上海世博會(huì)永久性場(chǎng)館的綠色設(shè)計(jì)理念

上海世博會(huì)永久性場(chǎng)館的綠色設(shè)計(jì)理念

2010年上海世博會(huì)按計(jì)劃舉行，南市電廠主棟大樓的改造工程也按計(jì)劃進(jìn)入了理想的榮譽(yù)之光。這座由舊廠房改建而成的世博會(huì)永久性場(chǎng)館(城市未來(lái)館)經(jīng)歷了創(chuàng)意策劃、建筑設(shè)計(jì)、實(shí)施配合、運(yùn)營(yíng)調(diào)試、專家評(píng)審等多項(xiàng)環(huán)節(jié)之后,終于正式獲得國(guó)家三星級(jí)綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)識(shí)。這也意味著在這座世博會(huì)永久性場(chǎng)館始終秉持的綠色建筑的設(shè)計(jì)理念最終得以實(shí)現(xiàn):它延長(zhǎng)了建筑的壽命周期,最大限度地節(jié)約資源,保護(hù)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(dòng)機(jī)的遞增上升南市電廠主廠房改擴(kuò)建工程的綠色建筑目標(biāo)設(shè)定并非一蹴而就,它所經(jīng)歷的由“改造動(dòng)機(jī)”到“綠色生態(tài)動(dòng)機(jī)”再到“凸顯綠色生態(tài)理念的建筑改造動(dòng)機(jī)”的依次遞進(jìn)上升的過(guò)程,就映射了創(chuàng)作者們對(duì)綠色生態(tài)理念認(rèn)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(jìn)現(xiàn)實(shí)的艱辛歷程。1發(fā)展過(guò)程中的現(xiàn)代工業(yè)文明2010年上海世博會(huì)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(jiàn)證者得以留存與利用。因此,在這個(gè)總體目標(biāo)催生下的改造項(xiàng)目最直接的目標(biāo)是完成龐大而復(fù)雜的改造計(jì)劃,使其不僅適應(yīng)于世博會(huì)期間的場(chǎng)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(xiàn)的同時(shí)也付出了巨大的資源及環(huán)境代價(jià)。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(biāo),將這個(gè)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(biāo)志性的建筑事件與城市事件。同時(shí),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(biāo)需求對(duì)綠色生態(tài)建筑的目標(biāo)追求不在于各種先進(jìn)節(jié)能技術(shù)的概念性展示與簡(jiǎn)單堆砌,更不是屈就于評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)而人為地增加建筑不必要的功能負(fù)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(shí)際使用需求、人性化目標(biāo)以及建筑的藝術(shù)感染力為代價(jià)的。因此,南市發(fā)電廠主廠房改擴(kuò)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(jǐn)慎比選,選擇性、創(chuàng)造性地加以使用的。2現(xiàn)實(shí)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(duì)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(duì)土地資源的侵占,因而具有得天獨(dú)厚的“節(jié)地”優(yōu)勢(shì),但由此帶來(lái)的現(xiàn)實(shí)問(wèn)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(shí)現(xiàn)由錯(cuò)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(chǎng)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(gè)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(gè)總裝機(jī)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(jìn)行圍護(hù)、建造、運(yùn)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(lái)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(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能效能并保證過(guò)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(shì),建立一個(gè)以先進(jìn)的主動(dòng)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(kāi)發(fā)綠色建材的措施由于改造項(xiàng)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(gè)重要組成部分。但隨之而來(lái)的問(wèn)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(shí)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(jìn)而成為新建筑室內(nèi)環(huán)境的有機(jī)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(dú)具特色的場(chǎng)所特征與藝術(shù)氛圍,從而大量減少二次裝修帶來(lái)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(shí)直接利用,因此,改造設(shè)計(jì)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(chǎng)地下建設(shè)新能源中心。這也實(shí)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(jī)組實(shí)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(shí)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(jī)容量,減少系統(tǒng)的初投資和運(yùn)行費(fèi)用,不用設(shè)置冷卻塔、鍋爐,無(wú)需燃油或燃?xì)?耗電量較低,不會(huì)向大氣排放污染物及熱量等特點(diǎn),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(chǎng),周圍無(wú)高大建筑物遮擋,面積約9000m2的電廠主廠房屋面,是承載太陽(yáng)能設(shè)施的理想載體。改造中在24m和49m標(biāo)高屋頂平臺(tái)處鋪設(shè)單晶硅太陽(yáng)能電池板。同時(shí),在29m標(biāo)高平臺(tái)采用了單軸太陽(yáng)跟蹤光伏發(fā)電板。運(yùn)用太陽(yáng)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(biāo)設(shè)定并非建立在強(qiáng)調(diào)達(dá)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求上,而是結(jié)合“因時(shí)、因地、因物”的改造策略建立起來(lái)的環(huán)境應(yīng)對(duì)體系。維持這一體系的平衡性才是目標(biāo)達(dá)成的關(guān)鍵所在。3.2“生態(tài)光照”運(yùn)用的實(shí)踐需求建于1985年的南市發(fā)電廠主廠房擁有長(zhǎng)128m,寬70m,高50m的龐大體量,165m高的煙囪也具有區(qū)域的標(biāo)志特征,其內(nèi)部空間和外部形態(tài)相對(duì)完整并具有強(qiáng)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(jìn)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(jì)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(dòng)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(duì)重點(diǎn)部位進(jìn)行重點(diǎn)改造與加建,使工業(yè)文明遺跡在新的時(shí)代得以延續(xù)與重生)。在眾多的改造實(shí)踐中,“生態(tài)光谷”的實(shí)踐進(jìn)程最為艱難,同時(shí)也最為引人矚目。由于南市電廠主廠房進(jìn)深較大,自然采光條件十分惡劣,改造實(shí)踐中將主廠房中央的中庭頂部進(jìn)行結(jié)構(gòu)性改造,設(shè)置了天窗,利用定日鏡跟蹤太陽(yáng)光線角定位,將陽(yáng)光經(jīng)過(guò)反射轉(zhuǎn)變?yōu)榫_的垂直光,然后通過(guò)一組特殊設(shè)計(jì)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(shí)自然光線的導(dǎo)入為將植物引進(jìn)室內(nèi)提供了可能性,獨(dú)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(shí)施的過(guò)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?cè)陧?xiàng)目推進(jìn)過(guò)程中的重重阻礙,項(xiàng)目也幾乎瀕臨被取消的境地。在不計(jì)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(lái)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(shì),改造中采用了國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的垂直軸風(fēng)機(jī),利用風(fēng)力帶動(dòng)渦輪桿產(chǎn)生電力。風(fēng)機(jī)布置于主廠房34m標(biāo)高的保留的粉煤灰分離器頂部,造型美觀、振動(dòng)較輕、節(jié)約占地,具有可再生能源使用的實(shí)踐示范作用。同時(shí),這4組粉煤灰分離器從改造之初就引起了設(shè)計(jì)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(qiáng)烈的工業(yè)文明的時(shí)代特征,具有令人震撼的視覺(jué)沖擊力,因此它作為建筑外部形象的標(biāo)識(shí)性特征性元素被全部留存下來(lái)。經(jīng)過(guò)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(diǎn),分別采用節(jié)點(diǎn)加固,包鋼加固,碳纖維加固和阻尼器減振技術(shù)對(duì)其進(jìn)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(shí),在設(shè)計(jì)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(jī)器大生產(chǎn)的場(chǎng)景記憶。在必須進(jìn)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(jiǎn)潔的室內(nèi)空間氛圍。因此改造實(shí)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(jī)械冷漠的技術(shù)羅列的誤區(qū)與模式,煥