基于全生命周期管理理论的绿色低碳建筑策略研究——以水下大数据研究中心为例.pdf

162023 No.5基于全生命周期管理理论的绿色低碳建筑策略研究*以水下大数据研究中心为例Green and Low-carbon Building Strategy Based on Product Lifecycle Management:Taking Underwater Big Data Research Center as an Example鞠瑞馨 曹辉 张龙巍 JU Ruixin CAO Hui ZHANG Longwei摘要水下大数据研究中心项目采用建筑师负责制模式，从规划设计、建筑设计、建筑结构创新等方面系统化设置低碳影响因素的层级框架，避免因建筑设计方案的缺陷导致后期即使附加低碳措施也达不到碳排放要求。项目实践为绿色建筑低碳设计研究提供依据。关键词绿色建筑；全生命周期管理；低碳；设计策略；空间结构AbstractThe Underwater Big Data Research Center adopts the architect responsibility model,systematically sets up a hierarchical framework of low-carbon influencing factors from the aspects of planning and design,ar-chitectural design,and building structure innovation,so as to avoid the failure to meet the carbon emission requirements even if additional low-carbon measures are added due to the defects of the architectural design scheme,and the project practice provides a basis for carrying out low-carbon design research on green buildings.Keywordsgreen building;product lifecycle management(PLM);low-carbon;design strategy;spatial structure0引言全生命周期管理理论（PLM）指从材料与构件的开采、生产到建筑规划设计、施工、运维与拆除的全过程。随着绿色低碳建筑逐渐深入人心，低碳设计与技术相融合。在建筑全生命周期中，绿色低碳建筑设计策略需在方案设计阶段提前制定，以降低建筑运行能耗，减少建筑碳排放。水下大数据研究中心项目采用绿色低碳建筑策略，打造创新性的建筑生态空间，以实现系统化的PLM绿色低碳可持续设计。1项目概况水下大数据研究中心项目位于河北省廊坊市，用地面积13072.14m2，总建筑面积20395m2，周边交通便利、配套设施齐全、景观资源丰富。建筑设计融合地域文脉与自然生态理念，基于采集水下各类运动的大数据研究为主的功能要求，打造灵活空间，推进绿色可持续发展，营造充满未来气息的建筑形象与高品质共享空间。室内深潜区以超时空为主题，深66m，在不同深潜标高设置8个超时空主题区，并伴有水下观光廊道、潜洞、美人鱼等主题体验，通过不同时空元素的交织为深潜初学者及爱好者提供充满冒险与惊喜的潜水体验。2基于全生命周期管理理论的绿色建筑设计策略在全生命周期管理理论下，绿色建筑设计坚持生态环保原则，即能耗最低、资源高效利用、环境影响最小、经济实用与寿命持久。根据GB/T50378-2019绿色建筑评价标准及相关技术标准，在方案初期即从生态规划及建筑整体造型入手提出被动式设计策略，包括建筑朝向、体形、通风、立面、遮阳等方面，以降低建筑对主动机械系统的能源依赖。同时，针对生态建筑营建设计的3个层级建筑规划与造型（建筑本体层级）、建筑围护结构的形式与物理性能（围护结构层级）、建筑低碳节能构件与设备系统（建筑构件设备层级）的绿色低碳设计提出可持续发展策略。2.1生态规划规划运用沿河开阔的滨水空间强化建筑轴向联系，结合建筑入口区域打造逐级递进式景观环境。通过开放广场与人行步桥将场地西侧与河对岸相连，满足人流互通需求。建筑四周设置开放水面，建筑立面倒映其中，寓意正在海面乘风破浪航行的游艇，与河岸对面已建成的总部办公楼呼应。滨水生态景观规划营造城市绿谷生态港湾，设计形成多元化、渐变式城市绿带，入口场地前形成河道，衬托建筑造型并强调建筑的重要性，同时为场地注入活力。以入口喷泉为中心形成轴线，与京津冀大数据中心构成景观序列。建筑与京津冀大数据中心相对，两者之间形成流动性较强的公共广场，同时，配合富有韵律与导向性的景观肌理，绿地与硬质铺装交错布置，形成层次丰富的滨水景观画卷。2.2建筑设计以流动且先锋艺术感较强的“未来之船”为主题，借助自然环境与人工系统的有机结合，以及前沿科学技术的试验应用，不断探索复合型动感流动空间，在连续动态空间内延展流动几何学，实现建筑“未来感”与空间环境语言的持续蜕变。“船，起帆远航”象征乘风破浪的魄力，具有代代相传、勇往直前的寓意。设计融合地域文脉，打造有机的流线外形与充满力量感的结构。基于“未来感”的空间功能与前卫的建筑形式，采用流线形线条划分不同区域，如通道、大堂、深潜区等主要功能空间，使自然光进入建筑内部，营造充满前卫艺术感的精神空间。建筑体块借鉴游艇造型设计，彰显自由独特的视觉效果（见图1）。*国家自然科学基金面上项目：基于能耗敏感度分析的寒地大空间建筑形态拓扑优化研究（51978418）；辽宁省教育厅基础研究项目：“新基建”机遇下辽宁智慧建筑性能优化设计策略研究（LNJC202003）；沈阳市中青年科技创新人才支持计划：基于数字孪生的辽沈地区大空间公共建筑绿色表皮性能化设计研究（RC210352）鞠瑞馨中国建筑东北设计研究院有限公司高级建筑师曹辉中国建筑东北设计研究院有限公司总建筑师，教授研究员级高级工程师，国家一级注册建筑师张龙巍沈阳建筑大学建筑与规划学院，区域建筑学与寒地人居科学重点实验室教授，硕士研究生导师专题/SpecialTopic城市建筑空间2023 05 0620.indd 16城市建筑空间2023 05 0620.indd 162023/6/26 17:15:162023/6/26 17:15:16172023 No.52.3绿色低碳基于绿色建筑目标，项目前期即进行气候、采光、能耗模型等分析，综合运用多种绿色低碳措施，最大限度地实现节能减排，使生态建筑达到绿色可持续的效果（见图2）。水下大数据研究中心建筑效果绿色设计分析海绵城市建筑自然通风与采光低碳系统屋面光伏室内生态空间屋顶绿化122a2b2c2d2e2f12a2b2c2d2e2f2光伏深潜观看厅VIP深潜区深潜准备大厅休息区（水吧）无边泳池区温泉泡池区游泳区设备夹层淋浴间设备夹层休闲大厅深潜休息大厅接待大厅训练区SPA室餐饮区用于灌溉渗入地下净化设备城市建筑空间2023 05 0620.indd 17城市建筑空间2023 05 0620.indd 172023/6/26 17:15:202023/6/26 17:15:20182023 No.51）海绵建设 利用场地空间的景观水体、屋顶花园、透水铺装等元素，构建水循环生态系统，加强雨水吸纳、储蓄及缓释，有效控制雨水径流，实现自然积存、渗透与净化。设计引导屋面雨水及道路雨水进入场地生态系统，并采取径流污染控制措施，以保护原有水文特征及自然生态排水系统的完整性。分析场地径流系数，尽量减少硬质铺装，增设绿地、透水铺装及绿色屋顶等。同时，采用具有渗透、调蓄、净化功能的雨水源头控制与综合利用设施，提高绿色基础设施建设比例，充分发挥建筑、道路、绿地、景观水系等生态系统对雨水的吸纳、蓄渗及缓释作用，有效控制雨水径流，实现自然积存、自然渗透、自然净化。针对场地自身无法渗透与调蓄的超标雨量，利用雨水管道、雨水调蓄池、生物滞留池等设施进行传输、储存和净化。2）低碳系统 构建低碳层级系统，综合设计采光，遮阳，通风，景观绿化，太阳能、风能一体化，水循环等系统及层级过滤、碳吸收结构体系。在前期设计中，细分建筑信息并进行对比模拟（即模拟因子）。将各模拟因子归为建筑本体层级、围护结构层级及建筑构件设备层级。设定各层级模拟因子的标准值与变量值，并进行对比模拟，得出变量值与标准值的碳排放差值。模拟因子可进行单一模拟、组合模拟及整体系统模拟，通过模拟不同建筑信息所对应的碳排放影响，用技术手段将建筑图式语言“翻译”为低碳图式语言及量化标尺。3）自然采光与通风 为使更多房间获得自然采光，优先利用被动节能技术，最大限度地增加室内外自然采光的空间范围，在建筑立面与屋面合适位置开设侧窗、高窗与天窗，丰富室内光空间的体验感。同时，在平衡室内热环境前提下，扩大外立面开窗与透光面的比例。合理优化建筑功能空间的平面布局，使各功能区域实现自然通风的均好性，主要房间门设置于夏季迎风面，避开冬季寒风面。同时，将室内温泉泡池区、泳池区与深潜区的水体与通风系统相结合，有效改善建筑空间的微气候。4）能源利用 项目所在区域太阳能资源充沛，结合建筑造型与立面形态在建筑屋顶设置光伏板以收集利用太阳能。5）绿色健康空间 基于“船”造型，在2层东侧与西侧设计“甲板”式阳台，在3层设置“船”式上人屋面，鼓励室外、半室外活动，以保障使用者的身心健康，促进交流互动。室内自然环境为空间使用者营造身心愉悦的氛围，1层康养温泉泡池区、餐饮区与2层现代托斯卡纳无边温泉泡池区以营造生态绿色空间为目的，为人们提供有益于身心健康的舒适环境。6）低碳排放 建筑全生命周期包括建材生产、建筑施工及运行等环节，其碳排放量较高。基于此，项目以模数化、标准化、集成化为设计原则，降低开模成本及材料损耗，保障建筑全生命周期，降碳减排。3创新性建筑共享空间水下大数据研究中心的共享开放空间是使用人员开展深潜大数据采集活动的重要场所，故建筑结构设计尤需重视空间营建的低碳创新性。在结构荷载要求下，着眼于梁配筋、梁柱配比、梁柱支撑结构的合理性、合法性、合规性及造型的美观性，提升公共建筑大跨空间的净高与空间使用率。建筑空间大厅顶部使用“X”形交叉斜向支撑结构，在减少工程量的同时为建筑室内创造丰富的光影效果；空间大厅内部使用“H”形梁柱一体化结构，丰富建筑内部共享空间的视觉效果（见图3）。梁柱一体化结构包括梯形梁柱支撑一体化单体与组合装配、“H”形梁柱支撑一体化单体与组合装配、“X”形梁单体与组合装配，将建筑空间划分为建筑大跨功能空间及外围疏散通道预留空间。其中，梁柱一体化结构可按照装配式建筑模块化设计要求进行组合式拼装，各单元构件尺寸统一、标准，梁柱尺寸比例及配筋符合钢筋混凝土梁柱结构设计相关标准规范，同时满足装配式工业建造的模块化设计要求，符合绿色低碳设计原则。4结语水下大数据研究中心建筑设计从生态规划出发，融合场地文化特质，通过对建筑造型（建筑本体层级）、建筑围护结构的形式与物理性能（围护结构层级）、建筑低碳节能构件与设备系统（建筑构件设备层级）的可持续性建筑层级的系统营建，制定绿色低碳设计策略，打造创新性生态共享空间，实现绿色低碳建筑目标。城市建筑空间2023 05 0620.indd 18城市建筑空间2023 05 0620.indd 182023/6/26 17:15:202023/6/26 17:15:20192023 No.5参考文献刘鸣，葛小榕，李维珊，等.方案设计阶段低碳建筑影响因子研究 J.大连理工大学学报（社会科学版），2016，37（2）：119-123.葛小榕.寒冷地区低碳建筑方案阶段设计方法研究D.辽宁：大连理工大学，2017.冷雨函.面向全寿命周期的绿色建筑设计初探 J.建材与装饰，2019（10）：88-89.周霞基于全寿命周期理论的绿色建筑设计策略思考 J.酒城教育，2022（1）：80-84.肖开春面向全寿命周期的绿色建筑设计 J.中国建材科技，2015，24（2）：141-142孙璐.面向全寿命周期的绿色建筑设计 D.天津：天津大学，2006.颜成书.工程项目全寿命周期绿色管理研究 D.重庆：重庆大学，2007.瞿燕.探析以人为本的绿色设计 J.绿色建筑，2020（6）：17-27冯正功，陈婷，李铮，等.继往向新：延续地域性绿色健康建筑的人文设计理念与实践路径 J.建筑学报，2021（5）：62-69.刘智伟，邢同和.师法自然、在地营建以建筑本体为依托的建筑自然通风践行与实证 J.建筑节能，2021（12）：102-108创新性建筑共享空间效果3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10城市建筑空间2023 05 0620.indd 19城市建筑空间2023 05 0620.indd 192023/6/26 17:15:222023/6/26 17:15:22