低碳世博

——揭示世博第一个国内外绿色金奖双认证的诞生经历

    作为世博会期间接待各国政要的特殊场馆，作为世博建筑群的形象代表，世博中心有别于其他场馆的“万紫千红”，却带有一份独特的庄重与神秘—方方正正的世博中心到底有什么看点？“世博中心是上海城市的客厅。”世博会后，世博中心将转型为国际一流会议中心。世博中心的设计建造，特别强调绿色节能理念，它是如何被打造成为绿色、低碳建筑的表率与标杆的？本刊记者为您揭秘世博中心项目摘得两项最高荣誉—中国绿色三星标准和美国建筑LEED金奖背后的精彩故事。 

走进世博园区，一幢幢造型美观、形态各异的建筑令人目不暇接，但当您走到世博轴的北端时，眼睛就会定格。这是一幢以蓝天白云、越江彩虹（卢浦大桥）为自然背景，又与花团锦簇的世博公园相毗邻的钢结构建筑。其恢弘气势、秀丽外表、精美细节，处处近乎于完美。这里就是“世博中心”。如果说北京奥运会的焦点在“鸟巢”，那么世博中心就是上海世博会的“焦点”。在世博会即将开幕之际，为了一睹为快，记者再次专访世博集团董事长戴柳、世博中心总经理成晟、世博项目部总经理宁风，与您一同分享世博中心建设的低碳盛宴。

世博中心建设最大的亮点之一，就是按照减量化（Reduce）、再利用（Reuse）、再循环（Recycle）的3R原则，从节能、节水、节材、节地等环节入手，在保护不可再生资源、集约利用能源、建立循环经济模式、创造可持续的人居模式等方面作了统筹安排，完美地展现了“科技创新”与“可持续发展”的理念。世博中心的建设过程，是一次创新纷呈、创意频现的过程，是一次体现当代最新科技成果与现代建筑艺术完美结合的过程，是一次引领未来绿色建筑潮流开拓尝试的过程。历经2年5个多月的辛勤努力，一座堪称当代会议建筑元素大集成，融功能性、时代性、经济性、独特性为一身，与大都市地位相称的政务中心拔地而起，为上海新地标区域的形成，贡献自己的光芒。

绿色低碳创下三个“世界第一”

“绿色低碳”是世博中心的最大特点，这座建筑已经创下了三个“世界第一”：第一个申请美国LEED金奖的世博会建筑；同时获得中国绿色建筑三星级和通过美国LEED金奖标准预评，这在国内外尚属首次；是已获得和申请的中国绿色建筑三星级和美国LEED金奖新建建筑中体量（指建筑面积）最大的公共建筑。世博中心建筑过程中，采用了大量的节能技术。外立面石材和玻璃幕墙实现了自然通风和采光，屋顶太阳能总装机容量达1.0兆瓦，还采用了LED照明、冰蓄水、水蓄冷和雨水收集等多项节能环保技术。除了自然通风之外，由于世博中心地处黄浦江畔，黄浦江水冬暖夏凉的特点也被运用到了建筑中，帮助建筑在冬天保温、夏日制冷。此外，世博中心外的柏油马路和路上的石砖都是透水的，在世博中心不会有积水的现象存在。“我们知道空调会增加碳排放量，所以必须寻找新的措施取代空调。”世博集团董事长戴柳介绍，“这里的能耗非常少，自然的通风、照明和太阳能就能满足建筑所需要的大部分能量，在这里，一年365天中只有90天左右是耗能的。”

绿色低碳大型公建设计建造世博经验

□ 节地

在节地与室外环境方面：室外透水地面面积比例46％；屋顶绿化面积比例52％以上；适宜上海气候和土壤的植物，采用包含乔、灌木复层绿化；景观照明无直射光射入空中；限制溢出建筑物范围外光线；低反射幕墙玻璃、亚光型材等。合理开发、充分利用地下空间，地下面积占全面积的30%；同时内部采用可分割、可拆装的地理空间，并配以相应组合需求的能源系统，提高了大空间使用效率，节约了能源损耗。世博中心选用反射系数10%的低反射玻璃，铝合金型材采用亚光材料，景观照明业没有直射光射入空中。场地内对超标污染源排放有严格限制，并合理采用屋顶绿化、垂直绿化。

□ 节能

在节能与能源利用方面：节能幕墙；蓄冷空调；江水源热泵；节能照明系统；太阳能光伏发电；蓄热太阳能热水；分工况变频给水；空调变风量；空调热回收；新风需求控制；室外新风供冷；风机、水泵变频调速；分层空调及置换送风；空调冷水系统大温差供水等。合理采用水蓄冷、冰蓄冷等技术系统。蓄冷系统主机采用2台双工况螺杆式冷水机组，3台水源热泵机组，他们的COP均为4.83；2台2800千瓦的燃气锅炉，热效率均超过90%。主朝向为南偏东5度，属上海地区比较适宜的总平面设计，有利于夏季自然通风，防止太阳直射，有利于冬季日照并避开冬季主导风向。幕墙有可开启和通风换气的装置，满足外窗可开启面积不小于30%的要求。利用排风对新风进行预热（冷），降低新风负荷，其中全热回收效率达70%。

□ 节水

在节水与水资源利用方面：雨水控制及利用系统；杂用水收集利用系统；江水直流冷却水系统；程控型绿地微灌系统；管网漏损水平衡监控；节水卫生器具及配件等。从实际出发，提出利用屋面雨水系统的科学依据。充分利用非传统水源。采用新型节水卫生器具，中水进行回收利用。

□ 节材

在节材与材料资源利用方面：绿色、环保建材；预拌制现浇混凝土；可循环利用钢结构；可回收利用幕墙玻璃；成品塑料排水检查井；垃圾分类收集，集中处理等。世博中心绿厅采用绿色环保的木饰面材料，有着很强的防火功能。红厅温柔的木饰及淡雅的穿孔板材，在大气和富有韵律的组织下体现出和谐质朴的感觉。蓝厅墙面和顶面以白色木条围合，在竖项有序地排列中加入无序的发光体，整个空间看似一个透光的盒子。

□ 空调

在室内环境质量方面：无障碍设施；幕墙设可开启窗；设可开启采光天窗；调节方便空调末端；室内空气质量监控；减少噪声干扰措施等。在入口和主要活动空间设有无障碍措施：在入口设无障碍入口；室内设无障碍电梯；每层设无障碍厕所；设残疾人停车位；设无障碍提示标志。改善室内和地下空间自然采光效果：在入口大厅和非外墙房间设置采光天窗；入口市内大厅顶部有可开启天窗。在平面布局时，将噪声较大的冷水机组及水泵机房，集中置于地下室，远离噪音敏感的房间。

反复试验超级GRG板塑造空灵通透天墙一体的“节能空间”

世博中心红厅，是重要的会议中心，将承担今后上海两会的任务。与此同时，它又是一个很好的演出场地。因此，这个兼具会议和演出功能的红厅，有许多建设亮点。比如由5道超级复合金属铝板构成的可伸缩变化的移动台口，还有就是它的外型借鉴了中国传统牙雕的空灵通透，由9道超级GRG板（Glass Fiber Reinforce Gypsum，即为高强纤维增强石膏板）构成的天墙一体造型也同样通透敞亮。

整个大会堂超级GRG造型最大跨度52.3米，最小跨度44.6米，最高点25.8米。每一板块剖面宽度为4.8米（不含灯槽0.3米宽），板块水平方向及竖直方向成双曲变形，其中有三个板块成自由曲线变形。如何将图纸概念与现场实际情况结合是首先需要解决的问题。世博中心总经理成晟饶有兴趣地给我们介绍，通常情况下，通过计算机绘图，数字化模拟现场情况，这样是最节约成本，也最高效的方式。选择什么软件来模拟呢？传统的AUTOCAD在工程中应用是最普遍的，可以很方便是表现物体的平、立、剖，装饰面的进出关系。但是遇到该项目需要表现整体三维曲面就有点无能为力了。在这种情况下，最新专业制模软件进入解决问题的突破口—犀牛。通过考察最终决定采用犀牛作为本项数字化模拟用软件。软件问题解决了，为研发超级GRG的后续工作奠定了基础。 

仅仅是三维曲面还不能称作超级GRG。根据设计理念，2600大会堂将以会议为主，在声学上表现为“电声”，对材料要求具备吸声功能，整体效果需要体现“牙雕”效果，光线需要均匀撒入大会堂，对材料要求具备反射功能。他们的思路是用GRG来表现“牙雕”的三维自由曲面造型及表面机理，同时用灯光来表现“牙雕”特有的空灵通透感。考虑到光路径，依据理论作图，设想吸声反光层形状分为平直型和翼型两种来进行试验。然而，试验结果一直未尽人意。

他们在失败的基础上进行改进：将线光源改为电光源，采用新型吸声反光材料。经过这些实验和尝试，超级GRG终于完成了。

工业化智控吊装钢结构节省建造能耗

世博中心是2010年上海世博会的永久性场馆，其钢结构工程宽99米，长414米，高40米，用钢量25320吨。室外有大悬挑桁架结构遮阳，室内有大空间会议厅和舞台、看台、休息平台以及观光走道。因此，施工技术难度非常高。

承担钢结构施工任务的上海建工机施公司项目部发扬“吊装英雄队”精神，解决了四大难关，取得了丰硕的成果。这四大难关是：保证最大埋设深度6米的地脚螺栓精准定位；在吊点中心离基坑边缘45米的情况下把160吨重的54米大跨度桁架安装到位；保证具有国际先进水平的BRB耗能支撑系统防震消能和遇到强烈地震后的可更换；在7个月内完成25000多吨、18000余件钢构件安装。

世博项目部总经理宁风告诉记者，要在7个月内完成世博中心25000多吨钢结构施工，必须打破常规，在施工方案以及施工机械的选用上有所创新和突破。为此，项目部集中计划、施工、设备等各路高手，反复谋划、好中选优，确定了“分区作业、优选设备、缩短战线”的对策，并通过以下措施落实。

措施一：在有限的施工区域内开辟多条战线。根据现场多单位施工，作业区域有限、施工条件只能逐步成熟的情况，将整幢建筑划分为东、西两个区，每个区又划分为南北两块。逐步从一台主机、一个“战区”，扩展到四台主机、四个“战区”同时攻坚。

措施二：精选装备。项目部的设备专家对多种大型起重机械进行了调研、分析、比较，从最初不同性能和特性的大型履带式起重机、大型龙门架式起重机、大型动臂塔式起重机同时“会战”，优化为采用同型号的四台ZSL55145大型行走式塔吊“分区作战，相互打擂”。ZSL55145塔吊不仅起重量大，还因为用电不用油，能实现零排放、低噪声、无污染，符合“绿色世博”的理念。接着，技术人员和现场管理人员又对塔吊开行路线、作业顺序，相关设备配置等进行了多次优化，最终确定了“4台塔吊定点工地四角，每台塔吊可东西平移，吊装半径全覆盖”的最佳施工技术路线。

措施三：缩短战线。为了让每台塔吊、每个工作日都能满负荷，必须保证钢构件的及时、准确供应。大型钢结构施工按常规都要在工地附近设立一个构件中转场，但施工战线长、中间环节多、速度受牵制。为此，项目管理人员积极出主意、想办法，成功实现了工序和工艺流程的最优化。其结果是实现了25000吨、3万多件钢构件（包括连接件）从出厂到现场作业的无缝对接，节省了中转场地、中转设备和劳动力，避免了构件中转施工遗留的废弃物，保护了工地周围的环境。

占地面积40986平方米的世博中心钢结构工程共有216根钢柱，承受着数万吨的结构荷载和建成后参观者的动态荷载，安装精度至关重要。

设计要求每根钢柱通过底部40毫米厚度钢板上的16个螺孔，同预先埋设在地下基础中的16根直径52毫米的地脚螺栓相连接。这些埋设在地基混凝土中的地脚螺栓，最大深度达6米，而柱脚底部钢板上的螺孔与地脚螺栓之间的配合间隙只有2毫米。为此，技术、测量人员和操作工人联合攻关，采取两项对策，两道保险，攻下了这一难关。

第一项对策是“点面结合，精细测放，保证原始点精准”。在测量控制技术上，采取先用全站仪等精密仪器放出局网纵横轴线，再用水平仪、经纬仪对每根地脚螺栓进行三维方向测控的方法，保证原始定位和过程控制准确。

第二项对策是“采取两道保险措施保证柱脚螺栓的穿孔率100%”。“第一道保险”：给每根柱子的16根地脚螺栓制作刚性支架，变单根“筷子”为一把“筷子”，增强地脚螺栓在混凝土浇捣过程中的抗弯能力。“第二道保险”：给每个刚性支架四周加装钢45°钢支撑，避免刚性支架在混凝土浇捣过程中受挤压造成整体移位或倾斜。由于采取上述对策，16根柱脚螺栓全部顺利穿孔，216根钢柱安装对位精度100%达标。

世博中心内部的会展区、会议厅和宴会厅等，都是大跨度无柱空间。为了实现54米跨度无立柱，需要在其上方架设34榀钢桁架，其中最重的达160吨。但要在构件吊点中心距离能停置吊车的基坑边缘45米的情况下，把160吨重、54米长的大跨度桁架吊到柱顶上，绝非易事。

项目部的青年科技突击队发挥在计算机智能控制机器人技术上的优势，对大跨度钢桁架采取“大吨位起重机现场就地拼装成形、智能机器人（计算机智能控制的液压提升装置）垂直提升到位”的创新工艺，解决了大吨位起重机在大半径情况下吊不动大桁架的难题。但当54米大跨度桁架试提升时，出现了钢桁架产生侧向弯曲的问题，这是智能机器人在以往无数次提升、移位、旋转施工中从未碰到过的。于是，项目技术人员在公司专家的指导下进行了细致分析，找到了问题产生的原因：即以往都是多榀桁架（构件）组合后整体提升，长细比矛盾不突出，而这次是单榀桁架提升，长细比不满足150的规范要求。

可是如何解决施工现场不具备将多榀桁架组合整体提升的条件的难题呢？最终通过聘请专家解决了这一难题。在专家指导下，反复验算，建模分析，多方案论证。采取在大桁架上翼缘装一个可重复使用的临时平面钢桁架（一种抗桁架上沿水平面侧向扭曲的专用夹具），通过变桁架截面“—”形为“T”形的办法，增大截面惯性距，解决了桁架提升时的平面外失稳问题。2008年7月18日，随着安装在钢柱顶部千斤顶在电脑控制下的伸缩往复，固定在大跨度钢桁架两端的钢绞索缓缓上行，智能机器人就轻而易举地力拔千钧，将巨大的钢桁架稳稳当当提升到了固定位置上。随着34榀钢桁架顺利安装到位，世博中心钢结构施工的第二道难关被成功攻克，同时上海机施的计算机智能控制机器人施工技术也添上了创新的一笔。