高性能办公大楼

荷兰的 Noordwijk 共同体位于 Aia 的入口,它是“欧洲航空总局”的最大的子机构——“欧洲空间研究和技术中心”(European Space Research & Technology Centre “ESTEC”)的所在地。“欧洲空间创新中心”(ESIC)位于距海约一公里的内地,从2011年年中起开始运转。

它是集合建筑学、技术、能量和经济多领域最先进理念来建造的很有价值的样例。使用“建筑信息模型(building information model,缩写为b.i.m.)”软件进行设计层面的管理,并且从建造角度被建成一座“微创”环境的大楼。

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功能和建筑学

其紧凑的楼体占据一个矩形的地面。主面面向北方和南方,侧面显露出楼顶的曲线形状,这种曲线的设计灵感来自于北海沿岸典型沙丘宽阔表面的正弦轮廓。

工作房间实际上没有结构性约束(横向宽度为14.4m),围绕庭院呈“U”形,共有三层:主要是专业办公室和工作室,它们根据不同需求占地60m2 到500m2,总有效面积2,700m2。所有需要自然光照的房间都最大化地设置了太阳光的透入。

室内的建筑形象具有直线度和色彩方案的中和度。外墙面和内部分隔墙广泛使用玻璃,这产生一种开放空间感,强化了室内和室外感觉上的连贯性,促进了各项活动之间的互动以及各个企业之间的协作。各外墙面上的那些有限的不透明部分填充有很厚的隔热层且覆盖有铝合金板,遮挡着结构构件和周边技术网络。

由于庭院上方楼顶的透明部分,即便在多云的日子里,这里也有充足的自然光。屋顶的其余部分覆盖有一层肥沃的土层,其中种植有肉质草本植物(景天)。

原理和方案

ESIC 的这个项目由 NL Development 公司推动,由 Cepezed Architects、 SmitWesterman(结构)和 Arup 工程公司的荷兰分公司(管线系统和防火)在客户方要求的基础上进行合作设计,客户方要求有:可持续性、灵活性、“工业”形象和很好的性价比。

其设计准则采用了减少对建筑内部环境的影响、节能等一些最先进的原则,其所采用的方法吸取了荷兰建筑的典型特征并有所更新,在传统上致力于合理利用资源,以及建筑系统的标准化。

其运行程序极其精简,由于通过信息网络的实时连接,对现场操作的需求被减少到了最少的必需量。这一点有利于建筑总环境影响的最小化。其设计研究的资质特征有:

- 整个建筑的最长寿命的预计,其目的是尽可能从时间上充分地利用所支配的资源,达到这一点所采用的方法是选择合格且耐久的材料和技术;

- 将能耗减少到最低的必需值,达到这一点所采用的方法是高效的建造方案和管线设备方案,它们基于可再生资源,且能够达到适度的舒适;

在设计期间,坚定不变的目标是,能源可持续等级为能源等级 A+(根据荷兰标准 NEN 2916,能效系数 EPC < 0.7),该性能比本地企业的参考办公大楼高出 30%.

这个目标是通过一个将各种专业人员组织在一起的设计策略实现的,具体体现在下列能源环境方面:

- 隔热隔音性能很高的外墙面组件,它们的表面是透明的,且具有很高的太阳光反射系数;

- 采用了外形朝向南面的绿植被屋顶,这可以减少得热,只有庭院上方的部分是透明的,这能使太阳辐射投射进来;

- 安装功率减少到最小的必要值;

- 供热供冷的生产是通过可反转的空气热泵实现的,它以庭院的空间作为各办公室排出空气的收集空间,其目的是回收其中的热量;

- 采用夏季和冬季的空调设备进行平面建筑体的激活,该空调设备采用热泵供给的输入;

- 当天气好的时候,通过位于外墙不透明部分专门的自动运行开口,利用建筑内部的自然通风;

- 为空气处理机配备了强迫通风设备,其中采用了高效风机和分开布局的送风口;

- 安装了湿度传感器用于启动人工照明设备,安装了低能耗的照明灯;

- 通过一个光伏场来自动发电。

一个自足的形式

ESIC 的这种形式的设计,其目的是将外墙的交换表面最小化,并调节日光的照射,当然也调节了日光中的红外线成分,从而避免夏季的过度得热,并最大化地使用各个季节中的自然光。该建筑的正面是面向北方的,同两侧面一样共有三层,而朝南的一侧则只有第一层可以看到楼外的风景。在南侧,绿植被楼顶的下边缘被一个光伏模块带凸显出来,这个光伏模块带完美地集成在整体的朴素设计中,遮盖住了雨水收集瓦垄。

全高度的宽阔庭院是该建筑的能源策略中的一个核心角色,而不仅是从照明角度来看是这样。冷弯玻璃透明楼顶的隔热性能很高,安装有可自动移动的白色织物室内帘子,其技术取自温室的无遮挡屏蔽系统。

当需要的时候,直接太阳辐射会被拦截并将被传播到周围的房间中,当需要排出废气时帘子也会拉开,形成一种可以将气流输送向透明屋顶最高点的专用开口,与热泵的通道相比气流会优先从这个开口排出,热泵要回收排出气体中的大部分的热量供空气处理机使用,而空气处理机为空气加湿/除湿提供气流。

来自各个相邻房间的热空气聚集在庭院空间的上空部分。各个办公室通过一个圆形截面管道的管网直接接收到排出的空气,这些管道被精心地安装在屋顶,符合屋顶的结构元件那种有规律的视觉节奏。由于这些办公室之间有轻度的重叠,庭院中废气的路径是自然的,不需要吸气管路或者风机,这有利于设备的简化以及能源和经济上的节省。

这个混合通风系统可减小所安装的制冷功率,使排放到大气中的温室气体最少化。实际上,形成基本微气候条件的是遮阳的建筑形状(广阔的遮阳楼顶、透明的填充墙、建筑体的热激活、全楼高度的带透明天花板的庭院)和内源的负荷。这样以来要达到并维持室内湿热舒适度所需的人工空调量就降低了。

为了恢复该建筑所占用的整个面积上的自然属性,绿植屋顶为能量输入的迁移提供了一个重要的贡献,同时,它还用作保护层以应对楼顶结构上的碱性效应,(估计建筑构件的生命周期会增加一倍),而对于这个地区出现的大量降水来说,它能够起吸水和过滤的作用,同时减少了输送到蓄水池中的自然降水量。

结构和安全

整个建筑的设计是为了便于采用快速简单的建筑方法,它是基于预制的原则,除了钢骨水泥板和钢材的柱子之外几乎全部采用干式制造,其钢骨水泥板是钢筋混凝土的,它们对于建筑体激活设备的热惯性来说是必要的,而钢材柱子内部也是用混凝土填充的。

这些柱子是整体件,具有整楼的高度,它们支撑着楼板的厚钢梁(280mm),在7.2m 和9m 的间隔上根据成比例的网状分布,由容纳这些支撑和设备空间的所有结构核心来加强抗侧刚度。

那些水平的实体(包括第一层楼的地板、楼顶的那些弯曲)都有热交换作用,用带加强筋的板材制作,相对于下面的房间来说这样能够显著增加交换面积,同时也一起构成内部房间的画面。地板的装修是通过自平整的砂浆制作的,从而所有的管线设备网络都分布在墙壁或天花板上,这样有利于其用途的多样性以及各房间的功能区的灵活性。沿着庭院边缘的楼板侧面,那些梁在相对于集体房间中空气流通通道的位置设置有一些孔。

建筑方案、结构方案和管线系统的方案的设计都是为了使 ESIC 成为一座集效率、功能和审美于一体的高集成度的建筑,这些方面系统地综合了防火安全需求,而在荷兰,防火安全通常要求每个防火管理区不大于1,000m2,并且其划分出来的的各个房间都具有很高的防烟、防火和防热特性。

各种标准的落实应用会使以可持续性为目的的设计途径徒劳无功。从而,其专业团队扮演了一个在客户需求和控制组件的要求之间的中间角色,以求在面对涉及到所有各种因素而专门定制的各种方案时摒弃常规。

这整个建筑被看做一个大型的防火管理区,排除了可燃产品和物品的存储,精心地选取所采用的所有建造材料,比如装饰品和设备,这样以来减少了可能的防火载荷(500 MJ/m2),所以其中的失火可能性被大大降低了。

用软件进行的集中设计

为设计过程提供支持的同时代数字技术为信息分享提供了很有价值的一些方案,有利于集中设计过程。在 ESIC 的这个案例中,各学科的专业研究采用了一套三维设计软件(b.i.m.),它能一个零件一个零件地将各个建筑子系统设计并显示出来,可以与每个子系统连接一个包含各个专家所需的所有技术特征数据的数据库。

这些研究中的每一项研究都需要先做三维模型,然后这些模型彼此连接起来以便测试它们的组合模型,检查是否有问题和“瓶颈”。比如,测试之一是将通风管道插入到办公室和庭院之间的那些支撑楼顶的钢梁内。

在这种情况中,这种集中设计就涉及到各种热使用技术人员、建筑师和结构师,热使用技术人员确定通风管道的尺寸,建筑师确定其位置,结构师检查其方案结构上的可行性,确定各种构件之间的紧固系统。这个对比的结果——以及由于那些设计数字分享系统所带来的许多其它迹象和结果——将被设计好的零件插入到本建筑相关的所有正式文档中,然后被用于预通风和生产。

这些 b.i.m. 软件除了显著地简化了各种专业人员的学科间结合之外,还能准确且实时地显示设计过程的进展情况以及该建筑工程在建筑、技术和经济方面所最有可能呈现出来的图景和情况,这对于设计团队和客户之间关系中的透明度非常有利。在对各种设计方案所产生的极为复杂的环境影响、能耗影响评价程序中,b.i.m. 也发挥了极为重要的作用。

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