張瑛

相較于傳統(tǒng)辦公建筑，現(xiàn)代辦公客戶群體對(duì)樓宇的自然采光和視野優(yōu)化等舒適度的要求越來(lái)越高，辦公建筑多采用大面積玻璃幕墻，形成簡(jiǎn)約大氣的建筑風(fēng)格。2021年國(guó)家提出“雙碳”奮斗目標(biāo)，對(duì)建筑節(jié)能率和環(huán)境友好性等要求越來(lái)越嚴(yán)格，如何在滿足建筑功能和舒適度的前提下，充分展現(xiàn)建筑外觀效果和品質(zhì)，降低能耗，減少對(duì)周圍敏感目標(biāo)的影響，成為辦公建筑立面和幕墻玻璃設(shè)計(jì)的極大挑戰(zhàn)。本文以虹橋臨空經(jīng)濟(jì)園區(qū)12-01地塊國(guó)際商務(wù)花園四期項(xiàng)目為例，開(kāi)展具體的研究論證。

1 項(xiàng)目概況

1.1 區(qū)位及位置示意

項(xiàng)目位于上海市長(zhǎng)寧區(qū)西部，鄰近虹橋交通樞紐，南臨北翟路、北接通協(xié)路、西至廣順北路、東至協(xié)和路，隸屬虹橋臨空經(jīng)濟(jì)園區(qū)12號(hào)地塊，共有5個(gè)部分，包括項(xiàng)目用地12-01，涵蓋辦公研發(fā)、配套商業(yè)及文化體育等功能；在建居住用地12-02；L形公共通道12-03；北翟路公共綠帶12-04；已建成辦公用地12-05（圖1,2）。

1 12 號(hào)地塊周邊環(huán)境分析

2 臨空12 號(hào)地塊用地劃分示意

1.2 經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

12-01地塊項(xiàng)目用地8.63萬(wàn)m，總建筑面積448 558m，地上建筑面積256 448m，包括9個(gè)單體，其中2#樓為園區(qū)展示中心，高度9.5m，9#樓為體育文化中心，高度為9.45m，其余建筑為高層科研辦公樓，高度27.1～40m。

2 建筑立面設(shè)計(jì)

2.1 門戶形象展示

項(xiàng)目位于虹橋交通樞紐進(jìn)入上海中心城區(qū)的門戶位置，地處外環(huán)高架（寬120m）和北翟路（寬70m）交叉口。建筑尺度與城市尺度相呼應(yīng)，項(xiàng)目運(yùn)用參數(shù)化設(shè)計(jì)手段，沿西、南側(cè)交通干道設(shè)置了大尺度的立面形象以增強(qiáng)視覺(jué)沖擊力，從而打造連續(xù)而富有韻律的城市界面，和南側(cè)的SOHO辦公建筑共同構(gòu)成城市西部門戶。

2.2 立面設(shè)計(jì)理念

建筑立面設(shè)計(jì)主次分明、張弛有度，結(jié)合科研辦公功能，采用大面積玻璃幕墻。其中沿西、南側(cè)城市干道采用向外傾斜63°的“菠蘿形”幕墻，不但可以產(chǎn)生較強(qiáng)的視覺(jué)沖擊力，還可以達(dá)到建筑形體自遮陽(yáng)的效果；地塊內(nèi)其他建筑采用標(biāo)準(zhǔn)型垂直玻璃幕墻，適當(dāng)增加水平和垂直遮陽(yáng)，滿足節(jié)能和舒適度要求（圖3,4）。

3 向室外傾斜的菠蘿型幕墻

4 垂直的標(biāo)準(zhǔn)型幕墻

3 玻璃幕墻效果和性能參數(shù)論證

3.1 玻璃幕墻的面積比例

建筑單體的玻璃幕墻高16.2～39.85m，玻墻比0.41～0.63。項(xiàng)目需要對(duì)玻璃幕墻的性能參數(shù)進(jìn)行全面、科學(xué)的論證，在保證使用功能的基礎(chǔ)上，兼顧建筑外觀效果和對(duì)周邊環(huán)境的友好、和諧。

3.2 影響玻璃幕墻效果的主要因素

影響玻璃幕墻性能和效果的主要因素有反射率、遮陽(yáng)系數(shù)、可見(jiàn)光透射比等。通常反射率越高，玻璃越顯通透；遮陽(yáng)系數(shù)越高，遮陽(yáng)效果越差，玻璃通透性越好；可見(jiàn)光透射比越高，玻璃通透性越好，節(jié)能效果越差。

3.2.1 玻璃幕墻反射率參數(shù)及布置

根據(jù)上海玻璃幕墻管理辦法，開(kāi)展玻璃幕墻光反射影響論證，選取周邊敏感目標(biāo)，如北側(cè)12-02在建住宅、南側(cè)北翟路和西側(cè)外環(huán)高架立交等，分析每月1日、11日、21日及春分、夏至、秋分、冬至日玻璃幕墻的眩光影響。結(jié)論如下：3#、4#和5#建筑單體局部玻璃幕墻對(duì)周邊敏感目標(biāo)會(huì)產(chǎn)生眩光，因此采用11%、8%、7%等反射率較低的玻璃，其余建筑單體不產(chǎn)生眩光，可采用15%反射率的玻璃。

3.2.2 遮陽(yáng)構(gòu)件和遮陽(yáng)系數(shù)

（1）遮陽(yáng)構(gòu)件設(shè)置的必要性分析

上海屬于夏熱冬冷地區(qū)，夏季的水平太陽(yáng)輻射將嚴(yán)重影響室內(nèi)熱環(huán)境。通過(guò)模擬建筑單體在8月中旬南立面和西立面有無(wú)設(shè)置遮陽(yáng)情況下的室內(nèi)熱輻射水平，進(jìn)行分析論證。

以5#樓為例，建筑不設(shè)置遮陽(yáng)時(shí)，中午12點(diǎn)南面會(huì)有太陽(yáng)光射入，大量熱輻射進(jìn)入室內(nèi)；設(shè)置遮陽(yáng)時(shí)，南面太陽(yáng)光進(jìn)入較少，相應(yīng)的熱輻射也較少（圖5,6）。

5 無(wú)遮陽(yáng)構(gòu)件：8 月中旬中午12 點(diǎn)南面室內(nèi)太陽(yáng)光直射和熱輻射模擬

6 有遮陽(yáng)構(gòu)件：8 月中旬中午12 點(diǎn)南面室內(nèi)太陽(yáng)光直射和熱輻射模擬

同樣以5#樓為例，建筑不設(shè)置遮陽(yáng)時(shí)，在下午16點(diǎn)西面會(huì)有強(qiáng)烈的太陽(yáng)光射入，大量熱輻射進(jìn)入室內(nèi)；設(shè)置遮陽(yáng)時(shí)，西面太陽(yáng)光進(jìn)入相對(duì)較少，熱輻射也相對(duì)少（圖7,8）。

7 無(wú)遮陽(yáng)構(gòu)件：8 月中旬下午16 點(diǎn)西面室內(nèi)太陽(yáng)光斜射和熱輻射模擬

8 有遮陽(yáng)構(gòu)件：8 月中旬下午16 點(diǎn)西面室內(nèi)太陽(yáng)光斜射和熱輻射模擬

綜上可知：建筑立面采用適當(dāng)?shù)恼陉?yáng)系統(tǒng)是減少玻璃幕墻輻射傳熱、降低建筑能耗的重要途徑，遮陽(yáng)系統(tǒng)和集成技術(shù)是建筑被動(dòng)式節(jié)能的重要組成部分。

（2）遮陽(yáng)構(gòu)件尺寸和遮陽(yáng)系數(shù)的關(guān)聯(lián)分析

為了兼顧立面效果和節(jié)能要求，項(xiàng)目設(shè)置了水平和垂直遮陽(yáng)構(gòu)件，嘗試1 200mm、900mm和600mm三個(gè)尺寸，分別以不同的屋頂保溫XPS厚度和玻璃遮陽(yáng)系數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)模擬計(jì)算（表1）。以5#樓為例，當(dāng)遮陽(yáng)構(gòu)件尺寸從1 200mm減小到900mm，屋頂保溫層厚度從90mm增加到100mm，維持玻璃遮陽(yáng)系數(shù)0.38不變以保持玻璃較好的通透性；當(dāng)遮陽(yáng)構(gòu)件尺寸從1 200mm的減小到600mm，屋頂保溫層厚度從90mm增加到120mm，才能維持玻璃遮陽(yáng)系數(shù)0.38不變，但這樣不僅會(huì)突破建筑限高要求，還會(huì)影響立面遮陽(yáng)效果。就5#樓而言，900mm遮陽(yáng)構(gòu)件+100mm屋頂保溫+遮陽(yáng)系數(shù)0.38的組合可以滿足遮陽(yáng)效果、達(dá)到節(jié)能要求，符合建筑外立面美觀的要求。

表1 不同遮陽(yáng)構(gòu)件尺寸下的玻璃參數(shù)對(duì)比

4 玻璃幕墻形式選擇

項(xiàng)目有9個(gè)建筑單體，它們的平面位置、建筑高度和幕墻形式不盡相同，經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算后，每個(gè)建筑單體的各個(gè)立面都有一個(gè)體現(xiàn)幕墻光反射率、遮陽(yáng)系數(shù)、可見(jiàn)光透射比的參數(shù)指標(biāo)，將各參數(shù)整理繪制后可以發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目的幕墻參數(shù)多樣而復(fù)雜（圖9）。以玻璃遮陽(yáng)系數(shù)為例，1#至9#樓的計(jì)算結(jié)果從0.34到0.5不等，也就是說(shuō)不同建筑、不同立面的玻璃通透性并不一致。例如，對(duì)周邊敏感目標(biāo)有眩光影響的幕墻立面為1#樓西面、4#樓南面和東面、3#樓東面、5#樓北面和東面，根據(jù)計(jì)算結(jié)果采取7%、8%和11%等不同的反射率，由此會(huì)導(dǎo)致不同建筑、同一建筑不同立面、甚至同一立面不同樓層的玻璃幕墻顏色明暗不均。因此，如果僅僅按照模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行建筑玻璃幕墻設(shè)計(jì)，就會(huì)出現(xiàn)多種幕墻拼湊的現(xiàn)象，完全不能滿足立面效果要求。項(xiàng)目幕墻設(shè)計(jì)的最大挑戰(zhàn)就是在滿足各類強(qiáng)制性技術(shù)指標(biāo)的前提下，整合反射率、遮陽(yáng)系數(shù)和可見(jiàn)光透射比等性能參數(shù)，形成一套簡(jiǎn)單、協(xié)調(diào)的幕墻參數(shù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)幕墻性能的均好性。

9 玻璃幕墻性能參數(shù)的綜合分布情況

4.1 統(tǒng)一玻璃幕墻的各類性能參數(shù)

根據(jù)表1，采取調(diào)整建筑屋頂XPS保溫板厚度的方式，使各建筑單體玻璃幕墻遮陽(yáng)系數(shù)統(tǒng)一為0.38，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目整體較好的玻璃通透效果。根據(jù)光反射報(bào)告將反射率減少到兩種：對(duì)周邊敏感目標(biāo)有眩光影響的統(tǒng)一采用反射率7%的玻璃，沒(méi)有眩光影響的采用反射率15%的玻璃。

4.2 確定遮陽(yáng)構(gòu)件種類及位置分布

為了達(dá)到較好的遮陽(yáng)效果，滿足節(jié)能要求，大部分玻璃幕墻采用900mm水平及L形遮陽(yáng)幕墻和向外傾斜63°具有自遮陽(yáng)效果的“菠蘿形”幕墻。為兼顧設(shè)計(jì)效果及建設(shè)成本，其余玻璃幕墻采用其他形式，如450mm水平遮陽(yáng)的幕墻、簡(jiǎn)潔的光面幕墻、300mm豎挺的幕墻（圖10）。

10 六種玻璃幕墻形式的分布情況

4.3 確定幕墻生產(chǎn)及安裝方式

幕墻的生產(chǎn)工藝和安裝方式也會(huì)影響玻璃幕墻效果和性能。根據(jù)分類有框架式幕墻和單元式幕墻兩種，其中框架式幕墻是指在主體結(jié)構(gòu)上依次安裝立柱、橫梁和玻璃面板，通常是將所有材料按種類運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)后逐一進(jìn)行安裝，最大特點(diǎn)是成本較低；單元式幕墻是指各種面板與支撐框架在工廠生產(chǎn)并形成完整的幕墻基本結(jié)構(gòu)單元，運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)后直接吊裝在主體結(jié)構(gòu)上，特點(diǎn)是施工質(zhì)量可控，但成本較高。

綜合分析項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)受力形式及外觀效果、工藝品質(zhì)、施工工期和工程造價(jià)等方面可知，除了向外傾斜的不規(guī)則變化的“菠蘿形”幕墻采用框架式幕墻外，其余五種標(biāo)準(zhǔn)幕墻，即900mm水平及L形遮陽(yáng)幕墻、450mm水平遮陽(yáng)的幕墻、簡(jiǎn)潔的光面幕墻、300mm豎挺的幕墻，采用在工廠制作、現(xiàn)場(chǎng)安裝的單元式幕墻。

5 深化完善及持續(xù)跟蹤

玻璃幕墻作為主要的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，對(duì)于滿足建筑性能和實(shí)現(xiàn)外觀效果至關(guān)重要，且幕墻工程在整個(gè)項(xiàng)目中所占的成本比例較高，需要進(jìn)行大量復(fù)核驗(yàn)證以落實(shí)方案，具體為：1）對(duì)不同玻璃生產(chǎn)廠家的玻璃樣品進(jìn)行測(cè)試比對(duì)，并對(duì)上海地區(qū)采用同樣參數(shù)的玻璃幕墻案例進(jìn)行考察及效果審視，以最終確定玻璃性能參數(shù)；2）幕墻工程實(shí)施之前，完成深化圖紙并在施工現(xiàn)場(chǎng)制作1：1的幕墻視覺(jué)樣板，就其性能參數(shù)、外觀效果、工藝節(jié)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核，對(duì)投資造價(jià)進(jìn)行充分論證，以確保幕墻工程落實(shí)推進(jìn)；3）從計(jì)算模擬的角度來(lái)說(shuō)，采用外遮陽(yáng)構(gòu)件會(huì)改善幕墻視覺(jué)效果，但在部分時(shí)間段仍會(huì)出現(xiàn)環(huán)境眩光及太陽(yáng)光進(jìn)入室內(nèi)的情況，在進(jìn)行室內(nèi)裝修設(shè)計(jì)時(shí)，還要結(jié)合裝修效果和使用功能設(shè)置內(nèi)遮陽(yáng)，以提高建筑的舒適度和節(jié)能性。

1,5-8,10 彼愛(ài)游城市建筑設(shè)計(jì)咨詢（上海）有限公司提供

2 華建集團(tuán)上海建筑設(shè)計(jì)研究院提供

3,4,9 作者自繪

1 作者自繪

項(xiàng)目名稱：虹橋臨空經(jīng)濟(jì)園區(qū)12-01地塊

業(yè)主：上海新長(zhǎng)寧（集團(tuán)）有限公司上海虹遠(yuǎn)房產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限公司

建設(shè)地點(diǎn)：上海市長(zhǎng)寧區(qū)

建筑設(shè)計(jì)：彼愛(ài)游城市建筑設(shè)計(jì)咨詢（上海）有限公司

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：張瑛

聯(lián)合設(shè)計(jì)：華建集團(tuán)上海建筑設(shè)計(jì)研究院

總建筑面積：45萬(wàn)m

設(shè)計(jì)時(shí)間：2020.05—2021.12

圖片版權(quán)：上海虹遠(yuǎn)房產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限公司、彼愛(ài)游城市建筑設(shè)計(jì)咨詢（上海）有限公司