空间之外——提升高层办公楼有效净高的解决方案

有效净高,层高,结构厚度,楼面构造,管线综合,空调系统型式,标准层布置

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金融街控股股份有限公司 设计总监 吴晔晟

建筑房屋的本质是为了取得空间,进行各种各样的活动。老子说“埏埴以为器,当其无,有器之用。凿户牖以为室,当其无,有室之用。故有之以为利,无之以为用。”由此看来,抽象的空间从来都是为了具体的使用功能而存在的。

20世纪的工业和金融的发展,为了满足信息交流和联系的高效运转,需要将相关人员集中在一起工作,从而出现了办公建筑。随着现代技术的进步,办公空间已经不仅仅是围护空间能满足的,办公功能向着智能化发展。高层办公楼就是体现智能化技术整合的满足现代办公趋势的建筑。

办公空间的净高是使用功能和心理感受至关重要的因素,也是代表办公楼品质优劣的指标,因此在办公建筑设计及建造过程中,净高的有效控制是不容忽视的。为满足净高,一味提高层高是不可取的,不单是规划对建筑高度的控制,也意味着增加造价。据资料统计:如果层高增加10%,造价就要增加2-4%,即层高由4.0m增加到4.1m,层高增加2.5%,造价就要增加0.5-1.0%。因此,在满足净高要求的前提下有效控制层高,不仅可以避免不必要的材料浪费,而且对于空间的有效利用、节省能源花费,甚至是调节办公人员心理感受都会大有裨益。

净高的尺度是根据不同使用功能而定,在此不做赘述。本文的要旨是思考在层高确定的基础上如何提升净高的方法。

对于高层办公楼,影响办公楼层高的因素主要由以下四个方面:结构选型、空调系统型式、管线综合、标准层布置。

  • 结构选型

影响净高的原因主要包括结构厚度和楼面构造两个方面。结构厚度的决定因素包括:结构选型、平面柱网尺寸、次梁的布置方式等。其中结构选型是决定性因素。

现在高层办公建筑通常采用的结构型式是钢筋混凝土框架-剪力墙结构、钢结构、钢柱-剪力墙结构。这里引入一个非结构专业的概念“结构厚度”,是为了区别通常概念中狭义的结构梁高。因为对于钢筋混凝土结构来说,结构梁高指的是板厚+梁高;但是对于钢结构来说,结构梁高就是钢梁的高度,需要再加上板厚才是结构整体的厚度。所以笔者认为强调结构厚度,较之结构梁高对净高控制更有实际意义。

平面柱网的尺寸是控制结构厚度的另一个重要因素,通常跨度不超过12米的范围,钢结构在结构厚度上之于钢筋混凝土结构并没有明显优势。

次梁的布置方式也会对结构厚度产生影响,这里需要综合考虑平面灵活性及机电系统的布置。

通过结构优化降低厚度的方法可以考虑采用诸如宽扁梁、密肋楼板、无量楼板等有利减少梁高的结构形式。9-12M的柱距结构厚度可以压缩在0.45-0.60M范围内。

高层办公楼多为网络地板,根据不同办公人群的要求,网络地板的高度从100mm到500mm不等,一般情况有金融交易等数据机房要求较大的功能会选择300mm以上的网络地板,其他办公需求的通常采用100mm-150mm即可。

表1   结构厚度示意表

  • 空调系统型式

高层办公楼的空调系统有四种型式:VAV全空气变风量空调系统、风机盘管加新风系统、VRV变流量多联式空调系统。其中风机盘管加新风系统又分为两管制和四管制两种型式。

1.目前国际上较为先进的空调系统是VAV全空气变风量空调系统,国内甲级(或超甲级)办公楼多采用这种方式。VAV系统的优点是从空调机房到送达末端使用空间都是处理过合适温度,合适新风量的空气,所以环境舒适度比较均衡,很少出现局部过冷过热的现象。由于其设备管道全系统送风,因此管道截面尺寸大,需要的设备空间较高。一般主风管断面高度在200-500MM之间,加上保冷(保温)层厚度,断面高度在300-600mm之间变化幅度很大。

2.风机盘管加新风系统也是高层办公楼常用的一种空调型式。此系统空调制冷(制热)与新风系统是分开的,办公空间的冷热负荷全靠水作为介质来承担,通过水循环系统,使低温(高温)的水流到末端的风机盘管进行热交换,将冷风(热风)吹出。由于办公空间往往进深较大,远离外窗的部位即使在冬季也需要制冷,因此产生了四管制空调,即另设内区办公空间的常年制冷系统。采用风机盘管空调通常会增加一套新风系统来保证室内空气质量。

该系统容易产生距离风口远近的温度差,无法达到室内空间均匀的舒适性。由于全系统都是通过水管输送冷热介质,一般新风管道截面也会控制在150-200mm,占用的设备空间小,比较容易达到较高净高。

3.VRV变流量多联式空调系统也叫户式中央空调,是相对独立的空调系统,多用于散售型办公楼,甲级办公楼较少应用。其优点是可以独立控制,占用设备空间小。但是需要有足够的室外空间摆放室外机,且对路由的长度有限制。

空调系统是决定办公建筑净高的主要因素。不同系统的空调管线占据的高度差别很大,应该根据办公建筑实际需求来选择适合的空调系统,从而有效控制设备高度,才是提升净高最有效的方法。

 

风机盘管+新风系统

VAV系统

房间梁下

走廊梁下

房间梁下

走廊梁下

未设置走廊(mm)

550

_

750

_

设置走廊(mm)

350

550

450

850

表2 不同空调系统的设备高度

  • 标准层布置

标准层布置对于净高的影响是容易忽视的因素。在高层办公建筑中,标准层布置方式不外乎以下两种:

  1. 环核心筒走廊+办公区

高层办公楼的结构形式多采用外围柱和核心筒共同作用方式,使办公区呈现无柱空间。设备主要管线均沿着环核心筒的走廊布置,通过支管线到达办公区的末端。因此环核心筒的走廊净高往往会低于办公区的净高。

这种布置方式,走廊的宽度决定了走廊的净高。若按照办公建筑规范,走廊的净宽1.5米即可,在一些高层办公楼中为了提高使用率的确采用了这个标准,但是对于多数高层办公楼来说,这个标准虽可以满足疏散,但所有设备的排布是无法满足的。走廊的宽度要充分考虑空调系统的型式、以及各种管线的交叉和进出,通常要保证1.8米的宽度。

  1. 大空间办公

现代高层办公楼对于空间的灵活性和多样性要求越来越高,客户往往会对办公空间进行再布置,因此走廊和办公区统一净高是目前办公空间的发展趋势。也就是说除核心筒外,所有区域净高相同,不能产生吊顶的高差。这种标准层布置方式会导致设备高度进一步加大,需要在建筑设计初期即对设备进行整合,留有足够空间。(参见表2)

  • 管线综合

管线综合是一个系统工程,包含空间、时间和方法的三维逻辑系统。合理的建筑布局作为基础空间条件,同时加入切入时间的影响,以及行之有效的方式方法,才能有效的解决问题,最终得到办公建筑设计预期的空间效果。

1.管线综合的范围:首先需要综合的管线,应包括结构以及空调管道、给排水管线、电力管线、弱电管线、消防系统等设备;其次对于一个办公建筑项目,需要做管线综合的部位至少应包含所有地下空间以及标准层办公空间。

地下空间是所有项目主要设备机房的所在地,所有设备系统的管线路由都是通过地下空间分送到地上各个区域。由于地下空间往往是配套用房及车库,对空间要求不高,所以成为管线综合最容易忽视的部位,造成地下室局部净高过低的现象非常普遍。做好地下各层空间的管线综合,可以避免管线浪费,提高空间使用效率。

2.管线综合的切入时间:管线综合在什么阶段做最有效果?笔者认为管线综合是个循序渐进的过程,从办公楼方案设计开始直至施工阶段,需要在几个关键阶段做不同深度的管线综合。

首先,在方案设计阶段要做“管线综合方案”,这个阶段的管线综合主要是分析比较不同的平面布置、结构选型、空调系统对建筑净高的影响,从而确定建筑层高。

其次,在初步设计阶段要做“管线综合布置”,这个阶段主要是根据现有的各专业设计,落实主要设备的路由,确定各个空间的建筑净高,有效控制后期实施效果。

最后,在完成施工图并在开始施工前完成“管线综合实施设计”,这个阶段需要将主要空间所有管线落实到位,挖掘净高潜力(图1),做为指导设备安装的指令和验收依据。

通过几个阶段层层深入的管线综合,不断调整设备布置方案,才能切实可行的控制设备层占用的空间,实现办公空间的净高要求。

3.管线综合的方法:管线综合是一个平衡品质(净高)、成本、施工难易、维护性能的过程,同时融合设计原理,安装规范,甚至当下的施工水平和运维管理习惯,因而难以抽象成固化条文纳入建筑设计标准,导致其呈现方式差别较大,对净高的控制效果也存在较大的不确定性,因而需要采用三维模拟技术推敲各处细节。近年来,BIM技术越来越普及,已从早年技术状态发展出多样化的技术分支。管线综合方面的进步很好的解决了早年三维建模速度过慢的问题,在满足精度和准度的前提下具有高度的时效性和通俗性,如“得锐管线综合专用BIM”。

这类工具建模速度很快,足以在施工图图审期间完成三维建模、管综优化,并给出优化建议。此举意义在于:

a.在施工图出图后介入不会干扰设计院出图,不影响工期;

b.在图审期间完成,可以在“答复图审意见”过程中一步到位完成图纸修正,向总包提供高质量图纸,大幅减少后期变更单;

高速建模技术同样确保了项目中设计修改和现场施工误差修改的速度。

图2 图纸-模型相互融合参考

此类工具的另一个特点是通俗性,以得锐为例,该系统基于AutoCAD构建,4万方办公综合体,全部管综所需三维模型,仅产生一个不到1.5M的dwg文件。对硬件极低,普通个人微机(PC)就可顺畅运行。为了实现“免培训”,得锐甚至将操作按钮数量压缩不到30个。并用“送软件”的方式解决业主、设计、施工软件平台的统一性问题。

对通俗性的追求恰恰反映了“管综是多因素平衡结果”的本质,只有让模型一目了然、工具一看就会、随时随地(任何计算机)都能运行,最终最大限度发动管综相关因素的交融,提高得到完美结果的概率。

此类技术的另一进步是重视图纸,它们将传统施工图标准化后融合到三维模型中,实现三维模型与二维图纸的相互引用(图2),使施工图的权威和高效与三维模型的全面和高性能相得益彰。同时,该体系还十分重视补充传统施工图在表达管线三维安装信息方面的缺憾,设计了“全纵剖管线安装深化图”(图3),用给出全部管线纵剖图的方式标定每个管段(包括翻弯)截面尺寸、长度、始末定位。 

3 管线深化图针对性的补充施工图不足

建筑不仅仅是建筑师创造的空间作品,更是所有使用者的“产品”。办公楼做为产品,能使用的部分是“建筑空间”,满足这个空间具备高效、实用、舒适性等功能是空间之外各种因素的整合。随着时代的发展,办公楼室内净高得到不断提升,已经成为判断办公楼舒适度的重要空间指标。净高2.6m以下的办公空间会因为给人带来压迫感而降低工作效率。现在甲级写字楼的室内净高通常设计为2.8m以上。因为办公楼建好后室内净高无法改变,所以为了应对时代发展变化需要,在设计阶段通常作出充裕的设计,为提升其作为商品的投资价值奠定基础。

 

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