上海中心大厦公共区域环境运维效果动态评估分析

孙 峻，李鹏魁 ，梁 云（.上海中心大厦建设发展有限公司， 上海 000；.上海市建筑科学研究院有限公司，上海 008）

上海中心大厦积极响应国家“碳达峰、碳中和”重大国策，作为超高层摩天大楼，是一个资源高度集约化、能源高度节约化，实现人、建筑、城市与自然和谐共存的绿色城市标志性建筑。项目在运维管理阶段，志在构建“环境分析—性能优化—智慧运管”的绿色高效模式。项目将建立超高层建筑节能精细化管理信息平台，利用大数据手段制定节能相关优化策略，为超高层楼宇的精准化管控、运营成本节约等方面提供数据与策略方面的技术支撑与应用示范。

结合上海中心大厦项目绿色高效运维管理模式中的环境分析，对项目公共区域 52 F 中庭温度垂直梯度和走廊区域照度进行实际测试，分析其公共区域中庭温度垂直梯度和公共区域走廊照度的实际效果，为上海中心大厦乃至世界上其他超高层建筑公共区域节能运行提供借鉴。

1 项目概况

上海中心大厦位于上海市浦东新区陆家嘴金融贸易区，是 1 幢建筑总高度为 632 m 的超高层建筑。该建筑地上 127 层，地下共 5 层，总建筑面积为 57.8 万 m2，是集办公、餐饮、商业、酒店、观光、休闲、娱乐为一体的超高层综合体。

2 项目绿色技术理念

项目秉持垂直城市全过程可持续发展理念，提出“体现人文关怀、强化节资高效、保障智能便捷”的绿色超高层建筑技术特色理念，以实现“室内环境达标率 100%、非传统水源利用最大化、可再循环材料利用率超过 10%、绿色施工和智能化物业管理”为技术目标，寻求破解超高层建筑发展过程中面临的“环境、交通、资源与心理”等技术难题。通过十余年的不懈努力，最终在节地与室外环境、节能与能源利用、节水与水资源利用、节材与材料资源利用、室内环境质量、运营管理等绿色建筑指标体系方面全部达到三星级绿色建筑的技术要求。上海中心大厦最终成为世界超高层绿色建筑的典范。经过系统的技术攻关，产生了大量的创新性技术，其中与超高层建筑特征密切相关的、有典型性的、创新性突出的技术可汇总为 9 大技术体系[1]，包括室外风环境影响控制技术、室外光污染控制技术、幕墙节能技术、多能源复合技术、雨中水回用技术、结构优化技术、自然采光强化技术、绿色建筑施工全过程管理技术和基于 BIM （建筑信息模型）云平台运管技术。

2.1 室外风环境影响控制技术

优化上海中心大厦平面布局，提供舒适的室外人行区风环境，改善周边建筑群的微气候风环境，是上海中心大厦管理必须解决的主要问题之一。

上海中心大厦除采用风洞试验研究风对建筑负荷的影响之外，还借助于计算机 CFD（计算流体动力学）模拟手段，对全年各季节主导风向情况下的室外风场进行了模拟计算分析。模拟分析过程采用局部加密，网格总数≥189 万个。

通过对上海中心大厦全年各季节主导风向情况下的室外风环境模拟分析发现，在典型工况下，上海中心大厦人行区1.5 m 高处风速＜ 5m/s，风场基本无涡流、滞风现象，满足室外活动的舒适性要求。

2.2 室外光污染控制技术

上海中心大厦塔楼地上 127 层，高度 632 m，采用内外分离的全玻璃幕墙构造方式，必须进行幕墙玻璃光反射影响控制，以降低建筑对周边光环境影响程度。

根据模拟分析结果，上海中心大厦建筑外幕墙确定选用交错方案。为控制玻璃的太阳光反射比，上海中心大厦外幕墙最终选用 12 mm 超白玻璃＋Low-E 透明 SGP 胶片＋12 mm 超白玻璃组合，玻璃可见光反射率被控制在 12%以内。

2.3 幕墙节能技术

为解决常规玻璃幕墙建筑能耗高、室内热舒适环境较差的问题，针对上海中心大厦提出一种新型内外 2 层分离式玻璃幕墙的幕墙构造方式。2 层幕墙之间天然形成生物气候缓冲区，通过外幕墙控制太阳辐射、内幕墙控制热量交换，再配合多种遮阳手段，可直接减少内幕墙以内区域和外界的直接热交换，全面提升幕墙的气候自适应能力，建筑供暖与空调能耗需求得到有效降低。此外，双层幕墙还具备降噪隔声功能，能屏蔽一部分的雷电轰鸣及外界噪声，给内层幕墙内区域活动的人们提供安全感和静音环境。

2.4 多能源复合技术

为提升建筑能效水平，节省建筑能源运行费用，上海中心大厦引入三联供和地源热泵技术，创建了“三联供＋吸收式制冷＋电制冷＋地源热泵＋冰蓄冷＋燃气锅炉＋免费供冷”的多能源高效复合系统。

为实现多能互补能源梯级利用系统的高效低成本运行，通过对上海中心大厦进行全年建筑冷热负荷、电力负荷和热水负荷需求分析，并结合空调全年部分负荷需求下的运行策略分析，最终实现了设备系统的优化配置。

2.5 雨中水回用技术

为有效节约水资源，上海中心大厦采用了建筑雨中水综合利用技术。项目塔楼建筑面积大，酒店有充足的优质杂排水，项目收集酒店优质杂排水用于中水处理回用，同时收集塔楼立面屋面雨水，经处理后回用于低区办公楼、裙房、地下室的冲厕、绿化浇灌、道路和地下车库冲洗等。

本项目中水原水收集、处理系统分为 2 套，一套设置在66 F，负责收集处理 66 F 以上的中水原水；另一套设置在 B 5，负责收集处理 B 5～65 F 的中水原水。66 F 中水储水箱通过传输泵向 83 F 中水箱供水，然后利用重力减压方式向下供水，B 5 中水储水箱通过传输泵向 6 F、20 F、35 F 中水箱供水，然后利用重力减压方式向三、二、一区裙房、地下室厕所、地下室冲洗地面、室外绿化浇灌、室外场地冲洗及水景补水。

2.6 结构优化技术

为实现建筑几何造型的最优化设计，上海中心大厦借助风洞试验对大楼外形进行了多轮空气动力学优化，最终确认建筑整体扭转 120° 是上海中心大厦美学与风工程学的最佳结合点。风洞试验显示，优化后最终确定的几何造型，以基底倾覆弯矩为指标，与最初设计造型相比，风荷载降低约24%。

2.7 自然采光强化技术

为营造良好的天然采光环境，上海中心大厦项目主要采取了以下措施。

（1）主要功能区全部布置于外区，优化室内房间布局。

（2）建筑外围护主要采用玻璃幕墙，并采用透光性能良好的玻璃，实现室内天然采光的效果。各朝向外幕墙的可见光透射比达到 84%，内幕墙的可见光透射比为62%～84%。

（3）利用下沉式广场，引入自然光。

天然采光效果采用 ECOTECT （可持续建筑设计及分析工具）建模，采用 Radiance 进行模拟分析。计算过程中，采用蒙特卡洛算法优化反向光线追踪算法，计算条件根据GB 50033—2013《建筑采光设计标准》设定，对采光最为不利的低楼层办公标准层和酒店客房进行了分析，该项目满足现行国家标准 GB 50033—2013 要求的面积比例—达到 95.2%。

2.8 绿色施工全过程管控技术

上海中心大厦建设周期长，施工要求高。为确保绿色建筑三星级目标的实现，从施工伊始即引入全过程施工跟踪管理体系，制订专人负责绿色施工管理并定期评估的方案，在施工过程中最大程度优化施工方案，降低对周边环境的影响。施工过程中形成的创新性技术成果有：① 形成钻孔灌注桩新型成桩工艺体系；② 采用塔楼顺作、裙房逆作施工工艺；③ 主楼底板 60 000 m3混凝土一次浇筑成型；④ C 60 实体结构混凝土一次泵送 582 m；⑤ 主楼核心筒钢平台整体液压爬升施工；⑥ 主体结构与外围柔性连接滑移支撑体系；⑦ 全过程数字化建造技术应用等。

2.9 基于 BIM 云平台运管技术

上海中心大厦充分发挥了 BIM 技术。

（1）在设计阶段，各参与方通过 BIM 平台进行图纸交接，通过 BIM 实现参数化设计、可视化设计、协同化设计和定量化设计，独特的玻璃幕墙体系 120° 的扭转，外幕墙玻璃尺寸的归一化处理，都借助于 BIM 设计模型的实现。

（2）施工过程中，充分发挥 BIM 的三维空间模拟功能，结合时间进度安排，实施了构件预加工、数字化预安装、精细化施工、现场检测监控以及控制施工成本和工程进度。

（3）运行阶段，上海中心大厦在原有施工 BIM 的基础上，整合中央集成管理系统（IBMS）和物业实施管理（FM），形成了基于 BIM 的云平台运管体系，实现设备设施实时数据的联动展示，为物业管理等工作提供了统一的信息，形成了运营阶段的智能化＋信息化应用雏形，并在此基础上实现 BIM 运营模型应用、设施设备统一编码、物业巡检管理应用、宏观中观微观的面向角色管理、基于场景的调度决策管理等应用。

3 项目建成环境及运维效果动态评估分析

3.1 52 F 中庭温度垂直梯度测试

在项目运行阶段，项目团队对 52 F 西向中庭温度垂直梯度进行测试。

（1）测试目的：通过对中庭垂直梯度测点的温度数据采集，了解上海中心大厦中庭的垂直梯度温度特征。

（2）测试时间：选定晴朗天气，测试时间从 9：00 到17：00，对应于商务办公的主要工作时间段。

（3）测试工具：氦气罐、气球、温度自计议、绳子和卷尺。

（4）测试精度：±0.6 ℃。

（5）测试量程：﹣30～60 ℃；

（6）测试方法及内容：采购氦气罐 2 个、定制氦气球1 个、绳子 1 根和温度自计仪 17 个。现场使用氦气罐对氦气球进行充气，氦气球顶部绑定 1 个温度自计议，同时将 16个温度自计仪按测点位置绑定在 1 根绳子上，绳子系在氦气球下方，利用氦气球将绳子拉升至中庭顶部，对中庭内垂直梯度空气温度进行测量。在中庭未开空调工况下测试 1 d。

（7）测点位置：测试 5 区西向中庭。5 区中庭高度为64.7 m。中庭垂直梯度设 17 个测点。测点具体位置：高度方向 1 m、2 m、3 m 各设置 1 个，共 3 个；3 m 以上每层高 1.5 m 处设一个测点，共 13 个；顶部设一个测点。测试结果如图 1 所示。

由图 1 可知，总体上，无论任何时间段，中庭的温度均呈现出随高度增高而升高的趋势，符合高大空间温度场分布规律；0～7.5 m 高度范围内的温度升幅较 7.5 m 以上空间更为明显，经分析可能是由中庭门缝有相对较多的冷空气渗入并积聚在底部空间导致。本次测试的中庭位于大厦西侧，中庭最高温度出现在 15:00～ 16:00 的时间段，10:00～16:00 温度升高趋势总体较平稳，但 16:00 过后总体温度快速下降。测试当天天气为多云，太阳辐射体感不明显，但仍能为中庭底部到顶部带来 5～6 K 的温差，若测试季节为夏季晴好天气，考虑中庭底部门缝冷气渗入，中庭底部到顶部可能会有更高的温差。上海中心大厦中庭空调运行策略可根据测试结果进行精细化调整，在冬春过渡时期，中庭人行区不开空调也可以满足人体舒适度要求。

3.2 走廊区域照度测试

在项目运行阶段，项目团队对公共区域走廊进行了照度测试。

（1）测试目的：测量上海中心大厦走廊部分正常工况下照度值，并与设计值进行对比，确定照度产生与设计值偏差的因素。

（2）测试范围。办公区- 转换层：37 F、52 F 西侧大堂及其他方向走廊；标准层：38 F、53 F 西侧大堂及其他方向走廊；设备层：50 F、66 F 四周走廊。

地下室—商业区：B 2 F、B 1 F 北侧走廊。设备房：B 1 F、B 2 F，Y 7 Y 8 电梯厅临近走廊。

（3）测试工具：照度护照—标准版、卷尺。

（4）测试精度：±3%。

（5）测试量程：5～50 000 lux。

（6）测试方法及内容：转换层与标准层大堂中央区域选取 5 m×5 m范围，并划分成 1 m×1 m 方格。测量每个方格中心处贴近地面的照度，所有方格照度取平均值。走廊区域选择沿中心线，每 2 m 测量一次地面照度，求平均值。

B 2 卸货平台通道和 36 F 避难层走廊平均照度测试结果较 GB 50034—2013 中普通走廊照度偏高。卸货平台通道和避难层走廊墙体均为简单刷白，反射率较高，有利于保障地面照度。可在现有基础上适当关闭部分灯管，使照度仅满足50±5 lux 即可。

10 F 和 36 F 核心筒外走廊平均照度测试结果较 GB 50034—2013 中高档走廊照度偏高。可通过调节格栅尝试使照度达标，但调节格栅无法带来节能效果，亦可通过减少灯珠以达到节能的效果。

37 F 和 52 F 转换层扶梯旁走廊平均照度测试结果较 GB 50034—2013 中高档走廊照度偏高。转换层扶梯旁的大空间走廊周边存在部分敞开式商业，部分测量点位受其影响导致照度高，可考虑借助这一部分租户区的照明来减少灯管开启的数量以达到节能的效果。

4 结 语

（1）通过对上海中心大厦 52 F 西向中庭温度垂直梯度的测试发现，中庭的温度呈现出随高度增高而升高的趋势，0～7.5 m 高度范围内的温度升幅较 7.5 m 以上空间的更为明显。在冬春过渡时期，中庭人行区不开空调也可以满足人体舒适度要求。

（2）对走廊区域照度测试。公共区域走廊照度较标准偏高，可采取减少核心筒一侧灯带中灯珠数量、减少灯管开启数量等措施，达到公共区域照明节能运行的目的。