张锦秋　院士　中国建筑西北设计研究院教授级高级工程师

“建设的智能化”具体工作可分为以下六个层面展开：

（1）掌握城市大数据库、建立大数据平台。有了大数据平台，才可以用信息手段来解决城市建设问题。

（2）建立城市山水格局战略空间发展平台，积极推进大中城市的信息平台的建立。例如，厦门的山水格局战略研究。厦门的地形地貌复杂，通过建立地理模型分析各种发展条件的限制，这种方法对城市规划建设的智能化很有借鉴。

（3）建立城市市政管网的全数字地图，便于决策管理。

（4）智慧技术用于规划设计、建筑设计，比如BIM系统、CIM系统的提升。

（5）推广绿色施工，使用新机器等手段，减少材料浪费等。

（6）城市的运营需要精细化和精密化的管理，如消防等。

技术一：世博控温降温功能性材料集成与应用

（1）建筑物的保温与隔热

世博会主体展馆的保温隔热是建造过程中不可避免要面对的问题。现有的保温隔热技术普遍采用外墙外保温。其中，利用散粒的聚苯乙烯（EPS）泡沫颗粒与水泥做成轻骨料砂浆代替EPS保温板作为保温层，是近年来发展起来的一项新的低成本节能技术。EPS砂浆作为保温层能有效地提高墙体的热阻，但同时由于EPS砂浆属于轻质维护结构，其热惰性指标不能充分满足设计要求。热惰性指标是表征围护结构抵抗外界温度波动的一个参量。上海属于冬冷夏热地区，夏季外围护结构严重受到不稳定温度波作用。例如实测屋顶的外表面最高温度可达62℃，西墙外表面温度可达51℃以上，夜间维护结构外表面温度可降至25℃以下。对处于这种温度波幅很大的非稳态传热条件下的建筑围护结构来说，热惰性指标的高低也显得尤为重要。

目前国内外建筑节能墙体主要采用保温隔热技术节能，建筑墙体保温隔热技术大体分为两种形式：内保温和外保温。

墙内保温做法存在的主要问题：一是热工效率较低，外墙有些部位如丁字墙、圈梁处难以处理而形成“热桥”，使保温性能有所降低；二是保温层做在室内，对二次装修、增设吊挂设施带来麻烦，一旦出现问题，维修时对室内居住或办公人员影响较大；三是内保温占室内空间，使用面积有所减少。

外保温恰恰在这些方面具有较多的优势：薄弱环节少，热工效率高，不占室内空间；对保护结构有利，既适用于新建房屋，更适合既有建筑的节能改造。尽管目前外保温做法的工程造价要略高于内保温做法，但若以性能价格比衡量，外保温优于内保温。以北京地区为例，通过大量工程实践，各设计、施工单位和开发商已逐渐形成共识，近两年新建的住宅工程采用外保温的已超过60%。目前，外保温已成为北京、上海等地区墙体保温的主导技术，但是目前国内采用的主要外保温体系（EPS/XPS玻纤网格布聚合物砂浆体系）存在易开裂、渗水、剥落、耐火性能差、透气性差等问题，且施工复杂，出现裂缝是一种比较普遍的现象。因此，在未来城市的建设过程中，必须考虑采用新颖的、绿色生态外保温体系。

（2）道路的降温与控温

例如上海世博会园区，其道路系统也是多样的，有用于车辆通行的主干道、次干道和人行道，还有园区内的小路等，各种道路功能不一。在道路材料选择时，如果只是采用混凝土，会吸收较多的太阳辐射，表面温度也会升高，应当涂抹反射率高的外表面材料或者渗透性很强的材料。同时，考虑到各种道路的总面积很大，如果我们可以把一些人行道路纳入控温降温系统，则世博会园区的总体控温降温体系会得到很大的保证。

目前，对道路系统的控温降温主要还是采用在道路两侧建设绿化带。在世博园这种类似公园性质的园区中，可以直接种植草坪做人行道路。但是，由于人流量大，草坪不易养护，因此只能是在一些次要的、人流量少的地方布置草坪式道路。而采用混凝土或者沥青路基做的道路，主要还是通过洒水来实现控温降温。这里有一个很大的问题，就是如果水洒到地面，但是无法马上渗透到地下或者有其他方式带走热量，那么水吸收了热量后就会蒸发，这时表面上地面温度降低了，但是实际上在路面上行走的人却感觉到热气逼人，这并没有达到控温降温效果。基于此，我们就必须考虑使用一种新型的绿色材料——可以渗透水的路基材料将热量带走。

（3）遮阳系统的控温与降温

世博会占地广，除去一部分场馆外，大部分是户外空间，结合德国汉诺威和日本爱知世博会的情况，有很大一部分观众需在场馆外等待，户外控温降温体系的必备系统就是遮阳系统。对上海世博会园区来说，在人流最多的地方布置连续的户外遮阳系统，把太阳的辐射强度降到最小，平均辐射温度有可能下降10～20℃，这将大大改善人体的舒适度。因此，设计造型美观、色彩鲜艳、造价低廉的户外遮阳系统，将是十分有效、十分重要的控温措施。

遮阳系统是一个新型的，并且正在蓬勃发展的行业，目前国内相对于国外先进的国家，还是有些差距，但是结合上海的现状，应该说遮阳系统的设计和施工还是紧跟时代的。遮阳材料也是品种繁多，如何合理地选择遮阳系统的形式、支撑体系、面料、色彩等是关系到能否控温降温的关键因素。

（4）绿化的控温与降温

世博会园区需要做大量的绿化，绿化可以美化环境，同时有利于保护生态、调节气候、净化空气、遮荫覆盖、降低室温和城市热岛效应、节水节能、环保。除了园区地面需要绿化外，园区场馆的屋顶也可以进行绿化。

实践充分证明，屋顶绿化是节约土地、开拓城市空间、“包装”建筑物和都市的有效办法，是建筑与绿化艺术的合璧，是人类与大自然的有机结合。特别需要指出的是，城市屋顶绿化在保护城市环境上起的作用是不可忽视的。以绿化成本为例，在中心城区，绿化1万m2土地，加上征地和拆迁补偿费用在内，约需3 000万元，而建造1万m2屋顶绿化的投入只有约200万元，约为前者的1/15。据测定，一个城市如果把屋顶都利用起来进行绿化，那么这个城市中的碳排放较之没有绿化时要低85%，而且养护1 m2的绿地一年只需要6元。

随着经济的发展，人们对环境质量的要求日益提高，人口愈来愈多，城市化速度越来越快，土地面积日趋减少，有计划且有步骤地发展屋顶绿化，将融建筑、生态、环境、经济、社会效益为一体，这已成为发展趋势。

鉴于当前城市地面绿地面积的拓展空间较小，发展楼顶花园、空中花园是节约土地、开拓城市空间、提高绿地率最有效的方式。屋顶绿化的技术问题关键在于两个方面：一是种植土壤（基质），二是防水层和排水层的材料选用。

技术二：水体降温技术集成与应用

（1）技术原理和技术路线

利用水体进行场地降温的基本原理是“蒸发冷却”。以下是选择水作为控温降温媒介的重要原因。物理学研究表明：

①通过水的蒸发潜热在所有物质中最高，对环境中热量的传递和输送起着非常重要的作用。

②水（冰）的融化潜热在所有液体（氨除外）中最大，由于吸收或放出潜热，故在凝固点有恒温作用，可以调节气候。

③水的热容在所有液体和固体（氨除外）中最高，能防止大气温度变化过大。

④使水分蒸发，必须供给热量（能量），称为汽化热。每蒸 发1 gal（3.785L）水 能够消耗8 700 BTU热量（或8 540 kJ的热量）。这些热量来自水本身或与水接触的物体。提供蒸发热给水分子后，这些提供者将失热，其温度会降低。

蒸发冷却在国内外的研究中已经广泛应用于工业环境温度控制、农业温室、禽畜养殖、军事等领域。根据国内外环境控制技术的研究，蒸发冷却技术有以下三个条件：第一，空气中的大气温度与水汽温度差距要大，此时空气吸收水汽后，温度可以降得更低。第二，风量、水量要适当。第三，空气与水滴要能够充分混合，空气与水滴接触的表面积要愈大愈好，时间要愈久愈好。

上述的第一个条件由大气气候决定。第二个条件则取决于蒸发冷却系统的设计是否合理，能否满足以下要求：第一，有足够的风量与风压。第二，有足够的水量。第三，风（空气流量）与水滴有足够的接触时间，使水滴蒸发。

根据研究，空气温度每增加11℃，空气疏松性增加因子为2。例如空气温度为22℃，且相对湿度为50%，若将空气加热至33℃，空气疏松性的增加因子为2，结果其相对湿度减少一半（25%）。也就是说，一天中较高温度的时段，也就是大气中相对湿度较低的时段。由于相对湿度愈低，蒸发冷却效果愈好，因此每天较高温时段的蒸发冷却效果最好。

世博园区内降温水体形式主要包括喷雾、喷水、水幕、流水与水池。

●喷雾

利用特殊喷头将水雾化成细小微粒，使之飘浮于空气中，营造出云翻雾涌、轻纱拂面、如梦如幻的景观效果，同时可增加空气负离子，创造雨后天晴般的清新空气，起到降温、控湿、除尘、消除异味等多种作用。喷雾降温此前已经大量应用于人工养殖、工业环境温度控制等，可以最大限度地实现水与空气的混合并实现有效的气化，属于蒸发降温的首选。

●喷水

主要包括嬉戏喷水、景观喷水等。嬉戏喷水以游客娱乐为目的，该类水体与人密切接触。景观喷水主要是喷泉，分布在各个水流及水池当中，景观效应明显。喷水降温在古代西方园林中已经有成熟的应用。

●水幕

利用特殊的建筑墙体，形成流动的水幕与瀑布，为展馆外等候的人们带来一丝凉意。

●流水与水池

动态的溪水和水渠与静态的景观水池合理布局，这动与静的巧妙结合在世博园中营造出一片自然的天地。

（2）相关技术应用

●人工湿地水质净化技术

它利用微生物、植物、填料之间一系列物理、化学，以及生物过程达到水质净化的目的，具有能耗低、效率高，耐冲击负荷能力强，运行维护简便，脱氮、除磷功能兼备，生态景观效益明显等特点（图2-3-37）。

●人工浮床水质净化技术

它是运用无土栽培技术原理，以高分子材料为载体和基质，采用现代农艺和生态工程措施综合集成的水面无土种植植物技术。其对受污水体的治理与修复作用主要包括植物对氮、磷等营养物质的直接吸收利用和对有机污染物的促降作用，兼可美化水域景观。

●曝气复氧技术

水体的自然复氧途径主要有：①大气中的氧通过气液界面的交换作用进入水中；②水生植物的光合作用产氧。

图2-3-37　人工湿地系统
Fig.2-3-37　Artificial wetland system

图2-3-38　曝气复氧技术
Fig.2-3-38　Aeration technology

一般情况下，由于小型景观水体自身水域面积的限制，水体流动性较差，一旦水体被污染，单靠天然复氧作用，水体的自净过程非常缓慢，故需要采用人工充氧曝气技术以弥补水体天然复氧的不足。出于对景观效应的考虑，景观园区内的水体人工充氧曝气技术常采用瀑布、跌水、喷水三种形式，既增强了水体的流动性，又提供了水体与空气更多接触交换的机会，促进了氧气由空气向水体的传递（图2-3-38）。

●消毒技术

1）紫外线消毒：利用紫外线化学效应的性质破坏生物体内DNA结构键而实现杀菌的目的。紫外线杀菌有高效、广谱、运行安全可靠、占地面积小、初期投资小、能够实现连续大水量消毒等优点。

2）臭氧消毒：臭氧是一种强氧化剂，比氯具有更高的活性和氧化能力。臭氧消毒具有杀菌速度快、效果好；水中的残留物少，产生的附加化学污染物少；现场制备，能耗简单等优点。

●游泳池池水循环净化工艺

目前常用的游泳池池水循环净化工艺为：预过滤+压力过滤器+氯消毒。

预过滤工序以去除水体中人体毛发为主要目的，以防止后续过滤装置及循环水泵的堵塞，影响正常运行。压力过滤器采用石英砂或无烟煤为滤料，设置有进水、出水、冲洗、泄水和放气等配管，同时设有检修孔、观察孔、取样管和差压计等，以便装置的日常维护与检测。消毒方法宜采用氯消毒，消毒剂采用液氯或次氯酸钠，在有条件和需要的情况下可采用臭氧、紫外线或其他消毒方法。

（3）规划布局和设计要求

根据水体降温的基本特点及研究，针对世博场地综合考虑景观、降温效果等多种因素采取不同的水体降温形式，在布局上采用“点、线、面”三级体系。

“点”状区域主要指各场馆等候区及世博园的各大出入口。此处人流密度较大，等待人群普遍心情焦躁，且往往难以进行绿化等措施，所以该处成为降温的重点。

“线”状区域主要包括连接各场馆之间的步行通道及园区内的各条道路。由于步行通道或道路两侧多为各场馆建筑，虽然高大建筑物及道路两侧的树木可以在这类区域形成良好遮荫，太阳直接照射的机会较少，但走道内通风条件较差，容易让人感觉闷热。

“面”状区域主要包括主要集会场所、各类庭院式广场、楔形休闲与生态绿地等。由于这类场地面积较大，往往缺乏足够的遮阳设施，太阳辐射强度较大。

●“点”状区域水体布置

1）世博园区及各场馆入口排队等候区，水体形式为喷雾、水幕与景观喷水结合。

2）室外娱乐、休闲区，水体形式为潜水池，嬉戏喷水集中布置。

●“线”状区域水体布置

1）各场馆建筑之间的步行通道，水体形式为水渠与小型景观喷水结合。

2）园区内步行道路两侧，水体形式为小型景观喷水和嬉戏喷水小品。

●“面”状区域水体布置

1）主要集会广场，水体形式为潜水池与喷泉结合。

2）各单元之间的庭院式广场，水体形式为小型景观水池与水幕结合。

3）楔形休闲绿地与生态绿地，水体形式为流水、景观湖与喷雾结合。

根据世博园区内水陆风的方向，园区主要入口、各场馆等待区的规划，以及主要通道、园区绿化的布置、控温降温水体的建议规划布局见图2-3-39至图2-3-42。(www.daowen.com)

图2-3-39　“点”状区域水体布置形式
Fig.2-3-39　Form of dot water

图2-3-40　“线”状区域水体布置形式
Fig.2-3-40　Form of linear water

图2-3-41　“面”状区域水体布置形式
Fig.2-3-41　Form of planar water

图2-3-42　基于水流、风流以及园区功能布局的控温降温水体规划图
Fig.2-3-42　Temperature-controlled and cooling planning based on water flow，wind flow and functional layouts

技术三：世博园区空间绿化降温

（1）技术原理：围绕温度、湿度、风速三个控温降温关键因素，以空间绿化（图2-3-43）为手段实现降温。

（2）空间绿化降温方法

●遮荫：绿化遮挡太阳光直射，降低受遮蔽空间的温度。结合园区规划，合理增加乔木和空中绿化。

在夏季14点左右，气温达35℃时实地测试情况，遮荫降温的效果十分明显（表2-3-2）。

●蒸腾吸热：利用植物表面的蒸腾作用，吸收热量，降低室外温度。结合园区规划，合理增加绿量。

根据植物蒸腾吸热的原理，上海通过拆房建绿，削减中心城区部分地区的热岛效应。延中绿地一期（7.4 hm2）于2000年7月1日建成。据上海中心气象台对延中绿地建设前后对比测试，临近地区的月平均气温降低了0.6℃。延中一期每小时吸收的热量达到6 925 kW。如果以2匹功率的空调机制冷量为5 kW计算，相当于1 385台空调机。

●绿廊引风：利用绿化引风廊道，促进空气流动，促进人体表面的热交换。结合园区规划，合理设置绿化引风廊道。

在夏季14点左右，气温达35℃时实地测试情况，微风情况下，材料表面附近温度变化不明显，但人的凉爽感受却较明显（表2-3-31）。

表2-3-2　气温和材料表面附近温度的关系——遮荫
Table 2-3-2　Relationship between air temperature and surface material-shade

表2-3-3　气温和材料表面附近温度的关系——微风
Table 2-3-3　Relationship between air temperature and surface material-breeze

图2-3-43　降温“面”状区域分类
Fig.2-3-43　Classification of cooling planar area

技术四：世博园区遮阳系统

（1）技术原理：平均辐射温度（tmrt）的控制

选择空气温度（Ta）、空气流速（Va）、相对湿度、平均辐射温度（tmrt）四个物理参数作为影响热环境的最主要因素。在这四个因素中，空气温度和湿度相对恒定，可控性相对较弱；平均辐射温度和空气流速则有较大的浮动性，受到较多物质要素的影响，可控性也较强，是需要重点考虑的要素。

根据研究，平均辐射温度与人四周各物体的表面温度有关。如果物体表面特别是地面材料的反射率比较大，吸收的太阳热就少，物体的温度就会相应较低，平均辐射温度也就比较低，人的感觉就比较舒适。而当一个人体暴露在某个高温辐射源之下时，人体就会受到某一束较强的辐射线（例如夏天的太阳辐射线），与人体相关的平均辐射温度会大大升高。如果人体位于混凝土地面之上，夏季太阳照射下的平均辐射温度有可能达到50℃以上，在此温度下穿着衣服行走较长一段路是难以忍受的，因此必须采取措施。

对世博园区来说，在人流最多的地方设置连续的遮阳棚，把太阳的辐射强度降到最小，平均辐射温度有可能下降10～20℃。如果再辅以生态降温制冷技术，温度将进一步降低，这将大大改善人体的舒适度。因此，造型美观、色彩鲜艳、造价低廉的遮阳棚，将是最有效、最重要的降温措施。基于遮荫降温原理，我们设计了名为“全球彩虹”（Global Rainbow）的世博园区遮阳系统，通过流动的造型，融入色彩语言，为参观者创造舒适的室外遮蔽区，同时为各分区提供明确的空间组织流线引导（图2-3-44）。

（2）遮阳材料比选和实用性分析

●传统绒布面料

特点：采用巨力电动开合轨和柔软的绒布相结合，构造成环形天幕系统，可以营造出很好的层次感。

●高强度玻璃纤维

特点：有效防93%的紫外线，抗断裂能力和抗拉能力更强，防火性能好，利于大面积使用，便于施工与维护。

●澳大利亚全遮光与遮阳透景面料

特点：双层遮阳系统通过智能中央控制，可以按照需要进行转换，达到保持适量光线或全暗的双重效果。

●美国遮阳透景面料

特点：通过面料的织物表面涂层与面料的编织方式，可以更好地反射有害光线。它主要由遮阳材料、机械传动机构、控制系统三部分集合而成。

●FCS梯形天棚帘

特点：体现强烈的立体感，加强了装饰效果。

图2-3-44　世博园区“全球彩虹”的遮阳系统材质与色彩
Fig.2-3-44　Materials and color of global rainbow shading system in Expo

图2-3-45　遮阳系统分布图
Fig.2-3-45　Distribution map of shading system

●金属板

特点：通常为铝材，因为铝的反光性能好，且易于构造，易于模块化生产。

●膜材

在遮阳系统设计中需要同时考虑材料规模化生产，可拆卸、模块式、组装化，新材料技术利用，轻型结构材料等要求，所以建议以膜材作为主要设计材料。

（3）规划布局和要求

●总体布局原则

世博园区遮阳系统需结合人流与活动布置。

世博园区遮阳系统需结合园区出入口。

世博园区遮阳系统需结合园区步行流线。

世博园区遮阳系统需结合核心展区和主要活动区。

世博园区遮阳系统需结合园区高架步道系统。

●处理空间三大关系

世博园区遮阳系统与高架平台、园区入口的关系：需在平台之上，且与入口密切相连。

世博园区遮阳系统与保留工业建筑的关系：工业建筑的大跨度结构为遮阳系统穿过建筑提供可能。

世博园区遮阳系统与主要建筑、展区的关系：在大洲展区的展馆之间穿过，避免穿过建筑；或从屋顶越过，成为屋顶平台景观的一部分；有可能穿越的主要建筑：博览馆。

●结合主题演绎的空间需要

世博园区遮阳系统需结合人与自然和谐的滨江轴线。

世博园区遮阳系统需结合人与人和谐的global avenue：通过各展区的空中步道轴线。

世博园区遮阳系统需结合历史与未来的和谐的浦西历史建筑和城市实践区的轴线。

世博园区遮阳系统需结合南北向的时间轴线。

世博园区遮阳避雨系统形成“三横一纵”的总体布局结构（图2-3-45）。同时实现了较大程度的公共步行系统的遮阳，遮去南北向的世博大道和东西向的global avenue总面积的39%。

江欢成　院士　上海江欢成建筑设计有限公司总工程师

从建筑设计方面考虑，我认为，建筑在新型城镇化下应该向什么方向发展，我这几年来的结论是：选择“上天”发展。地下开发目前已经被大家认可，我不反对，但是我自己觉得城镇化，城乡发展要利用资源，资源就是土地资源，无非就是一个“上天”，一个“入地”，还有一个农村扩展。这三条途径比较起来，“上天”是比较合算的。大家可能觉得建筑“上天”的瓶颈是结构，结构其实不是瓶颈，在一个合适的高度、宽度比例之下，结构很容易做到。

瓶颈其实存在于三个方面：一个是效率，即资源利用率，土地资源和使用电梯的效率；一个是安全；一个是舒适。

于是我提出了一个新的城市建设构想，叫“天空城市”。我们目前的城市设计是一个平面的设计，比如南京路、福州路、北京路、江西路等并排排开。能不能把平面的空间立起来，每条路都竖立起来，并在不同的层面架设人造平台，人可以自由活动，居住、办公、医院、学校及其各类设施都在里面集成，可以就近上班。

这个天空城市理念中包含了两个核心思想：垂直设施市政化和高层建筑多层化。垂直设施市政化可以提高建筑的使用效率，高层建筑多层化可以提供适当的防护隔断，可以保障高层建筑的安全，同时提供适宜的生活环境。

郑颖人　院士　中国人民解放军后勤工程学院教授

关于智能化建设，全数字地图和大数据平台的建设特别重要，这是基础。

对于城市智能化发展，以下三个方面特别重要：

（1）城市规划层面，首先要摸清城市自身发展的规律。

（2）城市建设层面，我的理解是在空间建设的基础上，加入时间维度的布局和精细化的治理方法。

（3）城市施工层面，施工运行的前提就是全生命周期环境，从建设到运营，再到维护等。

特别值得注意的是城市建设中的生态环境问题。比如延安下了一场大雨，就导致了30多人的死亡，这样的城市建设是极为不可取的。

一个地方，过去是一座山，现在城镇化进程下这座山没有了，那房子应该怎么建。这不是建设方案好不好的问题，而是安不安全的问题。现在我国在西南、西北环境中特别重视建设安全问题。地质环境作为城市建设必须要考虑的因素，不仅仅是避免地震带来的影响，其他的地质灾害也应引起重视，比如因地面松散而引发的泥石流灾害等。城市建设和山水格局的关系，必须通过智能模拟客观、真实地反映出来。过去都是地方领导说了算，现在是智能建设和模拟说了算。