隨著2020年初這場突如其來的疫情，健康的公共環(huán)境已經(jīng)成為時下最重要的焦點議題。近期，RFR就超高層建筑的自然通風開窗問題收到了越來越多業(yè)主的提問和咨詢。

在此，我們將介紹2019年落成的凱德集團上海北外灘來福士，它作為“亞洲規(guī)模最大的綠色商辦建筑群”，創(chuàng)新性地集中應用了多項綠色建筑規(guī)劃理念和節(jié)能技術，并且是少數(shù)采用框架反做幕墻系統(tǒng)的超高層建筑。以此為例，向大家詳細介紹我們的幕墻設計過程，以及對超高層建筑幕墻設計在創(chuàng)新和節(jié)能方面的思考。

上海北外灘來福士

Raffles City in the North Bund, Shanghai

上海北外灘來福士，即原來的星港國際中心，位于虹口區(qū)海門路55號地塊，由佩里·克拉克·佩里設計，包括2幢263米高的現(xiàn)代化超高層城市綜合體、裙房商業(yè)和地下空間。該項目獲得中國綠色建筑三星評價標準、美國LEED金獎、英國BREEAM Outstanding標準等相關榮譽。

創(chuàng)新型的項目與擁有創(chuàng)新性的團隊不謀而合。幕墻作為圍護體系具有調節(jié)室內環(huán)境品質、降低建筑能耗方面的作用，設計上需要各種高標準、創(chuàng)新化的思維。RFR作為這對超高層雙子塔的幕墻顧問，負責幕墻設計全過程、特殊結構和工程品控，主要涉及雙子塔樓的立面、塔冠、商業(yè)裙房立面及采光頂?shù)龋瑸檫@個超高層綠色建筑群打造定制化解決方案。

北面視角的雙子塔  Twin Towers from Northern Perspective

俯瞰雙子塔  Overlooking the Twin Towers 

01幕墻通風器整合

Ventilation Integration

通常來講，居住在室內的人每小時需求30m3新鮮空氣或居所每小時換氣1次，這是衛(wèi)生通風的基本要求。開窗通風的換氣次數(shù)能達到每小時10-30次，這對建筑節(jié)能極為不利。幕墻自然通風器是能夠提供新鮮清潔的自然空氣，并可控的通風裝置，抗風壓、保溫、隔音，有利于人的生理和心理健康。

建筑幕墻的通風器系統(tǒng)經(jīng)過優(yōu)化——在塔樓每一層樓面靠近幕墻的地面都裝有“呼吸口”，即通風器系統(tǒng)。經(jīng)過專業(yè)設計與測試的通風器，采用重力自平衡系統(tǒng)，不僅可以對室內空氣進行調節(jié)，還可以在風力荷載急劇升高的情況下自動調節(jié)，以達到生態(tài)、環(huán)保、節(jié)能的效果。

通風器方案選擇 Ventilator Comparison 

本項目幕墻通風器  the Ventilator Selected

這樣，這座北外灘新地標能夠自主“呼吸”到常人難以觸及的“上層空氣”，整個建筑實現(xiàn)了自然通風效果。在過渡季節(jié)，大樓內90%以上的主要功能房間平均自然通風換氣次數(shù)不少于每小時2次，在春秋過渡季節(jié)自然通風，甚至不需開空調。

另外，通風器與大樓立面緊密結合，不是突兀地附著在建筑外立面之上，而是與建筑外框整合一體，這樣的形態(tài)設計，增加了建筑肌理，豐富了立面細節(jié)，使建筑在功能和美感上得到了統(tǒng)一與強化。

室外角度通風器  Ventilators from Outside View

室內角度通風器  Ventilators from Inside View

標準層通風器布置圖  Ventilator Layout

02框架反做系統(tǒng)

Reverted Unitized System

在本項目中，建筑師在立面在層間的位置設置外挑880mm的水平遮陽百葉，以確保最佳的遮陽節(jié)能效果，同時為了控制眩光，在立柱的外側設置外挑出500mm的豎向百葉?？傮w上，這種百葉使立面遮陽系數(shù)水平降低21%，垂直降低18%，具有良好的節(jié)能性能。

多層遮陽百葉  Multi-layer Decorative Fins

這種豐富細致的遮陽功能成為一種獨特的裝飾性遮陽裝置，對立面結構和系統(tǒng)設計提出了更高的要求。建筑師最初采用標準的框架幕墻設計模式，RFR團隊結合本項目多層遮陽百葉的特點提出“框架反做”的幕墻系統(tǒng)，將幕墻中通常放置在室內的抗風構件放置在室外，兼作遮陽裝飾構件。

最初建筑方案  Initial Fa?ade Plan

相比典型的幕墻系統(tǒng)，“框架反做”這一創(chuàng)新性的解決方案在建筑效果和建造成本之間達到有效平衡。首先，使造價節(jié)省10%。此外，因為室內窗臺板構造減少，令實際可使用面積增加。

按單層平面周長150米計算，平均每層節(jié)省室內面積約(250毫米-50毫米）*150米，即30平方米。The average perimeter of every floor is about 150m, so 30 m2 interior space has been saved for every floor area.

框架反做單元的設計經(jīng)過縝密的幕墻設計研究和論證，通過了上海市的幕墻安全專項評審。在常規(guī)四性試驗基礎上，也對幕墻熱工和防結露進行了專題測試，驗證了幕墻熱工性能滿足節(jié)能規(guī)范的要求。

幕墻施工現(xiàn)場  Construction

最終建成的幕墻完美地展現(xiàn)了建筑立面效果，金屬裝飾構件和玻璃面板的組合很好地提升了建筑立面的質感。

完成  Completion

RFR先前已在多個項目中運用框架反做幕墻系統(tǒng)，如與Perkins Eastman合作的上海國際航運中心B13、B17號樓，與智利建筑師Alejadro Aravena（2016年普利茲克獎得主）合作的上海諾華園區(qū)C4等（依次為下圖從左到右）。

RFR框架反做項目  Reverted Unitized Projects of RFR

03設備層立面不加百葉

Refuge Floor without Louver in Elevation

本項目采用異形體塊分割，在設備層進行收腰，機電通風百葉借用這一幾何特點，通過吊頂板下方排風，在立面上不設置任何百葉或開洞。

設備層不設置百葉  Refuge Floor without Louver

局部設備層立面  Partial Elevation of Refuge Floor

04防水保溫設計

Water-proof and Thermal Design

在典型的單元幕墻系統(tǒng)中，使用等壓腔防水，即利用單元板塊之間的型材對插所形成的空腔，構件與室外溝通的空氣等壓腔使雨水不會向室內滲透，同時利用排水孔與排水通道，將進入等壓腔的少量雨水排出。本項目的防水系統(tǒng)也是同樣的機制，由于一部分等壓腔跨越到了室外，部件的裝配接縫和十字縫部分暴露在外部，在橫梁設計了加強的排水構造，阻擋雨水被風吹入空腔內部。

橫框豎框細節(jié) Mullion and Transom Detail

綠建對保溫提出了較高要求，幕墻可視區(qū)K值須達到2.1W/(m2?K)玻璃采用高配置的三銀中空low-E玻璃，結構后置的幕墻框架系統(tǒng)也需要特殊的斷熱設計來保證熱工性能。在國內大部分地區(qū)，鋁制幕墻框架都要設置傳熱系數(shù)極低的“隔熱層”來避免熱量通過金屬件穿透內外形成冷橋。本項目中采用的穿條式聚酰胺尼龍斷熱材料，隔熱層厚為24mm，與中空玻璃對齊，形成一條筆直連續(xù)的“隔熱線”。

在幕墻掛接的部位，因為有層間的上下兩道防火和保溫的封閉。局部金屬連接件穿過隔熱線不會對整個幕墻系統(tǒng)造成不利影響，在同樣的材料和外部條件下，我們做了不同幕墻系統(tǒng)的熱分析。方案a是典型幕墻系統(tǒng)。方案b是具有大型裝飾翼的典型幕墻系統(tǒng)，裝飾翼的固定構件穿過“隔熱線”固定在豎框上，大大增加了立面系統(tǒng)的熱傳導系數(shù)k。方案c是框架反做系統(tǒng)，熱工性能甚至優(yōu)于同等具有大裝飾翼的常規(guī)單元幕墻的方案b，很好地滿足了LEED認證和國標認證節(jié)能要求。

熱分析 Thermal Analysis

通過甲方、設計單位、顧問公司、施工單位等多方的完美配合，上海北外灘來福士最終實現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展目標，成為全國第一個集中國綠色建筑三星、美國LEED金獎和英國BREEAM Outstanding標準的超高層雙塔項目。

建設過程 Construction

完成 Completion

超高層建筑的整體幕墻由于其系統(tǒng)的復雜性和工程規(guī)模的巨大性，對系統(tǒng)的性能、制造精度和成本效益提出了更高的要求。對于充滿想象力和挑戰(zhàn)的項目，我們以樂觀的態(tài)度和扎實的工作作風，希望可以和而不同，發(fā)揮工程師的最大價值，找到創(chuàng)新的解決方案，把愿景變?yōu)楝F(xiàn)實。

上海北外灘來福士（星港國際中心）

Raffles City in the North Bund, Shanghai

項目信息

Information

服務類型：全過程幕墻顧問+特殊結構+工程品控

      業(yè)主：中國金茂+上港集團

   建筑師：佩里·克拉克·佩里

   設計院：上海建筑設計研究院有限公司

施工單位：沈陽遠大+上海杰思

功能類型：超塔+辦公

建筑面積：44.3萬m2

幕墻面積：13.2萬m2

      高度：263m*2

      獎項：中國綠色建筑三星評價標準

      美國LEED金獎

      英國BREEAM Outstanding標準

RFR幕墻設計團隊

Fa?ade Design Team

項目總監(jiān)：于輝、Hemant Thombre

項目經(jīng)理：彭曉東、胡向群

團隊成員：鄒云、王先峰、金長發(fā)、Rico Nano、盧維寧、Florian Rochereau、羅輯、沈志賢、錢妍