上海中心大厦绿色超高层建筑技术应用实践——绿色三星设计标识认证情况简介

文/周伟民 陆家嘴金融贸易区开发股份公司副总经理



上海中心大厦绿色超高层建筑技术应用实践
——绿色三星设计标识认证情况简介

文/周伟民 陆家嘴金融贸易区开发股份公司副总经理

作为21世纪新建超高层摩天大厦，上海中心大厦以积极响应全球可持续发展战略和国家节能减排科学发展等重大国策为己任，定位于打造一个资源高度集约化、能源高度节约化、实现人、建筑、城市与自然和谐共存的绿色超级垂直城市，成为中国首座同时获得美国LEED金级预认证和中国绿色三星设计标识认证的绿色超高层建筑。本文将从绿色三星认证的视角，从设计理念、技术亮点等角度进行案例剖析，并从整体上对项目所采用的绿色节能技术进行总结。

上海中心大厦；绿色建筑技术

一、背景

随着全球气候的变暖，世界各国对建筑节能的关注程度正日益增加。人们越来越清楚地认识到，建筑使用的能源所产生的CO2是造成气候变暖的主要来源之一。节能建筑成为建筑发展的必然趋势，绿色建筑也应运而生。

绿色建筑希望达到三个目标：第一，减少建筑物在使用维护中的耗能，缓解能源危机；第二，减少耗能的同时，提供舒适、环保的工作或居住环境；第三，减少城市发展对地球生态的影响，如二氧化碳的排放和城市热岛效应。据有关专家介绍，为了节能和环保，美国能源部大力推广“零能耗住宅”新技术。通过改进建筑设计和材料，美国房屋能耗已比1980年减少了30%。

中国政府显然也早已意识到了这一点，并一直致力于促进各方面的节能环保建设，努力推进社会的可持续发展。在第五届国际绿色建筑大会上，中国住房和城乡建设部副部长仇保兴称，近年来，中国与国际社会在绿色建筑领域的合作与交流越来越广泛，这些合作与交流为推动中国绿色建筑的发展起到了积极作用。中国科协主席韩启德表示，作为一个负责任的发展中国家，中国政府坚持以人为本、全面协调可持续的科学发展观，高度重视应对全球气候变化，在发展经济的同时，大力推动节能减排工作，减缓温室气体排放并为此进行了不懈努力。采取了制定应对气候变化国家方案、建设资源节约环境友好型社会、建设生态文明、发展循环经济、构建和谐社会等一系列战略部署。确定了“十一五”期间单位国内生产总值能源消耗降低20%，控制温室气体排放取得明显成效的奋斗目标。

根据建设部建标标函［2005］63号的要求，由中国建筑科学研究院、上海市建筑科学研究院会同中国城市规划设计研究院、清华大学、中国建筑工程总公司、中国建筑材料科学研究院、国家给水排水工程技术中心、深圳市建筑科学研究院、城市建设研究院等单位共同编制《绿色建筑评价标准》（GB/T50378-2006），上海中心大厦的绿色建筑设计获得了中国绿色三星设计标识认证。

二、项目概况

上海中心大厦选址于中国金融投资机构、跨国公司总部、要素市场、各种服务中介机构最为密集的地区之一——上海浦东陆家嘴金融贸易核心区，综合基地面积：30368m2；总建筑面积：569212m2；地上建筑面积：405293m2；地下建筑面积：163919m2。建筑高度约580米（不含建筑顶部装饰高度），项目地上部分功能主要为办公，高级酒店、大型国际级会议中心及文化、商业、娱乐、观光休闲等配套设施，建成后将与金茂大厦，环球金融中心等形成国际顶级的办公商务中心，向世界展示上海这座现代化国际大都市的经济实力、科技水平以及“海纳百川，追求卓越”的城市精神，成为城市经济发展的新航标。

作为21世纪新建超高层摩天大厦，上海中心大厦以积极响应全球可持续发展战略和国家节能减排科学发展等重大国策为己任，在确保安全的前提下，以生态、节能、环保、以人为本为灵魂，不再是按常规建设一个封闭的、消耗更多能源与资源，同时给周围环境与城市交通带来压力、给人员心理和生理造成负面影响的纯粹的钢筋水泥空间，而是定位于打造一个资源高度集约化、能源高度节约化、实现人、建筑、城市与自然和谐共存的绿色超级垂直城市，是一个符合国家绿色建筑评价标准、实现健康、舒适和高效人本环境的标志性建筑。该定位对于引领国际超高层建筑的可持续发展必将发挥重要作用。

三、绿色建筑技术应用

针对以上实施难点，本项目以“体现人文关怀、强化节资高效、保障智能便捷”为绿色建筑技术特色；实现“室内环境达标率100%、非传统水源利用最大化、可再循环材料利用率超过10%、绿色施工和智能化物业管理”为建设目标，最终实现“中国绿色建筑三星级”的建设目标。

3.1节地与室外环境

3.1.1选址与规划

1.地理位置

地块位于浦东陆家嘴金融贸易区。基地东临东泰路；西靠银城中路；南接陆家嘴环路；北望花园石桥路，靠近金茂大厦和环球金融中心。用地像一个梯形，总用地面积30368 平方米。地块基本整平，没有自然水系、农田以及保护的建筑物和古树名木。

2.公共交通

本项目位于陆家嘴功能区内，交通非常便利。目前500m内主要公交站点包括961路、971路、799路、583路等。

大力发展公共交通是解决城市大气环境污染、能源与资源消耗过多的重要方案之一，选择公共交通发达的区域作为绿色生态建筑区域，符合绿色生态建筑为了倡导以步行、公交为主的出行模式，要保证场地交通组织合理，出入口到达公共交通站点的步行距离不超过500m。

3. 场地安全

本项目所在地不是抗震不利地段。电磁辐射∶1）受东方明珠电磁辐射影响预测评价：上海中心大厦项目建筑外电场强度各频率均低于1.2V/m，满足防护标准要求；2）上海中心大厦项目共设置5个10kV变电站和1个35kV变电站，工频电场强度、磁感应强度、综合电场强度远低于《500kV高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》（HJ/T24-1998）标准；土壤氡：上海地区土壤氡浓度测定结果平均值不大于10000Bq/m3，且工程场地所在地点不存在地质断裂构造，不需要进行土壤氡浓度测定。周边无油库、煤气站、有毒物质车间等火、爆、有毒物质等危险源。

3.1.2室外环境质量

1.风环境

冬季主导风为年平均风速时，上海中心周边风环境1.5m高度处的人行区风速均小于5m/s；夏季时期上海中心标高1.5m处室外风速流通顺畅，没有形成死角，周边风环境1.5m高度处的人行区风速均小于5m/s。采用CFD流体模拟软件，对各个季节的风环境进行模拟，如图2.1所示。

图2.1 室外风环境模拟分析

2.屋顶绿化

宴会厅室外的露台设计成一座屋面景观花园。各区中庭区域采用中庭花园。本项目的不可绿化屋面包括超高层主体屋顶（布置风力发电设备），以及裙房部分的金属弧屋面。

3.1.3节地

建筑占地面积：11284㎡，地下建筑总面积：142805㎡，地下建筑面积与建筑占地面积之比为：12.66；地下空间主要作为设备用房、停车场以及商业配套设施。

3.1.4绿色施工

建设施工过程中在保证质量、安全等基本要求的前提下，通过科学管理和技术进步，最大限度地节约资源和减少对环境负面影响的施工活动，最大程度地满足节地、节能、节水、节材和保护环境的要求。

3.2节能与能源利用

3.2.1围护结构节能

将内层幕墙界定为外围护结构。内层幕墙之内的空间为室内使用空间。外层幕墙和内层幕墙之间为缓冲区。

3.2.2空调系统节能设计

上海中心大厦共设高、低区两个能源中心。低区能源中心由设置在地面冷却塔系统和地下室冷冻机房、锅炉房、燃气内燃机房、冰蓄冷系统组成，系统环路由一次泵和二次泵系统组成，为地下室至塔楼四区建筑空间的空调系统供冷。

高区能源中心由设置在123层的高区冷却塔和82层的冷冻机房组成，采用二次泵系统为塔楼五区至九区建筑空间的空调系统供冷。高区冷源系统由高区冷却塔提供冷却水给高区电动离心式制冷机组，冷却水系统包括过渡季免费冷却环路，可与冷冻水环路并联运行。

图2.2 能源中心分布图

热源系统由设置在地下室的蒸汽锅炉、蒸汽输送管网系统和设置于机器设备层的管壳式汽——水热交换器组成，管壳式汽——水热交换器将蒸汽转换成热水供给整个大厦的供热设备。

3.2.3能耗独立分项计量

图2.3 大厦分项计量框架图

分户计电量。分户电表先安装到楼层，在设计时进行电表安装位置的预留，将来再根据实际要求进行安装。

分户采暖空调冷热量计量，在不同使用区域（如商场、办公、宾馆等）分别计量冷热量总量。

3.3节水与水资源利用

3.3.1系统节水设计

本工程生活给水采用三级计量，第一级市政给水进户管；第二级每区给水系统给水立管的位置上设置水表。第三级，不同用水类别及不同用水点及其他各部用水点根据管理需要设置计量设备。除市政给水进户总表外，其余水表均采用远传式水表，所有水表读数均可在集中控制屏显示。

本大楼给排水系统依据《建筑给水排水设计规范》GB50015设计，设计生活给水系统采用硬质铜管。供水采用水池-水泵-水箱联合供水，采用重力减压或变频给水。排水系统为室内污废分流、室外雨污分流。塔楼屋面、绿化屋面及下沉式广场雨水回收处理后利用，减轻市政雨水排水压力的同时实现了资源回用；室外的绿地等透水地面有利于雨水的入渗。

3.3.2非传统水源利用

1. 中水回用

本工程中水原水收集、处理系统分为两套。一套设置在L66层，负责收集、处理L66层以上的中水原水；另一套设置在地下室B5层，负责收集、处理地下室B5层以上至L65层的中水原水。L66层中水处理站平均日收集水量250.29m3，产中水量225.26m3 ；B5层中水处理站平均日收集水量905.4m3，产中水量814.87m3。

2. 雨水收集利用

上海中心在B5层和66层两处设雨水收集水箱，总大小为1220+200=1420m3，根据上海月平均降雨量表及上海地区最经济雨水收集量为30-50mm之间，现设计收集量为42mm，年平均收集水量为20642 m3/年。

3.4节材与材料资源利用

3.4.1建筑外形和风荷载的优化设计

上海中心大厦主楼共有127 层，总高为632米，是目前国内最高的超高层建筑。上海中心塔楼外部幕墙呈三角形旋转上升状，除了能达到独特的建筑视觉效果以外，还能有效降低大楼结构的风力负荷，节约成本，实现绿色建筑结构的理念。

大楼朝向优化的概念是通过改变大楼朝向使大楼空气动力学方面最不利的风向远离当地主要的强风风向，从而使风向折减效果达到最大。综合考虑各方面设计因素后，确定大楼立面扭转120 度。

3.4.2本地化材料使用

项目按照施工单位提供表格数据结果，经过监理核实确认，将本地化材料进行统计：从2008.11.29至2009.11.25，工程所用建筑材料总重量343637吨，本地化材料重量331600.4吨，本地化材料比例96.5%。现阶段桩基、地墙所用钢筋、混凝土等大宗材料的原材料产地、生产商及供应单位大部分都在500公里内。

3.4.3固体废弃物处理及材料的回收利用

施工单位对施工过程中的固体废弃物进行收集利用。按照施工单位提供表格数据结果，经过监理核实确认，将废弃物回收利用率进行统计：从2008.11.29至2009.11.25，废弃物处置总重量206102吨，回收利用重量64994吨，回收利用率31.5%。

3.5室内环境质量

3.5.1自然通风

上海中心大厦在设计过程中，充分考虑到自然通风可能带来的风险，主要通过建筑总平面设计、中庭幕墙采用通风换气装置、以及在设备层设计过程中采用自然通风措施合理使用自然通风。

图2.4 上海中心大厦玻璃幕墙体系

上海中心大厦通过独特的建筑美学设计，形成了一种以内外幕墙为型式的幕墙构造体系，内外幕墙之间则形成空气缓冲层，具体如图3.13所示。

设计过程中为了解决幕墙缓冲层可能形成的过热问题，在建筑的每个物理分区的中庭顶部设有通风换气装置。

3.5.2自然采光

根据上海中心大厦的特殊结构和光环境分析的特征，将建筑按照结构区进行划分，并利用AOTO CAD、ECOTECT v5.60（rc02）软件建立物理分析模型，模型如下：

图2.5 光学分析模型

根据以上模型及计算参数设置，采用建筑光环境分析软件Radiance3P7对1区各层及2～8区的一层、不同隔断层、典型层和顶层进行模拟计算。

通过对模拟计算数据的统计分析得知：89.9%的室内主要功能空间面积满足《建筑采光设计标准》（GB/T 50033-2001）标准要求。

图2.6 分区域计量方案图

3.6运营管理

3.6.1分区域计量系统

整个大楼按照商场、办公、宾馆、会议、管理、公共六项功能区域进行冷热量计量区域划分。（管理部分包括：各类机房、物业管理用房、职工食堂等大区域；公共部分包括：大堂、地下车库等大区域；公共走道、电梯厅就近划入相应功能区域）。

3.6.2智能化系统

根据智能建筑设计标准（GB/T50314-2006）和上海市智能建筑等级评估标准以及业主需求，集成的子系统包括：建筑设备监控系统；闭路电视监控系统；消防报警系统；门禁管理系统；防盗报警系统等。

图2.7 能源与环境监测系统

四、绿色建筑效益分析

4.1减少CO2等有害气体的排放

CO2是一种最主要的温室效应气体，是造成生态环境破坏的主要气体之一。目前，我国CO2的排放量占世界第二位，为11.8%，仅次于美国。减少CO2的排放量，已成为改善我国自然生态环境，贯彻与自然和谐社会理念的重要组成部分之一。

本项目采用的系统节能方式，大量节省了电能和石化燃料的使用，减少了废热废水和温室气体排放，减缓了城市热岛效应，节省了宝贵的水资源，具有极好的环境保护作用，使本项目真正成为生态、环保、绿色、与自然和谐的可持续发展建筑。

4.2减少污水等生活垃圾的排放

大量生活污水的排放已成为水资源污染的重要源头之一，未经处理的城市生活污水排放入河流、海洋中，会直接污染水资源，影响水资源的有效利用，从而对人体健康以及自然生态环境造成危害。同时，污水处理的成本较高，特别是一些未经任何处理直接排放的污水。由此，减少污水的排放，以及提高排放水的质量是解决这一问题的关键。

本项目采用的中水回收系统，每年约能减少污水排放34万m3左右。综合来看，为水资源的保护和合理利用带来的巨大的效益。

4.3有效减少噪音、光污染

本项目的办公、空调等设备均采用低噪音或噪音控制措施，大大减少办公楼的噪音排放，不仅提高的办公楼本身的办公环境质量，同时也有效减少了办公楼对周围环境的噪音污染。

办公楼大量利用自然采光，不仅室内拥有充足的光照环境，同时减少的眩光、强光等光污染的产生。

4.4建筑大量使用可再循环建筑材料，减少了自然不可再生资源的消耗量

建筑大量采用钢材、玻璃等可再循环建筑材料，使建筑具有很好的美学效果，同时有效地减少了自然不可再生资源的消耗量。

4.5提高了办公环境质量，包括空气环境、光环境以及声环境等

通风系统、采光系统以及噪音消除系统的采用，使室内的办公环境得到了有效的改善。据研究，在环境好的场所办公，工作效率可以提高40%左右。同时，办公人员也得到了更大的健康保证，是真正以人为本的办公建筑。

五、结论

1.本项目作为全球首座中国绿色建筑三星级超高层认证项目，其成功实施有利于超高层建筑从规划、设计、施工、运营等全寿命周期降低对城市社会的压力。为未来的超高层建筑建设推广提供技术支撑。为探索解决未来城市发展面临的相关问题，实现超高层建筑可持续发展做出了有益的贡献。

2.目前可统计的资料显示，我国已形成以上海为中心的上海金茂、上海环球、上海中心为代表的420～632m的超高层建筑群，以广州、深圳为代表的广州西塔、广州东塔、神州京基、深圳平安等460～653m的超高层建筑，以天津、大连为代表的环渤海湾地区、以武汉为中心的华中地区和以重庆为代表的西南地区也相继出现400～680m的超高层建筑，总的来讲，中国大陆地区最近10年内将可能出现30～40栋400m以上的超高层建筑。上海中心大厦作为全球首座竣工的达到中国绿色建筑标准的超高层建筑，其成果对中国乃至全球的超高层建筑的建设具有广阔的应用推广前景。