通风采光、雨水收集、屋顶绿化、太阳能利用、外遮阳等作为绿色办公建筑方案创作构思中的重要因素。同时，摒弃气候适应性弱、高投入低产出的绿色策略，例如单纯的内遮阳、围护结构高强度的隔热保温等。

微观上，根据设计的建筑布局、功能、构造以及建筑当地的局部气候状况、风力与地表水资源、可绿化率、适应性物种等微观因素，确立微环境改善的技术策略。利用流体动力学（CFD）模拟分析建筑的风、热、辐射等微观环境，以确定室内外空间的舒适指数（图2）。

分析地块本身条件，场地出入口只能布置在东南向园区内部道路上，此朝向安静且无明显遮挡，便于利用充足的阳光；东北侧汉中门大街交通流量较大，绿化隔离带虽能遮挡一部分交通噪音，但作用不明显；西北一侧面对长江支流夹江，之间并无其他高层建筑遮挡，视线开阔，也可直接受到来自江面气流的影响。在建筑方案创作中除了要根据地块的这些基础条件合理布置总图及梳理交通外，还需要结合综合技术策略统筹考虑平面功能使用要求、立面风格特点以及形态的可识别性要求等问题。

3 总体布局及主要设计思路

图3 方案一第一轮鸟瞰

图4 方案二第一轮鸟瞰

图5 方案二第二轮鸟瞰

图6 方案一平面布置示意

根据这些分析判断，初步确定了两种总图的布局方向。方案一从节约用地保证景观绿化面积出发，摒弃了高层建筑常见的主体加裙楼的做法，将常规布置在裙楼中的大空间移至地下一层，以缓解首层入口广场的场地紧张。主体建筑采用薄板造型并尽量贴近西侧用地边线，首层除入口门厅以及竖向交通外全部架空，将大面积的用地留给景观绿化以及广场，也保留了地下一层直接利用自然采光和通风的可能（图1、3）。

方案二的思路则是在可建的用地范围内尽量地扩大平面占地，通过建筑内部中庭位置及形态的变化形成立体的共享空间，共享空间中集成了交通、休憩、展示等功能。这也是现代办公建筑常用的一种平面组织形式（图4、5）。

两种方案思路受到各种因素的影响，均经历了两轮的深化讨论过程，其中最大的影响来自规划条件的变化，西侧用地边界的退距在第一轮方案结束后由原来的不做限制调整为15m，这使本来局促的用地更加地紧张，也给方案的总图布置带来了更大的难题。方案一因为占地面积较小变动不大，方案二则几乎呈颠覆性的修改。第一轮方案结束后根据甲方的要求遵循方案一的总图设计思路又做了第三方案提供参考。

3.1 方案一

方案一的总体布局及主要设计思路一直贯穿始终，第二轮的方案调整除了根据规划条件对平面进行修改外，主要是结合技术措施调整立面风格。方案一主体建筑采用薄板型平面减小建筑进深，为争取自然采光和通风确定了基础（图6）。两个核心筒在短边两侧靠近外墙布置，为中间的办公部分留出连续空间，既保证了结构布置合理有效，减少了结构成本，同时也提高了平面的使用效率（图7）。

方案一采用首层架空的手法使得入口广场得以延伸至建筑底部，形成一个相对开阔的灰空间。与场地西侧的沿江绿带相连通，以使空气能够由此穿过建筑，改善入口广场的局部微环境（图8）。

图7 核心筒位置分析示意

图8 架空层部位通风示意

在入口广场设置扶梯和楼梯分别直通二层以及地下一层，一方面在用地紧张的情况下解决了主要公共空间的人流引导及疏散问题，使原来需集中在首层大堂室内解决的功能得以分散至外围，提升了二层以及地下一层的空间价值和利用效率；另一方面也丰富了入口广场的空间变化，使得这一空间成为整个建筑的“公共门厅”（图9、10）。

同时，首层架空也使得地下层空间有了更多便于利用自然采光通风的可能，通过在地下一层设置下沉庭院、天井以及专门的通风采光井，使得地下层空间的利用率及舒适度都得以提升（图11、12）。同时，在下沉庭院的底板上再开洞设置通风采光井，又可以解决地下二层部分空间的通风采光问题，减少地下空间照明以及机械排风的能源消耗。三角形用地的两个锐角做成了地下汽车库的出入口，在螺旋车道的中间，做成透空的通风采光井，地面以上部分结合景观做成一个玻璃的透光拔风塔，既可以保证车道部分的采光要求，更有助于地下室的通风换气（图13）。

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在项目功能中所要求的展厅、多功能厅等大空间结合地形布置在地块东北角地下一层的位置。屋顶部分做成斜坡绿化植草屋面，从入口广场坡至二层平台，首先解决了多功能厅对层高的特殊要求，同时在屋面上通过不同斜率的草坡调整埋深分别种植乔、灌木以及草坪，保持植被的多样性，亦使建筑主体能隐退到景观绿化之后，以削弱对城市街道空间的压迫感。通过在斜坡屋面上设置采光通风井，可以保证多功能厅正常使用下的自然采光和通风。在斜坡绿化之间铺设的透水人行步道，从绿树掩映之中蜿蜒而上至二层平台。斜坡屋面以下除了多功能厅以外的位置我们设计布置了自行车库，利用地下一层的层高做了部分夹层，以满足人们绿色出行的需要（图14）。

四层以上的楼层设计了中庭，一方面可以充分利用天然采光，改善中间位置的光线照度（图15）；另一方面，每层位置不同的中庭变化也使气流因为热压作用得以在建筑内部流通，再结合窗口换气使得办公空间可以在过渡季节充分利用自然通风，减少空调能耗（图16）。

中庭在屋顶的部位设计成可电动开合的机械采光顶，在需要空调制冷的夏季或过渡季部分时段，可以在夜晚将采光顶打开，使室外的冷空气灌入中庭以及室内开敞空间，白天的时候将采光顶关闭，屋顶的外遮阳设施可防止太阳辐射热透过采光顶进入中庭，保证中庭部位的温度不至于上升过快。在室内温度升高后再开启采光顶形成烟囱效应，通过热压作用使室内的热空气尽快排出（图17）。

第一轮方案外围护结构采用玻璃幕墙比例较大，在方案修改中尽量地减少玻璃幕墙的使用，大面积墙面以实墙为主，并严格控制窗墙比，同时在不同的朝向上制定不同的外遮阳策略。建筑主体的朝向为东南、西北向，在东南朝向，为争取更多的太阳光将开窗率适当扩大，但通过墙面自下而上向外倾斜以及深窗洞的处理，在一定程度上形成了自遮阳；在靠近上部的玻璃幕墙部分，窗台高度以下仍然为带保温层的填充墙，在玻璃的部分采用横向水平外遮阳，将太阳辐射热隔绝于围护结构之外。

西北朝向夏季西晒严重，为了隔绝高度角很低的西向阳光，采用挡板遮阳效果最为明显，但是西向同时面对江景，是建筑应该争取的景观朝向。为了解决这一矛盾而设置了双层的幕墙，第一轮方案采用了可调节的金属外遮阳板（图18），通过金属板的打开、折叠以及旋转可以根据不同的需要控制进光量，同时营造出立面丰富的光影和色彩变化，但出于安装以及维护成本的考虑，在后期方案修改中将外层幕墙调整为镂空的混凝土重墙（图19），内侧的围护结构仍然控制开窗率，外层幕墙通过结构出挑，内外幕墙之间形成空气可自由流通的室外空间。夏季西晒严重的时候，防晒墙可以隔绝大部分直射的阳光，而且重墙受此影响温度上升也比较缓慢，加热后的重墙再将周围的空气加热，由热压作用引起的气流向上运动也带动了室内外空气的交换，帮助室内自然通风换气（图20）。当防晒墙温度升高开始向周围释放热量的时候，基本上白天的工作也已经结束了，不会对室内空间的舒适度造成影响。另外，在外墙上还设置了一些布置绿化的开敞阳台，通过形体的内凹形成阴影，为使用者欣赏江景提供了一个舒适的休憩空间。

在屋顶部位设置了屋顶绿化和太阳能光电板兼做的外遮阳，在遮阳的同时还可以为地下室空间的照明提供能量。屋顶花园利用架空地面设置了雨水收集装置，经过简单处理后可以用来洗车、绿化滴灌、道路喷洒、车库清洗以及卫生间冲厕等。雨季降水量充沛的时候多余的雨水可以收集在地下室的中水处理机房里，待降水不足的时候再调用补充。

3.2 方案二

图9 方案一第一轮入口广场透视

图10 方案一第二轮入口广场透视

图11 方案一第一轮首层平面

图12 方案一第二轮首层平面

图13 方案一透光拔风塔示意

图14 斜坡绿化与自行车停车库相结合

图15 设置中庭对平面采光的影响模拟示意

图16 中庭空间的通风示意

方案二的思路是从另外一个角度充分利用用地：在可建的用地范围内尽量地扩大建筑占地面积，并通过外围建筑的包围在内部形成虚体——共享空间，建筑作为这一空间的围合体同时与内部和外部环境沟通并相互影响（图21）。

遵循这一设计思路，两个高层板式建筑顺应场地交错围合生成几个内部共享中庭和室外平台，中庭空间完整又相互通连，并随着高度、位置以及尺度的变化呈现出不同的形态，交通、办公、休憩等功能都围绕中庭展开，为使用者提供人性化的办公环境，使其成为整个建筑中最精彩的核心。同时，中庭空间尺度下大上小，有利于利用热压作用形成烟囱效应，在过渡季节可有效的增强自然通风的效果（图22）。室外平台在建筑不同的高度上分布，结合绿化作为屋顶花园，并与室内中庭相连通，进行有效的通风组织。

图17 可开合机械采光顶作用示意

图18 方案一第一轮西北向透视

图19 方案一第二轮西北向透视

图20 防晒缓冲墙作用示意

图21 方案二空间构成关系示意

两个板楼的主要朝向为东北和东南向，东北向的板楼有利于抵挡冬季潮湿的东北风，并隔绝了来自汉中门大街的城市交通噪音；主要功能空间在东南向板楼中布置，因为此朝向相对安静，且利于利用充足的自然阳光（图23）。

平面布置上，高层板式建筑的楼体进深较短，利用自然通风采光的基础条件良好。功能核多设在板楼尽端位置，中部楼层平面可灵活分割，适应不同办公模式的个性需求（图24）。

建筑以简洁大气的立面处理强调建筑的体量感和雕塑感，以均质统一的模块化立面肌理体现现代建筑的科技和工业特征。大面积墙面采用实墙，以减少玻璃幕墙的使用面积。立面创作根据建筑外围护不同时段不同方位风压条件及采光条件的模拟，决定不同朝向窗体开口宽度，东南向一侧最宽，西北一侧最窄。经济、节能的同时也给建筑立面带来逻辑性变化（图25）。

因规划条件调整，方案二的设计思路几乎难以继续发展，更加紧张的用地使内部的中庭尺度变小（图26、27），不仅影响了平面功能的布置，而且也可能失去了调节室内空间环境的生态效应。因此，在第二轮的方案调整中，除入口部位的中庭保留外，将其余位置的中庭调至靠近外墙部位形成边中庭或室外绿化平台（图28、29），形体搭接处形成的空中露天中庭，也可保证来自江面的气流可以穿过建筑，改善入口侧的微环境（图30）。

3.3 方案三

方案三的总体设计思路与方案一类似，也是利用首层架空空间组织交通，在入口层分散人流，将首层的功能分解至二层和地下一层。主体建筑以三角形的标准层平面为基础，形成逐渐向上递减的办公平面，平面上不便于利用的角部空间被设计成室外阳台（图31），从而形成了建筑各个立面上大小不等、尺度不一的立体绿化空间，使绿化同立面有机结合（图32）。

图22 方案二中庭空间拔风效果示意

图25 方案二窗口尺度变化示意

图23 方案二第一轮总平面

图24 方案二第一轮首层平面

图26 方案二第二轮总平面

图27 方案二第二轮首层平面

图34 方案三南立面水平遮阳

图35 方案三西立面垂直遮阳

图36 方案三模拟计算夏季表面风压云图

图37 方案三剖面示意

方案的特点主要体现在细节处理上，根据不同季节和朝向的日照特点选择对应的绿化种类和形式，将遮阳与绿化有机结合。拟主要采用绿化类型为：吸附攀爬型绿化；缠绕攀爬型绿化；下垂型绿化；树墙型绿化；乔木型绿化。其中，在大厦的西南面14～19层墙面种植爬山虎、常春藤等吸附型藤蔓植物；在大厦屋顶设置格栅，将紫藤、金银花、凌霄类等缠绕型的藤蔓植物与太阳能光电板间隔布置，形成屋顶绿化花园。上述两种绿化方式与建筑遮阳结合，实现一种新的遮阳方式——绿化式遮阳。在大厦西侧花园安装种植容器，种植牵牛等下垂绿化植物；在大厦东南面5～9层阳台种植常绿的小型灌木，形成树墙型绿化；在大厦东南面3层通高阳台及空间较大的屋顶上可种植落叶乔木，起到对外热量反射、对内避免眩光，改善室内光环境。

立体绿化设计与建筑形体和立面充分结合，并将原本有限的建设用地尽可能用于建筑平面的合理设计，将绿化庭院移至空中，将原先被占用的绿化空间归还于城市。

方案三结合南京气侯条件在立面方案创作中考虑的另一个重要因素是遮阳（图33）。建筑南向以及西向考虑外遮阳为主，由于活动式外遮阳成本远高于固定式遮阳，所以采用活动式遮阳与固定式遮阳相结合的设计方式。

根据遮阳模拟分析在南立面设计了横向百叶遮阳（图34），夏天减少南向太阳辐射以及降低室内眩光；冬天按照太阳高度角计算调节百叶，引入太阳自然光，减少冬季空调运行时间及费用。绿建大厦西侧接受太阳辐射的高度角较小，竖向固定式遮阳片的设置有效地减少了太阳辐射进入室内（图35），同时结合西向立体绿化阳台设计，利用凹凸阳台达到自遮阳效果，大大改善西向办公空间室内温度；同时凹阳台的设计也大大改善了高层建筑远地感。屋顶采光中庭顶部设置活动式遮阳帘有效调节室内温度。大厦北侧立面处理更多关注控制窗墙比以及北侧高架桥对于大厦的噪音干扰，同时也将核心筒以及辅助空间布置在建筑北侧，与立面设计充分结合，窗墙比较小。

方案三在自然通风方面与方案一同样采取了底部架空的处理方法，使得冬季行人高度风速控制在3～4m/s。通过风环境模拟可知（图36），夏季最大风压（7Pa）出现在建筑东南立面，最小风压（约为-5Pa）出现在建筑西北立面处（-6Pa），建筑前后压差较大，为使得大厦三层以上办公部分通风资源的最大化，方案三同样利用建筑平面中的中庭及屋顶可开启窗的设置形成热压通风（烟囱效应），夏季起到降低室内温度效果，冬季起到保温节能温室效应，减少空调运行费用（图37）。

方案三突出了被动式技术的运用，其屋顶绿化率（可用面积）达75%；不同朝向分别采用自遮阳和主动式遮阳体系；外窗外遮阳使用率大于75%；综合利用垂直分区热压、风压综合自然通风技术，自然通风（风压、热压、夜间通风）利用时间大于1 000小时。