建筑立面設計與玻璃幕墻性能論證
——以虹橋臨空經濟園區(qū)12-01地塊項目為例

張瑛

相較于傳統辦公建筑，現代辦公客戶群體對樓宇的自然采光和視野優(yōu)化等舒適度的要求越來越高，辦公建筑多采用大面積玻璃幕墻，形成簡約大氣的建筑風格。2021年國家提出“雙碳”奮斗目標，對建筑節(jié)能率和環(huán)境友好性等要求越來越嚴格，如何在滿足建筑功能和舒適度的前提下，充分展現建筑外觀效果和品質，降低能耗，減少對周圍敏感目標的影響，成為辦公建筑立面和幕墻玻璃設計的極大挑戰(zhàn)。本文以虹橋臨空經濟園區(qū)12-01地塊國際商務花園四期項目為例，開展具體的研究論證。

1 項目概況

1.1 區(qū)位及位置示意

項目位于上海市長寧區(qū)西部，鄰近虹橋交通樞紐，南臨北翟路、北接通協路、西至廣順北路、東至協和路，隸屬虹橋臨空經濟園區(qū)12號地塊，共有5個部分，包括項目用地12-01，涵蓋辦公研發(fā)、配套商業(yè)及文化體育等功能；在建居住用地12-02；L形公共通道12-03；北翟路公共綠帶12-04；已建成辦公用地12-05（圖1,2）。

1 12 號地塊周邊環(huán)境分析

2 臨空12 號地塊用地劃分示意

1.2 經濟技術指標

12-01地塊項目用地8.63萬m，總建筑面積448 558m，地上建筑面積256 448m，包括9個單體，其中2#樓為園區(qū)展示中心，高度9.5m，9#樓為體育文化中心，高度為9.45m，其余建筑為高層科研辦公樓，高度27.1～40m。

2 建筑立面設計

2.1 門戶形象展示

項目位于虹橋交通樞紐進入上海中心城區(qū)的門戶位置，地處外環(huán)高架（寬120m）和北翟路（寬70m）交叉口。建筑尺度與城市尺度相呼應，項目運用參數化設計手段，沿西、南側交通干道設置了大尺度的立面形象以增強視覺沖擊力，從而打造連續(xù)而富有韻律的城市界面，和南側的SOHO辦公建筑共同構成城市西部門戶。

2.2 立面設計理念

建筑立面設計主次分明、張弛有度，結合科研辦公功能，采用大面積玻璃幕墻。其中沿西、南側城市干道采用向外傾斜63°的“菠蘿形”幕墻，不但可以產生較強的視覺沖擊力，還可以達到建筑形體自遮陽的效果；地塊內其他建筑采用標準型垂直玻璃幕墻，適當增加水平和垂直遮陽，滿足節(jié)能和舒適度要求（圖3,4）。

3 向室外傾斜的菠蘿型幕墻

4 垂直的標準型幕墻

3 玻璃幕墻效果和性能參數論證

3.1 玻璃幕墻的面積比例

建筑單體的玻璃幕墻高16.2～39.85m，玻墻比0.41～0.63。項目需要對玻璃幕墻的性能參數進行全面、科學的論證，在保證使用功能的基礎上，兼顧建筑外觀效果和對周邊環(huán)境的友好、和諧。

3.2 影響玻璃幕墻效果的主要因素

影響玻璃幕墻性能和效果的主要因素有反射率、遮陽系數、可見光透射比等。通常反射率越高，玻璃越顯通透；遮陽系數越高，遮陽效果越差，玻璃通透性越好；可見光透射比越高，玻璃通透性越好，節(jié)能效果越差。

3.2.1 玻璃幕墻反射率參數及布置

根據上海玻璃幕墻管理辦法，開展玻璃幕墻光反射影響論證，選取周邊敏感目標，如北側12-02在建住宅、南側北翟路和西側外環(huán)高架立交等，分析每月1日、11日、21日及春分、夏至、秋分、冬至日玻璃幕墻的眩光影響。結論如下：3#、4#和5#建筑單體局部玻璃幕墻對周邊敏感目標會產生眩光，因此采用11%、8%、7%等反射率較低的玻璃，其余建筑單體不產生眩光，可采用15%反射率的玻璃。

3.2.2 遮陽構件和遮陽系數

（1）遮陽構件設置的必要性分析

上海屬于夏熱冬冷地區(qū)，夏季的水平太陽輻射將嚴重影響室內熱環(huán)境。通過模擬建筑單體在8月中旬南立面和西立面有無設置遮陽情況下的室內熱輻射水平，進行分析論證。

以5#樓為例，建筑不設置遮陽時，中午12點南面會有太陽光射入，大量熱輻射進入室內；設置遮陽時，南面太陽光進入較少，相應的熱輻射也較少（圖5,6）。

5 無遮陽構件：8 月中旬中午12 點南面室內太陽光直射和熱輻射模擬

6 有遮陽構件：8 月中旬中午12 點南面室內太陽光直射和熱輻射模擬

同樣以5#樓為例，建筑不設置遮陽時，在下午16點西面會有強烈的太陽光射入，大量熱輻射進入室內；設置遮陽時，西面太陽光進入相對較少，熱輻射也相對少（圖7,8）。

7 無遮陽構件：8 月中旬下午16 點西面室內太陽光斜射和熱輻射模擬

8 有遮陽構件：8 月中旬下午16 點西面室內太陽光斜射和熱輻射模擬

綜上可知：建筑立面采用適當的遮陽系統是減少玻璃幕墻輻射傳熱、降低建筑能耗的重要途徑，遮陽系統和集成技術是建筑被動式節(jié)能的重要組成部分。

（2）遮陽構件尺寸和遮陽系數的關聯分析

為了兼顧立面效果和節(jié)能要求，項目設置了水平和垂直遮陽構件，嘗試1 200mm、900mm和600mm三個尺寸，分別以不同的屋頂保溫XPS厚度和玻璃遮陽系數進行系統模擬計算（表1）。以5#樓為例，當遮陽構件尺寸從1 200mm減小到900mm，屋頂保溫層厚度從90mm增加到100mm，維持玻璃遮陽系數0.38不變以保持玻璃較好的通透性；當遮陽構件尺寸從1 200mm的減小到600mm，屋頂保溫層厚度從90mm增加到120mm，才能維持玻璃遮陽系數0.38不變，但這樣不僅會突破建筑限高要求，還會影響立面遮陽效果。就5#樓而言，900mm遮陽構件+100mm屋頂保溫+遮陽系數0.38的組合可以滿足遮陽效果、達到節(jié)能要求，符合建筑外立面美觀的要求。

表1 不同遮陽構件尺寸下的玻璃參數對比

4 玻璃幕墻形式選擇

項目有9個建筑單體，它們的平面位置、建筑高度和幕墻形式不盡相同，經過模擬計算后，每個建筑單體的各個立面都有一個體現幕墻光反射率、遮陽系數、可見光透射比的參數指標，將各參數整理繪制后可以發(fā)現項目的幕墻參數多樣而復雜（圖9）。以玻璃遮陽系數為例，1#至9#樓的計算結果從0.34到0.5不等，也就是說不同建筑、不同立面的玻璃通透性并不一致。例如，對周邊敏感目標有眩光影響的幕墻立面為1#樓西面、4#樓南面和東面、3#樓東面、5#樓北面和東面，根據計算結果采取7%、8%和11%等不同的反射率，由此會導致不同建筑、同一建筑不同立面、甚至同一立面不同樓層的玻璃幕墻顏色明暗不均。因此，如果僅僅按照模擬計算結果進行建筑玻璃幕墻設計，就會出現多種幕墻拼湊的現象，完全不能滿足立面效果要求。項目幕墻設計的最大挑戰(zhàn)就是在滿足各類強制性技術指標的前提下，整合反射率、遮陽系數和可見光透射比等性能參數，形成一套簡單、協調的幕墻參數系統，實現幕墻性能的均好性。

9 玻璃幕墻性能參數的綜合分布情況

4.1 統一玻璃幕墻的各類性能參數

根據表1，采取調整建筑屋頂XPS保溫板厚度的方式，使各建筑單體玻璃幕墻遮陽系數統一為0.38，實現項目整體較好的玻璃通透效果。根據光反射報告將反射率減少到兩種：對周邊敏感目標有眩光影響的統一采用反射率7%的玻璃，沒有眩光影響的采用反射率15%的玻璃。

4.2 確定遮陽構件種類及位置分布

為了達到較好的遮陽效果，滿足節(jié)能要求，大部分玻璃幕墻采用900mm水平及L形遮陽幕墻和向外傾斜63°具有自遮陽效果的“菠蘿形”幕墻。為兼顧設計效果及建設成本，其余玻璃幕墻采用其他形式，如450mm水平遮陽的幕墻、簡潔的光面幕墻、300mm豎挺的幕墻（圖10）。

10 六種玻璃幕墻形式的分布情況

4.3 確定幕墻生產及安裝方式

幕墻的生產工藝和安裝方式也會影響玻璃幕墻效果和性能。根據分類有框架式幕墻和單元式幕墻兩種，其中框架式幕墻是指在主體結構上依次安裝立柱、橫梁和玻璃面板，通常是將所有材料按種類運輸到施工現場后逐一進行安裝，最大特點是成本較低；單元式幕墻是指各種面板與支撐框架在工廠生產并形成完整的幕墻基本結構單元，運輸到施工現場后直接吊裝在主體結構上，特點是施工質量可控，但成本較高。

綜合分析項目的結構受力形式及外觀效果、工藝品質、施工工期和工程造價等方面可知，除了向外傾斜的不規(guī)則變化的“菠蘿形”幕墻采用框架式幕墻外，其余五種標準幕墻，即900mm水平及L形遮陽幕墻、450mm水平遮陽的幕墻、簡潔的光面幕墻、300mm豎挺的幕墻，采用在工廠制作、現場安裝的單元式幕墻。

5 深化完善及持續(xù)跟蹤

玻璃幕墻作為主要的圍護結構，對于滿足建筑性能和實現外觀效果至關重要，且幕墻工程在整個項目中所占的成本比例較高，需要進行大量復核驗證以落實方案，具體為：1）對不同玻璃生產廠家的玻璃樣品進行測試比對，并對上海地區(qū)采用同樣參數的玻璃幕墻案例進行考察及效果審視，以最終確定玻璃性能參數；2）幕墻工程實施之前，完成深化圖紙并在施工現場制作1：1的幕墻視覺樣板，就其性能參數、外觀效果、工藝節(jié)點進行復核，對投資造價進行充分論證，以確保幕墻工程落實推進；3）從計算模擬的角度來說，采用外遮陽構件會改善幕墻視覺效果，但在部分時間段仍會出現環(huán)境眩光及太陽光進入室內的情況，在進行室內裝修設計時，還要結合裝修效果和使用功能設置內遮陽，以提高建筑的舒適度和節(jié)能性。

1,5-8,10 彼愛游城市建筑設計咨詢（上海）有限公司提供

2 華建集團上海建筑設計研究院提供

3,4,9 作者自繪

1 作者自繪

項目名稱：虹橋臨空經濟園區(qū)12-01地塊

業(yè)主：上海新長寧（集團）有限公司上海虹遠房產開發(fā)有限公司

建設地點：上海市長寧區(qū)

建筑設計：彼愛游城市建筑設計咨詢（上海）有限公司

項目負責人：張瑛

聯合設計：華建集團上海建筑設計研究院

總建筑面積：45萬m

設計時間：2020.05—2021.12

圖片版權：上海虹遠房產開發(fā)有限公司、彼愛游城市建筑設計咨詢（上海）有限公司