建筑立面设计与玻璃幕墙性能论证——以虹桥临空经济园区12-01地块项目为例

张瑛

相较于传统办公建筑，现代办公客户群体对楼宇的自然采光和视野优化等舒适度的要求越来越高，办公建筑多采用大面积玻璃幕墙，形成简约大气的建筑风格。2021年国家提出“双碳”奋斗目标，对建筑节能率和环境友好性等要求越来越严格，如何在满足建筑功能和舒适度的前提下，充分展现建筑外观效果和品质，降低能耗，减少对周围敏感目标的影响，成为办公建筑立面和幕墙玻璃设计的极大挑战。本文以虹桥临空经济园区12-01地块国际商务花园四期项目为例，开展具体的研究论证。

1 项目概况

1.1 区位及位置示意

项目位于上海市长宁区西部，邻近虹桥交通枢纽，南临北翟路、北接通协路、西至广顺北路、东至协和路，隶属虹桥临空经济园区12号地块，共有5个部分，包括项目用地12-01，涵盖办公研发、配套商业及文化体育等功能；在建居住用地12-02；L形公共通道12-03；北翟路公共绿带12-04；已建成办公用地12-05（图1,2）。

1 12 号地块周边环境分析

2 临空12 号地块用地划分示意

1.2 经济技术指标

12-01地块项目用地8.63万m，总建筑面积448 558m，地上建筑面积256 448m，包括9个单体，其中2#楼为园区展示中心，高度9.5m，9#楼为体育文化中心，高度为9.45m，其余建筑为高层科研办公楼，高度27.1～40m。

2 建筑立面设计

2.1 门户形象展示

项目位于虹桥交通枢纽进入上海中心城区的门户位置，地处外环高架（宽120m）和北翟路（宽70m）交叉口。建筑尺度与城市尺度相呼应，项目运用参数化设计手段，沿西、南侧交通干道设置了大尺度的立面形象以增强视觉冲击力，从而打造连续而富有韵律的城市界面，和南侧的SOHO办公建筑共同构成城市西部门户。

2.2 立面设计理念

建筑立面设计主次分明、张弛有度，结合科研办公功能，采用大面积玻璃幕墙。其中沿西、南侧城市干道采用向外倾斜63°的“菠萝形”幕墙，不但可以产生较强的视觉冲击力，还可以达到建筑形体自遮阳的效果；地块内其他建筑采用标准型垂直玻璃幕墙，适当增加水平和垂直遮阳，满足节能和舒适度要求（图3,4）。

3 向室外倾斜的菠萝型幕墙

4 垂直的标准型幕墙

3 玻璃幕墙效果和性能参数论证

3.1 玻璃幕墙的面积比例

建筑单体的玻璃幕墙高16.2～39.85m，玻墙比0.41～0.63。项目需要对玻璃幕墙的性能参数进行全面、科学的论证，在保证使用功能的基础上，兼顾建筑外观效果和对周边环境的友好、和谐。

3.2 影响玻璃幕墙效果的主要因素

影响玻璃幕墙性能和效果的主要因素有反射率、遮阳系数、可见光透射比等。通常反射率越高，玻璃越显通透；遮阳系数越高，遮阳效果越差，玻璃通透性越好；可见光透射比越高，玻璃通透性越好，节能效果越差。

3.2.1 玻璃幕墙反射率参数及布置

根据上海玻璃幕墙管理办法，开展玻璃幕墙光反射影响论证，选取周边敏感目标，如北侧12-02在建住宅、南侧北翟路和西侧外环高架立交等，分析每月1日、11日、21日及春分、夏至、秋分、冬至日玻璃幕墙的眩光影响。结论如下：3#、4#和5#建筑单体局部玻璃幕墙对周边敏感目标会产生眩光，因此采用11%、8%、7%等反射率较低的玻璃，其余建筑单体不产生眩光，可采用15%反射率的玻璃。

3.2.2 遮阳构件和遮阳系数

（1）遮阳构件设置的必要性分析

上海属于夏热冬冷地区，夏季的水平太阳辐射将严重影响室内热环境。通过模拟建筑单体在8月中旬南立面和西立面有无设置遮阳情况下的室内热辐射水平，进行分析论证。

以5#楼为例，建筑不设置遮阳时，中午12点南面会有太阳光射入，大量热辐射进入室内；设置遮阳时，南面太阳光进入较少，相应的热辐射也较少（图5,6）。

5 无遮阳构件：8 月中旬中午12 点南面室内太阳光直射和热辐射模拟

6 有遮阳构件：8 月中旬中午12 点南面室内太阳光直射和热辐射模拟

同样以5#楼为例，建筑不设置遮阳时，在下午16点西面会有强烈的太阳光射入，大量热辐射进入室内；设置遮阳时，西面太阳光进入相对较少，热辐射也相对少（图7,8）。

7 无遮阳构件：8 月中旬下午16 点西面室内太阳光斜射和热辐射模拟

8 有遮阳构件：8 月中旬下午16 点西面室内太阳光斜射和热辐射模拟

综上可知：建筑立面采用适当的遮阳系统是减少玻璃幕墙辐射传热、降低建筑能耗的重要途径，遮阳系统和集成技术是建筑被动式节能的重要组成部分。

（2）遮阳构件尺寸和遮阳系数的关联分析

为了兼顾立面效果和节能要求，项目设置了水平和垂直遮阳构件，尝试1 200mm、900mm和600mm三个尺寸，分别以不同的屋顶保温XPS厚度和玻璃遮阳系数进行系统模拟计算（表1）。以5#楼为例，当遮阳构件尺寸从1 200mm减小到900mm，屋顶保温层厚度从90mm增加到100mm，维持玻璃遮阳系数0.38不变以保持玻璃较好的通透性；当遮阳构件尺寸从1 200mm的减小到600mm，屋顶保温层厚度从90mm增加到120mm，才能维持玻璃遮阳系数0.38不变，但这样不仅会突破建筑限高要求，还会影响立面遮阳效果。就5#楼而言，900mm遮阳构件+100mm屋顶保温+遮阳系数0.38的组合可以满足遮阳效果、达到节能要求，符合建筑外立面美观的要求。

表1 不同遮阳构件尺寸下的玻璃参数对比

4 玻璃幕墙形式选择

项目有9个建筑单体，它们的平面位置、建筑高度和幕墙形式不尽相同，经过模拟计算后，每个建筑单体的各个立面都有一个体现幕墙光反射率、遮阳系数、可见光透射比的参数指标，将各参数整理绘制后可以发现项目的幕墙参数多样而复杂（图9）。以玻璃遮阳系数为例，1#至9#楼的计算结果从0.34到0.5不等，也就是说不同建筑、不同立面的玻璃通透性并不一致。例如，对周边敏感目标有眩光影响的幕墙立面为1#楼西面、4#楼南面和东面、3#楼东面、5#楼北面和东面，根据计算结果采取7%、8%和11%等不同的反射率，由此会导致不同建筑、同一建筑不同立面、甚至同一立面不同楼层的玻璃幕墙颜色明暗不均。因此，如果仅仅按照模拟计算结果进行建筑玻璃幕墙设计，就会出现多种幕墙拼凑的现象，完全不能满足立面效果要求。项目幕墙设计的最大挑战就是在满足各类强制性技术指标的前提下，整合反射率、遮阳系数和可见光透射比等性能参数，形成一套简单、协调的幕墙参数系统，实现幕墙性能的均好性。

9 玻璃幕墙性能参数的综合分布情况

4.1 统一玻璃幕墙的各类性能参数

根据表1，采取调整建筑屋顶XPS保温板厚度的方式，使各建筑单体玻璃幕墙遮阳系数统一为0.38，实现项目整体较好的玻璃通透效果。根据光反射报告将反射率减少到两种：对周边敏感目标有眩光影响的统一采用反射率7%的玻璃，没有眩光影响的采用反射率15%的玻璃。

4.2 确定遮阳构件种类及位置分布

为了达到较好的遮阳效果，满足节能要求，大部分玻璃幕墙采用900mm水平及L形遮阳幕墙和向外倾斜63°具有自遮阳效果的“菠萝形”幕墙。为兼顾设计效果及建设成本，其余玻璃幕墙采用其他形式，如450mm水平遮阳的幕墙、简洁的光面幕墙、300mm竖挺的幕墙（图10）。

10 六种玻璃幕墙形式的分布情况

4.3 确定幕墙生产及安装方式

幕墙的生产工艺和安装方式也会影响玻璃幕墙效果和性能。根据分类有框架式幕墙和单元式幕墙两种，其中框架式幕墙是指在主体结构上依次安装立柱、横梁和玻璃面板，通常是将所有材料按种类运输到施工现场后逐一进行安装，最大特点是成本较低；单元式幕墙是指各种面板与支撑框架在工厂生产并形成完整的幕墙基本结构单元，运输到施工现场后直接吊装在主体结构上，特点是施工质量可控，但成本较高。

综合分析项目的结构受力形式及外观效果、工艺品质、施工工期和工程造价等方面可知，除了向外倾斜的不规则变化的“菠萝形”幕墙采用框架式幕墙外，其余五种标准幕墙，即900mm水平及L形遮阳幕墙、450mm水平遮阳的幕墙、简洁的光面幕墙、300mm竖挺的幕墙，采用在工厂制作、现场安装的单元式幕墙。

5 深化完善及持续跟踪

玻璃幕墙作为主要的围护结构，对于满足建筑性能和实现外观效果至关重要，且幕墙工程在整个项目中所占的成本比例较高，需要进行大量复核验证以落实方案，具体为：1）对不同玻璃生产厂家的玻璃样品进行测试比对，并对上海地区采用同样参数的玻璃幕墙案例进行考察及效果审视，以最终确定玻璃性能参数；2）幕墙工程实施之前，完成深化图纸并在施工现场制作1：1的幕墙视觉样板，就其性能参数、外观效果、工艺节点进行复核，对投资造价进行充分论证，以确保幕墙工程落实推进；3）从计算模拟的角度来说，采用外遮阳构件会改善幕墙视觉效果，但在部分时间段仍会出现环境眩光及太阳光进入室内的情况，在进行室内装修设计时，还要结合装修效果和使用功能设置内遮阳，以提高建筑的舒适度和节能性。

1,5-8,10 彼爱游城市建筑设计咨询（上海）有限公司提供

2 华建集团上海建筑设计研究院提供

3,4,9 作者自绘

1 作者自绘

项目名称：虹桥临空经济园区12-01地块

业主：上海新长宁（集团）有限公司上海虹远房产开发有限公司

建设地点：上海市长宁区

建筑设计：彼爱游城市建筑设计咨询（上海）有限公司

项目负责人：张瑛

联合设计：华建集团上海建筑设计研究院

总建筑面积：45万m

设计时间：2020.05—2021.12

图片版权：上海虹远房产开发有限公司、彼爱游城市建筑设计咨询（上海）有限公司