主动式建筑在冷链物流中的应用——以广州南沙国际物流中心（南区）项目为例

郑建平

（广东省建筑设计研究院有限公司 广州 510010）

0 引言

冷链物流是指将物品或产品从生产地运送到消费地的过程中，通过特殊的冷链设备和系统来保证温度和湿度的控制，以确保物品的质量和安全，是运输和存储温度敏感产品的物流系统［1］。冷链物流建筑是指专门为存储和处理温度敏感产品而设计的专业建筑物，也称冷库，通常以保持-20～8 ℃之间的温度，确保存储产品的制冷和安全，是冷链物流中重要的节点设施［2］。由于冷链物流在保障食品安全、降低损耗、延长货物保鲜期等方面具有重要作用，因此各国政府纷纷出台了相关政策，促进冷链物流的发展。我国在十四五规划中明确提出了加大对食品安全和冷链物流的监管力度，推行“冷链物流三年行动计划”，鼓励企业提升冷链物流设施和技术水平，加强食品溯源和质量控制等方面的建设。

主动式建筑是指在建筑设计、建造、运营的全寿命周期内，通过建筑的可感知和可调节能力，实现健康舒适、节约资源和环境保护的综合平衡，促使使用者身心愉悦的一种建筑［3］。在冷链物流建筑中，主动式建筑设计策略是关键因素之一，可以有效地降低能源消耗、提高运行效率、保障冷链货物品质。本文以广州南沙国际物流中心（南区）项目为例，以主动式建筑理念为基础探讨现代冷链物流建筑设计策略，为新一代冷链物流建筑设计提供一种思路，为探索主动式建筑理念在冷链物流建筑中的应用提供重要的理论与实践价值［4］。

1 设计策略

1.1 主动性设计

冷链物流建筑需要主动性设计，通过主动感知和调节，利用先进的建筑技术和设备，以最小化的能耗和环境影响实现最佳的运营效果。主动性设计包括优化建筑朝向和布局，合理选用建筑材料，采用智能控制系统等手段，实现高效能源利用和舒适的室内环境。主张建筑的适应性，并引导使用者的行为来影响舒适、能源和环境性能［5］。

1.2 舒适性设计

为了保证冷链物流建筑内员工的舒适性，其建筑需要采用适当的通风、天然采光、照明、热湿环境等，并在建筑使用阶段建立监测和调节系统，监测室内和室外环境参数，实现动态平衡，同时注意噪声等级和隔声性能的控制，确保内部环境的安静、稳定和舒适。

1.3 能源设计

冷链物流建筑需要采用能源节约设计，优化能源结构，提高能源利用效率，减少对环境的影响。具体措施包括采用高效的制冷系统和隔热材料，优化围护结构冷桥设计，利用可再生能源，并优先采用自然通风降温技术等。

1.4 环境设计

冷链物流建筑需要在保证生产和工作需要的前提下，尽可能减少对环境的负面影响。具体措施包括采用环保材料，减少废水、废气、废弃物的产生和排放，采用可持续建筑技术（BIM、装配式、模块化等），开展污染治理和环境监测等。

2 设计实践

2.1 工程概况

某项目位于广州南沙区龙穴岛港口码头前端堆场区，功能定位为临港分配枢纽型冷库功能的综合性冷链物流基地，其主要功能是物流冷库［3］。地块规划建设用地面积15 万m2，由6 栋地上8 层和地下1 层的冷库组成，总建筑面积为60 万m2，其中一期建筑面积为30 万m2（见图1）；一期工程冷库库容22.7万t，总库容45.4万t。规划着力创建一个有标志性意义的建筑群体，突破传统仓储类建筑形象；打造既要有强烈的时代特征，又有浓郁地方特色和文化内涵的港口建筑；力求在满足各项规划条件的基础上，利用港口建筑语汇加以概括与升华，与环境和谐对话；同时将港区的活力投射到未来，创造一个具有自己独特身份的港口冷链物流基地场所。

图1 港区视角鸟瞰图Fig.1 Bird's-eye View of the Port Area

2.2 规划阶段

该项目具有天然的地理位置优势，地块位置前端是港区码头堆场区，场地后方依托港口铁路和公路运输方式，实现多式联运模式的物流系统（见图2），以快速高效地进行货物转运。为充分利用项目区位优势，以提高项目能源利用效益为目的，在规划阶段就引入主动式建筑理念，进一步把握建筑的适应性，优化能源和环境的适变性，主要从以下2个方面进行分析。

图2 多式联运的冷链物流场地模型Fig.2 Model of Multimodal Transportation Cold Chain Logistics Site

2.2.1 建筑布局与造型

该项目采用因地制宜的设计手法，引入“场”的设计理念弱化港区冷藏箱堆场与园区的功能界限，增强园区与堆场、库房与库房之间的联系，有机的将堆场集装箱体块与建筑体块布局融合起来（见图3）。建筑布局：总体布局遵循港口堆场的秩序感，以冷库单体建筑最大占地面积为标准一字排开，同时建筑间距控制最小的13m 防火要求；为适应港区码头前端的繁忙货运流线，建筑的长边朝向港口装卸码头。建筑造型：利用港口的集装箱特质语汇，通过不同的角度去刻画集装箱的体量，上部通过简洁明了的竖向线条重塑集装箱的体量感，下部通过横线的穿孔铝板去表达集装箱轻盈的感觉，整体建筑体量层次分明，形成一种强烈的咬合关系，与场地周边环境和谐对话。

图3 港区堆场与园区场地界限融合Fig.3 Fusion of the Boundary between the Port Yard and the Park Site

2.2.2 再生能源利用规划

再生能源利用方面，该项目利用冷库单体占地面达1万m2的优势，在一期工程的3栋冷库屋顶，规划了屋顶太阳能光伏发电系统，以补充日间电气系统的用电需求。同时，该项目与相邻地块物流园区共同建设集中污水处理系统，实现环境和谐友好。

2.3 建筑设计阶段

在建筑设计阶段，主要任务是确定冷链物流建筑的功能需求、外观、制冷工艺、空间布局和建筑物结构等要求，通过各专业协同设计将设计方案转化建筑实体，涉及冷库各个方面，如基础、墙体、屋顶、门窗、隔热、保温、制冷设备等设计和构造。在此阶段以提升建筑空间利用率、及加强适应性、舒适性、节能环保为目的，主动式建筑理念主要表现在以下4个方面。

2.3.1 功能布局：主动优化月台、穿堂、冷藏间、制冷机房布局，提升空间利用率

该项目的建筑设计考虑需满足港口高效物流交通、海关查验等功能需求，因此在平面功能布局方面，舍去传统冷链物流建筑“一字型”单侧月台平面布置，调整为“工字型”［6］控温穿堂双侧进出货月台的平面布局（见图4），不仅可以满足港口冷链物流高周转需求，同时这个控温穿堂也构建了降低能耗的腔体空间。为达成高效的货物周转效益，楼层间采用垂直货梯和货物提升梯组合的垂直货物运输系统。为减少震动和噪音的影响，考虑设备管理和维护因素，采用集中设置制冷机房布局，并靠近一期工程负荷中心［7］。为使不同温度区域的货物得到合理储存和管理，从而提高冷库的使用效率，该项目高低温区采用竖向楼层分部的方式进行划分，地下室冷藏间设计温度0～10 ℃，地上部分由设计温度为-23 ℃冷冻间和5 ℃穿堂组成；考虑地下室层高和建设成本的综合指标，地下室以2层货架为主的空间布置，地上部分冷藏间以堆码为主的空间布置，从而增加货物的储存密度，提高库房利用率［8］。

图4 “工字型”穿堂平面布局Fig.4 Plan Layout of "I-shaped" Corridor

2.3.2 建筑立面：把握主动性建筑设计的多样性，增强建筑的适应性

建筑主要立面上采用浅色或白色的集装箱凹凸竖向线条分隔的手法，不仅能形成竖向遮阳构件，增加围护墙的遮阳面积；这些竖向构件通过双层墙体空腔的做法，减少太阳辐射热而降低围护墙体的导热系数，并利用这些墙体空腔将屋顶雨水和楼层排水管一同考虑隐藏布置。局部立面的制冷工艺管道围护材料采用穿孔铝板（见图5）降低热辐射，一方面寻求轻盈立面与港区堆场堆叠特征的呼应关系，另一方面也保证工艺管道的通风散热需求。为适应港口气候，增强建筑的适应性，建筑立面饰面材料主要是浅灰色或白色真石漆为主，深灰色面砖为辅。

图5 穿孔铝板的灵活运用Fig.5 Flexible Application of Perforated Aluminum Panels

2.3.3 能源设计：充分重视能源利用，加强环境友好设计

冷链物流建筑的电气系统是一个主要的能耗来源，合理调整电气设备的功率和运行时间，能有效的降低能耗。该项目利用夜间电价峰谷时段的低谷段进行冷库制冷机房的制冷压缩机、冷凝器和蒸发器等高负荷用电；利用可再生能源屋顶太阳能光伏发电系统，补偿日间制冷末端冷风机组、叉车和常规照明等用电需求，以降低建筑运营能源消耗。

制冷工艺方面，本着环境友好的设计理念，从规模、环境、制冷效率和能源等角度考虑，该工程制冷采用氨+二氧化碳的复叠式制冷系统：分为为低温级和高温级两部分，低温级的冷凝热由高温级带走，二氧化碳作为低温级制冷剂，氨作为高温级制冷剂；二氧化碳作为制冷剂或载冷剂负责冷藏间低温区（-23 ℃）降温，乙二醇载冷剂负责地下室和穿堂高温区（0～10 ℃）降温，能源利用率得到很高的提升。从安全角度考虑，氨都控制在制冷机房，并控制氨的充注量小于现行《冷库设计标准：GB 50072—2021》40 t 的上限要求。

2.3.4 材料与构造：加强能源节约和环境设计，提升建筑舒适性

对于冷链物流建筑，应该选择具有高效保温和隔热性能的材料，如聚氨酯（导热系数＜0.022 W/mk）、挤塑聚苯板（导热系数＜0.023 W/mk）、隔汽层等。为适应南方夏热冬暖气候，该项目屋顶的保温隔热采用聚苯板隔热和架空通风空气层相结合的方式，高效的降低屋面辐射热的传导。为减少跑冷的功能性门洞口的热湿交换，避免产生冷结水遇冷结成霜或者冰，门口配备快速卷帘门设备和类似门斗的功能空间，可以进行快速阻断跑冷效果；传统冷库一般不注重员工工作环境的舒适性，简单粗暴的进行高低温空间划分，为改善这一现状，该项目通过合理设置过渡区域［9］，如门斗、缓冲走道等，进而优化热环境背景条件，为工作人员创建间歇休憩的舒适室内热环境，提高员工的舒适感和生产效率。

2.4 建筑使用阶段

该项目的主动式建筑理念应用除了在规划和建筑设计阶段外，在建筑使用阶段，以优化能源利用灵活性和建筑空间利用高效性为原则，需考虑建立监测系统，监测温度、湿度、氧气和二氧化碳等参数，还需灵活应对客户的仓储需求，同时定期对设备和系统进行维护和检修，以确保设备和系统的正常运行。

2.4.1 温度控制

冷库的主要功能是控制温度，确保货物在安全温度范围内。因此，在使用阶段需要考虑温度控制系统的可靠性和高效性，以及系统的自动化程度和监测功能等，并形成可视化数据展示。该项目冷藏间针对不同类型的冷藏品在温度可调范围内，进行低能耗的温度调节，在控温穿堂中也能进行一些初加工作业，并保证货物的冷藏品质；考虑港口湿热环境，采用夏季空气调节日平均温度［10］。

2.4.2 空间利用

冷库空间的利用率对于运营效益和货物储存量有很大的影响，需要在使用阶段考虑如何合理规划冷库空间，考虑货物进出的流线和储存方式等。该项目使用货梯和提升机组合式垂直运输系统、移动式货架等，灵活应对冷藏货物的空间需求。

3 结语

主动式建筑理念在冷链物流建筑领域中的应用，可通过采用适当的建筑设计、建筑构造、建筑材料和系统集成等手段，相互协调，主动调节和控制建筑内外环境，以提高建筑的能效性和舒适性，实现优化能源利用、空间利用及提高舒适性、安全性、环保节能等效果，对于推动冷链物流可持续发展具有重要意义。