低碳时代的超高层建筑设计研究_陈文砚.pdf

LOW CARBON WORLD 2023/6低碳时代的超高层建筑设计研究陈文砚（广东省建筑设计研究院有限公司，广东 广州 510010）【摘要】为解决超高层建筑设计存在的资源浪费与设计不合理问题，对超高层建筑的发展现状进行分析，分别从外部环境、空间组织结构体系、室内空间设计等方面研究低碳时代下超高层建筑的设计要点。结合广州市某超高层建筑案例，重点对节地与室外环境技术、节能与能源利用技术、节水与水资源利用技术进行研究，以期为相关人员提供参考，提升超高层建筑的设计水平。【关键词】低碳时代；超高层建筑；绿色节能；设计要点【中图分类号】TU984【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2023）06-0073-030引言随着国内市场经济的快速发展，人们的生活水平与生活质量得到了显著提升。在此背景下，人们对居住环境品质有了更高的要求。因此，建筑管理部门既要保障超高层建筑的建设质量，同时还要加强对绿色低碳理念的应用，积极完善超高层建筑设计方案，在超高层建筑设计期间积极总结经验与教训，有效推动整个建筑行业的可持续发展。1超高层建筑发展现状研究从广义上来讲，超高层建筑主要指建筑高度超过 100 m 的建筑。我国颁布实施的 民用建筑设计通则 明确指出，如果建筑高度超过 100 m，不管是公共建筑还是民用建筑，都属于超高层建筑的范畴，在设计、施工环节中应当予以重视。同时，还要对其后期施工质量与建筑使用情况进行严格监管。由此可见，相较于普通建筑，超高层建筑对于设计施工有着更为严格的要求。随着国内城市化规模的逐步扩大，城市人口数量也在不断增多，超高层建筑的出现，有效缓解了城市人口数量激增和土地资源紧缺之间的矛盾。当前，超高层建筑的发展表现为以下 3 个方面：超高层建筑的高度不断增加，这主要得益于先进的设计理念与施工工艺。亚太地区超高层建筑的占比较大。在全球十大超高层建筑中，亚太地区占比最大。随着超高层建筑高度与层数增加，后期使用过程中的能耗问题日趋严重1。例如，很多超高层建筑表面使用的是玻璃幕墙，这不仅会增加建筑的能耗，同时还会造成光污染、生态环境破坏等问题。而且超高层建筑大多使用的是密封型窗户，主要依靠换气的方式来加速室内气体循环，这会增加电能消耗。因此，做好超高层建筑的绿色低碳设计具有极为重要的意义。2低碳时代背景下超高层建筑的设计要点2.1外部环境设计超高层建筑的建成与使用，在节地和控制城市扩张方面发挥着重要作用。但是，大部分超高层建筑也会对区域微环境产生不利影响。例如，超高层建筑会对所在区域的风、光、热湿环境造成一定影响。在开展超高层建筑设计时，通过采取绿色节能措施，可以在一定程度上降低超高层建筑对周围环境的不利影响。以某城市中心大厦为例，设计期间通过开展大量的风洞试验，最终决定外立面采用螺旋上升的建筑形式，相比于方塔型的外立面形式，可将风荷载降低 32%左右2。2.2空间组织设计（1）从使用功能来看，办公、住宅、酒店占超高层建筑面积的 95%左右。在进行塔楼照明、空调以及竖向交通设计时，应当结合建筑的使用功能，采用主动式绿色节能设计方法与理念。对于空中花园以及中庭天井，宜采用被动式设计方法。由此一来，既可以丰富超高层建筑的空间，并且还能改善建筑的通风、采光效果。（2）主入口前应当设置下沉式广场（图 1），为公众提供一个休憩、娱乐的场所。同时，还可将光线引入地下，减少地下采光的电能消耗。（3）在开展裙房设计时，要做好街道尺度、人性化空间设计，结合立面设计情况，优化下部空间设计。（4）在建筑风格方面，应尽量结合当地的习俗、建筑 节能73DOI:10.16844/10-1007/tk.2023.06.018LOW CARBON WORLD 2023/6文化，通过融入地域文化要素，增强超高层建筑的艺术气息与韵律感。（5）裙房设计是塔楼设计的重点，对塔楼设计起重要的补充作用。例如，裙房设计过程中，可适当使用玻璃幕墙与石墙结合的设计方式，并合理融入广告牌，以此增强城市空间距离的视觉冲击效果。此外，可将裙房入口位置设计成广场，同时与地下商场相连，营造一个良好的生活空间3。2.3顶部设计一方面，超高层建筑优美、独特的顶部造型，可以对空间组织设计起到一定的补充与美化作用。同时，超高层建筑顶部造型也是城市天际线的重要构成元素。因此，具体设计过程中可以采用精巧的屋顶造型和半透明材料，并合理设计女儿墙的造型，对顶楼的功能房进行隐蔽处理，提升人们的视觉体验。另一方面，设计时要注意顶楼建筑材料的使用，应当保证与其他楼层的色彩相协调。除此之外，顶楼设备储物房设计应当发挥其独特优势，将其设计成空中会所或空中花园（图 2），为人们提供一个娱乐、休闲的场所。同时，采用上述设计理念与方式，可以节约用地、降温与隔热4。2.4结构体系设计主体高、体积大是超高层建筑的重要特点，在具体设计过程中，尤其要做好整体结构的设计与优化。首先，对于建筑主体的高度设计，既要考虑到当地的实际情况，同时还要对地理环境进行分析。其次，在结构抗震性设计方面，宜选用弹塑性、弹性建筑材料，也要做好抗震、减震设计。最后，为提高超高层建筑结构体系设计的合理性，设计人员应当将工作区与生活区分开，并对生活区的基础设施进行改进与优化，提高布局的合理性5。2.5室内空间设计室内空间设计应重点考虑绿化设计与室内空间布置。一方面，可以在室内设置一定数量的绿植，以美化室内环境。同时，植物还能利用光合作用，吸收空气中的二氧化碳等有害气体，释放出氧气，以净化空气。在开展室内绿化设计时，需要根据室内空间的大小、使用功能以及装饰特点，合理选择植物的种类、数量，并对植物的种类进行合理搭配。另一方面，室内空间设计还应做好朝向、节能方面的设计，朝向设计应考虑当地的光照、风向等因素。为增强超高层建筑的节能效果，需要在建筑的室内、外墙结构中，合理使用隔热保温材料，并配合适当的内外遮阳设计措施，减少夏季太阳光的直射，改善超高层建筑的节能效果。2.6节能设计（1）为改善超高层建筑的节能效果，需要做好围护结构设计与优化，通过合理选择围护结构的材料，对建筑的主体结构进行优化。开展围护结构构造设计，还能有效改善光污染问题。由于超高层建筑主要使用玻璃幕墙，因而或多或少会产生光污染问题。因此，设计人员通过优化反射角度等参数，将反射光引到远离人群的空中，可以有效解决光污染问题。（2）完善空调系统的设计，也能获得良好的节能效果。由于超高层建筑的体量较大，且内部人员众多，因而会使用不同的空调系统，且空调设备的数量巨大。具体设计过程中，应考虑建筑的内部空间结构，对比不同空调设备的性能与参数，做好空调系统的设计与优化。除此之外，合理使用风能、太阳能等可再生能源，可以缓解当前能源短缺的问题。随着建筑垂直高度的增加，建筑顶层可用的风能资源越多，这也是超高层建筑节能设计工作中应当重视的方面6。例如，可以在超高层建筑的合理位置设计大型风洞，采用风力发电的方式，增强建筑的节能效果。但这一方案的实施难度较大，设计人员需要不断进行探索。图1下沉式广场图2空中花园建筑 节能74LOW CARBON WORLD 2023/6图3项目效果2.7节水设计在绿色低碳的背景下，超高层建筑应考虑节水方面的设计工作，具体措施有以下 4 点：使用节水器具。使用高效的节水器具，可以有效减少建筑内部的用水量。加强雨水的回收与利用。充分收集场地内的雨水，通过设备处理后再次利用。做好中水利用设计。妥善收集超高层建筑产生的优质杂排水，经处理后再利用。户外植物宜选用当地的植物，进而可以减少绿化浇灌的用水量。2.8节材设计超高层建筑设计、装饰工作中会消耗大量建筑材料，为提高超高层建筑的节材设计水平，首先，要合理使用 3R 材料。例如，施工与设计期间要加强对玻璃、铝合金以及钢材等可循环材料的使用。其次，可采用一体化的设计与装修技术，减少二次装修造成的材料浪费问题，同时还能减少二次打洞、挖孔所消耗的建筑材料。3案例分析某超高层建筑位于广州市，图 3 为该项目的效果。该项目的建设用地面积为 9 958 m2，其中，地上建筑面积为 112 802 m2，地下建筑面积为 31 454 m2。该超高层建筑的层数（塔楼）为 43 层，建筑高度（塔楼）为 220.65 m。3.1节地与室外环境技术该超高层建筑的选址符合所在地城乡规划要求，并且满足保护区、文物古迹保护等方面的建设要求。场地范围内无洪涝、滑坡问题，且不会受泥石流等自然灾害的威胁。场地内无危险化学品以及易燃、易爆等危险源，不存在排放超标的污染源等问题。在建筑规划布局方面，满足日照标准等要求。3.2节能与能源利用技术为提升超高层建筑的节能设计与能源利用率，本项目的供暖空调系统不使用电直接加热设备。同时，严格根据照明功率密度值与目标值进行设计，有效增强了超高层建筑照明、空调系统的节能效果。3.3节水与水资源利用技术该项目的水资源主要为市政自来水、市政中水，设计并应用雨水回收利用系统，可以实现对雨水的处理。经过处理之后的雨水，可用于绿化灌溉、道路、车库冲洗等，增强节水效果。另外，在进行生活给水系统设计时，应用重力和变频相结合的给水方式，并且将各个分区的净水压力控制在 0.15 MPa0.45 MPa，提高节水效率。为减少供水期间加压系统所消耗的电能，使用相关的节能高效设备，并对给水系统的分区进行了合理设计。其中，第一分区为 311 层，第二分区为 1217 层，第三分区为 1822 层，第四分区为 2328 层，第五分区为 2933 层，第六分区为3439 层，第七分区为 40 层至屋面层，通过分区设计增强给水系统的整体节水效果。4结语超高层建筑有效缓解了城市人口激增与城市用地面积不足之间的矛盾，对于促进城市发展有着极为重要的意义。超高层建筑设计需要遵循绿色低碳的理念与方法，重点做好外部环境设计、空间组织设计、结构体系设计以及节能、节材等方面的设计与优化，以更好地促进我国超高层建筑事业的发展。参考文献1 陈桐.超高层建筑发展趋势研究初探D.北京：中国建筑设计研究院，2017.2 方琪.外部风环境对超高层建筑防排烟设计的影响研究D.长春：吉林建筑大学，2018.3 吴优.超高层办公建筑公共空间设计研究D.广州：华南理工大学，2016.4 吕亚宁，单菁菁.初探超高层建筑顶部造型设计J.建设科技，2018（2）：80-81.5 林海，李赞恒，江民，等.某超高层建筑结构体系和关键设计研究J.建筑结构，2014，44（24）：31-36，100.6 黄抗抗.建筑设计中的超高层建筑节能设计要点J.建筑技术开发，2018，45（19）：102-103.作者简介：陈文砚（1987），女，汉族，广东云浮人，本科，主要从事建筑工程设计及装饰工程等相关工作。建筑 节能75