CH2：墨尔本市政府绿色办公楼的美学和生态研究

2012-12-11米克皮尔斯MickPearce

生态城市与绿色建筑 2012年3期

米克·皮尔斯 / Mick Pearce

图1 CH2西立面外观（摄影： Dianna Snape）

1 引言

CH2（图1）位于墨尔本市中心小柯林斯街（Little Collins）200号，总建筑面积12 536m2，包括1 995 m2的地下室。地上共有10层，一层是500 m2的零售商场。二层以上是政府办公室，每层建筑面积为1 064 m2（图2、3）。

2001年，墨尔本市政府决定建一座新的办公楼，并将其作为到2020年前实现零碳排放这一长期战略的一部分。墨尔本市政府公开声明，CH2是一座全新的建筑，它有可能改变澳大利亚甚至整个世界的生态可持续设计方法。它将争取在建筑物如何实现资源、社会和环境的共赢方面树立一个新标准……CH2的长远意义还在于为其他城市提供可借鉴的典范。

CH2的设计师曾就读于伦敦的建筑联盟学院（Architectural Association），曾经在非洲，主要是在津巴布韦（Zimbabwe）工作了很长时间，并从自然界中获取了大量的设计灵感。相对于西方建筑师更多地运用他们广泛认可的建筑工程学，非洲的建筑设计在获得大自然的灵感方面比西方的限制要少得多。对于非洲城市的办公建筑，CH2的设计师已经找到了一种适合的设计方法——直接参考大自然在相同环境下的解决方案。在设计CH2之前，他完成了一个位于津巴布韦首都哈拉雷（Harare）的大型写字楼项目，该项目完全模仿开阔草原上的白蚁巢穴，巨大的有机塔以优雅的方式解决了供暖和制冷这两个基本问题，并为居住于其中的居民提供了所有的生命支持系统。在CH2中，设计师将他的想法运用到了墨尔本市区这片密集的区域，展示了将仿生学设计嵌入到完全人工都市环境中的可能性。

2 建筑立面

CH2建筑的4个立面如下。

2.1 西立面

CH2建筑的西立面朝向斯旺斯顿街（Swanston Street）。整个西墙有随太阳照射而自动变换角度的再生木质百叶窗遮阳（图1），早上完全打开，下午太阳直射时关闭，由一套液压的系统来控制。作为一堵10层楼高由再生木质百叶窗构成的外墙，西立面在下午3点左右可保护建筑免受阳光的曝晒。等到傍晚时分，百叶窗逐渐打开，如同绽放的花朵般，露出其后的玻璃建筑（图4～6）。年代较为久远未经加工过的、可再生木料是这些木材墙面的主要来源。它们是一种天然材料，并随着时间的推移老化变色，这也是大自然氧化的过程。与其说是古朴的玻璃幕墙界定了自然，不如说它本身就是大自然绘画的杰作。CH2的整个立面都随着太阳的运转而变动，像大自然的一面镜子。一天中除了太阳直射到西立面的3个小时外，整座城市的美景在每层楼都能尽收眼底。

2.2 北立面和南立面

北立面和南立面可以视为建筑与环境互动的图示。根据深色物体吸收热量暖空气上升的自然规律，CH2大楼北立面（墨尔本位于南半球，其北向为朝阳方向）建了10个深色的管道（图7）。南立面则根据浅色反射热效率高和冷空气下沉的规律，设置了10个浅色管道（图8），它们从屋面带入新鲜空气，向下输送到建筑物各层。管道上大下小，在转向立面的时候为每层楼提供换气。上大下小的锥形最大程度地提高了工作效率。北立面向上流动的废气和南立面向下的新鲜空气构成了纵向图示元素。通过吸收太阳的辐射加热内部空气，在“热压原理”作用下热空气上升，由下向上通过屋顶风力涡轮机将废气带出建筑物。晴天，北面管道是深色的，热吸收加大了废气管道的空气浮力，而南面浅色的送风管道则反射太阳能。倒立的锥形扩大了外墙立面窗户面积，从而弥补在建筑的较低楼层逐渐减少的日光。北立面除了玻璃窗户外还有阳台、遮阳板和花园，垂直花园起到遮阳、防眩光和提高空气质量的作用。种植的植物利用再生水浇灌，栽植在每一楼层的阳台的特制种植槽内。墙面上设有不锈钢网，供藤本植物缠绕攀附（图9～11）。

南立面有5个高13m，直径1.4m的喷淋塔（图12、13），塔之间的纵向平行槽是可活动的，夜间窗户自动开启，使冷空气进入室内，为建筑内部空间换气通风。喷淋塔是透明封装的水塔，它们演示了由重力驱动的水和空气的蒸冷却过程。北立面顶部安装了黄色风力涡轮机，通过收集风能在夜间抽取空气。有风的时候，在白天不仅能发电，还能作为整流罩来防止气流下降（图14）。

图5 西立面木质百叶窗（摄影：Dianna Snape）

图6 遮阳百叶开启状态（摄影：David Hannah）

图3 一层大厅（摄影：Dianna Snape）

CH2并未因其采用了许多绿色建筑设备和手段而使外立面很不协调，相反它们丰富建筑的立面特征。立面被作为光和能量的表达，因为它们直接展示了一个收集光、风和重力的自然过程，就像在森林里为了获取适当足够的阳光，树顶端的叶子都比较小，而底端的叶子就比较大。树干则为了上方的阳光，努力与地球引力抗争。因此锥形管道更像是自然中的塔状物体而非平行的纵向元素。

2.3 东立面

东立面使用了穿孔金属板（图15、16），就像西立面一样组成了建筑物的可呼吸表皮。东立面的这些穿孔板由不规则的波纹皱褶组成，打造了一种和树皮类似的，更为自然的图像效果，CH2内部也沿用了同样的自然肌理。

东墙上的穿孔金属板使卫生间能自然通风，作为阳台的栏杆，并把电梯间等隐蔽起来。

3 建筑的仿生学设计

图9 北立面的遮阳板和绿化阳台（摄影：Dianna Snape）

图10 花台上的小鸟

图11 北立面的遮阳板和绿化阳台（摄影：Dianna Snape）

图12 南立面喷淋塔（摄影： Dianna Snape）

设计师曾经在非洲研究白蚁的巢穴。和人类相比，它们在和大自然打交道时要聪明得多。白蚁建造了一种适合它们和真菌的生存环境，真菌是它们培育出来的食物。正如人类血管中流动的血液一样，在白蚁巢穴内部，空气随着外界的温度和压力而流动。白蚁巢穴是和我们身体类似的一种系统。它在温度上自我调节。这可以成为建筑物的绝佳模式。在某种意义上这也是我们新陈代谢的延伸。这意味着人们可以修建一个耗能很少的建筑物。研究白蚁的科学家们发现蚁穴的中庭堪比一个超级生态系统或者生命体系。

对于绿色建筑而言，它提供了一个非常高明的解决方案，让使用者和周围环境互相协调。借鉴白蚁的中庭，考虑更多的是其功能而非视觉层面的象征意义，即设计师并非建议将建筑物的外观设计上类似白蚁的巢穴，而是在设计建筑物的内部时参考蚁巢的运行方式。珍妮·班娜斯（Janine Benyus）在其所著的《仿生学》书中将这种设计方法称作“仿生学设计”。

类似于白蚁巢穴，CH2的中庭使用毛面预制波浪形喷砂混凝土吊顶（图17）。吊顶厚180mm，跨度长达8m，横跨宽21m的楼板（图18）。这些波浪形的空间尽可能地延伸以吸收下方空间使用者释放的热量，促进空气对流，增加靠墙空间的自然光照。

CH2内部环境设计不仅非常切合人类的生理习惯，同时还尝试重构了根植于非洲大草原的自然美学，因此也满足了我们的心理需求。生物自卫本能的理念是由爱德华·威尔逊（E.O.Wilson）和他的同事提出的，探讨了人类跟大自然之间更深层次的联系。人类需要与植物为伴，需要广阔的视野来增加安全感，需要在工作间隙逃离牢笼拥抱自然。我们需要用自然光来修正生物钟，因为人类两三百万年的野外生活之后仅仅经过15代人的时间就变成了室内动物。

4 建筑内部能量与绿色策略

4.1 通风降温系统

CH2在建筑制冷方面做了很多努力，它采用了吊顶辐射制冷技术。夜间，波浪状预制混凝土吊顶利用自然通风进入室内的冷空气进行降温，并将冷空气储存以供白天使用，减少了20%的冷负荷（图19、20）。

图14 顶层阳台和风力涡轮机（摄影：Dianna Snape）

图15 东立面

图16 东立面穿孔金属板（摄影：Dianna Snape）

图17 波浪形毛细管式辐射吊顶1（摄影：Dianna Snape ）

户外经过过滤和干燥的新鲜空气从17m高处设备间或更高处抽进来，导入建筑南面的喷淋塔中。新风下降的过程中被喷淋水产生的蒸汽冷却后引入建筑下层的商店，而喷淋塔中的冷水流经固定在吊顶上的冷却板和窗前冷却梁的时候，产生15℃的凉爽气体并分散到工作区中。最终，冷水再被输送到地下室的3个由30 000个不锈钢球状相变材料组成的储能水箱中重新开始循环（图21）。相变材料的冷凝温度是15℃，水箱同时储存冷空气用于建筑的其他地方。

人体和设备散发的热量中的20%被波浪状混凝土吊顶吸收，80%则被主动式冷板吸收。夜间，当吊顶的空气温度高于室外时，嵌入在南北立面垂直槽上的窗户将自动开启，冷空气涌入，对吊顶进行冷却。CH2的通风系统提供了100%经过过滤、循环的新鲜空气，工作人员可以通过位于地板上的空气通风口进行独立控制（图22～24）。有研

图22 办公空间的空气流动

图23 办公空间能耗示意

图24 建筑绿色策略剖面示意

图25 墨尔本2002年极端气温

图26 北立面采光示意

4.2 采光照明

墨尔本的限高一般为40m。节能规定建筑立面窗户的最大面积不得超过外墙面积的50%，从狭窄街道洒落下来的阳光足以让低楼层的窗户得到比楼顶层更多的光照。设计师通过调整CH2不同的窗户面积，使各个楼层在狭窄的街道中得到均衡的自然光照，既降低了能耗，又保证理想的自然采光。北立面的窗户展示了如何采用一些辅助设备，让一些即使不能被太阳直射的区域也能获得充足的光线（图26），穿孔钢材反光板将日光反射到建筑室内的吊顶上，避免了眩光并减少人工照明的需求。

CH2 中采用了T5 节能灯具与传感器结合，在自然采光充足的时候减少人工照明。个人的工位上配备可以控制的台灯作为补充，根据工作需要来决定是否使用人工照明。

4.3 燃气热电联产

屋顶上的燃气热电联产装置用以发电和产生热量，降低对公共电网的依赖。热电联产装置的CO2排放量比燃煤发电的排放量要低得多，能产生60kW 的电，满足了CH2 办公楼30 %的用电需求。同时，该装置还提供60kW的热量作为吸收式制冷机冷却和冬季热水供暖的能源。

4.4 太阳能

屋顶上48m2太阳能热水板提供了CH2约60%的生活热水供给，燃气锅炉作为太阳能不足时候的后备；26 m2的光电板产生的电力则用以驱动建筑西立面的木质遮阳百叶窗。

4.5 污水回收利用

小柯林斯街道每天约有100m3的污水从污水管道排出。城市的污水管道中通常95%是水，这不仅对污水系统来讲是极其沉重的负担，也是水资源的浪费。在CH2场地产生的污水通过复合净水厂（multiwater treatment plant）处理后，将固废物送回污水管。而抽取出来的水通过微过滤系统处理成优质的非饮用水。其中一部分回收的水用于CH2水冷却、浇灌植物和冲厕，剩余的水可供市政府其他办公楼、城市喷泉和植物用水。同时，对消防喷淋系统用水和雨水进行回收进一步节约了用水量。

5 建筑使用后评估

CH2建筑为550名员工提供了健康的工作环境，并将以此作为未来城市办公发展的基准。由业主和设计方共同推进项目进展，吸纳了广泛的可持续概念，并提供了最终整体设计方案。一份独立的评估报告显示，墨尔本市六星级的绿色建筑CH2使用7年即可收回成本——比预期提前了3年。这份使用评估报告是由英国建筑使用研究机构（Building Use Studies，BUS）的独立分析家艾德里安·利曼①（Adrian Leaman）出具的，评价了建筑使用者对其工作环境的感受。

自2006年10月投入使用后，CH2已获18个奖项，受到广泛的国际好评，这表明CH2的商业运营非常成功，超出预期。这份独立报告涉及了CH2大楼核心的部分，即财务可行性。最初预测，按照员工工作效率增长4.9%来计算可以节省916 000美元，CH2在环保方面的特色需要10年才能收回成本。然而评估报告显示员工的工作效率提高，节省了超过2 000 000美元。这就意味着之前预计要10年收回成本的周期缩短到了7年，提前3年实现收支平衡。

以下是CH2建筑物的一些突出成果（CH2使用后评估的关键数据）。

（1）员工积极参与调查，当天在场的员工参与比例很高。

（2）员工对10个指标中的8个进行的评价高于平均水平。这些指标包括：总体舒适度、设计、总体照明、需求、总体的噪音控制、如何看待生产率、夏季的总体温度、冬季的总体温度、夏季的总体空气质量、冬季的总体空气质量、健康、形象。

（3）和CH1办公楼相比，CH2的工作效率提高了10.9%。

（4）建筑物总体性能的78%数据位居前列（即前22%）。百分位排名舒适度方面为第59位，满意度方面为第87。

CH2不仅仅为政府树立了典范，也为整个墨尔本市树立了一个典范且成果正在显现。报告显示节约成本的方案也可以环保，为更多的员工提供自然光和新鲜空气。

6 结语

CH2是澳大利亚首座以获得六星级绿色建筑认证为目标的建筑，对于民用建筑来说它是一种全新的诠释，可以从不同的角度来欣赏和解读。CH2达到了节电85%，节气87%，节水72%，减少87%的温室气体排放和80%的污水排放目标，建筑表现或者美学在达成以上目标的过程中发挥了相当大的作用。建筑之于城市，正如树木之于森林，都是个体对所处环境的回应。CH2被设计作为地球生态系统的映像，这是一个由各个关联部分组成的复杂巨系统。正如要评估一个生态系统中各个组成部分的作用就必须参照系统整体，CH2建筑物内的各个组成部分协同运转，通过供暖、制冷、供电和供水，才能给整座大厦创造一个和谐的环境。因此，与其说它是一个凝固的雕塑，不如说是一个自适应的过程。

注释

① 利曼是一位室内环境质量方面的专家，以全球330座建筑物的测量数据作为评估基准，其中包含47座澳大利亚的建筑。

项目信息

地点：澳大利亚维多利亚州墨尔本市小柯林斯街200号

总面积：12 536m2

地下面积：1 995m2

一层商业面积：500m2

办公面积：9 373m2

标准层面积：1 064m2

总造价： 51 045 000.00澳元

建成时间：2006年9月

业主：墨尔本市政府