科研建筑的低碳创新实践——北京自贸区创新服务中心设计探索

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尚文昊

SHANG Wenhao

中国中元国际工程有限公司建筑师

陈自明

CHEN Ziming

中国中元国际工程有限公司执行总建筑师

北京自贸区创新服务中心西区西立面

© 北京新航城控股有限公司

摘要：随着全球气候变暖、极端天气增加等问题日益严重，减少温室气体排放变得刻不容缓。建筑产业作为主要用能部门，在我国实现双碳目标中起着关键作用。建筑产业向绿色化、低碳化发展是必然趋势。建筑企业作为建筑实践的第一线，应该把握机遇，积极布局节能减排的新技术、新产品，才能保持企业的市场活力，实现高质量发展。文章通过回顾北京自贸区创新服务中心设计过程，介绍项目通过应用环保建材、创新模数化设计理念及“多站合一”的综合能源利用体系等措施，实现科研建筑在低碳建造背景下的创新实践。

关键词：低碳设计；环保建材；标准化建造

《2022中国建筑能耗与碳排放研究报告》数据显示，2020年中国建筑产业全过程碳排放总量为50.8亿t，占全国碳排放总量的50.9%。同时，建筑能耗数据显示，2020年中国建筑全过程能耗总量为22.7亿t标准煤当量，占全国能源消耗总量的45.5%。建筑产业碳排放和能耗总量均占总量半数左右，建筑产业减排是我国实现节能减排的双碳目标中的关键一环^[1]。

进一步查看详细数据可知，在建筑全过程碳排放总量中，28.2%来自建筑材料、21.7%来自运行阶段、1.0%来自施工阶段；在建筑全过程能耗中，建材生产阶段占比为22.3%、运行阶段占比为21.3%、施工阶段占比为1.9%。由此可见，建材生产、建筑运维这两个阶段的碳排放量和能耗量几乎等同于建筑建造全生命周期总量^[1]。

因此，以建筑作为减碳主体，需要着眼于全生命周期的节能低碳，从规划设计阶段着手，将绿色设计和运维理念贯穿始终。双碳背景下，建筑产业向绿色化、低碳化发展是必然趋势^[2]。在北京自贸区创新服务中心设计实践的过程中，如何应用新型环保建材、如何高效建造、如何降低运维能耗等问题成为了设计的重要考量。

1  项目设计背景及概况

北京自贸区创新服务中心项目位于北京市大兴区礼贤镇李各庄，紧邻北京大兴国际机场。项目用地分为东、西两个地块，一次开发建设，总用地面积为5.61h㎡，总建筑面积72,986㎡。

项目内容包含金融创新、产业孵化、展示接待、园区配套4个部分，其中金融创新版块以企业独栋和共享办公的形式为先期入驻自贸区的银行、基金公司、保险公司等机构金融总部提供办公场所；产业孵化版块落实自贸区政策，打造生命健康创新中心，重点发展先进医疗和前沿生物技术研究成果转化产业；展示接待区通过沙盘展示和其他科技手段，向宾客展示自贸区的整体规划情况；园区配套解决项目场地内员工住宿、餐饮及休闲生活需求，同时兼顾接待宾客功能。

项目功能分布充分考虑不同业态特性，西区主要布置金融商业类办公空间，毗邻主干道弘礼街，交通便捷、可达性高，可以为金融办公企业创造更佳的沿街商业形象，充分展现产业园区的商务特色；东区则以医疗服务和医药研发产业为主，功能集中、环境舒适，为研发产业提供更加静谧安全的科研办公环境，展现自贸区园区以研发产业为核心的价值理念。

东区鸟瞰 © 北京新航城控股有限公司

由于用地南北方向较窄，为了建筑空间取得均质良好的采光条件，建筑体块被分为南、北两个体量。建筑体量进深均为20m左右，可以在获得良好的自然采光效果的同时为园区创造舒适的庭院空间。用地北侧为城市公共绿地，建筑得以因地制宜、充分利用区位优势。建筑北侧设置室外出挑阳台和观景上人屋面，与中部景观庭院形成多层次的室外景观体系。建筑南侧现状为农业用地，视野开阔,由建筑内向外看可将优美的自然景观尽收眼底。建筑在城市沿街面形成更加完整的沿街形象，气势恢宏；在形体上稳中求变，增添了建筑空间的灵活性和多变性。

内廊采光 © 尚文昊

2  低碳建筑设计策略

2.1  新型环保建材的应用

聚碳酸酯板是一种综合性能极其卓越的可回收利用的绿色材料，具有透光率高、耐抗击强度高、质量轻隔音好、耐候性强、阻燃性好、抗紫外线等优点。相比传统的窗墙系统，在玻璃窗户数量保持相同的前提下，聚碳酸酯板幕墙能使室内光环境达到照度均匀的效果，可降低室内使用人工光源的频率。聚碳酸酯板的重量仅为同体积玻璃的一半，因此可以极大程度地节省工程项目中材料运输、装卸、安装和支撑等方面的费用。在满足透光性能要求的同时，聚碳酸酯板在保温节能方面体现出玻璃材料无法比拟的优越性。

但是，现阶段聚碳酸酯板在国内项目的外墙应用并不广泛，缺乏成熟做法和可借鉴经验。项目通过自主探索，广泛调研厂家和实际案例，总结经验改进聚碳酸酯板材安装节点。北京属寒冷地区，项目创新设计双层中空板材的构造形式，以满足对保温的要求，在满足国家及地方各项建筑规范的前提下大幅度降低施工成本，提升安装效率，缩短施工周期，同时在建筑美学方面营造舒适环保的办公与生活环境。在本项目设计应用中，根据斯维尔节能模拟计算，建筑北立面采用1:3的玻璃、聚碳酸酯板比例，通过传热系数为0.306W/㎡·K的聚碳酸酯板代替玻璃窗户，完全满足节能计算要求。

2.2  标准化建造的探索

北京自贸区创新服务中心项目业主就其设计和建造提出“四个当年”的任务目标，即当年设计、当年开工、当年完工和当年使用。为了实现这一目标，设计团队将建筑模数理念引入到设计当中，以标准化建筑模块作为设计基础进行模数化设计。项目整体被划分为西区、东区两个部分，分别由8个和10个标准化的模块单元组成，确定的模数单元从方案草图贯穿至方案设计、初步设计以及施工图设计的每个阶段，并将建筑模数运用到建筑、结构、水暖电等各个专业领域，相互协调，以践行标准化建筑设计理念。

为增加南向采光面、引入良好光照，建筑被分为南、北两个均质体量，退让出中部庭院空间为北楼南向创造良好的采光界面。均质体量统一的规模有利于高效化装配的标准化设计。因建设用地自西向东逐渐变宽，为使建筑更好地融入城市肌理，东区南楼建筑体块与边界平行布置，在满足建筑标准化设计的前提下，增添建筑形体与庭院空间的灵活性与多变性，探寻在标准化建筑设计语境下的创新可能性。

为增强建筑的普适性以适应不同科研单位的空间需求，建筑形体采用标准化的模块设计。各体块每层面积大约为800㎡，通过拆分、组合可以满足不同规模企业的需求，使建筑的适应性达到最大化。钢结构构件均采用标准化设计，节省材料、缩短工期，充分体现节能绿色的设计理念。建筑体块之间用公共交通核进行联系，空间关系明确简单，强化模块化建筑体量及空间，同时为公共空间创造良好的景观视野。

模块化设计理念  © 尚文昊

可供不同规模弹性使用的灵活平面布置 © 尚文昊

2.3一体化能源系统设计

综合考虑节能减排与投资成本，针对北京气候特征和场地条件，项目设立“多站合一”能源站，融合地源热泵、配电设备、光伏、能源控制平台等系统，实现电冷热和太阳能等多种能源的集约控制和高效融合。建筑屋面南向使用坡屋面，一方面创造出舒适的田园空间品质，另一方面可在屋面摆放光伏发电装备，使用清洁能源减少建筑能耗，体现绿色环保的设计理念

综合节能措施 © 尚文昊

3  结语

在双碳目标的实现过程中，建筑产业扮演着极其重要的角色，这对建筑从业者提出了实用、坚固、美观之上更高的要求，探索低碳高效的设计、建造、运维策略将成为未来建筑评价的重要考量标准。本项目中的低碳建筑设计实践经验，体现了新型建材应用与模块化设计的先进性，其影响贯穿项目始终，从初步设计概算评估到施工图深化设计各阶段，以及结构、机电一体化等多个领域。由于有特殊的工艺需求，科研建筑设计过程中的模数概念尤为重要，建筑师的前期介入与主动式设计使模数不再成为建筑设计的约束，而是在统一标准下提供了更加灵活和多变的设计手法。结合多专业、跨学科的节能减排策略，建筑产业向绿色化、低碳化的发展将会创造更高的价值。

参考文献：

[1] 中国建筑节能协会, 重庆大学. 2022中国建筑能耗与碳排放研究报告[R/OL]. (2023-01-04)[2023-03-01]. https://cabee.org/site/content/24420.html.

[2] 翟婷婷, 龚锐. 双碳背景下建筑业面临的机遇与挑战[J]. 居舍, 2022(19): 157–160.

本文图片均由作者提供

文字编辑 / 忻 运、严安妮

新媒体 /  李 根

校队 / 郭 晴

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