北京市高层办公建筑交通核绿色设计浅析(送出稿).doc

建筑节能与物理环境北京市高层办公建筑交通核绿色设计作者简介：吴江滨（1985-），男，湖北宜昌人，硕士，email: 杨红（1967-），女，副教授，中国建筑学会建筑物理分会理事，email：浅析吴江滨1，杨红1（1.北京工业大学建筑与城市规划学院.北京.100124）摘 要： 本文对北京市一定数量的高层办公建筑中交通核设计情况进行了分析，并对其电梯使用情况，包括能耗、使用频率以及电梯楼梯的使用比例等有关方面进行了调研，对该建筑使用者使用交通核的楼梯和电梯的行为进行调查分析，运用建筑心理学、建筑行为学、绿色建筑设计的方法原理，考虑建筑使用者自身体验，并与建筑设计方法结合，分析北京高层办公建筑中交通核的现状，指出建筑中电梯设计和楼梯设计传统方法的缺点，并提出了绿色建筑中交通空间设计新思路，希望通过绿色建筑设计引导建筑使用者的行为需要，达到绿色节能的要求。关键词：高层办公建筑，交通核，绿色设计1. 前言北京市拥有大量的高层办公建筑，截止2011年底，北京市区大约有2300栋高层办公建筑。据数据统计，我国的建筑能耗已经达到我国能源总消耗的1/3左右，空调的能耗一般占到整个建筑能耗的50%，而高层办公建筑的电梯用电量则占总用电量的17% -25%以上，仅次于空调用电量，高于照明供水等的用电量。为此，2012年1月10日，北京市发改委公布了涉及全市节能减排的北京市“十二五”节能减排全民行动计划，文中提出推行6个节能减排办公行为习惯。其中，第四点为：办公场所三层楼以下（含三层）停开电梯，非高峰时段减少运转台数，提倡高层建筑电梯分段运行或隔层停开。为进一步研究北京市的建筑节能和绿色设计实际应用情况，笔者对北京市一定数量的高层办公建筑中交通核设计和电梯使用情况进行了调研分析，并提出了设计上的建议。2. 交通核的设计方法及北京市应用情况高层建筑与其它建筑之间的最大区别，就在于它有一个把垂直交通和管道设备集中在一起的、在结构体系中又起着重要作用的交通核，而这个核也在形态构成上举足轻重，决定着高层建筑的空间构成模式。交通核是高层建筑向高空发展的最基本的结构构件，通常为纵、横交错的剪力墙围合成的筒体。交通核的主要功能是垂直交通和水平交通的转换站，设有电梯厅、电梯（客梯、货梯、消防电梯）、楼梯间、走道等垂直与水平交通设施，承担正常时期交通疏导功能及紧急时期疏散功能，交通核内一般还设置有设备空间和服务空间。高层建筑标准层一般由交通核和壳体组成，交通核与壳体的不同组合可以构成多种标准层形式。通过调研分析，针对目前在北京的高层办公建筑，按交通核在标准层中的位置关系主要分为四种形式。（表1）表1 交通核四种设计方法分析设计方法基本特点优点缺点北京市应用情况中心交通核交通核位于平面的中心，围绕其四周的使用空间可占有最佳位置，其结构多采用框筒体系。中心核心体标准层的外墙到核心体距离一般为1015m。因交通疏散系统位于中心部位，其标准层面积较大，一般可做到1000-2500m2。办公空间采光、视线良好，交通路线简捷。心体与平面几何中心一致，结构平面对称，是最理想的结构布置方式，是高层建筑采用最多的一种平面形式。交通核基本无法自然采光和通风，交通核服务功能带来的能耗极大。同时，交通疏散的方向相对集中，容易产生拥堵。目前北京市采用最广泛的一种平面形式，约有90%的高层办公建筑采用了此设计方法。如华茂中心，万通中心（图1），华腾大厦等等都是典型代表。单侧交通核交通核位于建筑的一侧，使用空间可避免不利朝向，并增大使用空间的进深。当核心体位于标准层长边时则外墙至核心体距离为1020m，若核心体位于标准层短边，则外墙间距离为2025m，可布置大空间景观办公室。交通核内楼梯间、电梯厅可靠外墙开窗，利于自然通风和排烟，可以减少电梯灯光和通风排气的用电量。其交通中心偏于一侧，路线较长，因而标准层面积较小。由于结构偏心较大，为使重心与刚心一致，应有防止偏心的设计，因此在结构上不适于太高的建筑。北京单侧交通核的应用非常少，其中汇欣大厦西侧楼（图2）的13-16层（共16层）采用了单侧交通核的构造方法。双侧交通核交通核位于建筑的两端，使用空间较大而方整，可布置高度灵活的大空间景观式办公间。外墙间距一般为2025m，标准层面积约为15003000m2。采用双侧核心体时，中央使用部分的结构体系多采用框架结构。若在核心体之间架设大型梁，可以组成巨形框架，形成无柱使用空间。双侧交通核高层建筑底层大厅通透、宽敞。交通系统位于两端，分布均匀，路线短捷，可分区组织不同使者的交通，并确保双向疏散。若形成无柱空间，可增大使用空间的灵活性。由于存在两个交通核，因此此设计方法的造价会相对较高，同时，电梯能耗和维护费用也是四种主要的设计方法中间最高的。常用于板式办公建筑，也适用于各层功能和层高不同的复合建筑。北京市的双侧交通核实例较少，世贸工三办公楼（图3-a）是一种变化的双侧交通核形式。图3-b为典型双层交通核布局形式样例。体外交通核交通核布置在主体空间的外部，其交通核的数目可根据标准层的规模和交通组织而定。标准层进深及面积视核心体的数目与布置而定，当只有一个核心体时，与单侧核心体形式类似，如有多个核心体时，与双侧核心体形式类似。有时在平面中心加核心体时，面积可以更大，达3000m2以上。交通核与主体以通道与之相连，有利于创造大面积、完整、开敞的房间。体外交通核变化较多，可有一个或者多个交通核。和其他设计方法相比，内部布局可有多种变化，更为自由。办公用途相对局限，多用于大公司的办公楼，独家使用，但不利于出租型的多用户办公。结构上，应注意设备管道在各层的出口受到结构制约以及核心体与使用部分结合部的变形问题。由于此设计方法的应用更局限于某一公司的单独办公的楼房，所以在北京应用并不广泛，其中赛特广场（14层）是运用体外核心体的典型代表。（图4） 图1 万通中心D座 图2 华欣大厦 图3-a 世贸三工 图3-b 双侧交通核典型布局 图4 赛特广场平面3. 北京市高层办公建筑交通核能耗调研3.1北京市高层办公建筑交通核和电梯能耗调查分析高层建筑的能耗巨大，其中电梯能耗是建筑交通核部分中的主要能耗。德国公布的最新调查数据显示，欧盟27国电梯的年耗电量高达18亿千瓦时，而合理应用节能措施和设计方式能令电梯耗电量减少。电梯耗能主要体现在待机和运行两种工况，电梯在轻载上行和重载下行时都处于发电状态，而普通电梯却将这部分电能转换为热能，白白浪费掉了。据统计，我国高层办公楼每年每台电梯平均运行次数大概在20万-30万次，因此减少无谓的电梯运行次数能有效减少电梯能耗。为了研究北京市高层办公建筑交通核能耗，笔者对北京市的朝阳区CBD商业中心区和海淀区中关村商业区等主要商业中心区的高层办公建筑进行了调查，尤其对其交通核的设计，电梯和楼梯使用情况进行了统计和分析。（表2）表2 北京市部分高层办公建筑交通核设计情况(10座)建筑名称地上层数标准层面积交通核设计客梯部数电梯载重量梯速消防电梯部数北京金融大厦20800 m2中心交通核61吨2.5m/s1北京京信大厦271591 m2中心交通核81吨2.5m/s1北京发展大厦201901 m2中心交通核101吨2.5m/s2北京华腾大厦261600 m2中心交通核61吨2.5m/s1北京万通中心23(C座)1530 m2中心交通核61吨2.5m/s1北京数码大厦362000 m2中心交通核61吨2.5m/s2北京世贸工三361580 m2双侧交通核61吨2.5m/s2北京国际中心232068 m2中心交通核61吨2.5m/s2北京富顿中心281000 m2中心交通核61吨2.5m/s2北京华茂中心20(A座)2180 m2中心交通核61吨2.5m/s2如上表所示，在北京市的高层办公建筑中，建筑层高大多在20-40层之间，40层以上的超高层建筑较少，标准层设计绝大部分采用的是中心交通核的设计方法，尽管各个单体的设计方式不同，但大部分建筑标准层平面面积在1000-2000 m2之间。在交通核内部，电梯数量，电梯载重量和电梯的梯速基本情况也类似。在调研中发现，现代的高层办公电梯从方便和节能的角度考虑，采取的已经不是单纯的每层停靠的运行方式，一般有三种（图6）：奇数偶数停靠、分区停靠、设转换厅停靠。在北京的高层办公建筑中，基本都是采用分区停靠方式，在超高层建 图6电梯三种常见运行方式筑中有设置转换厅停靠的方式。3.2 北京华腾大厦为例的详细调研分析通过对北京市高层办公建筑整体情况的调查，发现北京市高层办公建筑的相似性，并最终选取了北京市华腾大厦（图7）为典型案例进行了详细的问卷调查。华腾大厦位于北京市朝阳区东三环劲松桥，总建筑面积43020平米，纯美式落地玻璃窗，外饰玻璃幕墙，主楼共26层，其中裙楼4层地下3层，第6层为设备转换层，建筑总高度98米。截止2012年1月，有105家 图7 华腾大厦标准层平面和外部实拍公司入驻办公，是北京典型的高层办公建筑。华腾大厦的标准层设计采用的是最常见的中心交通核方式，标准层面积1600m2，有6部客梯，载重上限1吨，运行速度2.5m/s，消防电梯1部，消防楼梯2个。华腾大厦6部客梯采取的是分区停靠的运行方式：1部1至8层停靠，2部1至26层均停靠，3部2-8层不停。对于华腾大厦的电梯运行和使用的实际情况，笔者在华腾大厦做了问卷调查，发放150份问卷，回收有效问卷140份，调查中重要的电梯和楼梯的使用情况见图8。 图8 问卷调查部分情况分析图 本问卷调查主要针对的是建筑使用者，即对华腾大厦的上班族（交通核主要使用者）工作日的电梯和楼梯使用情况的调查。首先，调查对象的年龄层相对集中，8成左右的被调查者在20-40岁之间，这表示大部分的被调查者具备日常生活中使用楼梯完成竖向交通的体力和能力。然后对电梯和楼梯的使用频率进行了调查分析，可以发现57%的人一周的竖向交通完全依托于电梯，30%的人每周使用楼梯次数不超过5次，平均每天不超过一次，相对固定使用楼梯（11次及其以上）的人仅为4%。因为高层办公建筑中间的高层使用楼梯比较麻烦而且耗时，因此特地对于本调查中位于2-10层办公的人员进行了单独调查，发现依然有19%的人一周一次都不使用楼梯，在中低层中电梯 图9 华腾大厦楼梯间使用的比例依然维持在一个较高的水平。很多人使用电梯是为了方便省时，而在调查中发现，在高峰期时一半以上的人等电梯时间超过5分钟。在进一步调查中发现华腾大厦这种分区停靠运行方式存在一定的弊端，在高层建筑某一分区的末端，如华腾大厦的9-12层，等电梯花费的时间非常长，本次调查中等电梯要超过10分钟的人数比例达到17%，全部来自于9-12层，可以说花费了大量时间在等待上，而笔者从10层步行下楼到一层大约需要3分钟，上楼需要5分钟左右，可见有时选择楼梯更加方便省时。在使用楼梯的人中，大部分的人都是因为电梯使用的人太多而无奈选择楼梯。在不愿使用楼梯的原因中，楼梯间环境太差这个原因显得尤为突出，这也是中心交通核这种设计方法带来的弊端。华腾大厦2个消防楼梯（图9）都无天然采光，而且不通风，内部的灯光非常昏暗，加上时常有部分本楼上班人员在楼梯间抽烟，使得楼梯间空气很差，从而导致了一部分本来想走楼梯的人只好等电梯，而这是在建筑设计之初就可以想办法改善的问题。在建筑设计的过程中，对人的心理的准确把握可以使建筑细节得到优化和完善，增加其实用价值，并且能有效减少建筑全寿命周期内的能耗。交通核的楼梯间设计中，一般来说，楼梯应该结合入口和有直接采光的位置设置，并提高楼梯间的环境质量，满足人们的心理需求，从而提高楼梯的使用率，降低电梯的能耗。心理学可以利用人的趋光性辅助完成建筑疏散的功能，又能满足人们日常行为需求。无论是日常生活还是紧急疏散，黑暗压抑的空间都会给人带来不舒适感，所以在建筑设计中应当尽量避免这一点。建筑绿色设计除了建筑设备上的改良之外，应更多的从建筑设计的角度出发，从而使建筑更少的使用高能耗设备并引导使用者的绿色节能行为。绿色建筑大师杨经文设计的高层建筑，不但楼梯、卫生间等全部对外，而且电梯筒壁还被刻意用来遮挡日晒，可谓分散外核空间构成模式的生态设计的典型案例，吉隆坡广场大厦及其设计的新加坡展览大厦都反映出这一设计特征。4. 分析结论与展望北京市高层办公建筑目前最常见的中心交通核设计上存在一定的问题，导致大量的办公楼楼梯间的环境质量很差，因此楼梯的利用率较低，短程交通上人们也过多地依赖电梯，从而导致电梯的能耗增加。高层办公建筑中，适当的分散交通核，使楼梯间能直接自然采光通风，既能省去消防所需的加压送风设备及其能耗，又能改善交通空间的环境质