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【摘要】文章介绍了超高层办公楼建筑方案设计中总图布局、结构型式、柱网模数、电梯配置、空调型式等几个方向性问题确定的过程，从视觉效果、使用效果、建造成本、运营成本、施工难度、工期影响等方面进行了综合比较分析，也进行了类似案例的调研统计分析。
【关键词】超高层、结构型式、电梯配置、空调型式
中图分类号：TU97文献标识码： A
吉林银行大厦项目位于大连未来的中央商务区——东港区域的中心位置，项目占地面积1.8580公顷，容积率7.5 ，总建筑面积约18万平米，建筑密度45%，商办用地，拟建超高层5A智能化甲级写字楼。
大连市政府将东港区域构想为超高层林立的中央商务区形象，对本项目，原规划也是要求建设一栋240米超高层。经与市主管部门多次沟通，同意改为百米左右双塔。这一重大决策降低了实施难度，提高了建设速度，无论对本项目还是对东港区域的规划建设都是重大利好。笔者并不赞成过于追求建筑的高度：首先，城市基础设施能够承载的总体容积率是有限的，比如道路通行能力、电力、燃气、给排水的供应和处理能力等，超高层建筑过于集中，容易造成城市效率的降低和能源危机。其次，从技术角度来看，美国911事件反映了超高层建筑的安全问题。除了容易成为恐怖袭击的目标，结构安全、消防安全等一直都是超高层需要专门论证的课题，还存在动力安全问题，超高层建筑对电力的不间断供应要求非常高，一旦停电，电梯停驶，空调停开，甚至很多摩天大楼都未设可手动开启的窗户，后果不堪设想。再次，从经济角度来看，随着建筑高度的增加，因结构型式的变化，结构造价呈现跃升式的增加，设备和幕墙造价也会增加，而得房率等使用效率指标却往往降低。同样的社会财富，如果不为争高度，可以建设更多的城市空间。最后，从城市空间效果来看，城市天际线要有高低错落，突出重点，标志性建筑与一般建筑应有图底关系，才能产生正确的尺度感认知，我们对比伦敦、纽约、香港、上海等世界都市的天际线分析都能看出这点。通过计算机模拟东港规划的天际线可以看出，高度上可以分为明显的100米、200米、300米和一幢超过400米的高度层次，而本项目最终确定的主体130米、形象140米高给城市天际线增加了过渡的层次，同时，一栋塔楼改为2栋后又增加了该区域的“厚度”。
开发商要求该项目要高标准快速建设，力争在14年底竣工交钥匙。要求两个月内完成方案，尽快进入施工图，准备开工。回顾方案设计的过程，我们一方面在很多方向性问题上多向开发商、政府沟通，一步步明确，一方面在很多关键技术问题上进行了专题论证，使方案更科学、严谨、准确，降低风险。
1.布局与高度论证
这是项目设计一开始即进行的研究，我们组织相关专业、部门进行多因素的综合考虑。从100米为高层和超高层的分界、130米为大连地区抗震设防的框筒结构超限高度等角度，决定该项目按高度100、130、150米三种方案进行比较论证。为了保证在同等条件下体现出各方案的优缺点，特设定若干前提条件：塔楼均采用方形平面平行于南侧主干道按西北、东南错开布置，均要满足地上总建筑面积13.4万平方米，并采用四层整体裙房模式，将三种方案的总平面比较如下图：
用sketch up軟件模拟100、130、150米高的体型效果比较如下图：
设计采用PKPM的工程量计算软件STAT-S计算材料成本造价（不含施工成本）。将各因素综合比较列为下表（涂绿色为优项，涂红色为劣项）：
比较结论：
1.从总图布局来看，100米方案由于标准层及裙房面积过大，导致场地建筑密度偏大，建筑各主入口前无法形成适当进深的广场，交通组织不利，景观品质较差；另外两种方案建筑密度相对低，主入口前广场进深在24米至37米之间，使用舒适性大为提高。
2. 从立面效果来看，130米方案和150米方案双塔之间可以保持相对舒适的距离，形体挺拔；而100米方案塔楼面积过大，双塔之间形成交叉遮挡，几无缝隙，整体形态矮胖，规划报批难度较大。
3. 从综合比较表中可以看出，130米方案在跨度、梁高乃至层高控制和办公空间合理进深等方面有优势。
比选结论确定按130米高的方案推进。
2.结构型式
总高确定后，进一步专门研究选取合适的结构布置型式。本项目标准层面积偏大，导致正常的框筒结构的内筒外框之间跨度较大，按结构设计经验，跨度超过12米梁高不易控制，将增加造价，为解决这个问题，提出两种方案：一是在内筒周围环形走廊的位置再设内圈柱，这样也可以解放内筒的剪力墙受力，使墙体减薄，同时内筒与内圈柱之间可不设梁，而仅用厚板联系，从而可以提高走廊的净高；二是将外框架柱内移，在保证内筒外框合理跨度基础上，超出的进深以出挑的方案解决，从结构力矩分布角度看，边跨出挑也是合理的。
标准层方案A-2（外挑板） 标准层方案A-1（有内排柱）
在此基础上，提前介入的施工单位又提出蜂巢芯密肋的结构型式和工艺做法，简言之，就是利用预制的蜂巢芯配合模板限定密肋梁格，代替传统的主次梁，主要目的是简化模板，从而提高施工速度。我们对这四种结构方案进行多因素综合比较，分析列表如下。
从表中可以看到，尽管蜂巢芯密肋结构梁下净高较高，但是不像梁板式结构可以利用梁窝空间布置风机，因而对控制办公区域2.8米净高没有优势；虽然有内圈柱的梁板结构的走廊梁下高较高，但是走廊下局部净高控制到2.4米也可以接受。对于室内空间的影响，通过对标准层办公布置研究来看，无论柱子靠外墙还是靠里一些，对室内影响是差不多的，当然柱子越少越好，特别是考虑到内圈柱子对首层大堂的效果和交通动线的限定更为不利。最终确定采用常规的梁板式结构，无内圈柱的方案。
3.柱网模数
确定柱网模数，不止从标准办公楼层考虑梁板布置和空间效果，还要考虑裙房的功能灵活性和地下室停车效率等方面。如图，在方案过程中我们以8.1米跨距柱网较好地满足了标准层的均匀柱跨和梁高控制等要求，但在结构专业深入计算后提出首层部分的钢筋混凝土柱子截面至少要1800X1000，同时提供几种代替方案见下表：
多出80辆停车，地上若按3万元/平米售价计算，地下增加的车位价值按每个1５万元，合计创造价值为２２５０万元，不划算。于是在钢筋混凝土柱的基础上比较8100、8700、9000、10800等多种柱跨，10.8米柱跨方案是丹下事务所根据日本的模数化组装的建造工艺提出来的，可划分为三个3.6米模块，模块包括吊顶板、电缆桥架、喷淋管线、空调管道和照明灯槽组成，由工厂制作，现场安装。10.8米柱跨使每边只有4根柱子，空间效果也较好，但是经过结构计算，结构造价也要增加约1000万，特别是地下室增加梁高，导致增加基坑深度，而项目上确定的基坑支护方案，深度几达极限。而且，丹下仅仅提出模数化建造的概念，在国内，这种工艺实施起来尚会遇到很多难题。最终确定了塔楼部分采用8700柱网，塔楼角部采用出挑的方案，可以使转角的窗景观视野不受阻碍，综合各因素，是最优方案。对裙房和地下室，除塔楼投影部分外，裙房部分亦采用8700柱网，以便空间组织上的连贯，此部分投影的地下室柱间净距较宽阔，亦适合当今越来越大的车型停车需要，而地下室不受地上制约的地方则采用8.4X8.1的柱网，停车最为高效。
4.电梯配置
电梯服务水平是办公建筑品质的重要考量因素。候梯时间和从唤梯至到达目的楼层的全程时间以及高峰期5分钟最大运客量是电梯服务水平的量化指标。设计要保证高效服务的同时，又不能以加大投资、降低得房率为代价，要准确、合理、经济地确定电梯的数量、载重量和速度。
本项目为33层的超高层写字楼，实际办公楼层数为28层半（去掉裙房和避难层面积，裙房另有两组共四部电梯），标准层面积1980平米，得房率73%，每栋办公楼总办公面积为56420平米，采用10部客梯+2部服务梯配置，高、低区分在22F，分别为6部、4部客梯，平均每部客梯服务面积为5642平米。
根据经验，一部电梯大概服务4000~5000平米办公面积。查询资料《全国民用建筑工程设计技术措施》9.2.3条：一般办公楼1台额定载重量1000kg的电梯，服务面积可为5000平米；高级办公楼1台额定载重量1000kg的电梯，服务面积可为4000平米。得知按4000~5000平米/台配置的电梯为载重1t的，而本项目设计采用1.6t电梯，每部可以就服务6400平米，那么每个塔楼10部客梯足够了，是不是这样呢？笔者怀疑电梯的运量并不是简单地和吨位数成正比，于是我们请通力、迅达、三菱、日立等多个电梯厂家的工程师帮忙复核，并提供电梯分区建议，结果并不一致，但都不理想，只有日立电梯顾问的计算结果接近标准，并建议将1.6t电梯加大到1.8t就符合日本甲级写字楼标准，但这可能导致电梯招标的排他性，另外，各家计算的参数设置和评价标准差异较大，一些计算过程经过沟通仍然值得怀疑，使我们愈加迷茫，于是进行了一些实例调查统计如下表：
通过现场感受和调研得知，北京CBD万达广场的电梯配置标准明显过高；华茂中心三栋楼目前入住率几乎100%，经询问办公人员，即使二号楼在高峰期亦没有感觉到电梯配置不足的问题；世界金融中心的低区电梯配置不足，在中午高峰期需要在电梯厅外排队，并设电梯司机临时分单双号楼层以提高效率。究其原因，华茂中心跨国企业、大公司较多，多为整层出租，人均办公面积标准高，所以没有问题，而世界金融中心本身配置标准较低，加之低层租金相对低，进驻的以小公司为多，人员密度大，故而电梯配置显得不足。总体感觉，每部1.6t电梯服务5500平米左右是合理的，因此本项目的电梯配置应该没有大问题，一字型3.6米宽的电梯厅空间也宽敞大气。为进一步提高效率，塔楼主客梯拟采用智能选层控制系统，运程取消到地下的三层，利用裙房的两组电梯进行转换。另将每栋塔楼内两部服务兼消防梯的其中一部定义为载重1t的vip高速电梯，可从地下停车场到达各层，通过刷卡控制，以满足高端客户需求。
5.空调型式
甲级写字楼的空调运行费用占物业费较大比例，特别是在项目投入使用的初期，入住率不高的情况下，如何管理和收费是一个问题。而采用何种空调形式对核心筒布置、层高等都有影响，因此要在方案阶段即确定下来。我们对三种空调型式进行比较： 1.水环VRV热泵系统，在部分负荷运转时空调室外机可以按照室内机的需要提供冷量，水泵采用变频水泵，冷却塔也可以根据需要的负荷开启相应的台数，这样系统的功率也随着负荷的减少而减少。2.商用VRV系统，为变频空调系统，室外机可以根据室内机需要的负荷提供冷量。输入功率也相应的改变。3.中央空调系统，主机（离心机）在部分负荷运转时可采用变频调节，大效率会降低，低于主机最低要求时无法启动。 三种空调型式的综合比较列表如下：
结束语
通过对大连写字楼的调研了解到，世贸大厦、希望大厦、期货广场等传统的高端写字楼广泛使用中央空调，而采用VRV系统的中北大厦、罗斯福办公楼、友好大厦等项目则档次相对低一些，水环热泵系统也无新风，且初投资也较高。本项目按5A甲级写字楼打造，故选用中央空调系统。建筑设计并不是高科技含量的工作，但如能在安全、实用、经济、美观这四个基本要素间做到综合考虑，就能保证较高的设计质量。
目前，吉林银行大厦项目设计已完成初设，进入施工图，内装、景观、幕墙和夜景照明设计也全面展开。该项目拥有面积达6000平米临长江路的情景式廣场，拥有庄重大方的对称双塔体型和典雅的后现代立面细部，每栋塔楼面积达600多平米、挑高9.9m的首层大堂，10部智能化高速电梯加两部高速vip电梯及服务梯，敷设网络地板后2.7米净高的海景办公空间，以及裙房一至四层通透的中庭等特点和配置水平，无疑将是大连高端写字楼的代表。为了在吉林银行大厦后续施工图设计和施工过程中各专业的周密配合，我们该项目还第一次引进采用了BIM顾问服务。在幕墙、夜景照明等专项设计中，继续秉持科学论证的工作方法，步步为营，力保土建与各设备系统的有序交织，确保我们的方案效果完美地成为现实。
【关键词】超高层、结构型式、电梯配置、空调型式
中图分类号：TU97文献标识码： A
吉林银行大厦项目位于大连未来的中央商务区——东港区域的中心位置，项目占地面积1.8580公顷，容积率7.5 ，总建筑面积约18万平米，建筑密度45%，商办用地，拟建超高层5A智能化甲级写字楼。
大连市政府将东港区域构想为超高层林立的中央商务区形象，对本项目，原规划也是要求建设一栋240米超高层。经与市主管部门多次沟通，同意改为百米左右双塔。这一重大决策降低了实施难度，提高了建设速度，无论对本项目还是对东港区域的规划建设都是重大利好。笔者并不赞成过于追求建筑的高度：首先，城市基础设施能够承载的总体容积率是有限的，比如道路通行能力、电力、燃气、给排水的供应和处理能力等，超高层建筑过于集中，容易造成城市效率的降低和能源危机。其次，从技术角度来看，美国911事件反映了超高层建筑的安全问题。除了容易成为恐怖袭击的目标，结构安全、消防安全等一直都是超高层需要专门论证的课题，还存在动力安全问题，超高层建筑对电力的不间断供应要求非常高，一旦停电，电梯停驶，空调停开，甚至很多摩天大楼都未设可手动开启的窗户，后果不堪设想。再次，从经济角度来看，随着建筑高度的增加，因结构型式的变化，结构造价呈现跃升式的增加，设备和幕墙造价也会增加，而得房率等使用效率指标却往往降低。同样的社会财富，如果不为争高度，可以建设更多的城市空间。最后，从城市空间效果来看，城市天际线要有高低错落，突出重点，标志性建筑与一般建筑应有图底关系，才能产生正确的尺度感认知，我们对比伦敦、纽约、香港、上海等世界都市的天际线分析都能看出这点。通过计算机模拟东港规划的天际线可以看出，高度上可以分为明显的100米、200米、300米和一幢超过400米的高度层次，而本项目最终确定的主体130米、形象140米高给城市天际线增加了过渡的层次，同时，一栋塔楼改为2栋后又增加了该区域的“厚度”。
开发商要求该项目要高标准快速建设，力争在14年底竣工交钥匙。要求两个月内完成方案，尽快进入施工图，准备开工。回顾方案设计的过程，我们一方面在很多方向性问题上多向开发商、政府沟通，一步步明确，一方面在很多关键技术问题上进行了专题论证，使方案更科学、严谨、准确，降低风险。
1.布局与高度论证
这是项目设计一开始即进行的研究，我们组织相关专业、部门进行多因素的综合考虑。从100米为高层和超高层的分界、130米为大连地区抗震设防的框筒结构超限高度等角度，决定该项目按高度100、130、150米三种方案进行比较论证。为了保证在同等条件下体现出各方案的优缺点，特设定若干前提条件：塔楼均采用方形平面平行于南侧主干道按西北、东南错开布置，均要满足地上总建筑面积13.4万平方米，并采用四层整体裙房模式，将三种方案的总平面比较如下图：
用sketch up軟件模拟100、130、150米高的体型效果比较如下图：
设计采用PKPM的工程量计算软件STAT-S计算材料成本造价（不含施工成本）。将各因素综合比较列为下表（涂绿色为优项，涂红色为劣项）：
比较结论：
1.从总图布局来看，100米方案由于标准层及裙房面积过大，导致场地建筑密度偏大，建筑各主入口前无法形成适当进深的广场，交通组织不利，景观品质较差；另外两种方案建筑密度相对低，主入口前广场进深在24米至37米之间，使用舒适性大为提高。
2. 从立面效果来看，130米方案和150米方案双塔之间可以保持相对舒适的距离，形体挺拔；而100米方案塔楼面积过大，双塔之间形成交叉遮挡，几无缝隙，整体形态矮胖，规划报批难度较大。
3. 从综合比较表中可以看出，130米方案在跨度、梁高乃至层高控制和办公空间合理进深等方面有优势。
比选结论确定按130米高的方案推进。
2.结构型式
总高确定后，进一步专门研究选取合适的结构布置型式。本项目标准层面积偏大，导致正常的框筒结构的内筒外框之间跨度较大，按结构设计经验，跨度超过12米梁高不易控制，将增加造价，为解决这个问题，提出两种方案：一是在内筒周围环形走廊的位置再设内圈柱，这样也可以解放内筒的剪力墙受力，使墙体减薄，同时内筒与内圈柱之间可不设梁，而仅用厚板联系，从而可以提高走廊的净高；二是将外框架柱内移，在保证内筒外框合理跨度基础上，超出的进深以出挑的方案解决，从结构力矩分布角度看，边跨出挑也是合理的。
标准层方案A-2（外挑板） 标准层方案A-1（有内排柱）
在此基础上，提前介入的施工单位又提出蜂巢芯密肋的结构型式和工艺做法，简言之，就是利用预制的蜂巢芯配合模板限定密肋梁格，代替传统的主次梁，主要目的是简化模板，从而提高施工速度。我们对这四种结构方案进行多因素综合比较，分析列表如下。
从表中可以看到，尽管蜂巢芯密肋结构梁下净高较高，但是不像梁板式结构可以利用梁窝空间布置风机，因而对控制办公区域2.8米净高没有优势；虽然有内圈柱的梁板结构的走廊梁下高较高，但是走廊下局部净高控制到2.4米也可以接受。对于室内空间的影响，通过对标准层办公布置研究来看，无论柱子靠外墙还是靠里一些，对室内影响是差不多的，当然柱子越少越好，特别是考虑到内圈柱子对首层大堂的效果和交通动线的限定更为不利。最终确定采用常规的梁板式结构，无内圈柱的方案。
3.柱网模数
确定柱网模数，不止从标准办公楼层考虑梁板布置和空间效果，还要考虑裙房的功能灵活性和地下室停车效率等方面。如图，在方案过程中我们以8.1米跨距柱网较好地满足了标准层的均匀柱跨和梁高控制等要求，但在结构专业深入计算后提出首层部分的钢筋混凝土柱子截面至少要1800X1000，同时提供几种代替方案见下表：
多出80辆停车，地上若按3万元/平米售价计算，地下增加的车位价值按每个1５万元，合计创造价值为２２５０万元，不划算。于是在钢筋混凝土柱的基础上比较8100、8700、9000、10800等多种柱跨，10.8米柱跨方案是丹下事务所根据日本的模数化组装的建造工艺提出来的，可划分为三个3.6米模块，模块包括吊顶板、电缆桥架、喷淋管线、空调管道和照明灯槽组成，由工厂制作，现场安装。10.8米柱跨使每边只有4根柱子，空间效果也较好，但是经过结构计算，结构造价也要增加约1000万，特别是地下室增加梁高，导致增加基坑深度，而项目上确定的基坑支护方案，深度几达极限。而且，丹下仅仅提出模数化建造的概念，在国内，这种工艺实施起来尚会遇到很多难题。最终确定了塔楼部分采用8700柱网，塔楼角部采用出挑的方案，可以使转角的窗景观视野不受阻碍，综合各因素，是最优方案。对裙房和地下室，除塔楼投影部分外，裙房部分亦采用8700柱网，以便空间组织上的连贯，此部分投影的地下室柱间净距较宽阔，亦适合当今越来越大的车型停车需要，而地下室不受地上制约的地方则采用8.4X8.1的柱网，停车最为高效。
4.电梯配置
电梯服务水平是办公建筑品质的重要考量因素。候梯时间和从唤梯至到达目的楼层的全程时间以及高峰期5分钟最大运客量是电梯服务水平的量化指标。设计要保证高效服务的同时，又不能以加大投资、降低得房率为代价，要准确、合理、经济地确定电梯的数量、载重量和速度。
本项目为33层的超高层写字楼，实际办公楼层数为28层半（去掉裙房和避难层面积，裙房另有两组共四部电梯），标准层面积1980平米，得房率73%，每栋办公楼总办公面积为56420平米，采用10部客梯+2部服务梯配置，高、低区分在22F，分别为6部、4部客梯，平均每部客梯服务面积为5642平米。
根据经验，一部电梯大概服务4000~5000平米办公面积。查询资料《全国民用建筑工程设计技术措施》9.2.3条：一般办公楼1台额定载重量1000kg的电梯，服务面积可为5000平米；高级办公楼1台额定载重量1000kg的电梯，服务面积可为4000平米。得知按4000~5000平米/台配置的电梯为载重1t的，而本项目设计采用1.6t电梯，每部可以就服务6400平米，那么每个塔楼10部客梯足够了，是不是这样呢？笔者怀疑电梯的运量并不是简单地和吨位数成正比，于是我们请通力、迅达、三菱、日立等多个电梯厂家的工程师帮忙复核，并提供电梯分区建议，结果并不一致，但都不理想，只有日立电梯顾问的计算结果接近标准，并建议将1.6t电梯加大到1.8t就符合日本甲级写字楼标准，但这可能导致电梯招标的排他性，另外，各家计算的参数设置和评价标准差异较大，一些计算过程经过沟通仍然值得怀疑，使我们愈加迷茫，于是进行了一些实例调查统计如下表：
通过现场感受和调研得知，北京CBD万达广场的电梯配置标准明显过高；华茂中心三栋楼目前入住率几乎100%，经询问办公人员，即使二号楼在高峰期亦没有感觉到电梯配置不足的问题；世界金融中心的低区电梯配置不足，在中午高峰期需要在电梯厅外排队，并设电梯司机临时分单双号楼层以提高效率。究其原因，华茂中心跨国企业、大公司较多，多为整层出租，人均办公面积标准高，所以没有问题，而世界金融中心本身配置标准较低，加之低层租金相对低，进驻的以小公司为多，人员密度大，故而电梯配置显得不足。总体感觉，每部1.6t电梯服务5500平米左右是合理的，因此本项目的电梯配置应该没有大问题，一字型3.6米宽的电梯厅空间也宽敞大气。为进一步提高效率，塔楼主客梯拟采用智能选层控制系统，运程取消到地下的三层，利用裙房的两组电梯进行转换。另将每栋塔楼内两部服务兼消防梯的其中一部定义为载重1t的vip高速电梯，可从地下停车场到达各层，通过刷卡控制，以满足高端客户需求。
5.空调型式
甲级写字楼的空调运行费用占物业费较大比例，特别是在项目投入使用的初期，入住率不高的情况下，如何管理和收费是一个问题。而采用何种空调形式对核心筒布置、层高等都有影响，因此要在方案阶段即确定下来。我们对三种空调型式进行比较： 1.水环VRV热泵系统，在部分负荷运转时空调室外机可以按照室内机的需要提供冷量，水泵采用变频水泵，冷却塔也可以根据需要的负荷开启相应的台数，这样系统的功率也随着负荷的减少而减少。2.商用VRV系统，为变频空调系统，室外机可以根据室内机需要的负荷提供冷量。输入功率也相应的改变。3.中央空调系统，主机（离心机）在部分负荷运转时可采用变频调节，大效率会降低，低于主机最低要求时无法启动。 三种空调型式的综合比较列表如下：
结束语
通过对大连写字楼的调研了解到，世贸大厦、希望大厦、期货广场等传统的高端写字楼广泛使用中央空调，而采用VRV系统的中北大厦、罗斯福办公楼、友好大厦等项目则档次相对低一些，水环热泵系统也无新风，且初投资也较高。本项目按5A甲级写字楼打造，故选用中央空调系统。建筑设计并不是高科技含量的工作，但如能在安全、实用、经济、美观这四个基本要素间做到综合考虑，就能保证较高的设计质量。
目前，吉林银行大厦项目设计已完成初设，进入施工图，内装、景观、幕墙和夜景照明设计也全面展开。该项目拥有面积达6000平米临长江路的情景式廣场，拥有庄重大方的对称双塔体型和典雅的后现代立面细部，每栋塔楼面积达600多平米、挑高9.9m的首层大堂，10部智能化高速电梯加两部高速vip电梯及服务梯，敷设网络地板后2.7米净高的海景办公空间，以及裙房一至四层通透的中庭等特点和配置水平，无疑将是大连高端写字楼的代表。为了在吉林银行大厦后续施工图设计和施工过程中各专业的周密配合，我们该项目还第一次引进采用了BIM顾问服务。在幕墙、夜景照明等专项设计中，继续秉持科学论证的工作方法，步步为营，力保土建与各设备系统的有序交织，确保我们的方案效果完美地成为现实。