工业建筑的再生性改造中国2010年上海世博会城市未来探索馆南市发电厂主厂房改扩建工程

工业建筑的再生性改造中国2010年上海世博会城市未来探索馆南市发电厂主厂房改扩建工程

改造设计的主题是1985年建成的南市发电厂的主车间、天然气管道和东侧相连的输煤桥。主厂房长128m,宽70m,建筑高度约50m,占地面积约为9150m2,改造前主厂房建筑面积约为23470m2。钢筋混凝土烟囱现状高度165m,具有较强的标志性和特征性。改造后的主厂房总建筑面积将达到31088m2,将成为世博会五大主题展馆之一,包括“城市未来探索馆”、能源中心以及以非物质的形式展示城市实践案例的城市最佳实践区案例报告厅等。新能源中心位于主厂房南侧全球城市广场地下,其中,地上建筑面积为225m2,地下建筑面积为9936m2,为浦西世博园城市最佳实践区和部分企业自建馆以及商业配套设施提供空调冷热源。本着“勤俭办博”和“可持续发展”的原则,改造设计在建筑空间布局、内部交通组织、防火疏散设计、结构强度、设备容量等方面统筹考虑了会中和会后的各阶段使用需求。1再生重建策略1.1对原有形态进行再生性改造鉴于主厂房与烟囱的建筑形态相对完整,过度的改造会造成其工业建筑特色的丧失,因此改造采取了再生性改造的策略。在尽可能尊重原有建筑形态和体量特征的前提下对其进行局部的改造和适当的内部加建,使厂房内原有的形态要素成为改造后室内空间的重要组成部分,减少施工难度、降低工程造价、缩短施工周期。在保留历史记忆、延续场所精神的同时满足全新的功能要求。1.2改造设计的原则主厂房和烟囱的内部空间和外部形态具有强烈的工业文明特征,改造设计在兼顾使用功能要求的同时最大限度地保持建筑的原有型制,保留主要特征性元素和部分机器设备,展现工业建筑的结构特征和空间特征,再现工业文明的历程与走向。1.3未来感与时代特征e的建筑形态改造设计将引入太阳能发电、风力发电等清洁能源技术,并根据其形态特征,通过特有的形式语言实现其与建筑的一体化,在充分体现世博会创新精神和探索主题的同时,赋予改造对象极具未来感与时代特征的建筑形态。2综合改革的方法2.1设计目标与空间作为城市最佳实践区的一个重要实物案例,未来探索馆将是集多种使用功能和展示方式于一体的综合性展览建筑,在满足会期功能的同时,为将来会后的二次开发预留一定空间。2.2改造主开发调设计为变奏启示了主个人与社会的环境改造原南市电厂主厂房屋顶由4层平台组成,呈由南往北逐级升高的态势,34m标高平台布置4组粉煤灰分离器。建筑外立面主要由波纹钢板构成。逐级上升的屋顶、巨大的分离器、简洁单纯的表皮,这些元素使这栋建筑带有强烈的工业时代特征。建筑设计将本着对工业遗迹尊重的原则,保持主厂房原有型制;结合功能和景观要求,针对重点部位进行局部改造和加建,形成简洁的形态逻辑,从而使人们对于这座工业文明遗迹的记忆在它新的历史中得到延续,同时使改造后主厂房和保留烟囱形成一种相互衬托的呼应关系。1)南立面改造主厂房南立面改造通过一组C字形的转折形体与屋顶太阳能板结合,同时在9m标高带形长窗部位形成遮挡,维持厂房原有型制的同时,满足了未来馆展示功能的要求;C字形的转折形体在南立面翻转而下形成入口回廊。回廊在满足等候功能的同时,管道形态的立面肌理也回应了昔日厂区内纵横交错的工业管网。2)东立面和顶部改造为了充分发挥主厂房的高度优势和景观效应。改造方案拆除了主厂房顶部带形长窗以上的部分立面,代之以简洁纯净的玻璃体;同时C字形包裹的东立面局部打开,代之以完全通透的玻璃幕墙,最大限度地打通了面向黄浦江的景观通道。工业建筑的简洁粗犷与玻璃幕墙体系的光滑精致交相辉映,形成了凝重沧桑与绚彩变幻的时代特征之对比与融合。3)北立面改造C字形转折形体的垂直部分构成了主厂房的北立面,北立面拆除原有外墙,暴露原有结构,并利用H型柱内空间加设疏散楼梯,浑然一体而又不失细节。4)屋顶太阳能发电装置改造方案在24m、29m、49m标高屋面以特定规律排布了百余组太阳能发电装置,使主厂房屋顶具有极强的功能性与律动的装饰效果。随着一天中太阳位置的变化,沿29m屋面展开布置的数倍太阳能发电装置同步变换着角度和仰角,体现强烈的时代感和未来感。5)外墙改造外墙体系在充分暴露主厂房内部结构的同时,增加外墙的厚度和保温性能,形成连续的保温外墙体系。外墙材质与肌理保持与原有建筑风格的感观一致性。3展示主题设计通过建筑与能源生态技术的有机结合阐释“城市梦想”的展示主题。通过科技成果的集成应用,将主厂房和烟囱改造成一个展现新能源、新技术、新理念的平台,并力争使改造后的主厂房成为国内第一家由工业厂房改造成的绿色建筑。3.1太阳能发电系统太阳能光伏发电技术主要包括单晶硅、多晶硅、非晶硅平板太阳能电池和数倍太阳能发电技术。南市发电厂主厂房是世博园区高建筑物之一,毗邻黄浦江和全球城市广场,周围无高大建筑物遮挡,电厂主厂房屋面面积约9000m2,且除34m标高平台外,无其他建构筑物遮挡,可以作为承载太阳能设施的载体。改造中在24m和49m标高屋顶平台和传送带顶部铺设单晶硅太阳能电池板。单晶硅平板太阳能电池是技术较为成熟的太阳能发电设备,其单位面积硅晶片光电转换效率较高,一般平铺于屋顶,布置紧凑,节约空间。同时,在29m标高平台采用了数倍太阳能发电装置。数倍太阳能发电技术是我国自主设计的太阳能发电装置,技术处于国际领先,运用太阳能追踪技术和由反光镜组成的“光漏斗”将太阳光聚焦在漏斗底部的硅晶片上,大大提高单位面积硅晶片的发电效率。其特点是自动跟踪,多倍聚焦,功率稳定,节约材料,是一种集约化的资源利用方式。3.2噪声振动型风力发电技术的原理是垂直轴向风机利用风力带动涡轮涡杆产生电力,其特点是美观,噪声、振动较小,节约用地。南市发电厂主厂房有一定的风力资源优势,改造采用国内自主研发的垂直轴风机,布置于主厂房34m标高的4组粉煤灰分离器顶部,作为可再生能源使用的实践示范。3.3水源热泵系统图2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。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;不必向大气排放污染物及热量等特点。可以有效缓解城市的热岛效应,符合上海世博会“节能、环保、生态”的理念。原南市电厂靠近黄浦江边,水源供应充足,且留有完善的取排水设施,可直接利用原南市电厂取排水系统(取水能力约2万m3/h,峰值可达3万m3/h)。3.4定日镜跟踪太阳主厂房进深较大,自然采光困难,方案在主厂房中央结合保留设备和管线设置中庭,中庭顶部设天窗,实现室内的自然采光,利用定日镜(Heliostat)跟踪太阳,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组将垂直光部分转化为水平漫射光,从而实现建筑内部的自然采光,有效地减少室内人工照明使用量,充足的采光也为植物进入室内提供了可能,同时独特的锥形导光管可以成为室内空间的重要造型元素。在厂房核心部位形成集生态和景观效应于一体“生态光谷”。3.5中庭通风的运用经过模拟分析,通过中庭的热压作用可以有效地实现主厂房内部自然通风,且在热压和风压的共同作用下中庭通风的效果最为显著,因此设计将利用中庭的拔风作用实现室内的自然通风,并通过立面洞口的合理分布增强自然通风效果,减少过渡季节室内空调和新风系统使用量。3.6减少建筑垃圾排放首先,本项目保留了原南市电厂大部分结构构件和部分设备支架作为日后改建的基础,有效减少了建筑垃圾排放,这一措施是绿色建材利用的一个重要组成部分;其次,本项目将选择能源资源消耗小和环境效益显著的绿色建材。具体包括3R(Reduce,Reuse,Recycle)材料和健康环保的室内装饰装修材料。3.7水景的用途将建筑使用过程中产生的废水和屋面雨水分别收集后,合并处理。处理后的回用水用于周边的绿化浇灌、水景补充和冲厕用水等。以膜生物反应器(MBR)为主的处理工艺,将膜分离与生物处理紧密结合,处理效率高、出水水质稳定、流程简化、装置紧凑、设备控制自动化程度高,在污水回用中表现出显著的优势。3.8结构抗震性能要求经过分析,南市电厂主厂房目前结构抗震性能存在一定的缺陷,整体结构延性差,不能满足现行规范关于大震设防要求,需要采取相