关于超高层建筑室外环境的设计分析

　　摘 要：对于超高层建筑来说，对室内外空间进行合理的规划、设计是十分重要的。因此，文章从光污染的控制、室外风环境的控制、立体绿化、空中室外平台、城市热岛效应的缓解简要分析超高层建筑室外环境的设计。 　　关键词：超高层；室外环境；控制 　　目前，城市建设已从平面上的扩展模式为主转变为立体上的发展模式为主。为了提高城市住宅的容积率，同时保证居民小区的日照、绿化及通风条件，高层及超高层住宅将成为城市扩展的主要方向。超高层的建造从很大程度上提高了同等面积下的土地利用率，但是也对施工、设计质量提出了更为严格的要求，同时超高层的室外环境的设计也是很重要的环节。 　　1 光污染的控制 　　超高层综合建筑外的围护往往大面积采用建筑材料中最为轻质的玻璃幕墙，而玻璃材质对可见光往往有极高的反射率，因此光污染是超高层城市综合体对其周边环境影响的一个重要因素，需要通过某些设计和措施，以减小对周边环境的不利影响。减小超高层综合对周边区域体光污染，主要有建筑主体体形的设计、维护结构构造、围护结构材料的选择等措施。在超高层综合体的规划设计之初就应将玻璃幕墙的反射光线对周边的影响考虑在内。对幕墙反射光线分析，可以尽量避免在某一时段内反射光对周边某区域过度集中，特别是避开如居住区等对环境影响敏感的周边区域。建筑几何形体以及朝向的选择会影响到玻璃幕墙的反射光的投射角度，因此在方案选择时，应考虑尽量将反射光方向偏离城市主要街道和行人的视线，而使反射光投向空中或空矿的区域。幕墙的细部构造也会在很大程度上影响反射光的强度和形态，例如上海中心大厦的幕墙设计就分析了平滑式与交错式两种不同的幕墙构造对周边的光污染情况，结果显示交错式构造相比平滑式构造，光污染的强度有明显的减少，因此最终选择了交错式的幕墙构造。相对于传统的平滑玻璃幕墙，交错式或鳞片式的玻璃幕墙构造在超高层综合体的设计中正越来越多地被采用，这是这种构造由于在光污染控制、减少热福射及通风等方面具有一定优势。在光污染的角度应该注意到，虽然麟片式的构造可以在避免反射光集中影响某一区域，使得反射的范围更为分散，也同时使得反射的方向更不规则和难以控制。外遮阳构造的使用也能有效地减少光污染，虽然这一构造的主要目的是改善室内的热环境及光环境。 　　2 室外风环境的控制 　　由于体量的关系，超高层综合体建筑对周边风环境的影响比一般建筑物更大。风在建筑体量周围产生的尾流效应、狭管效应等会使室外风速增大，风速超过一定值会使室外行人产生不舒适感（《超高层绿色建筑评价技术细则》中规定的是1.5m高处不超过5m/s），因此有必要考虑超高层综合体对室外风环境的影响。如伦敦瑞士再保险公司大楼的设计是一个考虑建筑形体对室外风环境影响的例子。建筑外形经过空气动力学的考虑，曲线形对周围气流产生引导，使得气流缓和地通过并具有向上的趋势，避免在周围产生强烈的下旋气流或祸流。相比传统以方体为基础的建筑形式，很多超高层综合体往往倾向采用流线型的体形，除了创造新颖形式的目的以外，这些形式主要考虑了空气动力学的原理，一方面减小风荷载，一方面可以将建筑体对周边风环境的不利影响降到最低。最后设计的结果往往结合了这两方面的考虑。 　　3 立体绿化 　　《超高层绿色建筑评价技术细则》中有“合理采用立体绿化方式”的评价项，立体绿化具有固定二氧化碳、改善屋顶与墙面的保温隔热性能的效果，同时也具有改善室内外环境的价值。超高层综合体的立体绿化需要温热、湿润气候条件，一般来说热带雨林气候的地区（如我国南部、东南亚地区）最为理想，在干旱或寒冷地区较难实现。位于法兰克福的德国工商银行总部大楼（Commerzbank Headquarters），世界第一座生态办公大楼，其特色之一就是利用了立体绿化技术。这个设计利用螺旋上升的通高中庭空间作为立体绿化的场所。根据中庭朝向的不同，分别选用了来自北美、亚洲和地中海的植物类型作为绿化。但从目前来看多数超高层综合体采用的立体绿化形式是结合空中庭院来实现如越南工商银行总部（Vietin Bank），或者在屋顶进行绿化，如意大利联合圣保罗银行办公楼（Intesa Sanpaolo Office Building）；对于高度越来越高以致外部环境不适于植物生长的超高层综合体，结合裙房或底层部分进行绿化是最有可行性的立体绿化方式。 　　4 空中室外平台 　　空中室外平台属于城市中人造程度非常高的空间，依赖于超高层综合体而存在，而且往往能够成为一个建筑乃至城市的特色。在关于空中城市的很多构想中，都出现了将城市室外可供人们活动地面环境提升至空中的意象，这是为了弥补城市竖向发展带来的不足，也为了创造新的城市公共空间的形态。当然这样的构想还需要考虑诸如高空寒冷、风速高等等不利的环境条件，以及其造价与收益是否成比的现实问题。与空中室外平台相对的是超高层综合体的空中庭院，这一要素在超高层综合体设计中被更广泛地使用。 　　5 城市热岛效应的缓解 　　超高层城市综合体体量巨大并且立体布置，容易大量吸收日照辖射，在夜间所吸收的热量又会散发到城市中；而且超高层城市综合体中设备和人员密集，本身包含了大量的热源；另外超高层综合容易阻碍气流通行，不利城市环境的散热。因此超高层综合体容易增加城市热岛效应，特别是在夏季不利于室外热环境。超高层综合体对于减小城市热岛效应目前尚未发现单独的显著措施，然而很多以其它目的为主导的绿色技术同时也能缓解城市热岛效应的形成。如减小能耗及改善室内环境质量的自然通风，能够减少超高层综合体空调系统的运行，从而减小超高层综合体对城市环境排放的空调散热。降低空调系统负荷的自遮阳或通过形体变化减少日照福射的手段，也减小了在夜间超高层综合体向城市散发日间储存的日照福射热量。利用可再生能源而在超高层综合体表面设置光伏太阳能板，使其所接受的部分日照辐射能转化为诸如电能等的其它能量形式，从而减小了对周围环境的热辐射。改善室内外环境的屋顶绿化、立体绿化、空中绿化等，让植物吸收了部分的日照辐射，而且增大建筑的热容以减小升温的幅度，也能超高层综合体减小热岛效应的程度。 　　6 结语 　　总之，超高层建筑的室外环境设计需要具有前瞻性，因为超高层建筑项目规模巨大，设计、施工到投入使用再到完全运转使用的周期往往较一般项目更长，因此要求在设计进行绿色技术方面的考虑时要具有一定的前瞻性。在技术、设计等方面不仅要立足与现在解决当下的问题，还要顺应各领域在未来的发展趋势。 　　参考文献 　　[1] 曹玉龙.超高层住宅设计的技术对应措施研究[D].湖南大学，2013. 　　[2] 何珏.超高层住宅居住舒适度研究[D].中南大学，2011. 　　[3] 周薏，崔海洋.论高层建筑设计中的外部尺度关系[J].中外建筑， 2001（2）.