▲ 纸飞机与周边场地关系
在探索建筑减碳的道路上，解决方案多往往更多的依靠封闭空间的围护结构、设备效能和光伏的附加式铺贴等等。而我们希望在建筑学的语境下讨论绿色低能耗建筑的有效设计方法，一方面通过基本的布局、形体、空间、界面等设计手段实现能耗的调蓄作用，减少用能的需求和对设备设施的依赖，如中医诊疗温润柔和；另一方面利用建筑光伏的一体化塑造建筑形态，扩大产能应用，在一负一正之间找到平衡。从而在根源上减少建设投入和资源的浪费，在减碳效果上获得最优的匹配结果。
借由上海临港星空之境主题公园游客服务中心这个小型的公共建筑，我们试图以东方哲学视角探讨人与建筑自然三者间的关系，探索零能耗绿色低碳建筑的设计实施之道。以融合代替对抗，用多元包容二元，让建筑向大自然开敞，汲取阳光的能量，起飞翱翔……
▲ 纸飞机周边城市及海绵公园内其他单体关系
01 星梦
星空主题的集群设计
近年来，随着上海天文馆、海洋馆等一批优秀城市公共建筑的修建，上海临港进入了城市建设发展的加速期。南汇新城主题公园作为天文馆配套的城市公共活动公园，以“星空之境”作为文化主题，园内的建筑单体邀请了7名建筑师主持设计，由中国建筑设计研究院李兴钢总建筑师牵头整体设计协调工作，中国院绿色建筑设计研究院刘恒设计团队设计位于园区西南入口的游客服务中心。这座建筑是园区内唯一一座按照零能耗零碳理念、绿色建筑三星标准进行设计的单体子项。内部包含旅游服务、茶饮售卖、科普展示及管理办公等功能。
▲ 纸飞机与滴水湖城市关系
▲ 从无限桥看纸飞机 (刘恒 摄）
02 悬浮
水平延展于自然之上
初次场地踏勘，我们即被场地天空、芦苇、水面三者构成的强烈“水平性”特征所震撼。建筑以如何的姿态介入场地原有地平线，成为我们设计策略思考的起点。“轻盈”、“漂浮”、“穿过”等关键词陆续浮现于设计讨论中，最终我们确定以一种”轻介入式”的方式让建筑置入场地——即通过最少量的独立柱基点式生根，让建筑悬浮于场地之上，减少大面积封闭混凝土底板对原有生态的不可逆覆盖。此举也是对现场土壤表层松软、含水量大，地耐力较差的合理回应。
▲ 场地处理策略
▲ 纸飞机悬浮于生态本底之上
悬浮于生态本底之上的建筑屋顶，根据不同景观朝向起伏变化，好像对周边自然景观的环境切片，构成一幅连续曲折的自然画卷。
▲ 环境切片与自然画卷
▲ 纸飞机屋檐对周边环境的切片取景
03 折叠
简约理性的建筑生成
▲ 意向与主题
作为星空之镜主题公园入口的首要标志物，游客服务中心的建筑造型如何呼应“星空”主题，一度是业主与建筑师讨论的重点；设计团队也曾在设计初期进行过形式语言的穷尽列举，却也大多终结于逻辑难以自洽而不了了之。最终选择“纸飞机”的极简造型，看似是浪漫主义的童心未泯，但更多来源自建筑对场地周边环境的收放转承。
▲ 夕阳西下时“升腾”的纸飞机
建筑所处环境北面临河，南侧面向园区入口广场，因此在高度处理上设计将南侧适当压低，以在广场方向呈现低调谦逊姿态，吸引游客进入；北面面向河道方向景观开阔，又恰好正对天文馆，需要一定高度的空间尺度将景色底景纳入建筑。与此同时，近千平米的建筑屋面排水压力无可避免，如能结合坡屋顶造型直接自然排入河道，则可节省排水管道设施与立面的竖向构件。综合上述不同方位的高度需求与排水需求，一个“三面两折”的折纸飞机造型自然形成。通过三个完全相同的直角三角形屋面镜像叠合，巧妙的解决了不同朝向的抑扬转承，纸飞机造型整体向河道进行10度倾斜，兼顾自然排水，光伏受光与飞机“起航”之势三重目标。
▲ 设计生成
▲ 空间建构拆解图
▲ 模型照片
▲ 面向河道方向“机翼”张开纳入更多景观环境
▲ 面向入口方向“机翼”压低呈现亲近宜人尺度
▲ 纸飞机面向公园入口方向界面
04 趣味
星球地表的空间体验
在“纸飞机”悬浮的空间之下，是一系列连续起伏的阶梯状地面，地面的高低差变化一方面限定了大空间下不同功能的使用区域，（补充平面图纸、课堂区、换乘休憩区，发布区）。另一方面也营造出类似星球地表起伏地面的空间体验，唤起游客对异星表面行走的想象；在局部宽阔平台区域，原方案还设置了三个超大蹦床进一步提升趣味体验性，但遗憾实施过程中业主考虑儿童使用风险而被填实取消。
▲ 地表空间功能使用示意图
▲地表空间设计效果图
▲ 与水系相连接的跌落式论坛空间
▲ 首层平面图
1 门厅 2 电动车换乘 3 沙盘摆放区 4 蹦床 5 舞台
6 海绵展厅 7 寄存处 8 无障碍卫生间 9 男厕 10 女厕
11 母婴室 12 广播室 13 智慧运营管理中心 14 机房 15 办公室
16 配电间 17 光伏机房 18 景观河道 19 芦苇荡
▲ 剖面图
05 敞开
用能空间的重新定义
游客服务中心最大限度的将功能空间向自然敞开，将屋檐下70%的空间约1750平方米定义为室外非空调空间，如开放展厅、咖啡简餐区、活动发布舞台等区域，减少短暂停留空间对设备的使用，节约能耗。将办公区、后勤服务等长时间停留空间定义为空调用能空间，依靠设备提供稳定、舒适的物理环境。在电动车换乘休息区区域设置室外喷雾降温装置，确保炎热季节等候的舒适性。经测算此举每年为建筑节约用电14.16万kWh。
▲ 纸飞机开敞的围护界面
▲ 用能/非用能空间定义
▲ 与自然融合的檐下半开敞空间
▲ 在开敞屋檐下举办的论坛活动
▲ 对檐下空间热舒适度的模拟分析
▲ 景观薄水面对论坛空间形成降温作用
06 产能
BIPV无限的能量循环
折叠的屋顶“机身”表面采用BIPV建筑光伏一体化的方式，灰白色不透光薄膜发电玻璃与铝板的组合屋面进行全覆盖，使之成为一艘名副其实的“太阳能飞船”。装载的薄膜发电BIPV光伏组件单片功率25.5W，总装机量44.5kwp，年发电量46280kwh,1750平米的光伏覆盖面积帮助建建筑实现日常能源用电的107%供给，多余的无污染能源反补园区内其他建筑。与此同时，经屋面光伏一体化雨水沟疏流后全年回用雨水量约为2000m³，非传统水源利用率达25%，双重可再生能源的利用示范了生态友好型碳中和理念。
▲ 可再生能源利用分析
▲ BIPV一体化光伏屋面安装过程（闫伟 摄）
▲ 完成后的BIPV一体化光伏屋面
▲ 光伏节点及排水沟一体化构造设计
07 零碳
空间降耗与建筑产能的新平衡
这里探索的零碳的路径首先在于对空间的调节控能，大幅降低使用需求；同时利用建筑光伏一体化大幅提升建筑产能，在一负一正的平衡中实现运营阶段的零碳零能耗。项目自竣工以来运营将近一年，根据现场反馈的能耗数据测算，建筑年用电量43252kWh，光伏发电量46280kWh，由此推测建筑全生命周期碳排放量减少可达4982吨，其中约3690吨来源于空间设计手段实现调蓄，占比达74.1%。24.3%来源于可再生能源利用，约1212吨，1.6%来源于高效能的设备设施，减排量约80吨。
▲全生命周期零碳实施路径
08 轻量
轻钢建构与节点裸露
为了实现“纸飞机”造型营造出的轻盈观感，建筑整体建构逻辑遵循了“轻量化，少用材，多裸露”的设计原则。主体结构形式采用全钢结构框架，通过与结构工程师经过多轮柱跨比选，最终将11米高钢柱柱径控制在了350mm，实现近30:1的高细比，最小化飞机造型与地面的粘连感，也节约了近60吨用钢量。屋面构造根据光伏板出厂模数尺寸，结合排水沟统一划分，最小化订制尺寸与现场加工。屋面底部设计初始设计方案为全裸露钢格构，但在施工过程中由于钢构误差过大，导致局部节点的观感不佳，最终采用的折纸造型铝板嵌入钢构框架方案，也作为“折纸飞机”造型在室内端的延续。外围护镂空金属挂网也刻意与屋面、地面脱开，通过工字钢螺栓杆的节点设计，强化了飞机悬浮感受，也呈现了伸缩型构造的基本逻辑。
▲ 施工过程记录 (右图 苏杭摄)
▲ 轻量化节点设计
▲ 与屋檐相对脱开的吊挂金属网系统
09 寄居
面对功能多变的未来空间
游客服务中心建成后备受关注，迎来了多样的活动。临近竣工的试运营期间，即被2021上海城市空间艺术季策展团队选择作为“临港·生长” 主题展览沙龙主办场地，开敞自由的活动空间与生态友好的内环境获得了广泛认可，在绿色的空间环境下，一众嘉宾探讨了绿色城市的发展之道。策展团队也成功的向城市公众展示了其展览科普的功能意义。
在竣工之后的使用中，更是多变多样，有令人欣喜的展示交流，也不乏建筑师担心的内部搭建、个性特色，甚至商业轻餐。各种业态寄居在这个开放的檐下空间，有了不同的烟火气，总让建筑师担忧，但欣慰的是来到这里的人不管在做什么，总是很愉悦欣喜，活力满满。借由摄影师的一句，亦作为项目的结束——“这也许就是纸飞机最好的状态，包容、开放，在展翅的屋檐下容纳着多样的寄生”。
▲ “临港生长”主题展览沙龙
项目地点：上海市浦东新区
建成时间：2022年
建筑面积：2190m2
合作设计：中国城市发展规划设计咨询有限公司
设计主创：刘恒
建筑专业：徐风、闫伟、高林、王鹏、杨茜
结构专业：韩玲、刘晓娟 董越
给排水专业：刘权熠
暖通专业：徐红星、许琴
电气专业：高志宏、张拗凡
景观专业：杨钰
绿色咨询：李天阳、黎想
室内专业: 徐涵涵、黄鸿、霍红岩
幕墙设计：中国院建筑帷幕设计咨询中心
照明设计：清华大学建筑学院张昕工作室/同原(北京)照明设计有限公司
光伏咨询：龙焱能源科技(杭州)有限公司
建筑摄影：是然建筑摄影
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