超高层总部办公建筑外围护系统创新设计

0 引言

坚持以“世界眼光、国际标准、中国特色、高点定位”理念打造的雄安新区，疏解北京非首都功能，成为新发展理念的创新发展示范区。

中国中化大厦作为雄安新区启动区标志性建筑之一，是首批疏解央企之一的中国中化控股有限责任公司的总部大楼。建设亮点包括高新技术的应用及创新手法的赋能，通过对先进材料、绿色环保设施、高性能智慧办公系统等的综合应用，为高品质总部办公建筑保驾护航。项目建设既象征新区的蓬勃发展，又代表超高层建筑技术的进步。其中外围护系统作为超高层建筑的重要组成部分，对建筑性能有着重要影响。

1 项目概况

中国中化大厦位于启动区的新总部基地内，毗邻城市航站楼，邻近中央绿谷，包含1栋超高层主楼、 1栋多层配楼，集行政办公与会议交流、展览与宣传、数据机房与网络安全中心、健身与餐饮等功能于一体。主楼建筑面积11.45万m ² ，地上31层、地下3层，建筑高度150m；配楼地上4层，建筑高度24m。

△鸟瞰效果

>设计理念

在京津冀区域经济协同发展的大背景下，雄安新区将成为我国创新创业高地，以及高质量发展全国样板、中国式现代化城市样板。中国中化大厦建筑立意结合雄安新区“城绿交融”的城市特征，力图在设计中彰显地域文化特色，回应白洋淀的淀泊风光，从自然中获取灵感，取意“金芦苇”造型。整体设计师法自然，通过挺拔优雅的外露结构柱及空中花园露台塑造建筑拔地生长的体态和层层簇拥的造型。立柱向上延伸至塔顶形成“牡丹花冠”形态，与企业标识相呼应，打造独一无二的地标形象，实现建筑与自然的和谐统一。

>整体造型

作为地标性建筑，主体建筑为正八边形平面，具有视觉上的向心性。建筑外轮廓设计优雅的收分曲线，外廓16根柱子强调挺拔向上的韵律，垂直分为7个区段，分段之间是7个空中花园，垂直分段在主体建筑内部形成7个垂直社区，每个社区有上下贯通的中庭空间，有利于社区之间的交流协作。部分中庭可向外连通空中花园，以引入自然生态，提升空间品质。

△建筑造型

2 外围护系统的优化设计

>建筑形态的全适应性

通过对办公空间使用需求的深入解析，为适应超高层建筑主楼向上收分的曲线形态，将主体幕墙设计成折线形，有助于通过外遮阳和内遮阳减少太阳直射，加强自然采光并减少眩光，提高使用舒适度。利用向上折线设置光伏玻璃，作为外围护结构的同时也能为建筑提供清洁能源。通风系统与建筑几何形体相结合，在窗台位置设置水平通风器，既满足自然通风需求，又避免超高层建筑开启扇掉落的风险。层间设置横向遮阳板，以陶土板取代传统的高碳含量建材，既发挥通风及遮阳的作用，又减少碳排放量。

△标准层幕墙

△通风器

空中花园露台层两层通高，采用吊柱结构体系支撑，通过屋顶绿化及玻璃栏板提供全方位的室内外互动体验。

△空中花园露台层

>高性能幕墙的适配性

>>无肋全玻幕墙

首层大堂层高11m，采用无肋全玻幕墙并设置水晶旋转门，以呈现通透无遮挡的视觉效果。

△首层大堂入口

>>单元式幕墙系统

结合超高层建筑外立面特性，标准层采用折线单元式幕墙，16根外露柱及露台层采用单元式幕墙，顶层塔冠为框架式铝板装饰幕墙及彩釉玻璃幕墙。露台层幕墙采用平推开启扇。幕墙部件均在工厂制作，装配完成后运往工地，具有制造精度高、安装迅速等优点，对施工质量控制及施工效率提升有显著作用。

>>高标准物理性能

幕墙采用合理的气密构造措施，气密性等级提升至4级。隔声性能是保证办公空间声环境的重要指标，本项目幕墙采用双层中空夹胶玻璃，隔声性能等级为4级，隔声标准高于40dB。抗风压性能可体现幕墙抵抗风荷载的能力，依据风洞试验数据取值，本项目幕墙抗风压性能等级为4级。参照相关规范，本项目幕墙水密性等级为3级。

>>节能设计的综合优化

优化建筑外围护结构的热工性能是节能设计的重要措施。参照绿色建筑三星级标准，建筑外围护结构（包括外墙、屋面、外窗）的热工性能需在国标规范要求基础上提升20%。通过建筑节能计算，确定外围护玻璃幕墙系统的透明部分传热系数≤1.5W/（m ² ·K ），太 阳 能 得 热 系 数≤0.35W /（m ² ·K），非透明部分传热系数≤0.36W/（m ² ·K），实体幕墙部位外保温采用130mm厚岩棉板，将围护结构热工性能提升20%，降低建筑供暖空调负荷15%，既降低建筑消耗，又使室内恒温舒适。

结合建筑形态设计特色化外遮阳以及智能化内遮阳。外遮阳可避免眩光和太阳直射，减少灰尘和雨水附着；内遮阳可降低太阳辐射得热并智能调节室内亮度。经环境模拟计算，夏至日15:30前，太阳光无法直射室内，15:30后，幕墙外倾角及Low-E反射膜保障室内太阳辐射得热最小。通过形体外遮阳、电动内遮阳将主被动设计结合降低日照直射、眩光、西晒等影响，整体减少建筑能耗，营造健康舒适的办公环境。

考虑到突发公共卫生事件对人们生活方式的影响，超高层建筑的外围护结构设计应更加注重健康性和安全性。将通风系统与建筑形体相结合，以满足自然通风需求，此外在窗台设置幕墙通风器进行对流换气，利用自然通风提升室内舒适度，减少能源消耗。优化的窗地比使建筑可最大程度利用自然采光，占比70%以上的办公区域在全年超50%的工作时间实现自然采光，大幅降低人工照明的能源消耗。

3 光伏玻璃的应用

光伏玻璃作为外围护系统的一部分，实现太阳能到电能的转换，为建筑提供部分能源，以实现节能减排和绿色能源供应。本项目在主楼层间、配楼屋顶及廊架均设置光伏玻璃，总面积约4500m ² ，通过计算得出其产生的能源可抵消9%主楼建筑的能耗。主楼采用碲化镉薄膜光伏玻璃，光电转换效率达10.08%；配楼采用单晶硅光伏玻璃，光电转换效率达20.50%。

4 低碳技术的整合及绿色建筑标准的融入

中国中化大厦从节能、低碳、健康、智慧、环保和舒适六方面贯彻执行绿色可持续理念，结合《雄安新区绿色建筑高质量发展的指导意见》，采用创新性的绿色科技与智慧技术，保证项目建成后可应对全生命周期的碳排放要求，向低排放、低能耗与绿色健康协调融合的目标迈进。

>低碳技术

项目通过采用高性能的建筑材料，优化建筑的朝向、形态和布局，有效减少能源消耗。在建筑内集成可再生能源系统以满足部分电力需求。此外增设空中花园改善微气候条件，减少二氧化碳排放量。

建筑外围护设计参考陶土板及铝板碳含量、运作碳含量、自主采光率等对比数据，采用碳回收期更短的陶土板作为外遮阳主材，减少太阳辐射对建筑能耗的影响。

>绿建标准

从建筑功能、造型体量、自身定位、可持续设计多方面考量，结合《雄安新区绿色建筑高质量发展的指导意见》，项目以绿色建筑三星级、LEED铂金级为建设目标。主要采用的绿色建筑技术包括被动式节能系统、高性能幕墙系统、光伏发电系统、智能照明控制系统等。

通过集成传感器和自动控制系统，外围护结构可根据外部环境变化自动调节，如智能遮阳系统和自适应通风系统。通过优化的窗地比最大化利用自然采光，既提高使用舒适度，又降低能源消耗。考虑全生命周期的使用需求，建筑外围护结构选择可回收或可利用的低碳材料，以实现可持续发展目标。

5 结语

外围护系统设计需综合考虑多种因素，中国中化大厦提供了宝贵的实践经验，通过科学技术创新及跨学科合作实现更安全、更高效、更可持续的超高层建筑设计。通过应用新材料、整合智能化技术及遵循绿色建筑标准，显著提升外围护结构的性能，实现建筑的可持续发展。未来，超高层建筑设计应更加注重外围护结构与建筑整体性能的协同，聚焦建筑与城市环境的和谐共生。

参考文献

[1]李昶.基于雄安新区建设需求的绿色建材应用思考 [J].大陆桥视野， 2024，（ 3）：127-129.
[2]张贵，续紫麒 . 高标准高质量推进雄安新区建设：历程、逻辑与路径选择 [J]. 科学学与科学技术管理，2024， 45 （ 2）：64-82.