基于生态化与数字化的既有高层办公建筑改造研究

2024-01-18张典

智能建筑与智慧城市 2024年1期

张典

（同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司）

1 引言

现代化办公建筑在设计改造过程中，不仅要求整体办公环境更加人性化，还要求其整个办公空间的功能更加丰富。因此，在设计改造过程中，要求整体建筑具有生态化和数字化特点，确保整体环境更加优雅舒适，同时节能环保，并且能够满足多种办公要求。改造人员应充分结合既有建筑的实际特点，对其空间合理调整，并在其中增加智能化程序，有效提高办公区域的改造质量。

2 项目概况

本文以深圳证券交易所改造项目为例进行分析，项目位于南山区，建筑总体高度为147.2m，共37层，其中12 层、24 层为避难层，根据避难层划分，12层以下为低层区；12 层～24 层为中层区；24 层以上为高层区。整体建筑结构为框架—核心筒结构，内部主要为业务用房、办公用房及相关配套服务用房。

该项目的主要问题有三方面：

1）功能方面

①该建筑中的电梯数量较少，难以满足使用需求，尤其低区的人流量较大，电梯数量存在严重不足的情况。②建筑中办公区域单一，缺乏综合使用功能，且整体空间中缺乏景观设计，人文性不足。③空间混乱且交流不足，电梯的使用较为混乱，不同人流线混杂使用电梯，使电梯使用效率降低。建筑低、中、高层区域的沟通性不足，使空间使用率降低。

2）技术方面

既有建筑整体功能较为单一且不具备智能化控制系统，不能有效监测环境变化情况，因此无法完成楼宇自动控制管理，存在能源浪费严重的情况。

3）材料方面

既有建筑中缺乏生态性，并且内部的碳排放量相对较大，与当前碳排放管理要求不符。且部分区域建筑材料选择不合理，主要为混凝土和玻璃等，缺乏生态材料，不利于提高建筑节能环保效果。

3 生态化与数字化下的项目改造设计

3.1 功能设计

在功能设计过程中，首先，针对电梯问题，既有建筑中原本电梯数量无法满足使用要求，应结合建筑不同层区的人流量计算，确保电梯数量能够满足在高峰期30min 以内完成90%人员的运送要求，不同层区电梯数量分别计算和调整[1]。计算完毕后，使用BIM 系统模拟分析，确保电梯能够满足建筑使用需求（见图1）。

图1 电梯测算报告

其次，针对办公区域功能单一问题，在改造时应重新设计相关区域的功能，以提升空间的实用性。如更换拍卖大厅位置，移动到展区附近，该区域更加开阔。有利于缓解人流拥挤的情况，同时增加展区的人流量。改造建筑1、2层空间，增加其开放性，将其与城市风格相融合，同时适当增加不同服务空间区域，如接待区、等候区等。此外，为提升空间生态性，可以利用屋顶空间或1、2层空间，设置专门的生态花园空间，提升整体办公建筑的生态性和美观性。

最后，针对空间混乱且交流不足的问题，将专家流线、内部人员流线和外来办公人员流线区分开来，并分别设置相应的电梯，避免出现电梯混用现象，提高专用电梯的使用效率，解决交通流线混乱情况。同时在三个层区设置相应的转换层电梯，保障不同层区的人员能够顺利进入其他区域，从而实现不同区域的互动，进而提高建筑的使用效率。

3.2 系统设计

为符合可持续发展要求，在既有高层办公建筑改造过程中，应合理优化系统功能，增加智能系统，构建智慧建筑，从而有效减少能源的消耗，实现零碳排放，同时加强环境监测管理效率。

在能源系统改造设计时，原本建筑中产生能源消耗的主要因素为用电系统，以往用电系统由人工控制，部分区域设置声控或光控照明设备。此类型照明设备具有一定的节能作用，但具体的节能效果仍不理想。在改造时，在整个建筑楼宇中安装全面的监督和控制网络，并与智能控制系统相连接，通过全面的感知和监控，分析建筑室内的人、物、事的位置、状态和相关参数，并结合实际情况制定调整方案，完成能源的调度管理工作，为办公人员提供更加便捷且人性化的服务。以照明系统为例，楼宇能源系统中的用电控制模块与电源控制设备连接，系统收集楼宇内部所有场景中的照明情况，分析当前室内亮度情况、室内人流及活动情况以及照明时间需求等，控制电源开关时间。在监控时，应精确到每一个用电设备的电量消耗情况，通过严格控制每一度电，有效实现能源的节约管理。

同时，为满足建筑对电能的需求，在改造时，充分利用建筑顶层空间，安装太阳能光伏板，实现屋顶发电。同时设置风力发电系统，与光伏板系统连接，构建风光互补发电系统，有效满足建筑需求，同时提高建筑空间的利用率。

在智慧监测体系构建时，除电能系统外，应建设环境立体综合监测体系，感知建筑周围空气、环境等变化情况，在异常情况出现时，及时发出警报[2]。如对室内外空气质量进行检测，发现室外空气污染加重时，上报控制中心，智能系统分析该污染对室内空气的影响，调整室内外空气交换系统，避免空气污染影响办公人员的体验感。同时检测室内空气环境，定位空气污染点，并开启新风系统完成空气置换，使室内始终处于适宜状态。

3.3 材料设计

原建筑中大量使用钢筋混凝土和玻璃材料进行构建，生态效果不理想。在对其进行改造时，应合理利用生态材料和零碳、负碳材料，中和建筑碳排放。①大堂立面。使用一种高性能竹基纤维复合材料——竹钢装饰大堂立面。该材料的强度更高，且具有韧性，整体性能较为稳定。同时该材料能够代替木质材料，有利于保护森林资源，促进竹产业发展，助力负碳产业[3]。②电梯厅立面。使用阳极氧化铝/冲孔铝板材料装饰电梯厅，该材料的耐腐蚀性、耐磨性、耐候性和装饰性能良好，并且能够抵抗紫外线照射，具有较强的实用性。③地面。适合用环氧水磨石代替原材料，其不仅防滑防尘功能强，同时硬度较大，有效降低破碎损坏故障概率。④公共空间天花板。改造时可以使用铝单板代替原本材料，铝的耐久性和抗腐蚀性能较强，并且具有良好的自洁功能，功能性良好。同时铝材支持回收再利用，环保性能较强。

4 高层办公建筑改造中的技术应用

4.1 BIM技术应用

在建筑改造过程中，为确保建筑相关结构、功能设计的合理性，可以使用BIM 技术构建相应的建筑信息模型，通过模型的直观性和模拟性以及优化性等功能，为改造设计工作提供便捷工具，有效提高实际的工作效率。改造设计人员应将原建筑的所有数据上传到BIM 技术的数据库中，构建原本的建筑模型。并将改造部分数据输入到系统中，通过数据的整合和推演，形成改造后的数据内容。通过建筑功能模拟，检验改造后的建筑功能是否符合实际需求，若存在异常，需要对改造部分进行调整优化。如项目电梯改造过程中，使用软件计算电梯需求数量，并在建筑的相应位置增加电梯。调整模型参数后进行模拟实验。将环境设置为高峰阶段，计算是否能够在30min以内完成90%以上的人员配送工作。根据实际的模拟情况，对电梯的相关数据进行合理调整，确定符合要求后，生成设计图纸，完成该区域的设计工作。

4.2 智慧系统构建

智慧楼宇建设是当前建筑设计和改造的主要趋势，通过增加智能控制系统，有效加强对建筑空间的控制效果，使建筑更具生态性、环保性、节能性、宜居性。在构建智慧系统的过程中，一方面，应打造智能空间服务平台。融合大数据技术、云计算技术、智能技术等，构建多功能控制系统，并投射到控制中心中，便于管理人员进行控制[4]。另一方面，结合办公建筑的实际需求，构建混合办公模式。将建筑进行分区，并结合该区域的需求情况，设置相应的功能控制参数。如项目中照明系统控制中，办公区域下班后无人状态下可以完全关闭照明设备，以节约用电。在公共区域中，无人状态下同样不能直接关闭电源，可通过调整照明亮度的方式实现节能目标，同时维持建筑相关功能要求。

4.3 生态材料选择

在高层办公建筑改造过程中，应充分结合中央印发的做好碳中和工作的意见内容，合理改造建筑功能和材料使用情况。

一方面，构建可持续发展建筑，通过智能楼宇系统，有效降低能源消耗和浪费现象。在构建智能能源控制系统的同时，应增加信息通信系统，加强对当前不同环境能源使用情况的识别效果，高效识别能耗较大的项目，并制定节能运行控制方案。支持远程控制操作，用户能够借助监控体系了解当前的能源耗费情况，并远程操控关闭设备，有效提高节能效率。

另一方面，应充分利用生态材料，减少碳排放或通过使用负碳排放材料中和建筑的碳排放量，提高建筑的生态性。生态材料具有环保无污染、节约能源、健康舒适等特点，在现代化建筑中的应用频率较高。常见的生态材料包括三种：其一，自然材料，如竹制材料、木质材料等，此类材料的环保性能较强，并且此类材料在建筑中使用时，能够为室内人员提供良好的体验感，如在建筑改造时，在办公室内部铺设木质地板等。其二为新型金属材料，通过不同工艺技术制造的金属材料，如复合金属板、冲孔铝板等，此类材料耐用性较强，大多可回收，且成本较低。其三为涂料，建筑改造装修时，可以使用无污染水性涂料，减少装修污染的同时，提高材料的使用寿命。