绿色建筑设计在超高层民用建筑设计中的应用分析

徐同殿

（山东省建筑设计研究院有限公司，济南 250001）

1 引言

随着我国社会经济的高速发展，国内城市化进程不断推进，为了应对城市发展与建设用地之间的矛盾，各大城市中大量高层甚至超高层民用建筑如同雨后春笋般拔地而起。目前，我国超高层民用建筑根据用途大致可分为居住、商务办公、酒店等类型[1]，但无论何种类型的民用超高层建筑，都将成为该区域乃至整个城市的地标。同时，由于国家提倡节约型社会建设和健康环保理念，民众对于民用建筑在设计施工期间的环境和室内环境的健康要求越来越高，绿色建筑的呼声也随之水涨船高。

2 相关概念

2.1 绿色建筑设计

绿色建筑设计通常是指在进行建筑设计时，通过运用各类先进材料或施工工艺，将建筑建造期间对周边环境的不利影响降至最低，或是减少建筑物运营阶段日常消耗的各类资源数量。同时，绿色建筑设计还更加关注建筑内部空间的健康与舒适度，从而使人类活动、建筑、自然环境三者和谐共处。因此，进行绿色建筑设计时，应根据建筑所在地的自然环境、气候条件、地形地貌等因素对建筑结构、施工材料、施工工艺等进行综合考虑，从而实现绿色建筑的设计指标。

2.2 绿色建筑设计的必要性

绿色建筑设计的目的在于实现人与自然的和谐共存，而基于这一宏伟目标，在进行绿色建筑设计的过程中必须妥善解决建设行业高能耗和建筑物和谐共生两大问题。

近几年，随着我国建筑行业设计和施工水平的稳步提升，建筑行业高能耗的“老大难”问题已经有所缓解，但受到行业内部人才培养和重视程度不足等因素的影响，我国建筑设计行业中依旧存在重设计速度，轻运行能耗的现象。据相关数据显示，我国“十三五”规划期间，全国国有建设用地累计供应3.061×106hm2，而其中达到绿色建筑设计标准的建筑比例不足10%，从而导致我国建筑在整个生命周期内所消耗的资源与能量总数超过西方发达国家的30%[2]。如此庞大的资源消耗量与我国所提倡的“青山绿水便是金山银山”和可持续发展战略相违背，故必须在设计中注重和倡导绿色建筑设计，进而实现建筑行业的绿色可持续发展。

2.2 超高层民用建筑绿色设计的应用原则

通过对大量绿色建筑设计案例的分析和比较，大部分设计者将绿色建筑设计的对象集中在建筑材料的绿色化与建筑整体设计的节能化两大方面。

建筑材料的绿色化主要是指在建筑施工中所应用的各类材料具备如下特征：（1）建筑材料在生产加工过程中对周边环境不会产生较大的破坏；（2）建筑材料本身在使用过程中不会向建筑内部空间散发不利于人类健康的物质；（3）建筑材料能够被多次使用，从而降低生产加工环节对自然资源的需求量。除了上述3 项必备条件外，建筑使用者还希望建筑施工所使用的材料能够为其营造更加舒适的生活环境，使其能够在快节奏社会活动中为营造一处温馨的港湾。

虽然超高层民用建筑在节约城市建设用地空间和打造城市地标方面具有较好的效果，但该类型的建筑也存在着高空空气悬浮颗粒物浓度较高、空气质量较差、高压反应严重等问题。因此，在进行绿色建筑设计时，应努力克服上述不利因素，扬长避短地提高建筑整体的节能效果[3]。例如，充分发挥超高层建筑的自然采光优势，将自然光作为建筑内部照明系统的重要组成部分，合理调节建筑内部的光环境；充分考虑水资源的综合利用，尽量降低给排水设施在运行期间的能耗，并进一步利用中水和雨水作为清洁用水的补充；充分利用超高层建筑的风能与气压，通过设置室内外通风设备和建筑内部空间的合理分隔，将风能与气压转化为正向因素，发挥风力资源在改善室内空气质量和调节室内温度的作用。

3 案例分析

3.1 项目概况

某项目位于济南市高新区的汉峪金融商务中心，整个商务中心分为南北两区，目前商务中心的北区作为先行开发区域已开展了相关建设。本项目名称为汉峪金融商务中心A5 地块综合楼及附属设施项目二期——云鼎大厦，项目由地上69层的超高层塔楼及3 层裙楼组成，建筑总高度为339 m，总建筑面积为253 854.32 m2，其中，地上部分183 148.25 m2，地下部分70 706.07 m2。

该项目的地上部分主要用于商务办公与高端酒店，其中，高端酒店位于建筑主楼的1~3 层、51 层及以上楼层。51 层为酒店健身康体层，52 层为酒店空中大堂和全日餐厅，53 层局部夹层为酒店行政办公及大堂吧，54~58 层、60~68 层为酒店客房层，剩余其他楼层均为商务办公。

3.2 绿色建筑设计理念在项目建筑材料中的应用

首先，作为城市金融中心的一座地标性建筑，无论是商务办公还是高端酒店，都对建筑外观设计提出了较高的要求，但本项目在进行建筑设计时充分考虑了建筑结构的成本，尤其是在兼顾建筑外观的同时，大大降低了建筑中装饰性构件的数量，装饰性构件造价仅为285 万元，只占到了整个建筑7.5亿元的造价0.38%。如此低的装饰性构件数量不但大大降低了建筑的建设投资，而且降低了建筑自重，从而降低了对承重构件的强度的设计要求。

其次，在施工中应用了大量的商品混凝土，几乎涵盖了建筑施工中各标号的混凝土类型，从而减少了现场拌制混凝土造成的资源浪费和环境污染。同时，大规模商品混凝土的应用还可以提高施工过程中混凝土的浇筑速度和浇筑质量，避免现场拌制混凝土过程中混凝土质量不稳定的问题，进而达到节约水泥、砂石料等矿产资源的目的。

最后，建筑设计时充分采用高强建筑结构材料，如梁、柱、剪力墙。纵向受力普通钢筋采用400 MPa 级及以上钢筋，据统计，本项目在不同结构部位所使用的高强度钢筋占到了总用钢筋量的89.82%。

3.3 绿色建筑设计理念在项目照明设计的应用

该项目建筑内部的功能主要有商务办公和高端酒店两大类型，无论是何种空间功能，其对于建筑室内照明的要求均高于其他类型民用建筑，为了降低建筑内部空间在照明需求上的能耗，设计者采用了更加合理的空间布局方式并配以节能灯具以及高效照明控制系统，从而尽量减少建筑照明能耗。

主楼平面布局近似于正八边形，较高的建筑高度十分有利于建筑的自然采光。因此，在建筑空间布局中多采用“回”字形的布局方式，将人员办公、住宿等对于光照要求较高的功能空间集中在临窗一侧，并将交通组织、清洁卫生、餐饮、会议会务等配套服务空间集中在建筑中心区域，从而最大限度地利用自然光照对人员活动较为密集功能空间进行照明。据相关设计模型验算，本项目主要功能空间天然采光达标面积比例达87%。

对于部分自然采光能力较弱的建筑空间，可采用人工灯光进行照明，为了降低照明能耗，照明灯具的选择基本采用直接照明的方式，而所有的照明灯具、光源及照明系统电气配件其性能指标都选择优于国家一级能耗标准的品牌及型号，尤其是荧光灯具，选用了能效因数、能效值不低于国家标准的管型荧光灯、自镇流荧光灯。在建筑物北侧的办公区域，由于受到空间位置的限制，其采光效果略低于建筑南侧区域，故在上述办公空间内采用了T5 直管三基色荧光灯进行照明。另外，在建筑内部走廊、前室、楼梯间等交通组织空间内，鉴于建筑室内层高的限制，采用了LED 吸顶灯进行照明。

除了采用节能照明灯具外，还通过采用智能照明控制系统对门厅、走廊、地下车库等室内公共区域和外部环境照明进行自动控制和集中管理，并根据照明空间的环境特点和照明需求，分别采用分组、照度、人体感应、减光等实时控制方式对照明灯光进行自动调节，最大限度地降低建筑物的照明能耗。

3.4 绿色建筑设计理念在项目通风系统的应用

自然通风是改善建筑室内空气质量或调节温度的重要举措，为了给在建筑内部进行商务办公和就餐、住宿的用户营造更加舒适和健康的室内环境，设计者对空间布局和相关设备进行了优化。

首先，为了更加合理地布局建筑内部空间，设计者采用PKPM 软件对参评建筑的室外风环境进行模拟分析，分析结果显示该建筑在典型风速和风向条件下，建筑物周围人行区风速低于5 m/s，室外风速放大系数小于2，而在过渡季、夏季典型风速和风向条件下，50%以上可开启外窗室内外表面的风压差大于0.5 Pa。通过上述模型测试保证了后续设计工作更加科学合理，符合建筑现场的风强特征。

其次，除变电站、厨房以外，所有组合式空调机组、数字化节能组合式空调机组、数字化转轮热回收新风机组、空调箱均设置一级静电过滤+袋式除尘器，并预留空气净化功能段，以便后期根据不同功能空间对于空气质量的需求选择性地加装空气净化设备，而酒店部分所有空调机组均设置初效及中效过滤器。除变电站、厨房等场所空调机组外，其余空调机组内均加设紫外线杀菌、光触媒等电子净化装置。所有风机盘管的回风管处均设置回风式微静电净化装置，通过设备内部的循环系统杀灭空气中的细菌病毒微生物、分解TVOC 等有害物质、消除异味。同时，回风式微静电净化装置能实现与风机盘管高、中、低三档保持电联动，连锁运行、同步启停，进而起到降低系统能耗的目的。

3.5 绿色建筑设计理念在项目建筑给排水的应用

超高层民用建筑在运营过程中所需消耗的水源以及建筑内部在配给水源过程中说消耗的能源，也是绿色建筑设计中关注诸多重点之一。

供水水源为城市供水管网，其内部的供水压力不小于0.30 MPa，根据不同楼层的出水点高程和出水压力需求，设计者采用了分区配水的原则，将整个建筑分为高、中、低三大供水体系，并在地下室内设置变频加压系统，对3 个分区进行加压供水。通过分区供水、变频加压等手段，保证了每个楼层最不利出水点的压力不小于0.10 MPa、最低用水点最大静水压力不大于0.45 MPa，同时，还在每处供水压力大于0.20 MPa的支管上安装了减压阀，以避免管道内过高的水压对管道造成破坏。

为了减少建筑物卫生器具的用水量，所有的卫生器具和配件均采用节水型设备，其中，坐便器为两档式水箱，总冲洗水量不大于6 L。另外，不同性质的给水、热水系统分别设置计量装置，并按照不同功能分区和用途设水表，冷却塔补水、公共洗浴用水、厨房用水、空调集中补水等单独设水表计量，从而实现按付费或管理单元，统计用水量。

3.6 其他绿色建筑设计举措

选用配备高效电机及先进控制技术的电梯，其能效应符合国家相关标准中节能评价值的规定。建筑内部的自动扶梯与自动人行道应具有节能拖动及节能控制装置、并设置感应传感器，而当2 台及以上客梯集中布置时，客梯控制系统应具备按程序集中调控和群控的功能。上述多项举措较大程度地降低了建筑内部垂直交通设施的耗电量。

4 结语

该项目建设完成后相关绿色建筑评价单位依据相关标准从室内环境、能源利用、水资源利用、材料资源利用、室内环境质量等方面对建筑物进行评价，评价结果显示该项目最终得分为65.6，达到二星级绿色建筑设计标识的标准。