上海世博会永久性场馆的绿色设计理念

上海世博会永久性场馆的绿色设计理念

2010年上海世博会按计划举行，南市电厂主栋大楼的改造工程也按计划进入了理想的荣誉之光。这座由旧厂房改建而成的世博会永久性场馆(城市未来馆)经历了创意策划、建筑设计、实施配合、运营调试、专家评审等多项环节之后,终于正式获得国家三星级绿色建筑评价标识。这也意味着在这座世博会永久性场馆始终秉持的绿色建筑的设计理念最终得以实现:它延长了建筑的寿命周期,最大限度地节约资源,保护环境减少污染,提供健康适用高效的使用空间,与自然和谐共生。1改造动机的递增上升南市电厂主厂房改扩建工程的绿色建筑目标设定并非一蹴而就,它所经历的由“改造动机”到“绿色生态动机”再到“凸显绿色生态理念的建筑改造动机”的依次递进上升的过程,就映射了创作者们对绿色生态理念认知的不断完善与提升,也集中展示了绿色生态理念的理想之光是如何冲破重重困扰照进现实的艰辛历程。1发展过程中的现代工业文明2010年上海世博会首次采用了大规模利用老建筑与近代工业遗产的建设策略,这才使得诸如南市发电厂主厂房这样的近现代工业文明的见证者得以留存与利用。因此,在这个总体目标催生下的改造项目最直接的目标是完成庞大而复杂的改造计划,使其不仅适应于世博会期间的场馆展示功能及其它配套功能,更为日后的可持续利用提供有利条件。2燃煤能源中心的建设,背景南市发电厂作为上海民族工业及传统电力事业的代表,在为城市发展做出巨大贡献的同时也付出了巨大的资源及环境代价。顺应产业结构调整与城市功能完善、提升基础设施建设与城市环境品质的总体目标,将这个传统高消耗、高污染的燃煤能源中心改建成以绿色能源为主导的绿色生态建筑,是具有前瞻性、标志性的建筑事件与城市事件。同时,它也给原本就已庞大复杂的改造工程增加了难度与不可预知性。3建筑“节约资源、减少污染”的目标需求对绿色生态建筑的目标追求不在于各种先进节能技术的概念性展示与简单堆砌,更不是屈就于评级标准而人为地增加建筑不必要的功能负担。绿色生态建筑“节约资源、减少污染”的最终目的是在更广阔的范围与更高层次上建立更舒适、健康、宜人的使用空间,这绝不是以牺牲建筑的实际使用需求、人性化目标以及建筑的艺术感染力为代价的。因此,南市发电厂主厂房改扩建工程中采用的主要关键节能技术均是结合建筑改造的空间特征与技术特征,因地制宜地谨慎比选,选择性、创造性地加以使用的。2现实的障碍2.1形态:从建筑外部特征到建筑外部形态的转变由于改建工程建立在对原有建筑的结构体系、空间特征、设备设施等充分利用与适应性改造的基础上,有效避免了对土地资源的侵占,因而具有得天独厚的“节地”优势,但由此带来的现实问题是:如何在不改变建筑外部特征的前提下,尽可能地有效利用与拓展内部空间,实现由错综复杂的工业生产空间向适应展示功能的世博展示场馆的转变?如何在不突破现有建筑占地的条件下,建立一个体量庞大的覆盖半径1km的区域绿色能源中心?如何在不破坏原有建筑形态逻辑的前提下,重新梳理形态关系,建立清晰的人流、物流、消防、疏散等众多体系?如何利用现有的建筑外部形态,不增加占地面积的前提下,建设一个总装机约520kw的光伏发电系统?以及如何在有限的用地范围内进行围护、建造、运输、施工等组织工作?2.2建筑中小型建筑的节能改造必要性由工业建筑改造而来的新建筑面临着“节能”方面的诸多挑战:如何在延续原厂房立面特征的前提下,大幅度提高围护结构的节能效能并保证过渡季节的自然通风比例?如何克服工业建筑体量庞大,内部采光通风条件欠缺的劣势,建立一个以先进的主动式人工导光技术为核心的采光体系?如何在不增加附加能耗的前提下,引入绿色生态中庭概念,以改善与提升建筑室内环境的整体品质?2.3开发绿色建材的措施由于改造项目保留了原厂房中大部分结构构件与部分设备支架作为改造的结构条件,因而大大减少了建筑垃圾排放量,这一措施是绿色建材利用的一个重要组成部分。但随之而来的问题是:厂房原生态的结构在抗震性与整体结构延性上存在缺陷,必须采取相应的加固措施。如何在结构加固的同时不破坏原先结构体系的工业特征与结构美学,进而成为新建筑室内环境的有机元素?如何利用原有设备与构筑物的工业文明印记创造出独具特色的场所特征与艺术氛围,从而大量减少二次装修带来的材料消耗?3平衡之路3.1水的源热泵系统由于南市电厂紧临黄浦江畔,水源供应充足,并保留了原先南市发电厂完整的取排水设施,可供改造时直接利用,因此,改造设计中充分利用江水源热泵技术,在主厂房南侧全球城市广场地下建设新能源中心。这也实现了不增加占地的前提下,解决了庞大的能源中心的功能需求。利用热泵机组实现低温位热能向高温位转移,将水体和地层蓄能分别在冬、夏季作为供暖的热源和空调的冷源,为浦西世博园城市最佳实践区各建筑及部分企业自建馆及商业配套设施提供空调冷热源。江水源热泵系统具有减少系统装机容量,减少系统的初投资和运行费用,不用设置冷却塔、锅炉,无需燃油或燃气,耗电量较低,不会向大气排放污染物及热量等特点,缓解了城市热岛效应,符合绿色建筑“节能、环保、生态”的理念。南市电厂主厂房不仅地理位置优越,也是世博园区最高建筑物之一,毗邻黄浦江和全球城市广场,周围无高大建筑物遮挡,面积约9000m2的电厂主厂房屋面,是承载太阳能设施的理想载体。改造中在24m和49m标高屋顶平台处铺设单晶硅太阳能电池板。同时,在29m标高平台采用了单轴太阳跟踪光伏发电板。运用太阳能追踪技术,大大提高了单位面积硅晶片的发电效率,由此可以看出,绿色建筑的整体目标设定并非建立在强调达标标准的技术要求上,而是结合“因时、因地、因物”的改造策略建立起来的环境应对体系。维持这一体系的平衡性才是目标达成的关键所在。3.2“生态光照”运用的实践需求建于1985年的南市发电厂主厂房拥有长128m,宽70m,高50m的庞大体量,165m高的烟囱也具有区域的标志特征,其内部空间和外部形态相对完整并具有强烈的工业文明特征。因此改造自始至终秉持着空间特征与功能适应性的平衡原则,进行了空间体系的改造(根据空间的大小尺度,结构完整度分别改造为与空间特征相匹配的不同功能);结构体系的改造(根据结构的跨度、安全性、经济合理性最大限度地体现原有结构的逻辑关系,保留工业美学特征);设备体系的改造(根据设备的位置与特征,设定空间界定与动线安排,使其有效地、艺术地融入改造后的空间体系之中),以及外立面的改造(在保持原有型制及原有立面肌理的基础上,针对重点部位进行重点改造与加建,使工业文明遗迹在新的时代得以延续与重生)。在众多的改造实践中,“生态光谷”的实践进程最为艰难,同时也最为引人瞩目。由于南市电厂主厂房进深较大,自然采光条件十分恶劣,改造实践中将主厂房中央的中庭顶部进行结构性改造,设置了天窗,利用定日镜跟踪太阳光线角定位,将阳光经过反射转变为精确的垂直光,然后通过一组特殊设计的锥形反射镜(我们称之为“碎光器”)将垂直光部分透射、部分反射为水平漫射光,从而将自然光线引入生态中庭深处。自然采光的有效利用大大减少了室内人工照明的使用量。同时自然光线的导入为将植物引进室内提供了可能性,独特的锥形“碎光器”可以成为室内空间的重要造型元素形成迷幻斑斓的光影效果,因而在厂房核心部位形成集生态和景观效应于一体的“生态光谷”。然而“生态光谷”从最初创意到最终实施的过程十分坎坷。施工周期、成本核算、技术配合、工艺难度都是横亘在项目推进过程中的重重阻碍,项目也几乎濒临被取消的境地。在不计其数的反复协商沟通、图纸修改、技术配合之后,“生态光谷”终于迎来了其璀璨之光。3.3室内空间改造毗邻浦江的南市发电厂主厂房高约50m,具有一定的风力资源优势,改造中采用了国内自主研发的垂直轴风机,利用风力带动涡轮杆产生电力。风机布置于主厂房34m标高的保留的粉煤灰分离器顶部,造型美观、振动较轻、节约占地,具有可再生能源使用的实践示范作用。同时,这4组粉煤灰分离器从改造之初就引起了设计者的极大关注。这组被昵称为“四大金刚”的超尺度设备带有强烈的工业文明的时代特征,具有令人震撼的视觉冲击力,因此它作为建筑外部形象的标识性特征性元素被全部留存下来。经过内部和外部清洁、结构加固以及与风力发电装置的结合利用,这组原先陈旧的设备焕发出前所未有的全新面貌与艺术感染力。在室内空间的改造中,根据保留结构体系的各部分特点,分别采用节点加固,包钢加固,碳纤维加固和阻尼器减振技术对其进行改造加固,确保改造后的结构体系稳定安全可靠。同时,在设计中将结构构件与室内装饰构件合二为一,大量减少二次装修的比例,以浑然一体的室内空间效果体现出工业建筑的结构特征与机器大生产的场景记忆。在必须进行二次装修的部位,遵循突显主题、弱化装饰的原则,大多以工业元素为母题,烘托整体、恢宏、简洁的室内空间氛围。因此改造实践始终关注艺术风格与技术可行性之间的平衡关系,这也是使绿色建筑摆脱机械冷漠的技术罗列的误区与模式,焕