支琴 陸曉

上海交通大學(xué)

0 引言

當(dāng)前，我國農(nóng)業(yè)科技發(fā)展步入了新階段，在組織形式、科研平臺(tái)、人才團(tuán)隊(duì)等方面進(jìn)行了超前調(diào)整和系統(tǒng)布局，打破了原有部門、區(qū)域、學(xué)科界限，通過有效整合科技資源，建立協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制，推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研、農(nóng)科教緊密結(jié)合[1-3]。高等學(xué)校作為農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新和相關(guān)人才培養(yǎng)的主體，承擔(dān)著科技創(chuàng)新和知識(shí)創(chuàng)新的重任[4]：一方面，高校是緊密對(duì)接國家重大戰(zhàn)略，站在世界科技前沿的核心力量；另一方面，科技發(fā)展要求不斷拓展農(nóng)科學(xué)科空間資源，擴(kuò)大辦學(xué)規(guī)模，提升農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新研發(fā)的教育內(nèi)涵。

上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)學(xué)科以上海農(nóng)學(xué)院為基礎(chǔ)，在院校合并、學(xué)科整合及校區(qū)整體遷入上海交通大學(xué)閔行校區(qū)后，進(jìn)入了全新發(fā)展階段。作為農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新的核心載體，上海交通大學(xué)農(nóng)科建筑不僅承載綜合型、研究型大學(xué)公共建筑的職能，而且還肩負(fù)著學(xué)科前沿發(fā)展重任，空間布局、專業(yè)要求都應(yīng)體現(xiàn)農(nóng)業(yè)科技學(xué)科特征和時(shí)代特征，并積極運(yùn)用科技創(chuàng)新理念及相關(guān)技術(shù)。因此，在新一輪世界一流大學(xué)建設(shè)過程中，設(shè)計(jì)并建設(shè)學(xué)科特征鮮明、技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用、產(chǎn)教深度整合的綠色農(nóng)科創(chuàng)新建筑成為高?？蒲屑盎üぷ髡叩闹匾蝿?wù)。

本文以上海交通大學(xué)農(nóng)科創(chuàng)新樓為例，結(jié)合學(xué)校農(nóng)業(yè)學(xué)科發(fā)展需求、提升和發(fā)揮綜合性大學(xué)農(nóng)業(yè)學(xué)科的學(xué)科交叉優(yōu)勢，提出了建設(shè)國際一流的農(nóng)科大學(xué)。

1 項(xiàng)目概況

1.1 場地基本概況

上海交通大學(xué)農(nóng)科創(chuàng)新樓選址閔行校區(qū)東北角，項(xiàng)目總用地面積4 149 m3，總建筑面積19 896 m3，建筑層數(shù)5層，建筑高度24m。農(nóng)科創(chuàng)新樓主要由農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院使用，將作為學(xué)校農(nóng)科創(chuàng)新學(xué)科發(fā)展的核心載體。其主要功能為辦公與實(shí)驗(yàn)。結(jié)構(gòu)框架形式為多層公共建筑。整個(gè)建筑呈長方型，與周邊道路四邊平行，建筑中部留出三個(gè)內(nèi)庭院作為采光、通風(fēng)和景觀之用。根據(jù)《上海市綠色建筑發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2014-2016）》[5]，本項(xiàng)目屬大型公共建筑，以綠色建筑一星標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。

1.2 功能分區(qū)和豎向布置

整個(gè)建筑被三個(gè)內(nèi)庭院分成水平向的三個(gè)組團(tuán)模塊，配有三個(gè)垂直交通體系和服務(wù)體系，但水平上相連又形成一個(gè)整體。建筑主要包括兩大功能，科研實(shí)驗(yàn)室和辦公會(huì)議室。實(shí)驗(yàn)室與辦公室面積比例控制在5：1，同類實(shí)驗(yàn)室相對(duì)集中，實(shí)驗(yàn)室分為普通實(shí)驗(yàn)室和特殊實(shí)驗(yàn)室兩大類。

普通實(shí)驗(yàn)室為240 m3，包括研究生學(xué)習(xí)室、試劑室、潔凈實(shí)驗(yàn)區(qū)、普通試驗(yàn)區(qū)等。實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)部空間方正，利用高效；實(shí)驗(yàn)區(qū)走廊和實(shí)驗(yàn)室地面鋪設(shè)耐酸、耐堿的地板；樓梯與實(shí)驗(yàn)室地面防滑、耐磨；實(shí)驗(yàn)室各實(shí)驗(yàn)分區(qū)采用地坪顏色與家具顏色進(jìn)行標(biāo)記；實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)面采用耐酸堿等材料，臺(tái)面上放置可升降或可隨意增加隔板的藥品架。

特殊實(shí)驗(yàn)室主要設(shè)置在底層和頂層，頂層為P2實(shí)驗(yàn)室和潔凈實(shí)驗(yàn)室。人工室和PL食品車間設(shè)置在首層，方便貨物進(jìn)出。人工室用于不同植物研究，能模擬自然界條件（如溫度、濕度、照度等），硬件條件滿足實(shí)驗(yàn)工藝要求，達(dá)到國際同類型人工室的水平，為建設(shè)世界一流綜合性大學(xué)做硬件儲(chǔ)備。PL食品車間為服務(wù)于整個(gè)學(xué)院的公共平臺(tái)，具有科研、教學(xué)和社會(huì)服務(wù)的功能，包括兩條生產(chǎn)線，用于新型熱加工試驗(yàn)。

2 設(shè)計(jì)原則

1)文脈傳承。建筑在體現(xiàn)時(shí)代特征同時(shí)，又傳承交大建筑風(fēng)格；既體現(xiàn)高等學(xué)府的沉穩(wěn)與厚重，又反應(yīng)科技領(lǐng)先的前衛(wèi)意識(shí)。建筑整體具有審美意境上的張力感，以表征農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的科技生產(chǎn)力。

圖1 全明設(shè)計(jì)布局

2)特色融入。根據(jù)綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和吸收園林藝術(shù)與農(nóng)業(yè)工程最新科技技術(shù)，創(chuàng)造反映農(nóng)業(yè)科學(xué)特征的室內(nèi)外環(huán)境，如設(shè)置一定的開放式技術(shù)展示空間；結(jié)合屋頂、庭院、陽光室等場所展示室內(nèi)農(nóng)業(yè)、屋頂農(nóng)業(yè)、陽臺(tái)農(nóng)業(yè)和立體植物工廠等。

3)生態(tài)持續(xù)。采用自然通風(fēng)、自然采光、高效保溫隔熱和遮陽等節(jié)能措施，讓陽光、空氣、綠色植物能自由地在建筑空間中流動(dòng)，創(chuàng)造環(huán)境友好型高?？蒲薪ㄖ?。

3 綠色技術(shù)策略

基于以上設(shè)計(jì)原則，農(nóng)科創(chuàng)新樓在滿足基本建筑的基礎(chǔ)上，開創(chuàng)了綠色設(shè)計(jì)。綠色設(shè)計(jì)采用采光與照明綜合運(yùn)用、自然通風(fēng)設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)以及屋頂綠色設(shè)計(jì)等。建筑朝向和室內(nèi)布局綜合考慮節(jié)能要求、靈活合理、高效經(jīng)濟(jì)、簡潔實(shí)用。在材料、建筑和朝向、采光照明、光污染、廢物等方面，充分考慮生態(tài)、環(huán)境、節(jié)能、人性化、智能化等設(shè)計(jì)。

3.1 自然采光設(shè)計(jì)

根據(jù)建筑功能布局，實(shí)驗(yàn)室和會(huì)議室等功能模塊采用了“南北雙軸三連接三區(qū)三庭院”的標(biāo)準(zhǔn)層平面布局：實(shí)驗(yàn)室模塊位于北側(cè)和中部；辦公室位于南側(cè)；會(huì)議區(qū)位于南側(cè)兩端。功能模塊間相互水平聯(lián)系和垂直貫通，連接極為緊密，每個(gè)模塊的各個(gè)房間盡可能利用自然資源。功能模塊南北兩端通過相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室和辦公子模塊連接，形成了特色的內(nèi)院，它承載著“全明”采光的重要作用，特別是北側(cè)房間北側(cè)朝綠化帶，南側(cè)走廊由于內(nèi)庭院的存在，采光通風(fēng)條件十分優(yōu)越，見圖1。

南側(cè)和北側(cè)建筑之間的內(nèi)院的東西方向超過20m，內(nèi)院南北方向?yàn)?3．5m，項(xiàng)目地冬至日及夏至日采光分析見圖2。

圖2 自然采光分析

從圖2看出，位于南側(cè)的辦公模塊由于充分的建筑間距，具有良好的采光效果；位于北側(cè)的實(shí)驗(yàn)?zāi)K由于內(nèi)庭院的存在，自然采光效果即使在冬至日也較好。

在工程建筑施工中，腳手架工程發(fā)揮著重要的作用，它被廣泛的應(yīng)用在施工現(xiàn)場的工程作業(yè)中，對(duì)保障施工人員的生命安全和對(duì)重力的支撐起到關(guān)鍵性的作用，所以腳手架的施工安全不容忽視，施工單位必須加強(qiáng)對(duì)腳手架的施工安全管理。以下將對(duì)相關(guān)問題展開分析。

此外，在日照輻射模擬分析中看出，水平遮陽是遮擋夏日過多輻射的有效措施。因此，本設(shè)計(jì)除考慮采光要求外，還采用建筑本體及其構(gòu)件作為遮陽手段，具體設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 辦公遮陽分析

3.2 自然通風(fēng)設(shè)計(jì)

自然通風(fēng)設(shè)計(jì)在我國華東地區(qū)應(yīng)用廣泛，因該地區(qū)在春、秋過渡季，外界溫度不高和溫差非常小，可通過自然通風(fēng)降溫減濕，同時(shí)也為室內(nèi)帶來清新的新風(fēng)。自然通風(fēng)設(shè)計(jì)要充分考慮完全自然通風(fēng)模式，特殊區(qū)域采用機(jī)械輔助。

根據(jù)建筑體型，農(nóng)科創(chuàng)新樓特別設(shè)計(jì)了風(fēng)壓和熱壓兩種自然通風(fēng)模式，見圖4。

圖4 自然通風(fēng)模式

設(shè)計(jì)合理的窗孔位置和窗孔面積帶來風(fēng)壓自然通風(fēng)，即較為廣泛的穿堂風(fēng)。當(dāng)風(fēng)壓不穩(wěn)定時(shí)，在熱壓作用下，貫穿多層的豎向空腔將建筑各層的熱空氣排出。

此外，變電室的通風(fēng)采用全室機(jī)械排風(fēng)、百葉自然進(jìn)風(fēng)設(shè)計(jì)。風(fēng)機(jī)選用低噪聲軸流風(fēng)機(jī)，通風(fēng)量根據(jù)設(shè)備散熱量計(jì)算。有廢氣產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)室設(shè)有排風(fēng)柜、排風(fēng)罩和抽氣試劑柜等排風(fēng)設(shè)備。240m2的普通實(shí)驗(yàn)室裝有8臺(tái)通風(fēng)柜，通風(fēng)管道采用不銹鋼，且為實(shí)驗(yàn)通風(fēng)柜預(yù)留了接口，通風(fēng)管道分兩組向屋頂排放。標(biāo)準(zhǔn)通風(fēng)柜參數(shù)如下：排風(fēng)量：1 200-1 600m3/h;表面風(fēng)速:0．3-0．5m/s;排風(fēng)口：250mm,長度L=1 500和1 800mm、寬度W＝850mm、高度H＝2 350mm。通風(fēng)柜的通風(fēng)系統(tǒng)可接入可移動(dòng)方向的導(dǎo)風(fēng)罩。試劑區(qū)是通風(fēng)要求最高的區(qū)域，設(shè)有單獨(dú)的排風(fēng)系統(tǒng)。排風(fēng)風(fēng)機(jī)選用耐腐蝕型離心風(fēng)機(jī)且采用變頻控制。排風(fēng)風(fēng)機(jī)置于大樓屋面，廢氣通過排風(fēng)口直接向高空排放。新風(fēng)則由實(shí)驗(yàn)室外墻上帶遮網(wǎng)防雨的百葉或可開啟的外窗自然補(bǔ)入。為排除試劑室異味，試劑室設(shè)置全室排風(fēng)系統(tǒng)，由排風(fēng)扇排至排風(fēng)井排出屋面。排風(fēng)量按10次/h換氣次數(shù)計(jì)。

3.3 綠色生態(tài)建筑高性能圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

建筑維護(hù)體系是室內(nèi)外熱交換的界面，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少夏季熱量吸收，同時(shí)也能利用秋冬季室外涼風(fēng)，達(dá)到節(jié)能和舒適的目的。農(nóng)科創(chuàng)新樓的屋面采用140厚泡沫玻璃保溫板，導(dǎo)熱系統(tǒng)為0．062 W/(m2·K)，正置式鋪設(shè)；外墻保溫采用40厚TPS真金板，導(dǎo)熱系數(shù)為0．036W/(m2·K)。

門窗的設(shè)計(jì)采用新型Low-e玻璃和斷橋鋁。Low-e玻璃12mm充氬氣的傳熱系數(shù)僅為1．4m/w·k，是普通中空玻璃的56%，熱損失減少約70%，克服了雙層中空玻璃耗損量大的缺點(diǎn)，大大減輕采冷（暖）空調(diào)的負(fù)荷。斷橋鋁保濕隔熱性好，傳熱系數(shù)僅為2．23-2．94 m/w．k，且排水暢通，水密性好，空氣隔音量達(dá)到30-40db，此外還具備防火功能，不會(huì)燃燒。

3.4 屋頂綠化設(shè)計(jì)

屋頂及垂直綠化日益受到人們關(guān)注。上海市工程建設(shè)規(guī)范《公共建筑綠色設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（DGJ08-2143-2014）要求公共建筑，特別是大型公共建筑要設(shè)計(jì)屋頂綠化、綠化特種和種植布置。實(shí)踐表明，屋頂綠化能吸收建筑熱量，降低頂層和立面溫度，從而減低耗電量。此外，綠色植物可調(diào)節(jié)微氣侯、提升空氣質(zhì)量、提供宜人環(huán)境。

屋頂設(shè)計(jì)了雨水回收系統(tǒng)。屋頂雨水收集后集中排放至沉淀池，經(jīng)過濾凈化后用于庭院灌溉、水景水源補(bǔ)充、墻面立體綠化等。

屋頂雨水回收系統(tǒng)見圖5。

圖5 屋頂雨水回收系統(tǒng)

3.5 建筑節(jié)能監(jiān)測平臺(tái)

校園節(jié)能監(jiān)管平臺(tái)是一個(gè)充分利用校園網(wǎng)絡(luò)資源、采用通用數(shù)字計(jì)量儀表、技術(shù)先進(jìn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備和大型數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)建筑能耗實(shí)時(shí)采集、遠(yuǎn)程傳輸、動(dòng)態(tài)管理、專家診斷、系統(tǒng)支持的綜合管理平臺(tái)[6]。根據(jù)《高等學(xué)校節(jié)約型校園建設(shè)管理與技術(shù)導(dǎo)則》和《上海市國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑區(qū)級(jí)能耗監(jiān)測平臺(tái)建設(shè)技術(shù)要求》，農(nóng)科創(chuàng)新樓屬于大型公共建筑，能耗必須實(shí)行分類分項(xiàng)計(jì)量。電耗是農(nóng)科創(chuàng)新樓的主要能耗，也是校園節(jié)能監(jiān)管的重點(diǎn)，為此，對(duì)電耗部分分項(xiàng)建設(shè)進(jìn)行詳細(xì)說明，電耗計(jì)量見表1。

表1 建筑電耗分項(xiàng)計(jì)量

分項(xiàng)智能儀表的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸進(jìn)入數(shù)據(jù)庫?？紤]到無線傳輸存在后期運(yùn)行費(fèi)用高、數(shù)據(jù)傳輸可靠性受網(wǎng)絡(luò)環(huán)境影響大的缺陷，智能儀表采用有線通訊，通過學(xué)?，F(xiàn)有平臺(tái)傳輸數(shù)據(jù)。大樓弱電設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了計(jì)量儀表和通訊設(shè)備的布線。

農(nóng)科創(chuàng)新樓有線傳輸滿足以下功能要求：

（1）數(shù)據(jù)傳輸：數(shù)據(jù)庫依靠不同的傳輸線路將不同的能耗數(shù)據(jù)分類、分項(xiàng)儲(chǔ)存。

（2）使用靈活：網(wǎng)絡(luò)滿足不同計(jì)量裝置的通訊協(xié)議，從數(shù)據(jù)傳輸中獲得通訊設(shè)備名稱、位置等基本屬性。

（3）信號(hào)穩(wěn)定：在線監(jiān)測通過數(shù)據(jù)交換管理各項(xiàng)計(jì)量、輸送設(shè)備，保證設(shè)備始終可控。

（4）傳輸效率：通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備的不同采集周期，最大程度減少有線傳輸系統(tǒng)負(fù)荷，保證設(shè)計(jì)傳輸效率。

智能儀表通過標(biāo)準(zhǔn)的RS485接口與數(shù)據(jù)采集器通訊，考慮到農(nóng)科創(chuàng)新樓辦公自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，選擇TCP/IP協(xié)議。合理利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集器到數(shù)據(jù)中心站的信號(hào)傳輸，增加效率，減少布線。

4 結(jié)語

上海交通大學(xué)農(nóng)科創(chuàng)新大樓的設(shè)計(jì)一方面充分考慮功能的實(shí)用性和人性化，同時(shí)融入農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院的學(xué)科特點(diǎn)；另一方面充分引入現(xiàn)代農(nóng)業(yè)綠色科技概念，創(chuàng)造出新式的綠色建筑，拓展了校園科研建筑及綠色建筑的內(nèi)涵。該建筑應(yīng)學(xué)校農(nóng)業(yè)學(xué)科發(fā)展而生，體現(xiàn)了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的創(chuàng)新，展示了現(xiàn)代綠色技術(shù)的綜合應(yīng)用。其建成后將充分展示其創(chuàng)新能力，提升和發(fā)揮綜合性大學(xué)農(nóng)業(yè)學(xué)科的學(xué)科交叉優(yōu)勢，成為上海交通大學(xué)著眼長遠(yuǎn)發(fā)展、超前部署農(nóng)業(yè)前沿技術(shù)和基礎(chǔ)研究、建成國際一流農(nóng)科力量的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。