生活垃圾焚烧发电厂的建筑设计新探索——以上海老港再生能源利用中心二期为例

林大卫 LIN Dawei

同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司

同济大学建筑与城市规划学院

业主：上海老港固废综合开发有限公司

建设地点：上海市老港镇

建筑设计：同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司

中国五洲工程设计集团有限公司

设计时间：2016～2017

建成时间：2019.10（预计）

建筑面积：141 177m2

近几十年来，中国经济突飞猛进，大规模、高速度的城市扩张与再开发使城市面貌发生了翻天覆地的变化，同时也产生了大量生活垃圾，高速发展中的城市正在遭遇“垃圾围城”的威胁。以上海为例，据东方新闻网报道的数据显示，一个成人每天垃圾生产量为1.2kg，2015年上海人民共计生产了789.3万t垃圾，日产生活垃圾约2万t，生活垃圾日均处置量1.7万t。如果用载重2.5t的垃圾车运载，首尾相连，垃圾车队可以从人民广场绵延至浦东机场；2017年，上海的年垃圾产量约900万t。

目前，大城市生活垃圾处置方式主要有三种：卫生填埋、堆肥和焚烧发电。然而，填埋需要大量土地资源且容易造成二次污染，堆肥处理速度慢且适用规模小，多应用于乡村地区。因此，土地资源消耗少、处理速度快、二次污染少且能够资源再利用的焚烧发电，成为了城市地区较为理想的选择。

1 理念的转变

生活垃圾焚烧发电厂的工艺及功能相对稳定，通常包括卸料大厅、垃圾坑、焚烧间、烟气净化间及相关附属管理用房，且多数焚烧发电厂选址建设在郊区或山区，因此在很长一段时间内，这类建筑并不被普通大众或建筑设计界所关注，属于常规工业建筑，设计手法也相对传统，基本以服务于功能需求为目的。

然而，近年来，随着人们对生活垃圾分类、处理的重视，垃圾焚烧建筑的造型越来越受到各地政府、相关部门、市民以及建筑师群体的关注，因此在国内外都出现了众多外观醒目的垃圾焚烧厂，力求特色性、新颖性、标志性。例如，BIG设计完成的丹麦哥本哈根垃圾焚烧发电厂，集垃圾焚烧、滑雪、攀岩等功能于一体；Schmidt Hammer Lassen事务所联手日本Gottlieb Paludan建筑事务所设计的深圳东部垃圾焚烧发电厂试图打破传统工业设施矩形布局的惯例，圆形结构的建筑内部设有一条1.5km长的公共场馆通道；由Erick van Egeraat设计的丹麦Roskilde地区的再生能源焚烧塔不仅具备高功能性而且被赋予了标志性的棕红色穿孔铝板外观，犹如一个棱角分明的石块，显示出工业建筑的粗旷美；武汉都市环保工程技术股份有限公司设计完成的深圳宝安老虎坑垃圾焚烧厂三期工程集生产、办公、生活、教育、旅游于一体，通过大量折面造型和屋顶绿化，试图让建筑更加贴合和亲近自然。

除此之外，国内外还有很多在建或建成案例没有一一列举，但可以明显看出一种趋势，即垃圾焚烧发电厂正逐渐从单一的垃圾焚烧场所演变为容纳了建筑造型的标志性、科普教育基地的展示性等更加复杂、综合的功能体，成为再生能源利用、环境保护、科普教育的重要展示窗口。

1 老港再生能源中心一期

2 深圳老虎坑发电厂

3 北京朝阳区生活垃圾综合处理厂

4 上海御桥生活垃圾焚烧发电厂

5 丹麦哥本哈根垃圾焚烧发电厂

6 深圳东部垃圾焚烧发电厂

7 丹麦Roskilde地区再生能源焚烧塔

8 深圳老虎坑垃圾焚烧发电厂三期

9 老港再生能源利用中心二期日景鸟瞰效果图

10 老港再生能源利用中心二期日景人视图（北、西立面）

11 老港再生能源利用中心二期观光平台与立面细部效果图

12 老港再生能源利用中心二期总平面图（左侧为二期，右侧为一期）

13 垃圾焚烧发电流程图

14 老港再生能源利用中心二期立面造型流线示意

15 老港再生能源利用中心二期造型手法示意

16 老港再生能源利用中心二期翻起铝板单元（模型）

17 老港再生能源利用中心二期施工现场

18 老港再生能源利用中心二期施工现场

下面以笔者参与联合设计的上海老港再生能源利用中心二期为例，介绍其设计思路、手法及技术细节。其中，建筑结构及内部焚烧工艺由中国五洲工程设计集团有限公司设计，同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司负责建筑外观设计，内部科教展示流线设计由两家设计单位共同完成。

2 上海老港再生能源利用中心二期项目概况

老港再生能源利用中心二期工程位于上海市浦东新区老港镇，毗邻东海0号大堤。主体建筑占地面积为62 279m2，总建筑面积141 177m2，建筑高度约50m，建筑由南北两座垃圾焚烧处理厂房、中部主控中心、参观展示厅等多个部分围合形成一个景观庭院，并在庭院端部的烟囱上设置可以俯瞰整个厂区的观光平台。

项目引进国外先进的往复式机械炉排炉，烟气净化系统采用“SNCR+减温塔+干法（熟石灰）+活性碳吸附+袋式除尘器+湿法（NaOH溶液）+SCR系统”的处理工艺，建成后可日处理生活垃圾6 000t，年处理能力为200万t，加上已建成的再生能源利用中心一期每年可处理生活垃圾300万t，上海近一半的生活垃圾将在此进行焚烧处理，是目前全球规模最大的生活垃圾焚烧发电厂。建成后的再生能源利用中心二期还设置了科普展示中心，充分展示国内最先进的垃圾焚烧技术，同时满足公众、业内人士等不同的参观需求，创造丰富的参观体验。

3 设计理念及造型——“水蓝宝盒”

项目基地毗邻东海，我们希望将海天壮阔的景观与垃圾焚烧发电的特点通过建筑造型来表达，因此，设计取意于“水蓝宝盒”，将“水流”的动感及垃圾焚烧发电工艺的流线共同抽象为建筑造型的流线，同时寓意焚烧发电厂犹如一个将垃圾变废为宝、焚烧发电的“宝盒”，也寄托了垃圾焚烧发电行业的所有从业人员将垃圾再生利用、造福于民，还地球一片“蓝天”的梦想。

基于原本的卸料大厅、垃圾坑、焚烧间、烟气净化间等几大主体功能的内部空间需求，我们将几个功能体块进行整合，并通过流线型、多段式、高低起伏穿插的立面线条以及在中部、转角处设置的玻璃体，合理通过“表皮”设计弱化了原本敦实、呆板的建筑体量，使一个长330m、宽220m、高50m的超大尺度建筑在没有使用异型曲面等夸张、复杂造型的前提下，带给人如水流般动感的视觉体验。

建筑立面主要以横向贯通的铝板来实现水平起伏延展的线条，同时为了增强建筑造型的冲击力及“水流”的感觉，特别选择局部区域铝板进行不同角度的变化，使得建筑立面更富层次和光影。这些翻起变化的铝板还具有一个重要作用，即为立面上众多分散且大面积的进风、排风口提供通风需求，成为犹如鱼腮式的“呼吸”表皮，造型和功能得到统一，也保证了外立面的完整性，避免了原本工业建筑立面门窗洞口、百叶的“补丁式”设计。

4 参数化辅助立面设计

考虑到实际建设的需求，我们对每一片区域的铝板宽度数据都进行了梳理，将数量繁多的铝板归类划分为14种不同的模数，便于未来的实际加工制作，在实现造型效果的同时节约造价。为了更加灵活地控制和调整每条铝板翻起的位置及幅度，在立面设计中还以参数化辅助设计，通过Rhino的Grasshopper插件，使得每个区域铝板的走势和翻起的幅度均由可控的三维参数控制，并可根据建筑、结构、设备等各个专业的技术需求进行形态方面的灵活调整。

在建模过程中，对于一条铝板通常采用“双轨扫掠”的方式即可完成建模。但在本项目中，数量如此庞大且起伏走势完全不同的铝板，如果通过手动方式逐个完成建模，必然是难以实现的，工作量巨大且后期不便于调整。因此，我们通过Grasshopper插件中的参数化编程批量生成铝板单元，同时做到各个铝板的翻起位置和幅度随时可控。

19 老港再生能源利用中心二期将立面分为几个区域单独进行参数化设计

20 老港再生能源利用中心二期将垂点移动并与上方轨道上的点连线以生成铝板的断面线

21 老港再生能源利用中心二期通过断面线及轨道线生成每个区域的波浪

22 老港再生能源利用中心二期根据需求在不同位置设置翻起距离不同的断面线

23 老港再生能源利用中心二期在参数化设计过程中可以实时看到立面的形态

24 老港再生能源利用中心二期参观展示区位置

25 老港再生能源利用中心二期入口大厅室内效果

26 老港再生能源利用中心二期烟气净化间参观廊室内效果

27 老港再生能源利用中心二期参观流线

28 老港再生能源利用中心二期参观流线

首先，我们根据铝板的走势将每个立面分成几块区域，由于每块区域内的铝板走势大致相同，所以可以对其统一进行参数化控制。在之前的工作中我们已经完成了每块翻起铝板的上下两条边界线，以此可以作为生成翻起铝板的两条“轨道”。

接下来，创建每条翻起铝板的“断面线”。在上方轨道线上任意取一个点，向下方轨道线做垂线，将垂点以垂直于立面的方向向外移动所需要的距离，再将移动后的点与上方轨道线上最初所取的点进行连线，就生成了翻起铝板在该位置的断面线。按照这种方式，我们在需要进行控制的位置批量产生断面线，就可以通过“轨道”与“断面线”生成该区域的翻起铝板。

在Grasshopper中，我们不仅能够方便地控制每一处断面的翻起距离，同时利用插件自带的实时显示功能还可以实时观察曲面形态的变化，方便进行立面推敲，省去了大量返工的时间。同时，根据风口的布局调整相应位置铝板的翻起距离以实现良好的通风，从而进一步推敲立面效果的变化，最终实现外观及功能两方面都更加合理的立面设计。

5 参观流线设计——再生能源利用展示中心

本项目作为民众与学生的科普基地，将充分展示国内最先进的垃圾焚烧技术，因此，项目利用南北工房中间的间隙设置了参观区，形成与主工房一体化的完整造型。

在参观流线设计中，设置了三种针对不同人群的参观流线，包含快速参观流线、全程参观流线及专业参观流线，创造了丰富的参观体验。全程流线长约700m，设10个参观点，总参观时间控制在1h左右。具体流程如下：

（1）观众进入园区后，首先到达一层入口门厅（标高0.00m），门厅空间围绕中庭展开，中庭三层通高，两侧设置展廊，内侧设置休息区，作为展览开始及结束的人流集散点。

（2）展览序厅/多媒体厅设置在中庭后方，综合利用展墙、多媒体等方式全方位展现处理流程、工艺设备及可再生产品等，让参观者在正式参观之前对再生能源利用中心有一个宏观的认识。

（3）观众观赏完序厅内的多媒体短片后，乘坐大容量电梯直接到达参观平台（标高14.00m），通过东侧展厅两边的玻璃观察窗能够近距离看到卸料厅，同时这里还提供了一个眺望东海的宽阔视角。

（4）接下来，观众可沿中庭环廊到达垃圾坑观察窗（标高14.00m），通过可调节角度摄像头让参观者直观地感受垃圾处理的第一道流程，同时对于全自动的垃圾进料抓斗起重机和全电子管理系统也能充分展示。

（5）参观完垃圾坑之后，即可进入锅炉间及烟气净化间观光廊道（标高14.00m）讲解平台为参观者提供了驻足观看内部宏大设备的空间，也可进入设备区内部，进行相对专业及详细的参观，例如参观焚烧炉观火点。廊道的尽端即到达了厂区最高的体量——烟囱，从观光廊道进入烟囱即可到达内部的观光电梯，参观者可以乘坐观光电梯感受不同视角下的再生能源利用中心，并到达烟囱顶部的观光平台。观光平台标高63.00m，是厂区最高点，参观者可环绕观光平台俯瞰全部厂区，并可以眺望东侧的东海景观。

（6）最后，观众可从观光平台下至14.00m标高后沿另一侧观光廊道到达总控室，总控室的玻璃幕墙在为参观者提供全厂区信息系统展示的同时，还可以滚动播出厂区的实时数据，如二噁英排放量等。至此，参观者可从这里乘坐自动扶梯回到一层大厅，整个参观流程结束。

6 结语

在此次老港再生能源利用中心二期工程的外观及内部展示流线设计中，我们顺应当下市场需求及发展趋势，探索了民用公共建筑设计理念和手法在工业建筑上运用的可行性，为垃圾焚烧发电建筑注入了新的面貌和精神，更好地促进了国家及相关部门将垃圾焚烧这一行业展示于市民的期望，使得广大市民更好地了解及正确地认识垃圾处理、焚烧过程及影响，增强了大众的环保意识。

图片来源：图1～8来源于网络，其余均为作者提供。