李 黎，李盼盼

(河南建筑职业技术学院，河南 郑州 450000)

人为的集中和大量的能源消耗带来了严重的环境污染和温室效应，对人类的发展和生存构成了严重威胁。在“十三五”规划中，我国提出了能源强度和总量的双重调控行动，以控制能源消费总量。据能耗调查数据显示，建筑能耗已达到总能耗的30%以上，已成为能耗最大的行业，建筑行业的能耗也在不断增长。因此，有必要尽可能降低建筑能耗，为解决环境问题和气候变化做出贡献。由于建筑业能耗巨大，其节能潜力也非常巨大，因此对建筑节能的研究更有意义。在大型公共建筑中，建设量最大的是高层办公建筑，其节能优化研究形式十分迫切。

对于高层办公建筑节能优化，已经取得了很多研究成果。在国外，高层办公建筑节能优化研究经历了从试验模拟分析到优化遗传搜索的过程。国内研究中，孙祁[1]等研究了高层建筑能耗系数与办公窗设计的关系，随后，吴维[2]提出的绿色建筑节能设计中的BIM技术，赵伟卓[3]提出的建筑信息模型技术与低碳绿色建筑评价指标体系的动态融合机制。

本文综合以往研究方法，将绿色建筑技术应用于高层办公建筑的节能优化中，将绿色建筑分为两部分，其中，主动式绿色建筑技术包括太阳能利用技术，水资源回收利用技术等，被动式绿色建筑技术包括建筑外墙保温技术，建筑窗体节能技术，建筑通风技术等，为解决高层办公建筑季度性能耗较大的问题提供参考。

1 绿色建筑技术在高层办公建筑节能优化中的应用

1.1 构建建筑的信息环境模型

建筑信息环境模型可以实现非标准和标准高层办公建筑运行信息、建筑信息、材料信息、形状和几何信息的集成，因此通过参数采样建立高层办公楼信息环境模型[4-6]。为了反映经济发展水平不同的城市高层办公楼的实际形态特征，从县级市、地级市、省会城市等多个城市采集样本[7]。收集了高层办公建筑外窗的各种形状参数，包括外窗的宽度和高度(每个方向)、高开间比、深开间长、层高、层数、平面形状、窗墙比等。通过综合采样参数，建立高层办公楼信息环境模型。

首先，对于标准化的高层办公建筑，将建筑庭院用多边形建筑平面形态包围，将平面图形参数设定为可调形状参数，通过调整深度参数，可以生成各种平面形态的高层办公建筑形态，进而生成各种高层办公建筑通过调整深度参数来改变模型基的形状，可以生成具有不同深度和开口关系的形状模型[8]。

其次，将庭院的平面空间形态设定为可调的形态参数，生成外圆内广场或外广场内圆的建筑形态，创造出庭院有趣的内部空间，提高模型对不同造型要求的响应能力[9]。在建立标准高层办公楼原型后，根据相应的设计规范和收集到的办公楼数据，确定模型的实际参数范围[10]。高层办公建筑信息环境模型的建模控制参量具体如表1所示。

表1 建模控制参量

对于柔性非标高层办公建筑，从平面形状控制和三维形状控制两个角度进行几何信息集成，建立高层办公建筑信息环境模型[11]。平面形状控制角采用点集控制形式；三维形状控制角度采用渐变控制形式。

平面形状控制角主要是通过建筑物的中点和端点组成的点集组合来控制高层办公建筑的实际平面形状。每个点的参数可以独立调整，利用参数约束可以对多个子点集进行分割和相关调整，从而提高平面形状构造的灵活性[12]。通过调整控制点的个数和相应的位置参数，生成各种高层办公楼对应的平面形状。同时，可以旋转和缩放平面形状，具体如图1所示。

对于三维形态控制角度，采用梯度控制逐层控制建筑形态的倾斜、旋转和缩放。调整的对象是自然层。通过构造各层的参数约束，调整各层的形状，实现调整中各层的连续渐变响应[13]，如图2所示。这种控制形式可以创造出建筑的节奏感，使建筑形式对环境影响的反应更加准确[14]。在外窗控制方面，考虑到不同日照方向对建筑实际能耗水平的影响不同，分别对不同朝向的实际窗户尺寸进行控制。

图1 平面形态的生成与调整

图2 逐层渐变控制形式

1.2 基础节能优化

根据信息环境模型，运用绿色建筑技术对高层办公建筑进行节能优化。绿色建筑技术的应用可以分为两部分，一部分是常规的绿色建筑技术，另一部分是关键的绿色建筑技术。

其中，被动式绿色建筑技术的控制项目需要完全满足要求，相关技术措施必须满足现行规范要求，并重点关注绿色建筑的设计标准。绿色建筑关键技术主要集中在评价标准中的优选项和一般项，优选项中的技术指标是实施的重点。应用被动式绿色建筑技术优化高层办公建筑的基本节能。

在绿色建筑技术的应用中，有必要对建筑物的日照进行分析，以确定建筑物的阴影范围。还需要充分考虑建筑间距、朝向、造型等，确保每栋建筑都能合理利用自然季风和场地条件，从而合理设计高层办公建筑的距离、朝向和造型。为了保证良好的声环境和良好的自然通风条件，还需要对风环境和噪声进行仿真分析。其中风环境的模拟分析需要以图3为依据，分析手段为CFD。

图3 风速等值线图

高层办公建筑的采暖地板的优化措施如下：混凝土户墙和混凝土厚地板的厚度应设置低温热水厚地板。混凝土厚户墙厚度应大于200 mm，混凝土厚地板厚度应大于100 mm，低温热水厚地板厚度应大于130 mm。建筑周围应规划绿化带，加强绿化，屏蔽交通噪声。

高层办公楼给水系统采用市政给水作为供水水源。水管材质为DN200。再生水用于景观用水、地下车库冲洗水、道路洒水、绿化用水。中水管道为DN150。地下室设置雨水收集装置，利用雨水进行绿地绿化。生活热水由太阳能供电，辅助供电。使用一些高效节水器具，包括节水马桶。

在节材设计中，框架结构体系设计采用钢筋混凝土框架。为减少环境污染和施工噪声，采用商品混凝土预拌混凝土。采用装饰与土建一体化的施工理念，采用半成品作为装饰材料。

外墙采用20cm厚钢筋混凝土，外保温采用石墨厚聚苯板，使外墙达到较高的传热系数。屋面保温层采用8cm厚挤塑聚苯板，使屋面达到较高的传热系数[15]。外门窗采用Low-E玻璃和中空铝合金断桥窗。建筑内设采暖通风系统，采用地源热泵系统供冷供热，机房设在一层。

1.3 智能节能优化

以此采用被动式绿色建筑技术实现高层办公建筑智能节能优化[16]。高层办公建筑智能节能优化所采用的绿色建筑关键技术对应策略如表2所示。

表2 使用的被动式绿色建筑技术的对应策略

此外，物化管理系统用于高层办公楼的管理。给排水间、中水、锅炉房、电梯系统、照明等用电设备的用电，均设置计量装置。建立万用表远程传输系统，实现自动抄表，并通过理化管理系统对信息进行监控和管理。并介绍了高层办公楼智能管理系统，包括消防联动系统、火灾自动报警系统、综合布线系统、有线电视系统、智能监控系统和智能安防系统。

2 实例验证

2.1 实验设计

结合上海某高层办公楼工程实例，验证了基于绿色建筑技术的高层办公建筑节能优化方法的实际应用效果。项目基地位于上海市黄浦区。基地南侧是主要道路。基地北、西、东三个方向均被征用为城市规划用地。基地具体设计方案为：南北向长74.76 m，东西向长100.31 m。总面积近7 500 m2，整体呈长方形。高层办公楼共25层，楼内办公空间以开放式设计为主。而且在设计要求能够实现灵活的分割，整体设计内部空间更加规整。对基于绿色建筑技术的高层办公建筑进行了节能优化设计。整体设计目标具体如表3所示。

表3 整体设计目标

获取基于绿色建筑技术的高层办公建筑节能优化方法的建筑能耗数据，包括全年照明能耗、夏季制冷能耗。将文献[2]、文献[3]的高层办公建筑节能优化方法作为实验中的对比方法进行对比实验。同样获取两种对比方法的建筑能耗数据作为对比实验数据。

采用SPSS19.0软件进行因子提取。经过最大方差和正交旋转，结合高层办公建筑节能程度检验的原则，参照特征值大于1、累计解释总方差大于60%的原则，以总体设计目标为约束条件，以照明和制冷两个公因子为输入，并对其进行分析累积方差贡献率如表4所示。

由表4可知，各因子的隐含特性通过各子项目的共同信息反映出来，说明数据样本具有较好的区分和收敛效度，可以应用到实验中。由于照明具有全季节性，因此，指标输入为全年照明；同时，制冷是针对夏季的，因此，指标输入为夏季制冷。输入与输出过程严格遵循SPSS19.0软件应用原则。

表4 累积方差贡献率

2.2 实验结果

2.2.1 全年照明能耗实验结果

基于绿色建筑技术的高层办公建筑节能优化方法与文献[2]、文献[3]的高层办公建筑节能优化方法的全年照明能耗对比实验数据具体如图4所示。

图4 全年照明能耗对比实验数据

根据图4的全年照明能耗对比实验数据可知，基于绿色建筑技术的高层办公建筑节能优化方法的全年照明能耗低于文献[2]、文献[3]的高层办公建筑节能优化方法的全年照明能耗。

2.2.2 夏季制冷能耗实验结果

基于绿色建筑技术的高层办公建筑节能优化方法与其他两种文献对比实验方法的夏季制冷能耗数据具体如图5所示。

根据图5的夏季制冷能耗对比实验数据可知，基于绿色建筑技术的高层办公建筑节能优化方法的夏季制冷能耗低于两种对比实验方法的夏季制冷能耗。

图5 夏季制冷能耗对比实验数据

3 结 语

将绿色建筑技术应用于高层办公建筑的节能优化中，通过信息环境模型分析高层办公建筑实际形态特征，将主动式绿色建筑技术和被动式绿色建筑技术相结合，以全年照明能耗对比分析和夏季制冷能耗对比分析为测试指标，验证了本文方法对高层办公建筑能耗的降低作用，其季度性节能目标得到实现。但这种方法未必能够适应所有地区，后续将深入研究。