论文部分内容阅读
【摘要】：结合目前高层建筑的发展现状，应对其建筑设计的节能措施，以及建筑工程技术人员对建筑节能知识的匮乏等问题进行简要分析。
【关键词】：高层建筑；建筑设计；建筑节能；施工管理；施工技术
Abstract: Combine with the development of high-rise buildings, energy-saving measures to cope with its architectural design, and construction engineering and technical personnel on issues such as lack of knowledge of building energy efficiency with a brief analysis.Key words: high-rise buildings; architectural design; building energy efficiency; construction management; construction technology
中图分类号：TU972文献标识码：A文章编号：
1、前言
高层建筑自1885年在美国芝加哥诞生以来至今已走過百个年头，在我国也有近七十年的历史。因其体量巨大在建造过程中耗费大量的资源和材料，在运行过程中也消耗大量的能源并排出大量的废弃物，因此成为业内外争论的焦点。如何将高层建筑的生活模式、建造技术与可持续发展的概念和生态技术相结合，形成节能生态化的高层建筑将是设计环节的重点。而好的设计需要通过施工技术人员、管理人员，以及全体一线施工人员的通力协作最终完成，只有与时俱进的提高原有专业知识、施工实际操作技能，以及管理体制和管理水平，才能适应高层建筑工程施工发展的需要。
2、高层建筑的设计
现代大多数高层建筑表现为被玻璃幕墙包裹的核心筒，外加30至70层简单重复的平面，依然处于“低技术，高能耗；低效能，高污染”的状态，与当今全球可持续发展相悖。现在一种以“节能、生态”为原则的“生态建筑学”给高层建筑的发展指出了一个可行的发展方向，将人、建筑、环境结合成一个统一的整体，以确保达到具有可持续性发展的设计原则：
2.1 对城市环境合理性的满足，包括区位、文脉、交通、密度等。
高层建筑是一座城市有机组成部分，位置、高度的确定需要考虑整体尺度、街道尺度、近人尺度以及城市传统的历史文化。而通过连接天桥、地下交通等与其他塔楼群体保持较好的联系而共同受益，以缓解某一时刻聚集大量人群的交通压力。
2.2 建筑形体设计，围护结构墙体设计，材料优化使用等。
建筑的形体变化是建筑外露面积的主要因素之一，而建筑形体系数越大，传热损失就越大，较小的形体系数有利于节能。球体形体系数最小，其次是圆柱体，再次是方柱体。外围护墙提供自然通风、控制交叉通风、提供对外景观，予以太阳光保护，冬季提供保暖，夏天提供通风隔热,是调节室内微气候的关键因素。而其耗能较大约占项目25%左右，所以需要利用新技术新材料，通过使用双层表皮立面技术、复合墙体、组合幕墙等，为内部空间营造更为适宜的建筑微气候。
2.3 注重空间组合设计，在满足竖向设计合理性（流线、电梯分区、防火设计）的同时，应注重对垂直绿化系统设计，将生态系统引入高层建筑。
为了使自然通风代替空调营造出舒适的环境，设计师必须合理安排中庭空间和通风道位置，使得一年四季均良好地工作，达到减少机械通风的使用。例如将竖向空中花园分布在不同方向不同标高上，形成“烟囱效应”，成为“烟囱”的进、出风口，可有效的组织建筑空间的自然通风，创造良好的视野。而空中庭院不但提供多变的公共空间的同时，也可通过天桥和邻近建筑连接创造混合使用的沟通场所，通过增加临界人口以确保24小时的循环经济。
利用自然植被能够通过遮阴和水汽蒸发等措施来降低环境温度，还可以增加室内氧气含量，在裙房的屋面也可做绿化屋顶，既保护了屋顶维护结构也有利于保温隔热，进一步减少屋顶的能源损耗。但以上设计应考虑下列问题：底部应预留足够空间保证植物根部与枝干的生长，设置收集和输送雨水的灌溉系统。
2.4 对微气候的回应，包括采光、遮阳、通风，其中利用自然通风和日光来减少机械系统的使用等。
从生态的角度看，关注微气候是一项基础条件，因为建筑必须要充分利用太阳能，尽量避免阳光强烈照射带来的不利之处。同时也要求建筑师对温度、风向、降雨等数据的统计，对遮阳及高层建筑导致的阴影遮挡等指标熟练运用。例如：通过将阳光反射至屋顶平面，日光可以到达比那些靠传统窗户或天窗采光更深的工作区域，但不增加窗户附近的日光强度；设计阻挡阳光直射的系统，可以减少阳光直射导致的眩光和温度不适。在双幕墙中设置内部遮光装置接收光电池的能源，即收集太阳辐射再转化为能量。同时这样的表面覆盖也实现了最大限度利用自然光，使其采光设计在人工照明节能和少量增加阳光热量获得之间寻求平衡。
2.5 最大限度地实现废物回收、循环，如以废物气化为动力来驱动热、电联供（CHPF）系统。
现在高层建筑如同海上大船，它可以储存、并部分地处理废物。通过在服务层设置废物储存并汽化的功能空间，将这些能力整合到能源系统和灌溉系统中。如高层建筑每天消耗数百加仑的水，而一场暴雨就会白白损失上百万加仑的水，这些水流入污水管道，或者成为吸收建筑材料中有毒物质的地下水。对雨水收集系统来说，屋顶只能提供小部分的支持，但建筑立面和构件却能用于大量雨水的收集工作，并将其储存在水箱中用于冲厕、灌溉、热交换和防火安全的多种用途。
利用基地内的高度优势创造能源也能满足建筑的需求。高层建筑的高度优势使其脱离了临近街道高度尘雾所造成的影响，可以在无遮挡的外立面上使用太阳能板，在建筑的顶部可以考虑连续流动的空气风能的有效利用。例如：风力涡轮机（Wind Tubines）系统，该系统正是极为安全的利用了风力，掌控到如何捕捉风、并为建筑提供高效能源。这种节能创新设计是在建筑体上设置多可风力涡轮机开口，这种建筑造型可将风引致设备层的一对开口处，确保风将从开口进入建筑的管道系统、被提速近三倍，然后被转换为能量，分别用于建筑内部的热能、通风、除湿、和温度调节等方面的能量需求。而建筑体上的开口使风穿越建筑而过，避免了直接对外墙施压，减轻了结构负载，缓解了迎面风承受的压力，减小了建筑物背面破坏性的负压，使建筑会更加稳固更加舒适。
2.6 智能结构策略的采用，如对地震和风荷载的安全性考虑，优化楼板结构等。
现代高层建筑可以通过增加格构结构来减少材料的使用，而非仅限于直上直下的框架结构，这是因为格构结构更轻盈且对于抗震和风力下的失稳有更好的表现。现代高层建筑核心筒主要由混凝土材料建造，框架上的其余钢构则以钢材为主，因为它是一种能被重复使用的、可回收的材料，而楼面结构应是质量较大且裸露设计以利于热容量的维持。如使用辐射楼板降温，将冷水管设置在天花板部位，由流经天花板内金属板的冷冻水进行冷却，代替流经管道的空气冷却。由于水比空气制冷更有效率，采用这种方式将极大降低能源消耗，可有效降低层高，在同样限制总建筑高度的条件下就可以增加建筑面积，并通过这样的方式极大节约设备的数量和尺寸，最大限度的实现建筑结构的智能化。
对于上文提及的节能设计策略反应到施工图纸上，要保证各个专业图纸高度精确和完整。并要充分体现图纸的系统性，要求系统的图纸能概括表明各项工程施工的组织系统及其联系关系。图中的协调性，要求各工程施工图纸之间能够相互说明，互为解释。说明各种设备的工作原理，说明各种原材料的特性，各种参数的设备材料表，有效地指导施工。
3、高层建筑施工
随着越来越多的设计师以各种方法尝试着将节能生态技术运用到高层建筑设计之中,所以对高层建筑工程项目施工的全体成员的管理水平、施工技术水平的要求越来越高。现在的施工队伍对建筑节能设计施工的知识相对匮乏，不具有相应的知识储备，这是所有建筑工程企业所面临的新情况，必须采用学习研究，培训，现场提高等有效举措，来加以应对和解决，以适应高层建筑工程施工发展和质量的要求。
高层建筑工程施工设计图纸，是建筑工程施工的主要依据。为此在项目施工开始前，首先要组织施工的工程技术和施工管理人员精确掌握图纸中的各项标准和要求，理解设计意图，尤其对新的节能生态技术图纸要详细研究，发现问题要及时与设计人员沟通，并制定详尽的施工方案，这是图纸落实的基本措施和基础，以便能正确有效地指导施工，是项目顺利施工的保证。其次是图纸会审建议分为三次进行。第一是初审，由施工单位工程技术与管理人员参加。第二是会审，由各项施工单位，土建、电气、水暖、智能等方面协调会审。第三是进行综合会审，由土建总承包单位和各分包单位，包括设备安装，机械施工，质量管理以及监理等共同参加，共同核对图纸，协商协调施工进程的配合衔接等问题，在会审中发现图纸问题应及时与设计单位共同协商研究，取得一致的解决办法，以保证施工质量与施工工期。
4、结语
高层建筑是空间与环境艺术，但更是工程技术的综合体。在我国高层建筑使用节能生态技术前期投入的成本造价相对偏高，还不能得以普及。前期投入的增加是提高建筑的使用价值，节约日后建筑运转的费用，因此无论是设计者、建设者、使用者都应提高其节能意识，从而促进高层节能生态建筑的实施和落实。作为建筑师，如何在设计过程中最大限度地节约能源，创造适宜人居环境，达到人与自然共生的系列问题是必须面对的。节能生态设计，无疑提高了建筑师在处理生态技术的主动性。而面对“新材料、新工艺、新标准、新要求”的工程施工发展趋势，将是提高整体高层建筑施工队伍业务素质的能动性。“零能耗、零污染、零排放”的实现将是当代建筑人为之奋斗的目标。
【参考文献】
[1] 赵东.绿色巨人[J].北京：建筑机械，2006（10）：24-28
[2] 美国高层建筑与城市环境协会高层建筑设计[M].北京：中国建工出版社1997
[3] 彼特.摩里、王桂祥译，生态建筑[M].北京：中國建筑工业出版社，1999
【关键词】：高层建筑；建筑设计；建筑节能；施工管理；施工技术
Abstract: Combine with the development of high-rise buildings, energy-saving measures to cope with its architectural design, and construction engineering and technical personnel on issues such as lack of knowledge of building energy efficiency with a brief analysis.Key words: high-rise buildings; architectural design; building energy efficiency; construction management; construction technology
中图分类号：TU972文献标识码：A文章编号：
1、前言
高层建筑自1885年在美国芝加哥诞生以来至今已走過百个年头，在我国也有近七十年的历史。因其体量巨大在建造过程中耗费大量的资源和材料，在运行过程中也消耗大量的能源并排出大量的废弃物，因此成为业内外争论的焦点。如何将高层建筑的生活模式、建造技术与可持续发展的概念和生态技术相结合，形成节能生态化的高层建筑将是设计环节的重点。而好的设计需要通过施工技术人员、管理人员，以及全体一线施工人员的通力协作最终完成，只有与时俱进的提高原有专业知识、施工实际操作技能，以及管理体制和管理水平，才能适应高层建筑工程施工发展的需要。
2、高层建筑的设计
现代大多数高层建筑表现为被玻璃幕墙包裹的核心筒，外加30至70层简单重复的平面，依然处于“低技术，高能耗；低效能，高污染”的状态，与当今全球可持续发展相悖。现在一种以“节能、生态”为原则的“生态建筑学”给高层建筑的发展指出了一个可行的发展方向，将人、建筑、环境结合成一个统一的整体，以确保达到具有可持续性发展的设计原则：
2.1 对城市环境合理性的满足，包括区位、文脉、交通、密度等。
高层建筑是一座城市有机组成部分，位置、高度的确定需要考虑整体尺度、街道尺度、近人尺度以及城市传统的历史文化。而通过连接天桥、地下交通等与其他塔楼群体保持较好的联系而共同受益，以缓解某一时刻聚集大量人群的交通压力。
2.2 建筑形体设计，围护结构墙体设计，材料优化使用等。
建筑的形体变化是建筑外露面积的主要因素之一，而建筑形体系数越大，传热损失就越大，较小的形体系数有利于节能。球体形体系数最小，其次是圆柱体，再次是方柱体。外围护墙提供自然通风、控制交叉通风、提供对外景观，予以太阳光保护，冬季提供保暖，夏天提供通风隔热,是调节室内微气候的关键因素。而其耗能较大约占项目25%左右，所以需要利用新技术新材料，通过使用双层表皮立面技术、复合墙体、组合幕墙等，为内部空间营造更为适宜的建筑微气候。
2.3 注重空间组合设计，在满足竖向设计合理性（流线、电梯分区、防火设计）的同时，应注重对垂直绿化系统设计，将生态系统引入高层建筑。
为了使自然通风代替空调营造出舒适的环境，设计师必须合理安排中庭空间和通风道位置，使得一年四季均良好地工作，达到减少机械通风的使用。例如将竖向空中花园分布在不同方向不同标高上，形成“烟囱效应”，成为“烟囱”的进、出风口，可有效的组织建筑空间的自然通风，创造良好的视野。而空中庭院不但提供多变的公共空间的同时，也可通过天桥和邻近建筑连接创造混合使用的沟通场所，通过增加临界人口以确保24小时的循环经济。
利用自然植被能够通过遮阴和水汽蒸发等措施来降低环境温度，还可以增加室内氧气含量，在裙房的屋面也可做绿化屋顶，既保护了屋顶维护结构也有利于保温隔热，进一步减少屋顶的能源损耗。但以上设计应考虑下列问题：底部应预留足够空间保证植物根部与枝干的生长，设置收集和输送雨水的灌溉系统。
2.4 对微气候的回应，包括采光、遮阳、通风，其中利用自然通风和日光来减少机械系统的使用等。
从生态的角度看，关注微气候是一项基础条件，因为建筑必须要充分利用太阳能，尽量避免阳光强烈照射带来的不利之处。同时也要求建筑师对温度、风向、降雨等数据的统计，对遮阳及高层建筑导致的阴影遮挡等指标熟练运用。例如：通过将阳光反射至屋顶平面，日光可以到达比那些靠传统窗户或天窗采光更深的工作区域，但不增加窗户附近的日光强度；设计阻挡阳光直射的系统，可以减少阳光直射导致的眩光和温度不适。在双幕墙中设置内部遮光装置接收光电池的能源，即收集太阳辐射再转化为能量。同时这样的表面覆盖也实现了最大限度利用自然光，使其采光设计在人工照明节能和少量增加阳光热量获得之间寻求平衡。
2.5 最大限度地实现废物回收、循环，如以废物气化为动力来驱动热、电联供（CHPF）系统。
现在高层建筑如同海上大船，它可以储存、并部分地处理废物。通过在服务层设置废物储存并汽化的功能空间，将这些能力整合到能源系统和灌溉系统中。如高层建筑每天消耗数百加仑的水，而一场暴雨就会白白损失上百万加仑的水，这些水流入污水管道，或者成为吸收建筑材料中有毒物质的地下水。对雨水收集系统来说，屋顶只能提供小部分的支持，但建筑立面和构件却能用于大量雨水的收集工作，并将其储存在水箱中用于冲厕、灌溉、热交换和防火安全的多种用途。
利用基地内的高度优势创造能源也能满足建筑的需求。高层建筑的高度优势使其脱离了临近街道高度尘雾所造成的影响，可以在无遮挡的外立面上使用太阳能板，在建筑的顶部可以考虑连续流动的空气风能的有效利用。例如：风力涡轮机（Wind Tubines）系统，该系统正是极为安全的利用了风力，掌控到如何捕捉风、并为建筑提供高效能源。这种节能创新设计是在建筑体上设置多可风力涡轮机开口，这种建筑造型可将风引致设备层的一对开口处，确保风将从开口进入建筑的管道系统、被提速近三倍，然后被转换为能量，分别用于建筑内部的热能、通风、除湿、和温度调节等方面的能量需求。而建筑体上的开口使风穿越建筑而过，避免了直接对外墙施压，减轻了结构负载，缓解了迎面风承受的压力，减小了建筑物背面破坏性的负压，使建筑会更加稳固更加舒适。
2.6 智能结构策略的采用，如对地震和风荷载的安全性考虑，优化楼板结构等。
现代高层建筑可以通过增加格构结构来减少材料的使用，而非仅限于直上直下的框架结构，这是因为格构结构更轻盈且对于抗震和风力下的失稳有更好的表现。现代高层建筑核心筒主要由混凝土材料建造，框架上的其余钢构则以钢材为主，因为它是一种能被重复使用的、可回收的材料，而楼面结构应是质量较大且裸露设计以利于热容量的维持。如使用辐射楼板降温，将冷水管设置在天花板部位，由流经天花板内金属板的冷冻水进行冷却，代替流经管道的空气冷却。由于水比空气制冷更有效率，采用这种方式将极大降低能源消耗，可有效降低层高，在同样限制总建筑高度的条件下就可以增加建筑面积，并通过这样的方式极大节约设备的数量和尺寸，最大限度的实现建筑结构的智能化。
对于上文提及的节能设计策略反应到施工图纸上，要保证各个专业图纸高度精确和完整。并要充分体现图纸的系统性，要求系统的图纸能概括表明各项工程施工的组织系统及其联系关系。图中的协调性，要求各工程施工图纸之间能够相互说明，互为解释。说明各种设备的工作原理，说明各种原材料的特性，各种参数的设备材料表，有效地指导施工。
3、高层建筑施工
随着越来越多的设计师以各种方法尝试着将节能生态技术运用到高层建筑设计之中,所以对高层建筑工程项目施工的全体成员的管理水平、施工技术水平的要求越来越高。现在的施工队伍对建筑节能设计施工的知识相对匮乏，不具有相应的知识储备，这是所有建筑工程企业所面临的新情况，必须采用学习研究，培训，现场提高等有效举措，来加以应对和解决，以适应高层建筑工程施工发展和质量的要求。
高层建筑工程施工设计图纸，是建筑工程施工的主要依据。为此在项目施工开始前，首先要组织施工的工程技术和施工管理人员精确掌握图纸中的各项标准和要求，理解设计意图，尤其对新的节能生态技术图纸要详细研究，发现问题要及时与设计人员沟通，并制定详尽的施工方案，这是图纸落实的基本措施和基础，以便能正确有效地指导施工，是项目顺利施工的保证。其次是图纸会审建议分为三次进行。第一是初审，由施工单位工程技术与管理人员参加。第二是会审，由各项施工单位，土建、电气、水暖、智能等方面协调会审。第三是进行综合会审，由土建总承包单位和各分包单位，包括设备安装，机械施工，质量管理以及监理等共同参加，共同核对图纸，协商协调施工进程的配合衔接等问题，在会审中发现图纸问题应及时与设计单位共同协商研究，取得一致的解决办法，以保证施工质量与施工工期。
4、结语
高层建筑是空间与环境艺术，但更是工程技术的综合体。在我国高层建筑使用节能生态技术前期投入的成本造价相对偏高，还不能得以普及。前期投入的增加是提高建筑的使用价值，节约日后建筑运转的费用，因此无论是设计者、建设者、使用者都应提高其节能意识，从而促进高层节能生态建筑的实施和落实。作为建筑师，如何在设计过程中最大限度地节约能源，创造适宜人居环境，达到人与自然共生的系列问题是必须面对的。节能生态设计，无疑提高了建筑师在处理生态技术的主动性。而面对“新材料、新工艺、新标准、新要求”的工程施工发展趋势，将是提高整体高层建筑施工队伍业务素质的能动性。“零能耗、零污染、零排放”的实现将是当代建筑人为之奋斗的目标。
【参考文献】
[1] 赵东.绿色巨人[J].北京：建筑机械，2006（10）：24-28
[2] 美国高层建筑与城市环境协会高层建筑设计[M].北京：中国建工出版社1997
[3] 彼特.摩里、王桂祥译，生态建筑[M].北京：中國建筑工业出版社，1999