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□ 本文发布于
2000-09-12 13:48:53

□ 阅读次数:11862

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能源、生态、建筑

帝国大厦改建及新能源概念

周有芒、水润宇编译

本文主要介绍了世界著名建筑师福斯特在德国帝国大厦改建工作中对玻璃穹顶的设计思考及在能源再生利用方面的独特设计。

把德国议会由波恩迁到柏林,回到帝国大厦原址的决定一出,就围绕着这个决定组织了设计竞赛。把原帝国大厦改建为新议会大厦的设计工作必须实现以下四项目标:体现新德国议会作为世界上最大的民主论坛之一的特殊意义;使政府决策程序更加容易接近,感觉就像是在自己身边一样;理解历史造就了建筑,也造就了民族的生命;是对未来建筑所不可缺少的低能耗、亲环境原则实施的承诺。

1992年在将帝国国会大厦作为德意志联邦议会的新地址而实施的设计竞赛中,福斯特设计事务所是德国以外指名参赛中的14组建筑师及事务所之一。1993年经过第2次筛选,最终决定由福斯特设计事务所担当设计,并于1995年7月,由法国艺术家用布将整个大厦罩住后便开始了再建工作。


图1.帝国大厦夜景,直到1989年,柏林墙就立在该建筑的旁边



图2.夜晚,内部光线由玻璃圆顶溢出。福斯特将其比喻为“灯塔”。



图3.圆顶高23.5m,直径40m,使用钢材700吨。玻璃为内夹乙烯树脂的双层强化玻璃。



始建于19世纪的帝国大厦受战争的破坏和不断翻建,穹顶已于50年代中被拆毁,各立面饰面是60年代修复的,在修复过程中很多装饰部分丢失了。一些具有重要历史意义的房间虽然没有被破坏,但被贴满了石膏板和有毒的石绵板,已经完全改变了面貌,必须拆除。

首先是将历史积层一层层剥去,终于,旧帝国大厦的骨架显露出来,逝去的时光清晰地印在上面。19世纪风格的线条装饰断片、石工做的标记、60年代以后修缮裂缝的痕迹、战争的爪痕、1945年苏军攻克柏林时的苏联军队士兵用粉笔在上面的胡乱涂写,都一一呈现在眼前。它使我们知道了历史的回响,过去的记忆被原样保存下来。旧帝国大厦成了德国历史的活生生的博物馆。经过这一系列的工作使我们明确地意识到我们所创建的新的室内空间应与从过去的空间谐调,所有的工作都应服从这个精神。其结果,在建筑表现上我们采取了将以前老的部分与新部分连接,并且使经过修复的场所一目了然的手法,使建筑所经历的历史沧桑就像是一本可以拿到手中阅读的书一样。

改建后的议事堂恢复了将门窗细致地排列在一根轴上的做法,这是从一直因袭下来的条理中得到的启示。但是在其它方面却大胆地离开了原型,将自然光引进整座建筑,并使大厦的远眺效果更好。改建设计中还大量使用了玻璃,虽处于石结构的巨大壳体之中,旧议事堂中的透明的新建部分可以使外界清楚地看见那里面所进行的一切活动。


图4.能源图



图5.圆锥体贯穿会场吊顶部分的直径为2.5m,最上部直径为16m。




图6.圆顶的正下方。2层的标高是联邦议会会场。由圆顶射进的自然光被反射到整个会场。



图7.由新闻大厅也可以俯视议会会场



更易接近一般市民,开放政治程序这二点是建筑师在设计中时刻不忘的。因此,进入议事堂时,市民也好,政治家也好,所有人通过同一通道,具有特别的意义。另外,将建筑物西侧石阶之上封闭的原入口打开,从这里一进入建筑物,联邦议会议长及首相的席位立刻就飞入眼帘。

在接下来的平面布置上,作为主要部分的主会议场在具有历史色彩的2层部分重现——这里是建筑物的真正中心空间,3层由总统及联邦参议院使用,4层为政党会议室及新闻大厅。即使是在议会闭会期间,4层也是人来人往充满了活力,避免使建筑物回复到死一般的寂静。

除了这些发挥议会功能的楼层,一上到屋顶平台就是任何人都可以使用的公共空间,穿过该平台就是供参观者使用的餐厅及穹顶。穹窿内部有一对螺旋楼梯通向了望台,可以了望全市景色。而螺旋楼梯象征性地表示普通人正上升到自己的政治代表之上。夜幕下垂,主会场的灯光照射在覆盖在它上面的穹窿顶部的玻璃圆盘上,光芒四射,整座建筑物就像是一座灯塔,使人们感觉到德国民主主义的前进路程充满了自信和活力。

重用外国建筑师建造一个集中了国家立法部门的建筑物,顾问也来自世界各地,大家团结合作实现这个设想,这无疑是进步、开放社会的证明。

能源概念:

今日德国以环境立法完善和鼓励能源再生利用的积极、负责态度,走在世界前例。因此,改建计划从一开始就定下了目标,在这座表现德国民主政治顶点的建筑物各个方面都应向世人证明,这是一座完全符合环保要求,无污染的建筑。为此,由福斯特设计事务所、Kaiser Bautechnik及Kühn Bauer事务所组成了设计队伍。并且,德国联邦政府也以合同形式,就实现高效率能源建筑归纳了概要。此外,欧洲委员会也表明了一如既往的强大支持,决定在财政方面对修建更具环保性的典型建筑做出了贡献。

在改建帝国大厦的设计中,广泛使用了将自然采光及通风联合发电及热回收组合起来的系统,由此可用最少量的能量、最低的运转费用取得最大效果。由于新议会大厦本身所需要的能量较少,因此,还可以作为地区的发电装置,在政府机关集中的新街区向邻近建筑供电。

在议会大厦上新加的圆顶,瞬间就成为柏林的标志。在其内部设有2条螺旋状的通路,来访的一般市民可以由此上到设在主会场正上方顶上的了望台。该圆顶既与能量生成有关,又有独自开发的照明,是节能的关键所在。而且,对外又可以传达该设计所突出的明亮性、透明性、透过性及公众通路这些主题。贯穿其中心的是称为光雕塑的类似圆锥体的结构,其凹面不仅有分散光线如灯塔那样的作用,而且,表面带有角度的镜面可以将水平方向的自然光反射到主会场内。与此配合,可动式遮阳板由于可以随着太阳的变动而移动,避免了直射阳光的热度及晃眼的光线对室内的影响。在冬季及夏季的早上和傍晚,当太阳的位置较低时,遮阳板就被隐蔽起来,于是,柔和的阳光射进室内,在地面上画出斑驳的花纹。到了夜晚,议事堂人工照明的光线反射到外面,整个穹顶光芒四射,给人以深刻印象。这样,柏林市民马上就能知道联邦议会什么时候在开会。

圆锥体在议会大厦的自然通风系统中发挥着重要作用。从这里将滞留在室内高处的暖空气排出去,同时,轴流风机及热交换器启动,从排出的空气中回收能量。室外的新鲜空气由建筑物西侧的门廊送入,以低速气流在议事堂内扩散,慢慢地到达各个角落,然后静静地上升,采用这种方式,使人在室内感觉比较舒适,不会感到气流通过,也听不到气流声。议会大厦的排风系统及穹顶内的遮光装置的驱动动力是由100片装有光电池的太阳能板产生的。太阳能板装在屋顶,可以提供最大输出约40kW的电力。窗子既可以自动开关,又可以手动,大部分房间都可以自然通风。这些双层窗是由可以保温的内侧玻璃窗及在按保护意义加工成薄片的玻璃板上装配上通风缝的外侧层构成的;二层之间形成空隙,内藏太阳光遮蔽系统,有了这样的双层建筑外表,再根据天气情况,按2~5次/小时进行通风。这种双层建筑外表在警备方面也可以保证高度的安全。内侧的窗子任何时候都可以打开,以利于夜间室温下降。

另外,还可以用灵活的方法保存能量。将建筑物本身固有的热量作为能量积蓄起来,以保持舒适的标准室温,并根据需要开动采暖或空调。这样,热负荷的最大值与通常的做法相比,约低30%。

60年代,议会大厦以石油等石化燃料作为动力,每年以7,000吨这一惊人的数量排出二氧化碳。现在若按同样方法对议事堂进行采暖的话,以1年为单位进行计算,则消费的能量可供5000个一般家庭住宅采暖。柏林的夏季酷热、冬季极冷,但是,由于该建筑物的热量很大,所以气温变化反应缓慢。因此,用被动系统就可以控制室温。

作为整个能源战略,设计上提出了先进的新方法,即使用植物油这种可完全再生的植物燃料。以精制植物油——海枣、油菜、向日葵种子做原料,由于植物可以储蓄太阳能,所以,可以把这认为是一种太阳能。使用这种可再生的天然能源,能够长期大幅度减少二氧化碳的排出。植物可以完全吸收在植物燃烧时所产生的二氧化碳。燃烧这样的油脂,与以前的能源相比,不仅非常清洁,而且效率也高。使用这种方法,整个议会大厦设备的二氧化碳排出量可以削减94%。经过估算,采暖、空调一年所产生的二氧化碳量只有440吨左右。

发电装置运转时产生的余热被运到建筑物地下300m处的天然含水层储备起来,一点也不影响地上的自然环境。冬季,将储备的热水吸上来加热建筑物。热水还可以用来运转生产冷水的吸收式冷却装置——如冷藏库。然后,再把所生产的冷水保存到地下,待气温上升时再用泵抽回建筑物内,冷却吊顶降低室温。

经过如此改造的议会大厦通过毫无浪费的、回收利用宝贵的天然资源,创造出四季舒适的环境。与其消费能量,不如供给能量,让公共建筑自身恢复环境平衡这一设想,表现了议会大厦所具有的乐观主义。成为以可持续发展为目的的生动一例。

该建筑基本数据:
造价:600,000,000德国马克 总面积:61.166平方米
长度:137.4米 宽度:93.9米
高度:47米 层数:6层+穹窿
光雕塑(锥体):
重300吨,基部2.5米,上部扩致16米,外覆360块高反射玻璃镜,计算机控制日光跟踪可移动光板,由光电电池驱动。

穹窿:
高23.5米,直径40米,重1200吨,3000平方米多层安全玻璃,采用中间夹乙烯基箔片双层玻璃。玻璃板最大尺寸5.1米×1.80米净宽1.6米的螺旋坡道对穹顶起到加固作用,一体化的锥体和穹顶构成一个精巧的结构。所有部分都悬挂在外部结构上。了望台高度40.7米。

生态特性:
会议厅中采用自然通风,新鲜空气在烟囱效应的作用下,经锥体送下。热交换机可再生由穹顶排出的热量。“智能窗”,分内外两层,内层手动,外层可通过通风缝引入新鲜空气。发电机燃烧植物性燃料,产出清洁电能,每年减少二氧化碳排放94%。过多的热量存储在自然蓄热体中,可用于提供供暖热水。冷水存储在地下,在炎热季节,通过制冷天花板进行降温。南侧屋面上安装300平方米光电电池

其它:
约750个席位,每位议员都有座位,按党派划分安排,屋顶设餐厅,供议员、新闻人员和公众使用,会议厅的拱腹周围的回廊中设新闻室和酒吧,由此可以看到会议的进程。

(本文译自1999.8《建筑与都市》和1999 8-9《日经建筑》)

生态建筑的一个尝试
张福贵 毕巧巍
摘 要:作者利用所研制出的一种既节约能源,又能降低工程造价的装配式轻型砖,设计出了(并即将进行施工)能保护环境变废为宝、且具有目前国内外墙体孔洞率最大(80%)的试验性房屋,从而对生态建筑进行了尝试。
关键词:装配式轻型砖 环境 生态建筑

最大限度地少耗能源,避免破坏环境,同时尽可能地变废为宝,这是当今建筑工作者应当遵循的原则。即将用装配式轻型砖砌筑的墙体孔洞率为80%的试验性房屋,就是朝着这样的生态建筑方向努力的一个尝试。

众所周知,墙体在房屋建筑中,无论在使用材料的数量上,还是在工程造价上,都占有相当大的比重。墙体孔洞率的增大,墙体自重则减轻,这不仅可以降低墙体自身的造价,还可以使整个建筑物起承载作用的梁、柱及基础截面减小,因此可以降低整个工程造价。
 
笔者经过4年多的努力,研制出了一种既节约能源又施工方便的装配式轻型砖,用它可以砌筑成具有足够强度且孔洞率为80%以上的墙体,而用目前世界上最大孔洞率的砖(即孔洞率为60%~70%的法国、意大利等国生产的12孔薄壁砖)所砌筑的墙体的孔洞率仅为60%左右。本装配式轻型砖的孔洞率为80%(或以上)意味着,用一块普通粘土砖的材料制成的装配式轻型砖,可起到5块(或以上)普通粘土砖的作用,这主要是由于此法将有限的材料,合理地放置在墙体内外侧的受拉、受压区及加强墙体横向刚度的连接上。

当然,本装配式轻型砖除了采用普通粘土砖的粘土材料外,也可以采用工业废料,像粉煤灰、炉渣等。还可以作成非烧结的装配式轻型砖。

由本装配式轻型砖的诸部件(内、外横板;侧板;顶板)组成标准单元砖,由若干块标准单元砖组成砖链,由若干层砖链组成本装配式轻型砖的墙体。

为了变废为宝,避免或减少对环境的污染,所以应尽可能地利用工业废料。本次用装配式轻型砖砌筑的试验性房屋墙体的保温隔热材料,就是利用了电器产品包装用的废弃物——白色泡沫,将其简单切成片状,置于墙板中间,再在泡沫与内外墙板之间加入或不加入炉渣等材料。除了此法以外,也可以将白色泡沫废弃物,经过简单处理,加工成带有企口的保温隔热材料板,随着本装配式轻型砖墙体的砌筑,也将其逐渐装配成功。还可以采用珍珠岩或工业废料,像粉煤灰、炉渣等,将它们作为保温隔热材料,直接用在墙体的孔洞内。

笔者本次之所以利用白色泡沫这一废弃物,目的在于想摸索出一条变白色污染为房屋的保温隔热材料的新途径。

本装配式轻型砖用于框架结构的填充墙时,可以省略框架结构的钢筋混凝土梁及柱的模板支护工序。这是由于在钢筋混凝土梁及柱所在的位置上,可以利用本装配式轻型砖墙体内的孔洞直接绑扎钢筋,然后浇注混凝土。因此既节约模板,又可加快施工进度。

又由于本装配式轻型砖的诸部件皆较薄,因此制坯时要质地密实,烧结后的强度要较高,耐久性自然也好,故可将其裸露于外界,作为装饰砖直接砌筑成清水墙体,这可以大大降低墙体部分的工程造价。图5是用本装配式轻型砖砌筑的又一种清水墙体式样。


图1 内、外横板的连接(中间带挂钩者为内横板)




图2 侧板与横板的连接




图3直角墙体部分内、外横板与侧板的连接(侧板分为整侧板与半侧板)




图4 用本装配式轻型砖砌躲藏的墙体构造




图5 用本装置式轻型砖砌筑



即将施工的本装配式轻型砖试验性房屋的设计方案中,也尽可能地利用了自然光线:设计了简单可行的随四季变化的采光天窗、天井;在顶层又考虑了利用太阳光线的植物棚架;在植物棚架内又设计了可利用太阳光使水增温的小型游泳池(其内又可养鱼)。在一层带有天井的方厅下方设计有人造小山,并且有水、有草、有鱼。

图6是即将用本装配式轻型砖砌筑的试验性房屋的设计方案正立面图。


图6 试验性房屋的正立面(方案)



综上所述,笔者就以下方面对生态建筑进行了尝试:
1.研制了可以使砌筑的墙体孔洞率达到80%以上的装配式轻型砖,既减轻墙体的自重,降低整个工程造价,又节约能源,同时也减少了对环境的污染。
2.利用电器产品包装用的废弃物——白色泡沫或其它工业废料作墙体保温隔热材料,也节约能源,减少对环境的污染。
3.本装配式轻型砖作为装饰砖,直接砌成清水墙体,节省了墙体外表面的粉饰材料,在节约了能源的同时,也大大降低了墙体部分的工程造价。
4.本装配式轻型砖用于架结构的填充墙时,可以省略框架结构的钢筋混凝土梁及柱的模板的支柱工序,这既节约模板,减少对环境的破坏,又可加快施工进度。
5.尽量创造一个人同动物、植物、阳光、空气和水相融合的环境,使人们的重要的栖息场所——家,达到活生生的状态。

本装配式轻型砖的有关技术已申请了国家专利。目前笔者正在有关单位的支持下,努力将本装配式轻型砖尽快推向市场。若在不久的将来,在我国的建材市场上,本装配式轻型砖作为一种新型的绿色建筑材料出现,将是笔者最大的欣慰。

参考文献:
[1]张福贵、张晓光,装配式轻型砖的研制,《中国建材》,1996.2
[2]张福贵、金利权,装配式轻型砖的孔洞率及同其它类型砖的比较,《中国建材》,1996,4
[3]张福贵、金利权,装配式轻型砖的承载力,《中国建材》,1996.5

作者
张福贵(大连铁道学院交通运输工程学院)
毕巧巍(大连铁道学院交通运输工程学院)
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