科技，賦能建築更低碳、更智慧、更“懂你”

作為“雙奧競技場館”的國家游泳中心，為何再次被世界矚目。是什麼黑科技讓這座夢幻建築，成功地實現了水冰的轉換？

我們身邊還有哪些低碳建築呢？

在科技賦能下，又是什麼讓人類建造月球基地，到“太空旅行”更近了一步?

... ...

快跟著滬小科一起開啟《平行未來的n次元》2022年新篇章～

《平行未來的n次元》作為一檔前瞻性科創訪談節目，今年浦江創新論壇將聯合上海科技、文匯報等媒體，邀請環境科學、城市治理、數字經濟、健康醫療等相關領域專家展開系列訪談，共同探討並展望“低碳”時代的科技賦能、產業變革和行業機遇。

本期邀請到建築結構領域的青年科學家，胡建輝教授。胡教授長期致力於國家雙碳需求下特大型城市中公共建築轉型的基礎研究。

胡建輝

上海交通大學長聘教軌副教授

胡教授認為低碳建築是實現國家“雙碳”目標的關鍵內容。透過合理佈局建築空間，用好可再生能源和智慧技術，建築是可以做到零碳排放的。甚至從建築的全生命週期來看，建築的“能源賬本”還可能有所盈餘。

“在未來，建築將會朝著低碳智慧方向轉變。”他對此相當篤定。

北京冬奧會讓“低碳、可持續”

理念深入人心

北京2022年冬奧會上，運動健將在“冰立方”中摘金奪銀，屢屢重新整理世界紀錄，這座銀白的冰雪場館給人留下深刻印象，其實它就是由2008年北京奧運會的“水立方”變化而來，“水立方”是一座低碳建築，相比於傳統公共建築，水立方和冰立方的建築功能和工作模式使得能耗和碳排放大幅度降低。

儘管過去了14年，但“冰立方”的透光度仍然保持在95%以上，這是因為建築面積和屋頂包裹著一層像“泡泡”一樣的高分子薄膜材料etfe（乙烯-四氟乙烯共聚物），這種材料的重量只有玻璃的1/10，厚度只有玻璃的一半，它有自潔性，就像荷葉一樣表面不吸水，雨水可以直接把表面灰塵帶走；另外，它還是一種100%可回收的材料。

“冰立方”科學的空間劃分也對建築低碳起到了重要作用。要知道，觀眾席溫度不可能和冰面附近溫度相同，觀眾區需要加熱。“冰立方”的分割槽加熱滿足能量高效利用的要求，讓能耗更低。另外，視覺化的觀眾舒適度反饋系統，讓建築更“瞭解”觀眾需求。

“材料、結構、控制技術，是建築降低能耗的三個方面，水立方不愧於低碳建築典範。”胡建輝說。據他觀察，冬奧會另一個重要意義是科普了低碳、可持續的建築理念。在舉行冬奧會之前，這座場館已經轉換了三次，2019年12月，這裡舉辦中國青少年冰壺公開賽，並完成了賽道認證。2020年夏季再次轉換為水立方模式。2021年世界輪椅冰壺錦標賽前夕，“水立方”只花了19天時間，再次完成“水冰轉換”，也以此正式進入“冬奧狀態”，它的高效、節能深深折服了建築設計師、運動員和觀眾以及工程建設人員，綠色低碳建築理念深入人心。

從關注單一節點到關注全生命週期

“人們對建築的觀念正在發生變化，以前人們想要更高、更大、更特別的建築，但它們消耗了大量資源，排放了許多碳，現在人們不只關注建造的過程，更關注建築的全生命週期。”胡建輝教授說。

公共建築運維期的能耗佔建築總能耗的30%以上，想要成為低碳建築，減少運維能耗是必不可少的。如果把建築的全生命週期看成一本無形的“碳賬本”，那麼光伏建築一體化、建築固體廢棄物回收再利用等新材料、新技術的應用，可以讓賬本里的“碳盈餘”越來越豐厚。

據胡建輝教授透露，到2025年國家要求公共建築屋頂中的光伏覆蓋率力爭達到50%，目前主要有兩種手段增加光伏覆蓋率，一種是bapv（光伏附加在建築上），一種是bipv（光伏整合在建築中）。試想一下，光伏與建築融為一體，建築在為人們遮風擋雨的同時，也在吸收太陽能，轉化為電能和熱能。“據測算，一塊光伏板大約7年能收回成本，而它的使用週期在25年以上。”他說。

光伏建築一體化同時加快了建築的智慧化程序，因為加裝了光伏後，勢必要有一套感測控制系統，如家用能量管理系統（home energy management system）來測量建築到底發了多少度電，降低了多少碳排放。因此，未來的建築一定會朝著低碳化、資訊化的方向演進，建築也會變得更低碳、更智慧、更“懂你”。

建築設計需要天馬行空的想象力

胡建輝教授心儀的建築結構設計師——德國慕尼黑奧林匹克體育場的弗雷奧託（frei otto）教授引領了“大跨空間結構”的理念。他還曾經提出要為常駐北極的科研工作者建造一個“北極之城”的超大穹頂方案，這個當時看起來超級科幻的概念，如今正成為當下全球大型公共建築主流選擇。

當下，中國的建築業正孕育著變革，低碳建築有很多突破口，它與能源、機械、電氣、計算機都有交集，我們甚至可以從植物學角度去規劃與眾不同的建築型別。建築也未必都是固定和堅硬的，柔性材料、數字技術、智慧控制的出現，人們完全可以顛覆以往的理念，設計出柔性又舒適，甚至裝拆便攜、機動快捷的建築結構。

“我鼓勵青年人要有天馬行空的想象力，敢於從新的切入點進入這個賽道，自主創新往往能取得突破性的成就。”胡建輝教授說。他心繫星辰大海，期望能根據中國航天“探月”取回來的月球土壤樣本中獲得資訊，利用膜結構技術，去設計適合人類探索、居住的月球基地。隨著中國探月工程的不斷前進，他覺得這一夢想會有實現的一天。

上觀號作者：上海科技