【转发】【H+A零碳旋转屋】产业化、工业化、模数化 | 建筑大咖细数关键技术点

受访者

所谓“零碳建筑”，是指这类建筑在不消耗煤炭、石油、电力等能源的情况下，全年的能耗全部由场地产生的可再生能源提供。“零碳建筑”是否可以开启“生态城市”的未来？《H+A华建筑》有幸采访到“装配式零碳旋转项目”的主要设计人员，对他们展开一次深层次的交流。

认识零碳

夏冰：创作的起因非常偶然。有一年在德国考察绿色建筑，听说在弗莱堡有个旋转的绿色建筑，就赶去参观。由于当时资料比较少，仅有网上的一点信息，找起来很费劲，终于在城市边缘，一片葡萄园旁发现了这个建筑。其实就是一个建在自家院子里的、体量不大的实验建筑。院子栅栏上挂了一个牌子“参观需要预约”，这是西方人的习惯。但是我们是费了许多周折找过来的，不能参观，蛮懊恼的。当时就下了一个决心，要建一个比它更好的、更有创意的、旋转的绿色建筑。

回来通过对国内外大量的绿色建筑案例的观察，特别是在欧洲，人们并不热衷于提绿色建筑这个概念，更多提到的是可持续发展、节能减碳、零碳排放等，因为碳排放量是可以高度量化的一个指标，不仅很容易让人理解，还可以量化做横向比较，甚至还能市场化进行交易。为此我们选择了零碳建筑进行创作尝试，力求用量化数据来展示和验证我们践行绿色生活的初衷，而旋转除了提升光伏板的转化效果，还可以使建筑形态更加与众不同。

零碳建筑是指建筑的建造和运营过程中，对环境的综合碳排放为零或接近于零，目前国际上通常采用的方法主要是尽量多的采用无碳排的清洁能源，如太阳能发电满足建筑对能源的需求。

Q2

H+A：零碳建筑设计的关键是什么？是否仅仅停留在其示范性上，是否具有市场推广价值？是否可以列举世界较为成功的“零碳”建筑。

夏冰：我们的零碳建筑是实施工程，按50年使用寿命设计的，通过了各相关主管部门审批通过的，有一定的示范性，但主要还是用于实际的生产和生活。我们认为零碳建筑的设计，关键在于设计或寻找一条合适的技术路线，这条技术路线要紧紧围绕零碳这条主线，避免技术堆砌花不必要的钱。在达到零碳目标的同时，严格地控制建筑的建造和运维成本，只有这样才具有市场推广价值。示范性和可推广性的另一个关键在于可复制性。例如我们的零碳建筑采用九宫格的建筑框架布局，横向可拓展成各种规模的社区建筑群，竖向可拓展成高层建筑，横竖结合可拓展成任意规模的城区。目前世界上较为成功的零碳案例有英国的贝丁顿社区、美国的赫斯特大厦、悉尼卡斯尔雷大街的教会大楼、韩国龙仁市的绿色明天项目和香港零碳天地等。香港的零碳天地项目座落于香港东九龙，2012年竣工。通过光伏发电和生物柴油生产可再生能源结合各种先进环保技术，包括建筑结构中的被动式节能技术、主动式节能技术，来达到零碳排放的目标。韩国绿色明天项目中有一幢423平米的零能耗楼，建筑连接到当地电网，场地生成的可再生能源能够部分抵消建筑从电网中消耗的电能，当产生的可再生能源超过零能耗楼的能源需求时，多余能源就被储存在电池中。当产生的电能超过电池的储存能力时，超出的部分就被用于抵消公共关系楼内的电力消耗，以在一年中达到零能耗和零碳排放的目标。

Q3

H+A：建筑除了要达到低碳或零碳，同时必须考虑舒适度及适合的用途，不应该与高成本或低舒适度的特殊建筑划上等号。如何分解步骤解决这个矛盾？什么才是零碳建筑的核心？

方旦：零碳建筑的设计也同样要满足这样的要求，首先应该考虑建筑的基本功能要求和合理的建造成本，（功能要求包含对建筑舒适度的要求，合理的建造成本是对预期投入的一个基本控制）从而再来制定与之相匹配的零碳技术路线。在这种前提下，零碳技术路线不仅可以满足建筑的功能使用要求、地理环境要求，还完全在合理的造价控制范围内。一个真正的零碳建筑应该是可以正常使用的，也就是说，不仅要有使用功能，还要符合基本的舒适度要求，合理的造价范围。而不是采用千篇一律的、技术过度堆砌的、甚至放弃使用功能的初衷，为了“零碳”而去建的零碳建筑。参观过德国及北欧某些国家的零碳和低碳建筑实例，非常有启发。这些建筑有些利用太阳能、有些利用地热、有些利用风力，设计者并没有做到极致和技术大集合，而是非常因地制宜、非常巧妙地去设计，这样成本自然比较低，我认为这样的零碳和低碳建筑才是健康的，才是具有可持续发展意义的！

零碳建筑的核心是零能耗和零排放。其一：建筑应充分采用节能技术，尽量减少能源消耗，应为节能建筑；其二：建筑能源全部采用可再生绿色能源，做到零能耗；其三：采用中水技术和雨水收集技术循环用水，并采用先进的污水处理技术进行污水处理并再利用，做到零排放；其四：绿色可再生能源除了保证建筑的能源使用外还有余量抵消建筑在建造和使用过程中产生的碳排放，做到零碳。

Q4

H+A：建筑如何走上理性发展的道路？建筑理念如何强调顺应自然与自然和谐共存？这个严峻的问题摆在人们面前。

方旦：在这样的大背景下，华建集团建设咨询公司设立了专门课题“基于零碳技术路线的装配式建筑”。尝试全拆卸、全预制、全生命周期零排放的零碳建筑研发，并要实现建筑拼装一体化、建筑工业化、建筑零碳低碳化的目标。

课题前期针对项目选址、技术路线、各类材料选择，技术参数确定等做了大量的调研和比对。最终，确定课题成果的建筑实物展示，建在“上海浦公建设工程质量检测有限公司新建厂房项目”（简称：上海浦公检测项目）的一号楼屋顶上，这个项目是公司的全过程 EPC项目，而“上海浦公检测”是一家专业从事建筑工程、市政道路、桥梁隧道等材料及性能检测服务的第三方检测公司，项目业主和项目性质在突出建筑新材料、新技术的运用及环保概念方面与我们零碳技术课题的理念不谋而合。

建筑方案设计阶段进行了多方案的比选和反复推敲：既要与园区的整体建筑风格相协调，又要突出零碳馆的建筑特点，在立面选材、结构体系确定、各专业技术方案确定等方面还要考虑全预制、可拆卸、全装配的要求。

设计融入“零碳”概念，要自然和贴切，不是牵强和生搬硬套，更多考虑的是从功能出发，顺应自然，更加人性化。本着这个原则，课题组进行了大量的头脑风暴和技术调研、技术商讨和技术论证，确定了初步的技术路线和措施，并投入深化设计，再根据零碳各参数和要求对原技术路线进行修正，再设计，再修改……这样的过程我们重复了好多次。而每一次的修改和调整都更接近于预期的目标。

我们的零碳馆小建筑强调顺应自然、与自然和谐共存，在不依赖于市政管网和人工能源的环境下可以独立运行，它以单元模块的形式可以在平面进行延伸和布置，也可以在纵向进行延伸搭建。畅想在水面之上、荒漠之中、森林深处、城市中心，它都将会以一种全新的自然状态出现。这也是在日益严峻的环境恶化状态下，提出的一种倡议、一种实验性的尝试和探索。

另外，我们的零碳馆小建筑还可以作为抗震救灾的温暖屋，一辆车可以搭建一个家，在地震和洪涝灾害到来之时，会非常快速和方便地进行大量复制建造。

技术汇聚

Q5

H+A：如何发挥公司优势资源，把零碳建筑可持续发展下去？如何理解零碳建筑的“商品化”或者“产品化”？如何打造一个极具市场推广价值的技术产品？

倪飞：随着中国经济30多年的高速增长，能源和环境的压力问题日趋严重。零碳项目、或零碳建筑具有越来越重要的现实意义。因此，我们这次在对零碳建筑方面的探索与研究，对于构建零碳城市社区或者生态城市方面具有一定的示范意义启发作用。

一个新技术有没有生命力，一个衡量它的重要的因素之一就是它是否具备可复制性，具备可推广性，是否能够在现实中改变我们的生活，提升我们的生活品质。就像汽车开发研发一样，概念车的新型理念和技术如果不能发展成成型车辆引入到量产车型，那么它的生存意义也并不大，所以如何将零碳建筑这个概念建筑理论进行深化、不断进行技术改进，为其创造商品化、产品化的条件，也是我们接下来的工作目标。在不久的将来，我们的产品将不仅适用于文创办公、旅游度假、野外科考等，依据产品的易搭建、易拆卸，完全工厂化生产，现场安装的特点，及在救灾安置等特殊领域投入市场实现其更大的价值，让我们拭目以待。

对于零碳建筑的探索，我们华建集团建设咨询公司一直在路上，从上海世博会的沪上生态家的初步尝试，到这次浦公检测的零碳建筑形成，华建集团建设咨询将为构建零碳建筑、零碳社区会，以及未来的生态城市，为实现中国的可持续发展之路贡献自己的力量。

Q6

H+A：“旋转”的房子，如何实现追光？克服了哪些技术难点，最终实现旋转？

李诚：作为一个永久建筑要实现整体旋转，在国内还没有先例可寻，确实克服了很多难点。首先，所有的数据如承载、抗倾覆、抗位移、平稳运行等数据都要事先通过严格的计算摸索，这是难点之一。其次，要驱动200吨的建筑按照太阳轨迹旋转，还要保证一定的位置精度，又不能消耗过多的电力，这是难点之二。最后，整个旋转机构的设计已超出传统的建筑设计范围，需要跨行业跨领域设计这是难点之三。可以说，以上技术已涉及到建筑、机械、电控三个领域。

首先在承载方面，通过充分的市场调研和摸索，我们采用由三排滚柱轴承构成的旋转支承系统支撑起200吨的建筑并实现旋转，三排滚柱轴承分别起到承载、抗倾覆、抗位移的作用，实际的承载能力可达到800吨以上，相当于可以承载400量小轿车的重量。

其次在旋转驱动方面，我们采用了超大传动比的驱动方案，这就相当于采用一根很长很长的杠杆来驱动建筑旋转，用很小的力便可以推动。本建筑旋转机构的传动比是24万比1，也就是说驱动电机的力矩被放大了24万倍。旋转支承的启动力矩约4千牛米，加了这个驱动后，驱动电机的功率只需要80瓦，也就是说驱动该建筑旋转仅需要一盏电灯炮的电力足以，这样既减小了能源消耗又节约了建造和维护的成本。

最后在追日控制方面，我们采用的是闭环控制方法，间歇式启动电机跟踪太阳轨迹，角度传感器把建筑方位实时传递给工控机，由工控机不断地发出角度修正指令，控制着驱动电机的启停，由此把建筑的旋转精度控制在3度以内。由于太阳重复运行的周期为一年，而且全年52万5千6百分钟的角度都不一样，所以我们是依据时间设置目标角度，当太阳升起的时候开始跟踪，太阳落下后停止跟踪，然后复位到第二天太阳升起的位置，由此循环往复，全年无休。

经过整个团队的合作与努力，最终克服所有困难，实现了整体建筑旋转的奇迹。

Q7

H+A：“零碳旋转屋”是否舒适？是否具有可推广性？希望用数据说明？

李诚：一个建筑是否舒适，是从四个方面考虑的，分别是空气、光、声环境和人体工学。作为一个整体旋转的建筑物，我们对于舒适度的考虑又多了一维，也就是“防眩晕”的感受。为了这个问题，我们调阅了大量的资料，如果要实现防眩晕，必须满足以下要求，人站在房子的任何，就是最远端的地方，建筑旋转的切向速度要控制在每分钟0.5到0.8米，不超过这个速度才能达到一定的舒适度。所以，为了满足这个要求，我们做了非常精细的设计。

我们的建筑采用了九宫格的构造方式，同时支撑体系和维护体系分开，各负其责，保证了建筑在横向和竖向的无限拓展功能，可以像搭积木一样地造房子。横向可以构造社区甚至整个城镇，纵向可以拓展成高层建筑。由于采用了实用的零碳技术，使得建筑能完全脱离市政水网和电网而独立运营，由此可在几乎任何环境下建造运营，如海边、森林、沙漠、荒岛等严峻的环境和地区。当然城市里更不在话下。另外在建造和运维成本上，我们采用的技术都是些成熟的量化技术，如太阳能光伏发电、结构保温墙板（即SIP）等，采购成本与常规的建材没有太大差别，所以推广前景相当广阔。

Q8

H+A：“零碳旋转屋”的技术汇聚了哪些类别，如何实现，如何运用？

李诚：关于这个建筑的技术特点，主要凝聚了三方面，分别是零碳、旋转、建筑工业化。然而这三个特点是相辅相成，并不是完全独立的。例如：建筑的旋转是为了提高光伏发电的效率，这是为零碳做贡献；另外，之所以采取建筑工业化是从零碳建筑全生命周期的角度考虑。值得一提的是，这个项目的建筑工业化不仅仅要做到全预制、全安装，还要做到可全拆卸，所以这个零碳建筑可以在任何一个地方生根，在任何一个地方进行重复建造。正如上面所说的它不仅是一个单体，还可以多个组合形成一个群体，在任何一个地方进行推广，既可以横向发展形成一个聚落式社区，也可以纵向发展形成一个超高层社区。特别要提一下这个项目的结构体系，属于重钢轻质的结构，承重体系可以支撑高层，而围护体系起到保温作用。所以，这种围护体系在任何气候区都可以适宜，只需要调节夹心保温的厚度就可以了。

如果有可能，我们希望把零碳建筑推广到海边，推广到森林，推广到任何一个，哪怕是没有市政设施的地方，无水无电，照样可以生存。

建筑创作

Q9

H+A：请描述一下建筑创作的过程，以及对未来建筑的畅想。当建筑创作融入“零碳”概念要求，如何设计？如何创作？

方旦：回顾人类建筑发展的历史，最早出现的建筑，从本质上讲，是人类生活在大自然中，用来遮风避雨、抵御严寒酷暑、猛兽袭击的庇护所。这些建筑除了取暖、照明、烹饪消耗少量能源外，几乎是没有其他能耗的，是完全原生态的。然而，随着社会的发展、特别是工业革命的到来，新材料、新技术被不断应用于建筑业，建筑步入了所谓的“舒适建筑”时代，通过大量的、无节制的消耗自然资源、污染环境来获得建筑声、光、电和各种感官体验的舒适感，与此同时，自然环境遭到了极大的破坏，人与自然的和谐被彻底打破了。

Q10

H+A：“旋转”、“悬浮”、“科幻”、“高技”、“酷炫”，是否是创作过程的主旋律？

张彦栋：我们设计过程中的主旋律一直是零碳和装配式。酷炫、高科技，是这个项目的表象，但并非我们追求的目标。因为零碳建筑本身就是一件比较“酷炫和高科技”的事情，所以，有这种感受很正常。

说到这个项目具有“酷炫和高科技”感，与项目的架空设计有关系，我有一个故事要分享，曾经我在美国学习生态建筑的时候，跟教授讨论过一个案例。他们在美国的某个森林里做了一个小屋。底层架空，远远望去，仿佛是悬浮在半空中，我问他为什么要这样做。他说，我们以前对于生态建筑的关注是从人的角度出发，也就是满足人的舒适度的同时，又非常节省能源。然而，现在他觉得生态建筑应该更多地从生态、自然、生物的角度出发，他通过调查当地的生态系统，如果房子落地的话，会直接破坏地表的植被，更深层面则会破坏浅层地表、水文、地貌，当然也包括一些微生物，包括一些松鼠、鼹鼠等啮齿类小型动物的生活空间，或者说，他们的行进路线被打断了。整个生态系统是非常完善和微妙的，我们的人造房子要充分考虑对当地环境的影响。这个项目对我的触动是很大的。

所以，在设计零碳建筑的时候，我们一开始的设想就是“架空”，因为我们考虑以后这个建筑有可能建造在各种各样的地方，不要去破坏当地原始的环境，所以架空是出于生态的考虑。其次就是“旋转”，出发点也是生态的角度，因为整体建筑旋转有几个效应。第一，是追光系统，我们希望整个建筑类似于仿生建筑，仿佛是向日葵追随太阳的角度，达到对太阳能利用的最大化。第二，可以让建筑物里面的人，通过旋转，看到不一样的景色，可以看到缓慢变化的环境。可以想象，人在一天之中对环境的要求是不一样的，工作的时候，可能想面对一片森林，晚上睡觉的时候，又希望看到潺潺流水。我觉得，这也是非常有趣的心理感受。

当然，“旋转”给这幢建筑带来了更多的亮点，也是吸引了更多的目光。希望人们透过“炫酷”与“高科技”，看到建筑的内涵，一个绿色建筑的内涵。希望我们这个零碳建筑可以自由生长，实现它的价值。

Q11

H+A：在零碳建筑中，如何选材？怎样的建筑材料既符合“零碳”要求，又能过建筑师的眼光？

张彦栋：我本人比较偏好于使用一些质朴的材料。也就是说，我们在选取材料的时候，要考虑到材料本身的特性是否符合我们的技术要求及美学标准。当然，这与零碳建筑的选材，不仅不矛盾，而且可以做到非常一致。除此之外，我们还会选择更加易于获取的材料。

建筑选材时，主要考虑了三方面原因。第一，作为零碳建筑，要考虑材料本身的绿色性能；第二，要更多地考虑它的耐久度，因为这个建筑存在重复利用、异地重建的特点，所以选取的材料的寿命要大于建筑的寿命；第三，易于加工，或者说建造的时候，要非常便捷。

在我们的零碳建筑上，我们选择了三种主要材料，钢材、木材、结构保温板。首先，钢材本身性能非常符合零碳建筑结构上的要求，因为这个建筑四周悬挑6米，只有钢材的性能才能够满足这样的建筑形式。同时，钢材也是一种普遍的材料，易于获取，易于加工，使整个流程符合标准化建造的要求。其次，我们大量使用了天然的木材。木材本身也比较易于获取，每个地区都有当地特有的木钟，可灵活地根据建造地选择具体的木材。木材和钢材相比，表现出更加温暖的感觉，易于亲近。随着时间的变化，在木材的表面会留下岁月的痕迹，而这种变化，也带给这栋建筑更多的故事与历史。而木材的加工和建造，也是相当成熟的。前面两种是主要的结构材料，最后一个是SIP结构保温板。通俗来讲，这种材料有点像“夹心饼干”，它的外侧和内侧是两层木屑和碎木压制而成的天然材料，中间的是高性能的保温材料。这种材料的热工性能非常好，普遍用于环境恶劣的地方，比如说沙漠、南极科考站、珠峰观测站等。在这些极端环境下，用了这种材料之后，在外部环境不可控的情况下，仍然能够保证内部的安全性和舒适性。所以选择这种材料也是大大节约零碳建筑内部能耗量。另外，这种材料是一种结构保温板，意味着，它不仅有完美的热学性能，还能够有承重的作用。所以，建筑的楼板和屋面板都使用了这种材料，可以保证整个建筑是全方位、360度的热工稳定性。

未来建筑

Q12

H+A：“零碳建筑”+“建筑工业化”=“？”。对于建筑工业化的推广有哪些积极的影响和意义呢？对于绿色建筑的发展又有怎样的启示？“零碳建筑”+“建筑工业化”是否为未来建筑的发展方向指明道路？

夏冰：零碳建筑加建筑工业化等于未来建筑，不知这样的断论能否令人信服，但它的确是未来建筑发展的一个方向。正如上面所说的，我们在尝试零碳建筑，将零碳贯彻于建筑的全寿命周期，不仅仅是建造和运营，还包括建筑的拆除。只有在建筑的全寿命周期中控制碳排放，对全社会范围实现零碳排才有切实的意义。这自然就要求我们在建筑的建造过程中采用装配化模式，具体的说就是建筑构件、部件工厂化生产，建筑现场装配化施工，这就是建筑工业化的基础。然而仅仅建筑工业化只解决了建筑建造的节约化，减少了施工现场的浪费和碳排，对提高建筑的品位并无实质性帮助。我们说建筑是有其社会属性，建筑的品位在于她是否符合或体现了社会的发展和潮流。当今建筑的发展离不开绿色低碳，让建筑工业化插上零碳的翅膀，可以让建筑的品位得到提高，更容易让社会接受。