上海世博會永久性場館的綠色設計理念

2010年上海世博會按計劃舉行，南市電廠主棟大樓的改造工程也按計劃進入了理想的榮譽之光。這座由舊廠房改建而成的世博會永久性場館(城市未來館)經歷了創意策劃、建筑設計、實施配合、運營調試、專家評審等多項環節之后,終于正式獲得國家三星級綠色建筑評價標識。這也意味著在這座世博會永久性場館始終秉持的綠色建筑的設計理念最終得以實現:它延長了建筑的壽命周期,最大限度地節約資源,保護環境減少污染,提供健康適用高效的使用空間,與自然和諧共生。1改造動機的遞增上升南市電廠主廠房改擴建工程的綠色建筑目標設定并非一蹴而就,它所經歷的由“改造動機”到“綠色生態動機”再到“凸顯綠色生態理念的建筑改造動機”的依次遞進上升的過程,就映射了創作者們對綠色生態理念認知的不斷完善與提升,也集中展示了綠色生態理念的理想之光是如何沖破重重困擾照進現實的艱辛歷程。1發展過程中的現代工業文明2010年上海世博會首次采用了大規模利用老建筑與近代工業遺產的建設策略,這才使得諸如南市發電廠主廠房這樣的近現代工業文明的見證者得以留存與利用。因此,在這個總體目標催生下的改造項目最直接的目標是完成龐大而復雜的改造計劃,使其不僅適應于世博會期間的場館展示功能及其它配套功能,更為日后的可持續利用提供有利條件。2燃煤能源中心的建設,背景南市發電廠作為上海民族工業及傳統電力事業的代表,在為城市發展做出巨大貢獻的同時也付出了巨大的資源及環境代價。順應產業結構調整與城市功能完善、提升基礎設施建設與城市環境品質的總體目標,將這個傳統高消耗、高污染的燃煤能源中心改建成以綠色能源為主導的綠色生態建筑,是具有前瞻性、標志性的建筑事件與城市事件。同時,它也給原本就已龐大復雜的改造工程增加了難度與不可預知性。3建筑“節約資源、減少污染”的目標需求對綠色生態建筑的目標追求不在于各種先進節能技術的概念性展示與簡單堆砌,更不是屈就于評級標準而人為地增加建筑不必要的功能負擔。綠色生態建筑“節約資源、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際使用需求、人性化目標以及建筑的藝術感染力為代價的。因此,南市發電廠主廠房改擴建工程中采用的主要關鍵節能技術均是結合建筑改造的空間特征與技術特征,因地制宜地謹慎比選,選擇性、創造性地加以使用的。2現實的障礙2.1形態:從建筑外部特征到建筑外部形態的轉變由于改建工程建立在對原有建筑的結構體系、空間特征、設備設施等充分利用與適應性改造的基礎上,有效避免了對土地資源的侵占,因而具有得天獨厚的“節地”優勢,但由此帶來的現實問題是: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部空間,實現由錯綜復雜的工業生產空間向適應展示功能的世博展示場館的轉變?如何在不突破現有建筑占地的條件下,建立一個體量龐大的覆蓋半徑1km的區域綠色能源中心?如何在不破壞原有建筑形態邏輯的前提下,重新梳理形態關系,建立清晰的人流、物流、消防、疏散等眾多體系?如何利用現有的建筑外部形態,不增加占地面積的前提下,建設一個總裝機約520kw的光伏發電系統?以及如何在有限的用地范圍內進行圍護、建造、運輸、施工等組織工作?2.2建筑中小型建筑的節能改造必要性由工業建筑改造而來的新建筑面臨著“節能”方面的諸多挑戰:如何在延續原廠房立面特征的前提下,大幅度提高圍護結構的節能效能并保證過渡季節的自然通風比例?如何克服工業建筑體量龐大,內部采光通風條件欠缺的劣勢,建立一個以先進的主動式人工導光技術為核心的采光體系?如何在不增加附加能耗的前提下,引入綠色生態中庭概念,以改善與提升建筑室內環境的整體品質?2.3開發綠色建材的措施由于改造項目保留了原廠房中大部分結構構件與部分設備支架作為改造的結構條件,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重要組成部分。但隨之而來的問題是:廠房原生態的結構在抗震性與整體結構延性上存在缺陷,必須采取相應的加固措施。如何在結構加固的同時不破壞原先結構體系的工業特征與結構美學,進而成為新建筑室內環境的有機元素?如何利用原有設備與構筑物的工業文明印記創造出獨具特色的場所特征與藝術氛圍,從而大量減少二次裝修帶來的材料消耗?3平衡之路3.1水的源熱泵系統由于南市電廠緊臨黃浦江畔,水源供應充足,并保留了原先南市發電廠完整的取排水設施,可供改造時直接利用,因此,改造設計中充分利用江水源熱泵技術,在主廠房南側全球城市廣場地下建設新能源中心。這也實現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。利用熱泵機組實現低溫位熱能向高溫位轉移,將水體和地層蓄能分別在冬、夏季作為供暖的熱源和空調的冷源,為浦西世博園城市最佳實踐區各建筑及部分企業自建館及商業配套設施提供空調冷熱源。江水源熱泵系統具有減少系統裝機容量,減少系統的初投資和運行費用,不用設置冷卻塔、鍋爐,無需燃油或燃氣,耗電量較低,不會向大氣排放污染物及熱量等特點,緩解了城市熱島效應,符合綠色建筑“節能、環保、生態”的理念。南市電廠主廠房不僅地理位置優越,也是世博園區最高建筑物之一,毗鄰黃浦江和全球城市廣場,周圍無高大建筑物遮擋,面積約9000m2的電廠主廠房屋面,是承載太陽能設施的理想載體。改造中在24m和49m標高屋頂平臺處鋪設單晶硅太陽能電池板。同時,在29m標高平臺采用了單軸太陽跟蹤光伏發電板。運用太陽能追蹤技術,大大提高了單位面積硅晶片的發電效率,由此可以看出,綠色建筑的整體目標設定并非建立在強調達標標準的技術要求上,而是結合“因時、因地、因物”的改造策略建立起來的環境應對體系。維持這一體系的平衡性才是目標達成的關鍵所在。3.2“生態光照”運用的實踐需求建于1985年的南市發電廠主廠房擁有長128m,寬70m,高50m的龐大體量,165m高的煙囪也具有區域的標志特征,其內部空間和外部形態相對完整并具有強烈的工業文明特征。因此改造自始至終秉持著空間特征與功能適應性的平衡原則,進行了空間體系的改造(根據空間的大小尺度,結構完整度分別改造為與空間特征相匹配的不同功能);結構體系的改造(根據結構的跨度、安全性、經濟合理性最大限度地體現原有結構的邏輯關系,保留工業美學特征);設備體系的改造(根據設備的位置與特征,設定空間界定與動線安排,使其有效地、藝術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上,針對重點部位進行重點改造與加建,使工業文明遺跡在新的時代得以延續與重生)。在眾多的改造實踐中,“生態光谷”的實踐進程最為艱難,同時也最為引人矚目。由于南市電廠主廠房進深較大,自然采光條件十分惡劣,改造實踐中將主廠房中央的中庭頂部進行結構性改造,設置了天窗,利用定日鏡跟蹤太陽光線角定位,將陽光經過反射轉變為精確的垂直光,然后通過一組特殊設計的錐形反射鏡(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中庭深處。自然采光的有效利用大大減少了室內人工照明的使用量。同時自然光線的導入為將植物引進室內提供了可能性,獨特的錐形“碎光器”可以成為室內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和景觀效應于一體的“生態光谷”。然而“生態光谷”從最初創意到最終實施的過程十分坎坷。施工周期、成本核算、技術配合、工藝難度都是橫亙在項目推進過程中的重重阻礙,項目也幾乎瀕臨被取消的境地。在不計其數的反復協商溝通、圖紙修改、技術配合之后,“生態光谷”終于迎來了其璀璨之光。3.3室內空間改造毗鄰浦江的南市發電廠主廠房高約50m,具有一定的風力資源優勢,改造中采用了國內自主研發的垂直軸風機,利用風力帶動渦輪桿產生電力。風機布置于主廠房34m標高的保留的粉煤灰分離器頂部,造型美觀、振動較輕、節約占地,具有可再生能源使用的實踐示范作用。同時,這4組粉煤灰分離器從改造之初就引起了設計者的極大關注。這組被昵稱為“四大金剛”的超尺度設備帶有強烈的工業文明的時代特征,具有令人震撼的視覺沖擊力,因此它作為建筑外部形象的標識性特征性元素被全部留存下來。經過內部和外部清潔、結構加固以及與風力發電裝置的結合利用,這組原先陳舊的設備煥發出前所未有的全新面貌與藝術感染力。在室內空間的改造中,根據保留結構體系的各部分特點,分別采用節點加固,包鋼加固,碳纖維加固和阻尼器減振技術對其進行改造加固,確保改造后的結構體系穩定安全可靠。同時,在設計中將結構構件與室內裝飾構件合二為一,大量減少二次裝修的比例,以渾然一體的室內空間效果體現出工業建筑的結構特征與機器大生產的場景記憶。在必須進行二次裝修的部位,遵循突顯主題、弱化裝飾的原則,大多以工業元素為母題,烘托整體、恢宏、簡潔的室內空間氛圍。因此改造實踐始終關注藝術風格與技術可行性之間的平衡關系,這也是使綠色建筑擺脫機械冷漠的技術羅列的誤區與模式,煥