作為“雙奧競(jìng)技場(chǎng)館”的國家游泳中心，為何再次被世界矚目。是什么黑科技讓這座夢(mèng)幻建筑，成功地實(shí)現(xiàn)了水冰的轉(zhuǎn)換？
我們身邊還有哪些低碳建筑呢？
在科技賦能下，又是什么讓人類建造月球基地，到“太空旅行”更近了一步?
《平行未來的N次元》作為一檔前瞻性科創(chuàng)訪談節(jié)目，今年浦江創(chuàng)新論壇將聯(lián)合上海科技、文匯報(bào)等媒體，邀請(qǐng)環(huán)境科學(xué)、城市治理、數(shù)字經(jīng)濟(jì)、健康醫(yī)療等相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜艺归_系列訪談，共同探討并展望“低碳”時(shí)代的科技賦能、產(chǎn)業(yè)變革和行業(yè)機(jī)遇。
本期邀請(qǐng)到建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的青年科學(xué)家，胡建輝副教授。胡教授長(zhǎng)期致力于國家雙碳需求下特大型城市中公共建筑轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)研究。
胡建輝副教授認(rèn)為低碳建筑是實(shí)現(xiàn)國家“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵內(nèi)容。通過合理布局建筑空間，用好可再生能源和智能技術(shù)，建筑是可以做到零碳排放的。甚至從建筑的全生命周期來看建筑的“能源賬本”還可能有所盈余。
“在未來，建筑將會(huì)朝著低碳智能方向轉(zhuǎn)變。”他對(duì)此相當(dāng)篤定。
北京冬奧會(huì)讓“低碳、可持續(xù)”理念深入人心
北京2022年冬奧會(huì)上，運(yùn)動(dòng)健將在“冰立方”中摘金奪銀，屢屢刷新世界紀(jì)錄，這座銀白的冰雪場(chǎng)館給人留下深刻印象，其實(shí)它就是由2008年北京奧運(yùn)會(huì)的“水立方”變化而來，“水立方”是一座低碳建筑，相比于傳統(tǒng)公共建筑，水立方和冰立方的建筑功能和工作模式使得能耗和碳排放大幅度降低。
盡管過去了14年，但“冰立方”的透光度仍然保持在95%以上，這是因?yàn)榻ㄖ娣e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(xué)的空間劃分也對(duì)建筑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(qū)需要加熱。“冰立方”的分區(qū)加熱滿足能量高效利用的要求，讓能耗更低。另外，可視化的觀眾舒適度反饋系統(tǒng)，讓建筑更“了解”觀眾需求。
“材料、結(jié)構(gòu)、控制技術(shù)，是建筑降低能耗的三個(gè)方面，水立方不愧于低碳建筑典范。”胡建輝副教授說。據(jù)他觀察，冬奧會(huì)另一個(gè)重要意義是科普了低碳、可持續(xù)的建筑理念。在舉行冬奧會(huì)之前，這座場(chǎng)館已經(jīng)轉(zhuǎn)換了三次，2019年12月，這里舉辦中國青少年冰壺公開賽，并完成了賽道認(rèn)證。2020年夏季再次轉(zhuǎn)換為水立方模式。2021年世界輪椅冰壺錦標(biāo)賽前夕，“水立方”只花了19天時(shí)間，再次完成“水冰轉(zhuǎn)換”，也以此正式進(jìn)入“冬奧狀態(tài)”，它的高效、節(jié)能深深折服了建筑設(shè)計(jì)師、運(yùn)動(dòng)員和觀眾以及工程建設(shè)人員，綠色低碳建筑理念深入人心。
從關(guān)注單一節(jié)點(diǎn)到關(guān)注全生命周期
“人們對(duì)建筑的觀念正在發(fā)生變化，以前人們想要更高、更大、更特別的建筑，但它們消耗了大量資源，排放了許多碳，現(xiàn)在人們不只關(guān)注建造的過程，更關(guān)注建筑的全生命周期。”胡建輝副教授說。
公共建筑運(yùn)維期的能耗占建筑總能耗的30%以上，想要成為低碳建筑，減少運(yùn)維能耗是必不可少的。如果把建筑的全生命周期看成一本無形的“碳賬本”，那么光伏建筑一體化、建筑固體廢棄物回收再利用等新材料、新技術(shù)的應(yīng)用，可以讓賬本里的“碳盈余”越來越豐厚。
據(jù)胡建輝副教授透露，到2025年國家要求公共建筑屋頂中的光伏覆蓋率力爭(zhēng)達(dá)到50%，目前主要有兩種手段增加光伏覆蓋率，一種是BAPV（光伏附加在建筑上），一種是BIPV（光伏集成在建筑中）。試想一下，光伏與建筑融為一體，建筑在為人們遮風(fēng)擋雨的同時(shí)，也在吸收太陽能，轉(zhuǎn)化為電能和熱能。“據(jù)測(cè)算，一塊光伏板大約7年能收回成本，而它的使用周期在25年以上。”他說。
光伏建筑一體化同時(shí)加快了建筑的智能化進(jìn)程，因?yàn)榧友b了光伏后，勢(shì)必要有一套傳感控制系統(tǒng)，如家用能量管理系統(tǒng)（Home Energy Management System）來測(cè)量建筑到底發(fā)了多少度電，降低了多少碳排放。因此，未來的建筑一定會(huì)朝著低碳化、信息化的方向演進(jìn)，建筑也會(huì)變得更低碳、更智能、更“懂你”。
建筑設(shè)計(jì)需要天馬行空的想象力
胡建輝副教授心儀的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師——德國慕尼黑奧林匹克體育場(chǎng)的弗雷?奧托（Frei Otto）教授引領(lǐng)了“大跨空間結(jié)構(gòu)”的理念。他還曾經(jīng)提出要為常駐北極的科研工作者建造一個(gè)“北極之城”的超大穹頂方案，這個(gè)當(dāng)時(shí)看起來超級(jí)科幻的概念，如今正成為當(dāng)下全球大型公共建筑主流選擇。
當(dāng)下，中國的建筑業(yè)正孕育著變革，低碳建筑有很多突破口，它與能源、機(jī)械、電氣、計(jì)算機(jī)都有交集，我們甚至可以從植物學(xué)角度去規(guī)劃與眾不同的建筑類型。建筑也未必都是固定和堅(jiān)硬的，柔性材料、數(shù)字技術(shù)、智能控制的出現(xiàn)，人們完全可以顛覆以往的理念，設(shè)計(jì)出柔性又舒適，甚至裝拆便攜、機(jī)動(dòng)快捷的建筑結(jié)構(gòu)。
“我鼓勵(lì)青年人要有天馬行空的想象力，敢于從新的切入點(diǎn)進(jìn)入這個(gè)賽道，自主創(chuàng)新往往能取得突破性的成就。”胡建輝副教授說。他心系星辰大海，期望能根據(jù)中國航天“探月”取回來的月球土壤樣本中獲得信息，利用膜結(jié)構(gòu)技術(shù)，去設(shè)計(jì)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(jìn)，他覺得這一夢(mèng)想會(huì)有實(shí)現(xiàn)的一天。
