设计推动建筑绿色转型 数据赋能城市低碳发展

　　——清华大学建筑学院教授 刘念雄

　　在全球气候变化的大背景下，中国作为全球生态文明建设的参与者、贡献者和引领者，积极向“新”向“绿”转型，不仅有利于自身高质量发展，也为全球低碳转型和可持续发展贡献力量。中国以开放的姿态广泛开展国际合作为各国绿色发展带来机遇，并制定了一系列应对气候变化的目标和计划，展现了碳中和的魄力和强有力的行动。

　　随着新一轮科技和产业变革的加速，新质生产力以高科技、高效能、高质量的优势为低碳城市建设提供了有力支撑。国家相关部门出台了一系列政策和法规，对城市建设低碳发展的重视程度和执行力度不断增强，对建筑行业从设计、建设到运行全过程提出了更高的目标，在实践中，需要在建筑方案设计的源头推动绿色转型，以数据提供科学决策支持，赋能城市低碳发展。

　　国家会展中心(上海)、虹桥商务区和虹桥综合交通枢纽(2016年)

　　在这方面，国家会展中心(上海)已然成为设计先行、数据驱动的低碳建筑典型案例。国家会展中心作为我国的主场外交场所，已经连续成功举办了六届中国国际进口博览会(CIIE)，2024年11月，第七届进博会即将召开，进一步为我国经济发展和拓展国际贸易、展现国家综合实力发挥重要作用。

　　设计独具匠心 重大建设项目屡获殊荣

　　国家会展中心(上海)是国家商务部和上海市政府合作的国家重大建设项目，位于上海市虹桥商务区，总投资150多亿元人民币，总建筑面积147万平方米，规模宏大，功能复合，是目前面积最大的会展建筑综合体之一，2011年12月开工建设，2014年12月(提前6个月)实现了全馆交付使用，铸就了场馆建筑设计和绿色施工里程碑式的力作，项目荣获了建筑工程界的鲁班奖、白玉兰奖和詹天佑奖。

　　以人为中心的会展通道和立体交通组织

　　国家会展中心的建筑设计方案采用了“四叶草”形式，从空中俯瞰，这座体量巨大的建筑宏伟壮丽，气势磅礴，塑造了上海作为国际大都市的新地标。国家会展中心建筑方案设计总负责人、清华大学刘念雄教授介绍说，“四叶草”是绿色生命力的象征，是世界性符号与中国式元素交相辉映的结合，标志性的图形展现了人文与自然融合，讴歌了自然秀美、轻盈蓬勃的生命之美，饱含对我国经济持续蓬勃发展、人民生活富裕的美好期待。今天，“四叶草”作为进博会的标志已经深入人心，每逢进博盛会，吉祥物熊猫“进宝”手持四叶草，欢迎四海宾朋。

　　2011年11月，“四叶草”建筑设计方案在竞标中脱颖而出，并付诸实施，此后，联合设计团队用三年时间在北京和上海共同完成了方案深化设计。四叶草从方案变为现实，数字信息技术在建筑设计中的作用功不可没。刘念雄教授介绍说，超大型建筑的设计工作复杂而充满挑战，超过100人的设计团队日夜奋战，充分利用建筑信息模型(BIM)设计平台，将智慧化融入从设计、建设和运行全过程，通过采用数据设计方法，实现不同设计阶段的数据流通，实现不同技术专业之间的数据共享，在建筑师与专业技术团队之间搭建桥梁，完成跨专业技术协同设计，综合解决复杂技术难题，实现低碳技术高效集成应用。

　　上海国际汽车工业博览会(2019)

　　国家会展中心集展览、会议、商业、办公、酒店多功能于一体，室内外展览面积50万平方米，拥有面积近3万平方米的超大展厅13个，功能完善、交通复杂，面临的建筑设计、建设的技术难题没有先例。刘念雄教授介绍说，面对超大规模的建筑体量和复杂的功能、交通、安全、舒适的设计需求，以及建筑结构、空调和消防安全等超限设计等跨专业技术难题，设计团队充分发挥数字信息技术的优势，在城市设计、功能布局、交通组织、大跨度结构、消防安全、室内环境控制、绿色建筑技术集成和施工组织等方面进行创新突破，成功破解了预应力混凝土结构、地铁车站正上方结构120m跨度转换、地铁不间断运行施工组织、超大面积金属屋面防水和排水、高大空间展厅空调送风、消防疏散和扑救等技术难题。在绿色建筑方面，系统集成采用了分布式能源系统和冷、热、电“三联供”、太阳能光热光电高效利用、高大展厅全LED节能照明、超大型智慧场馆和超级电容节能电梯、固体废物综合处置和垃圾资源化、密闭式垂直管道垃圾收集系统等多项首创技术，实现了从设计、建设到运行过程的大幅度节能减排目标，在节地、节能、节水、节材、室内环境质量和运营管理方面实现了建筑生命期节能减排、资源节约和环境友好，获得了国家绿色建筑三星设计和运营标识“双认证”，成为我国目前规模最大的绿色三星建筑。

　　数据驱动设计 深度技术融合解难题

　　采用数字技术和建筑信息模型建立数据设计平台，从设计、建设到运行全过程为低碳城市建设提供科学的数据支持，已经成为城市和建筑行业应对气候变化的共识。面对大数据和人工智能的浪潮，过去十年，刘念雄教授的研究团队依托国家重点研发计划项目“目标和效果导向的绿色建筑设计新方法”等多项研究课题，提出了建筑师主导的数据设计方法、理 论和工具，寻求充分发挥数据在低碳建筑设计、性能评价、综合决策、数字化建造及智慧化管理中的关键作用，实现数据驱动设计、数据支持设计，促进建筑设计行业新的变革，让数字和人工智能技术在建筑设计领域的应用走向深入。

　　2007年~2008年，刘念雄教授主持完成了北京市亦庄、花乡等多项地铁站点上盖及周边一体化开发项目的城市设计工作，在低碳城市空间形态控制和公共交通引导型开发(TOD)规划设计方面积累了丰富的经验。国家会展中心(上海)也是上海地铁徐泾东站上盖的一体化开发项目，通过数据支持整合土地利用和交通，不仅有利于提高土地利用效率，而且有利于发挥地铁交通大运量、高效率的优势，在大型会展期间实现大规模观展人群集散。

　　高效的交通组织是国家会展中心成功运行的关键，国家会展中心交通规划独具特色，通过采用交通模拟和分析数据作为设计依据，确保内外交通便捷，建筑内部采用立体交通组织，各大展厅之间用“米”字型会展通道相互联系，设置不同标高楼层实现人车分流、客货分流，确保各自流线独立通畅。人流方面，实行步行者优先的原则，通过专门设置步行层，精细化组织和划分参观、贵宾和展商流线，营造舒适、健康、安全、环境宜人的交通空间，提高观展体验。物流方面，展览和布展期间实行分时交通组织，展厅外围设置多层室外车道和坡道，集装箱货车可直达各层展厅和展位，提高了布展和撤展效率，同时，消防车可经坡道进入二层平台和展厅进行立体扑救。对外交通方面，利用区域交通优势立体接驳城市交通和道路系统，实现人流、物流快速集散，配建货车轮候区等待进场，缓解周边交通压力，减少对城市交通的影响。此外，在国家会展中心周边，利用城市道路建立交通缓冲区，形成场地内外双环道系统，内外一体，满足大型会展活动的复杂交通需求，确保高峰日数万人次人流有序集散。

　　2024年11月开幕准备中的第七届进博会

　　国家会展中心建设是诗意浪漫与理性建造的结合，作为一座超大型公共建筑，设计始终建立在理性依托的基础之上，突出功能性、技术性和经济性。以低碳城市建设为目标，国家会展中心无论是交通组织和土地利用规划，还是建筑性能评价和分析计算，都采用了数据设计方法，通过量化数据为建筑设计提供决策支持。

　　目前，围绕国家碳中和的宏观目标，刘念雄教授在城市和建筑领域主持完成了多项碳排放相关的国家级研究课题，通过与数字信息技术结合的跨学科基础研究和应用研究，推动以数据支持低碳城市建设和高质量发展。

　　拓展城建典范 人工智能赋能低碳未来

　　国家会展中心(上海)自诞生之日起，便承载着推动城市低碳发展的重任，它的建设过程本身就是对绿色、高效、创新理念的生动诠释。随着数字信息技术在城市建设实践中的应用日益广泛，在国家重大建设项目的高效设计、建设与运行的背后，是新一代数字信息技术提供的强大支持，数据设计方法在高性能、高品质的绿色建筑设计中发挥的引领作用越来越显著。

　　国家会展中心的设计、建设和运行的成功，是数字时代我国低碳城市建设和智慧化运行管理的典型应用场景，展望未来，建筑运行过程积累的大量数据也是通过使用后评价数据反馈进行设计优化、提升管理效率的重要依据，通过全过程数据支持进一步打造大数据时代的城市建设典范。在人工智能技术发展日新月异的今天，在建筑设计领域，以大数据和案例为基础的生成式设计方法已经成为研究前沿课题，目前，刘念雄教授的研究团队正在尝试应用机器学习方法进行建筑设计阶段的碳排放快速预测，尝试应用案例推理设计、蒙特卡洛树搜索树与粒子群算法相结合，进行数据驱动和知识驱动的生成式设计探索，推进人工智能新技术在建筑设计中的应用。

　　清华大学刘念雄教授研究团队

　　国家会展中心的成功，揭示出新质生产力与低碳城市建设的紧密结合所发挥的重要作用，通过不断推进前瞻性创新科技成果的应用，探索数据支持低碳城市建设的技术路径和管理模式，才能促进新质生产力在我国低碳城市建设中的应用持续走向深入，共同构建生态宜居的美好家园。(文/冯婷)