剖析武汉新能源研究院的设计

1项目背景

武汉新能源研究院由武汉市政府和华中科技大学共同组建,要求打造成为新能源应用理念突出、技术先进、节能低碳、环境舒适、智能高效、艺术形象独特、充分标志武汉地区“两型社会”建设、华中地区最具影响力的绿色建筑和新能源应用示范建筑。

2区位及项目定位

项目位于武汉市东湖新技术开发区新能源产业园区内,用地规模约100亩,其中一期用地50亩。场地交通条件优越,基地附近的高新六路站点有405路公交,地铁站点,高速路出入口,周边武汉三环线及武广高铁在西面附近通过,使之成为城市外部形象展示窗口。场地拥有得天独厚的生态环境,拥有丰富的自然水体及动植物资源。场地内起伏较大,中部隆起,北高南低,最大高差达到10m。为了体现新能源的形象,设计在建筑形式上充分突显太阳能和风能的利用。为了体现第二个国家自主创新示范区的东湖开发区形象:设计在技术理念上突出其新颖、独创及国际领先技术的整合与示范,同时展示全球最新的新能源技术、新材料和新产品,彰显大楼新能源文化的示范性与教育价值。为了体现武汉人才资源优势,发挥新能源研究院的技术优势,设计提出自主创新的解决方案。只有自主创新,才能实现技术研发的可持续性,才能长久推动新能源谷的发展。为了回应武汉地域气候特征,设计充分结合了夏热冬冷地区节能技术的研究成果,并强调风能加速、太阳能集成技术,以提高对能源的利用率。

3方案概念分析

3.1建筑形体生成

设计中建筑体量均为南北向布置,对通风采光最为有利。将实验室裙楼用“光环”串联,圆心在办公塔楼位置,保证塔楼到裙楼各部分的联系距离最短。在“光环”与塔楼之间置入太阳能集热棚,并形成入口的城市公共空间,为市民提供了开放的参观休闲科技文化的活动广场。在塔楼上加入可调节帆,收集风能转化电力,成为塔楼的标志。为获得最大的迎风面,保证帆的最大风速,塔楼朝向按照武汉市常年最大风速和最高风频率的北偏东23°偏转。裙楼“光环”犹如迎风吹动的飘带,使建筑充满灵动感。塔楼表面处理成连续变化的曲面,与飘带相得益彰。

3.2“太阳塔”与建筑设计整合

集热棚利用温室效应加热空气,并汇集于热压烟囱内;通过烟囱内部气流快速提升,在夏季实现热压发电,在冬季为办公塔楼提供局部采暖。结合城市景观,将集热棚置于西南角,既不影响塔楼采光,又满足最佳集热角度,造型流畅;集热塔身结合塔楼形体及电梯间设计,结构经济,功能、形式、技术和谐统一。集热棚底集生态景观、市民科技文化展示广场、建筑整体出入口为一体,空间开阔、大气,造型新颖独特。

3.3“风帆”、风洞与建筑设计整合

办公塔楼中部风洞为参观人员提供了示范性风机发电的空中花园,并且在塔楼顶部也为参观人员提供了参观顶部风力发电机组的选择。塔楼形体采用折形平面,东部体量与常年主导的东北风向垂直,风能利用达到最大化;西部规避东北风,以求减小冬季热损耗。经对不同截面模拟对比,塔楼风洞设计成双弧形截面对风的加速最为有效,塔楼顶部与帆互成反弧形,可将风速提高到环境风速的4倍,使塔顶风机效率达到最大。

4建筑设计解读

4.1塔楼

主楼部分在空间布局上采用独立单元的方式,以1个~2个研究中心为一个单元进行分割。在每个单元内部有独立的交通系统及交流空间。采用这种立体分区的方法,将不同的研究中心立体叠加起来,根据各中心办公的不同的使用性质,空间需求和相互之间的流线关系,分别将其安排在不同的竖向空间体块中。每个单元内插入垂直绿化景观,创造宜人办公、研究环境,空中庭院空间改变了原有办公标准层的私密与封闭的空间格局,使得进深较大的高层办公空间获得较好的视线和光线条件,满足了人们开放与交流的心理与工作需要。首层为迎宾大厅。主楼内布置了水景,室外有人工湿地,既大限度地保留了基地现有的水面,又可以帮助调节建筑的小气候。高层采光通风良好,景观视野开阔的部分安排人员众多的办公和研究功能。顶部布置交流和文娱活动等功能。屋顶为花园和安置风机的场所。塔楼一、二层的模块展示空间,则可灵活用于各种新技术的展示。与此同时,建筑及场地设计也充分考虑科普的社会功能,在采用新技术的各部分,设置了展览与观看空间,使参观者可以从不同层面了解新型节能低碳技术,发挥该建筑的教育展示与示范作用。将风力和太阳能发电的原理结合到办公楼造型设计上,使之成为有机整体。根据武汉夏热冬冷的气候特点,建筑表皮采用可变式双层皮,横向带型线条顺应建筑形态的走势,内设横向可调节百叶减少太阳光的直射,降低室内空调能耗。西向核心筒部分采用多孔金属板包裹,既造型新颖又有效防止西晒。经过分析平衡,主楼设于基地内高起的位置,依据地形设有半地下层和地下两层安排车库和人防地下室。

4.2裙房

根据前期的实例调查和需求访谈以及场地特点,实验室裙房呈单元行列布置,实现了最佳的通风采光,单元间的交通联系便捷。“亮井”是湖北民居的重要特点,将采光通风与建筑一体化,通过对天井下墙体的技术处理将阳光导入室内,获得良好采光。裙房布置中采用了“亮井”概念,以适宜技术结合新材料,提高裙房实验室部分的自然采光和通风条件,同时具有浓厚的地方文化与特色。覆土裙房单元屋顶采光采用了先进的导光管技术。阳光经采光罩聚集并直接折射传入导光管内,沿管道穿越房顶到达室内。

5生态景观设计

生态景观区结合新能源技术试验场与办公区域互相咬合,围绕开放的中心广场布置,利用天然屏障将场地周边城市干道影响隔离,同时,考虑到武汉夏季高温炎热的气候特点,入口广场的太阳能集热棚设计轻巧美观富有韵律,冬季处于北风遮挡的风影区,夏日通风遮阴,保证了室外公共空间的舒适性,并彰显了对节能技术的引领。场地中部,设计高层统领整个区域,与东北角相邻场地拟建的高层研究院遥相呼应。办公塔楼采用集中式布局以节约土地,局部采取底层架空的方式,减少占地面积同时提供通风遮阳空间。最大化利用资源和最小化排废,提倡重复使用,回收利用。可以实施生活垃圾分类,对有机、无机、有害、无害物质分别再利用以达到最小排出和最大化利用。示范实施中水系统,配备循环水净化装置,循环重复使用再生水资源,收集和利用污水、雨水、流动景观水以改善气候环境,停车场、广场、步行道均采用渗水措施以收集雨水用于景观水体。

6绿色建筑技术

项目倡导生态环保理念,突出可再生能源技术,以国家绿色建筑三星级以及LEED白金标准为对照,在规划建筑设计中,从减少能耗、提高能效与利用可再生能源三个设计层面出发,独创全球第一的太阳能热气流发电技术与利用高层屋顶风帆最大限度捕捉风电技术,同时采用大规模太阳能光电建筑一体化、多功能太阳墙、双层皮玻璃幕墙、节水、新风热回收、地源热泵应用以及利用场地周边关山热电厂废水以及污水的污水源热泵技术等一系列具有国内外先进水平和具有自主产权节能减排绿色技术,集技术大成与造型艺术为一体,创建符合健康舒适高效的建筑空间环境。

按照《绿色建筑评价标准》与《美国绿色建筑评估标准LEED-NCv3》所规定的绿色建筑规划设计技术要点进行设计,主要采取了以下技术策略:

1)被动式节能技术:场地规划和建筑设计考虑日照和风向,充分利用天然采光;2)建筑充分利用可再生能源供给:PV太阳能发电、太阳能热水、太阳能热气流发电与采暖、地源热泵、污水源热泵技术以及风机发电;3)节地节水:建筑和景观共同融入可持续发展策略,创造一种生态水池(回收水储蓄)微气候系统的公共开敞景观;4)节材:结构选型响应适应气候的建筑形体,其中,网壳曲面形态满足工业化建造高效率需求,所有螺栓球节点可以标准化制造,最大限度地采用金属、玻璃等可回收的建筑材料,使建筑设计和结构设计最大限度的降低能源需求;5)良好的护结构:对太阳能吸收和日光射入进行控制,通过屋顶绿化、减少建筑对能源的需求;6)安装高性能的空调和照明系统:广泛采光和自动化控制建筑能源的使用。

7结语

方案以创造新技术的标杆为设计目标,整合建筑技术创新、建筑功能和艺术造型,在100%汉产核心技术与设备基础上,创造了将太阳塔与建筑造型一体化的全球第一,同时创造了用可调节帆集成风能,风机发电与建筑造型一体化的全球第一。楚人自古崇拜太阳,“圆”是楚地文物共同具备的重要元素,“圆”符号的提炼隐喻了楚文化中对太阳的憧憬。主体建筑扬帆起航的造型是新时代江城武汉的象征。方案“逐日追风”的主题寓意着太阳能的科技光环以及新能源研究院扬帆御风,领航新能源产业。