上海世博會永久性場館的綠色設(shè)計理念

2010年上海世博會按計劃舉行，南市電廠主棟大樓的改造工程也按計劃進入了理想的榮譽之光。這座由舊廠房改建而成的世博會永久性場館(城市未來館)經(jīng)歷了創(chuàng)意策劃、建筑設(shè)計、實施配合、運營調(diào)試、專家評審等多項環(huán)節(jié)之后,終于正式獲得國家三星級綠色建筑評價標識。這也意味著在這座世博會永久性場館始終秉持的綠色建筑的設(shè)計理念最終得以實現(xiàn):它延長了建筑的壽命周期,最大限度地節(jié)約資源,保護環(huán)境減少污染,提供健康適用高效的使用空間,與自然和諧共生。1改造動機的遞增上升南市電廠主廠房改擴建工程的綠色建筑目標設(shè)定并非一蹴而就,它所經(jīng)歷的由“改造動機”到“綠色生態(tài)動機”再到“凸顯綠色生態(tài)理念的建筑改造動機”的依次遞進上升的過程,就映射了創(chuàng)作者們對綠色生態(tài)理念認知的不斷完善與提升,也集中展示了綠色生態(tài)理念的理想之光是如何沖破重重困擾照進現(xiàn)實的艱辛歷程。1發(fā)展過程中的現(xiàn)代工業(yè)文明2010年上海世博會首次采用了大規(guī)模利用老建筑與近代工業(yè)遺產(chǎn)的建設(shè)策略,這才使得諸如南市發(fā)電廠主廠房這樣的近現(xiàn)代工業(yè)文明的見證者得以留存與利用。因此,在這個總體目標催生下的改造項目最直接的目標是完成龐大而復(fù)雜的改造計劃,使其不僅適應(yīng)于世博會期間的場館展示功能及其它配套功能,更為日后的可持續(xù)利用提供有利條件。2燃煤能源中心的建設(shè),背景南市發(fā)電廠作為上海民族工業(yè)及傳統(tǒng)電力事業(yè)的代表,在為城市發(fā)展做出巨大貢獻的同時也付出了巨大的資源及環(huán)境代價。順應(yīng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與城市功能完善、提升基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與城市環(huán)境品質(zhì)的總體目標,將這個傳統(tǒng)高消耗、高污染的燃煤能源中心改建成以綠色能源為主導(dǎo)的綠色生態(tài)建筑,是具有前瞻性、標志性的建筑事件與城市事件。同時,它也給原本就已龐大復(fù)雜的改造工程增加了難度與不可預(yù)知性。3建筑“節(jié)約資源、減少污染”的目標需求對綠色生態(tài)建筑的目標追求不在于各種先進節(jié)能技術(shù)的概念性展示與簡單堆砌,更不是屈就于評級標準而人為地增加建筑不必要的功能負擔(dān)。綠色生態(tài)建筑“節(jié)約資源、減少污染”的最終目的是在更廣闊的范圍與更高層次上建立更舒適、健康、宜人的使用空間,這絕不是以犧牲建筑的實際使用需求、人性化目標以及建筑的藝術(shù)感染力為代價的。因此,南市發(fā)電廠主廠房改擴建工程中采用的主要關(guān)鍵節(jié)能技術(shù)均是結(jié)合建筑改造的空間特征與技術(shù)特征,因地制宜地謹慎比選,選擇性、創(chuàng)造性地加以使用的。2現(xiàn)實的障礙2.1形態(tài):從建筑外部特征到建筑外部形態(tài)的轉(zhuǎn)變由于改建工程建立在對原有建筑的結(jié)構(gòu)體系、空間特征、設(shè)備設(shè)施等充分利用與適應(yīng)性改造的基礎(chǔ)上,有效避免了對土地資源的侵占,因而具有得天獨厚的“節(jié)地”優(yōu)勢,但由此帶來的現(xiàn)實問題是:如何在不改變建筑外部特征的前提下,盡可能地有效利用與拓展內(nèi)部空間,實現(xiàn)由錯綜復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)空間向適應(yīng)展示功能的世博展示場館的轉(zhuǎn)變?如何在不突破現(xiàn)有建筑占地的條件下,建立一個體量龐大的覆蓋半徑1km的區(qū)域綠色能源中心?如何在不破壞原有建筑形態(tài)邏輯的前提下,重新梳理形態(tài)關(guān)系,建立清晰的人流、物流、消防、疏散等眾多體系?如何利用現(xiàn)有的建筑外部形態(tài),不增加占地面積的前提下,建設(shè)一個總裝機約520kw的光伏發(fā)電系統(tǒng)?以及如何在有限的用地范圍內(nèi)進行圍護、建造、運輸、施工等組織工作?2.2建筑中小型建筑的節(jié)能改造必要性由工業(yè)建筑改造而來的新建筑面臨著“節(jié)能”方面的諸多挑戰(zhàn):如何在延續(xù)原廠房立面特征的前提下,大幅度提高圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能效能并保證過渡季節(jié)的自然通風(fēng)比例?如何克服工業(yè)建筑體量龐大,內(nèi)部采光通風(fēng)條件欠缺的劣勢,建立一個以先進的主動式人工導(dǎo)光技術(shù)為核心的采光體系?如何在不增加附加能耗的前提下,引入綠色生態(tài)中庭概念,以改善與提升建筑室內(nèi)環(huán)境的整體品質(zhì)?2.3開發(fā)綠色建材的措施由于改造項目保留了原廠房中大部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件與部分設(shè)備支架作為改造的結(jié)構(gòu)條件,因而大大減少了建筑垃圾排放量,這一措施是綠色建材利用的一個重要組成部分。但隨之而來的問題是:廠房原生態(tài)的結(jié)構(gòu)在抗震性與整體結(jié)構(gòu)延性上存在缺陷,必須采取相應(yīng)的加固措施。如何在結(jié)構(gòu)加固的同時不破壞原先結(jié)構(gòu)體系的工業(yè)特征與結(jié)構(gòu)美學(xué),進而成為新建筑室內(nèi)環(huán)境的有機元素?如何利用原有設(shè)備與構(gòu)筑物的工業(yè)文明印記創(chuàng)造出獨具特色的場所特征與藝術(shù)氛圍,從而大量減少二次裝修帶來的材料消耗?3平衡之路3.1水的源熱泵系統(tǒng)由于南市電廠緊臨黃浦江畔,水源供應(yīng)充足,并保留了原先南市發(fā)電廠完整的取排水設(shè)施,可供改造時直接利用,因此,改造設(shè)計中充分利用江水源熱泵技術(shù),在主廠房南側(cè)全球城市廣場地下建設(shè)新能源中心。這也實現(xiàn)了不增加占地的前提下,解決了龐大的能源中心的功能需求。利用熱泵機組實現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉(zhuǎn)移,將水體和地層蓄能分別在冬、夏季作為供暖的熱源和空調(diào)的冷源,為浦西世博園城市最佳實踐區(qū)各建筑及部分企業(yè)自建館及商業(yè)配套設(shè)施提供空調(diào)冷熱源。江水源熱泵系統(tǒng)具有減少系統(tǒng)裝機容量,減少系統(tǒng)的初投資和運行費用,不用設(shè)置冷卻塔、鍋爐,無需燃油或燃氣,耗電量較低,不會向大氣排放污染物及熱量等特點,緩解了城市熱島效應(yīng),符合綠色建筑“節(jié)能、環(huán)保、生態(tài)”的理念。南市電廠主廠房不僅地理位置優(yōu)越,也是世博園區(qū)最高建筑物之一,毗鄰黃浦江和全球城市廣場,周圍無高大建筑物遮擋,面積約9000m2的電廠主廠房屋面,是承載太陽能設(shè)施的理想載體。改造中在24m和49m標高屋頂平臺處鋪設(shè)單晶硅太陽能電池板。同時,在29m標高平臺采用了單軸太陽跟蹤光伏發(fā)電板。運用太陽能追蹤技術(shù),大大提高了單位面積硅晶片的發(fā)電效率,由此可以看出,綠色建筑的整體目標設(shè)定并非建立在強調(diào)達標標準的技術(shù)要求上,而是結(jié)合“因時、因地、因物”的改造策略建立起來的環(huán)境應(yīng)對體系。維持這一體系的平衡性才是目標達成的關(guān)鍵所在。3.2“生態(tài)光照”運用的實踐需求建于1985年的南市發(fā)電廠主廠房擁有長128m,寬70m,高50m的龐大體量,165m高的煙囪也具有區(qū)域的標志特征,其內(nèi)部空間和外部形態(tài)相對完整并具有強烈的工業(yè)文明特征。因此改造自始至終秉持著空間特征與功能適應(yīng)性的平衡原則,進行了空間體系的改造(根據(jù)空間的大小尺度,結(jié)構(gòu)完整度分別改造為與空間特征相匹配的不同功能);結(jié)構(gòu)體系的改造(根據(jù)結(jié)構(gòu)的跨度、安全性、經(jīng)濟合理性最大限度地體現(xiàn)原有結(jié)構(gòu)的邏輯關(guān)系,保留工業(yè)美學(xué)特征);設(shè)備體系的改造(根據(jù)設(shè)備的位置與特征,設(shè)定空間界定與動線安排,使其有效地、藝術(shù)地融入改造后的空間體系之中),以及外立面的改造(在保持原有型制及原有立面肌理的基礎(chǔ)上,針對重點部位進行重點改造與加建,使工業(yè)文明遺跡在新的時代得以延續(xù)與重生)。在眾多的改造實踐中,“生態(tài)光谷”的實踐進程最為艱難,同時也最為引人矚目。由于南市電廠主廠房進深較大,自然采光條件十分惡劣,改造實踐中將主廠房中央的中庭頂部進行結(jié)構(gòu)性改造,設(shè)置了天窗,利用定日鏡跟蹤太陽光線角定位,將陽光經(jīng)過反射轉(zhuǎn)變?yōu)榫_的垂直光,然后通過一組特殊設(shè)計的錐形反射鏡(我們稱之為“碎光器”)將垂直光部分透射、部分反射為水平漫射光,從而將自然光線引入生態(tài)中庭深處。自然采光的有效利用大大減少了室內(nèi)人工照明的使用量。同時自然光線的導(dǎo)入為將植物引進室內(nèi)提供了可能性,獨特的錐形“碎光器”可以成為室內(nèi)空間的重要造型元素形成迷幻斑斕的光影效果,因而在廠房核心部位形成集生態(tài)和景觀效應(yīng)于一體的“生態(tài)光谷”。然而“生態(tài)光谷”從最初創(chuàng)意到最終實施的過程十分坎坷。施工周期、成本核算、技術(shù)配合、工藝難度都是橫亙在項目推進過程中的重重阻礙,項目也幾乎瀕臨被取消的境地。在不計其數(shù)的反復(fù)協(xié)商溝通、圖紙修改、技術(shù)配合之后,“生態(tài)光谷”終于迎來了其璀璨之光。3.3室內(nèi)空間改造毗鄰浦江的南市發(fā)電廠主廠房高約50m,具有一定的風(fēng)力資源優(yōu)勢,改造中采用了國內(nèi)自主研發(fā)的垂直軸風(fēng)機,利用風(fēng)力帶動渦輪桿產(chǎn)生電力。風(fēng)機布置于主廠房34m標高的保留的粉煤灰分離器頂部,造型美觀、振動較輕、節(jié)約占地,具有可再生能源使用的實踐示范作用。同時,這4組粉煤灰分離器從改造之初就引起了設(shè)計者的極大關(guān)注。這組被昵稱為“四大金剛”的超尺度設(shè)備帶有強烈的工業(yè)文明的時代特征,具有令人震撼的視覺沖擊力,因此它作為建筑外部形象的標識性特征性元素被全部留存下來。經(jīng)過內(nèi)部和外部清潔、結(jié)構(gòu)加固以及與風(fēng)力發(fā)電裝置的結(jié)合利用,這組原先陳舊的設(shè)備煥發(fā)出前所未有的全新面貌與藝術(shù)感染力。在室內(nèi)空間的改造中,根據(jù)保留結(jié)構(gòu)體系的各部分特點,分別采用節(jié)點加固,包鋼加固,碳纖維加固和阻尼器減振技術(shù)對其進行改造加固,確保改造后的結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定安全可靠。同時,在設(shè)計中將結(jié)構(gòu)構(gòu)件與室內(nèi)裝飾構(gòu)件合二為一,大量減少二次裝修的比例,以渾然一體的室內(nèi)空間效果體現(xiàn)出工業(yè)建筑的結(jié)構(gòu)特征與機器大生產(chǎn)的場景記憶。在必須進行二次裝修的部位,遵循突顯主題、弱化裝飾的原則,大多以工業(yè)元素為母題,烘托整體、恢宏、簡潔的室內(nèi)空間氛圍。因此改造實踐始終關(guān)注藝術(shù)風(fēng)格與技術(shù)可行性之間的平衡關(guān)系,這也是使綠色建筑擺脫機械冷漠的技術(shù)羅列的誤區(qū)與模式,煥