生活垃圾焚燒發(fā)電廠的建筑設(shè)計(jì)新探索
——以上海老港再生能源利用中心二期為例

林大衛(wèi) LIN Dawei

同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司

同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院

業(yè)主：上海老港固廢綜合開發(fā)有限公司

建設(shè)地點(diǎn)：上海市老港鎮(zhèn)

建筑設(shè)計(jì)：同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司

中國五洲工程設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司

設(shè)計(jì)時(shí)間：2016～2017

建成時(shí)間：2019.10（預(yù)計(jì)）

建筑面積：141 177m2

近幾十年來，中國經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)，大規(guī)模、高速度的城市擴(kuò)張與再開發(fā)使城市面貌發(fā)生了翻天覆地的變化，同時(shí)也產(chǎn)生了大量生活垃圾，高速發(fā)展中的城市正在遭遇“垃圾圍城”的威脅。以上海為例，據(jù)東方新聞網(wǎng)報(bào)道的數(shù)據(jù)顯示，一個成人每天垃圾生產(chǎn)量為1.2kg，2015年上海人民共計(jì)生產(chǎn)了789.3萬t垃圾，日產(chǎn)生活垃圾約2萬t，生活垃圾日均處置量1.7萬t。如果用載重2.5t的垃圾車運(yùn)載，首尾相連，垃圾車隊(duì)可以從人民廣場綿延至浦東機(jī)場；2017年，上海的年垃圾產(chǎn)量約900萬t。

目前，大城市生活垃圾處置方式主要有三種：衛(wèi)生填埋、堆肥和焚燒發(fā)電。然而，填埋需要大量土地資源且容易造成二次污染，堆肥處理速度慢且適用規(guī)模小，多應(yīng)用于鄉(xiāng)村地區(qū)。因此，土地資源消耗少、處理速度快、二次污染少且能夠資源再利用的焚燒發(fā)電，成為了城市地區(qū)較為理想的選擇。

1 理念的轉(zhuǎn)變

生活垃圾焚燒發(fā)電廠的工藝及功能相對穩(wěn)定，通常包括卸料大廳、垃圾坑、焚燒間、煙氣凈化間及相關(guān)附屬管理用房，且多數(shù)焚燒發(fā)電廠選址建設(shè)在郊區(qū)或山區(qū)，因此在很長一段時(shí)間內(nèi)，這類建筑并不被普通大眾或建筑設(shè)計(jì)界所關(guān)注，屬于常規(guī)工業(yè)建筑，設(shè)計(jì)手法也相對傳統(tǒng)，基本以服務(wù)于功能需求為目的。

然而，近年來，隨著人們對生活垃圾分類、處理的重視，垃圾焚燒建筑的造型越來越受到各地政府、相關(guān)部門、市民以及建筑師群體的關(guān)注，因此在國內(nèi)外都出現(xiàn)了眾多外觀醒目的垃圾焚燒廠，力求特色性、新穎性、標(biāo)志性。例如，BIG設(shè)計(jì)完成的丹麥哥本哈根垃圾焚燒發(fā)電廠，集垃圾焚燒、滑雪、攀巖等功能于一體；Schmidt Hammer Lassen事務(wù)所聯(lián)手日本Gottlieb Paludan建筑事務(wù)所設(shè)計(jì)的深圳東部垃圾焚燒發(fā)電廠試圖打破傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)施矩形布局的慣例，圓形結(jié)構(gòu)的建筑內(nèi)部設(shè)有一條1.5km長的公共場館通道；由Erick van Egeraat設(shè)計(jì)的丹麥Roskilde地區(qū)的再生能源焚燒塔不僅具備高功能性而且被賦予了標(biāo)志性的棕紅色穿孔鋁板外觀，猶如一個棱角分明的石塊，顯示出工業(yè)建筑的粗曠美；武漢都市環(huán)保工程技術(shù)股份有限公司設(shè)計(jì)完成的深圳寶安老虎坑垃圾焚燒廠三期工程集生產(chǎn)、辦公、生活、教育、旅游于一體，通過大量折面造型和屋頂綠化，試圖讓建筑更加貼合和親近自然。

除此之外，國內(nèi)外還有很多在建或建成案例沒有一一列舉，但可以明顯看出一種趨勢，即垃圾焚燒發(fā)電廠正逐漸從單一的垃圾焚燒場所演變?yōu)槿菁{了建筑造型的標(biāo)志性、科普教育基地的展示性等更加復(fù)雜、綜合的功能體，成為再生能源利用、環(huán)境保護(hù)、科普教育的重要展示窗口。

1 老港再生能源中心一期

2 深圳老虎坑發(fā)電廠

3 北京朝陽區(qū)生活垃圾綜合處理廠

4 上海御橋生活垃圾焚燒發(fā)電廠

5 丹麥哥本哈根垃圾焚燒發(fā)電廠

6 深圳東部垃圾焚燒發(fā)電廠

7 丹麥Roskilde地區(qū)再生能源焚燒塔

8 深圳老虎坑垃圾焚燒發(fā)電廠三期

9 老港再生能源利用中心二期日景鳥瞰效果圖

10 老港再生能源利用中心二期日景人視圖（北、西立面）

11 老港再生能源利用中心二期觀光平臺與立面細(xì)部效果圖

12 老港再生能源利用中心二期總平面圖（左側(cè)為二期，右側(cè)為一期）

13 垃圾焚燒發(fā)電流程圖

14 老港再生能源利用中心二期立面造型流線示意

15 老港再生能源利用中心二期造型手法示意

16 老港再生能源利用中心二期翻起鋁板單元（模型）

17 老港再生能源利用中心二期施工現(xiàn)場

18 老港再生能源利用中心二期施工現(xiàn)場

下面以筆者參與聯(lián)合設(shè)計(jì)的上海老港再生能源利用中心二期為例，介紹其設(shè)計(jì)思路、手法及技術(shù)細(xì)節(jié)。其中，建筑結(jié)構(gòu)及內(nèi)部焚燒工藝由中國五洲工程設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司設(shè)計(jì)，同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司負(fù)責(zé)建筑外觀設(shè)計(jì)，內(nèi)部科教展示流線設(shè)計(jì)由兩家設(shè)計(jì)單位共同完成。

2 上海老港再生能源利用中心二期項(xiàng)目概況

老港再生能源利用中心二期工程位于上海市浦東新區(qū)老港鎮(zhèn)，毗鄰東海0號大堤。主體建筑占地面積為62 279m2，總建筑面積141 177m2，建筑高度約50m，建筑由南北兩座垃圾焚燒處理廠房、中部主控中心、參觀展示廳等多個部分圍合形成一個景觀庭院，并在庭院端部的煙囪上設(shè)置可以俯瞰整個廠區(qū)的觀光平臺。

項(xiàng)目引進(jìn)國外先進(jìn)的往復(fù)式機(jī)械爐排爐，煙氣凈化系統(tǒng)采用“SNCR+減溫塔+干法（熟石灰）+活性碳吸附+袋式除塵器+濕法（NaOH溶液）+SCR系統(tǒng)”的處理工藝，建成后可日處理生活垃圾6 000t，年處理能力為200萬t，加上已建成的再生能源利用中心一期每年可處理生活垃圾300萬t，上海近一半的生活垃圾將在此進(jìn)行焚燒處理，是目前全球規(guī)模最大的生活垃圾焚燒發(fā)電廠。建成后的再生能源利用中心二期還設(shè)置了科普展示中心，充分展示國內(nèi)最先進(jìn)的垃圾焚燒技術(shù)，同時(shí)滿足公眾、業(yè)內(nèi)人士等不同的參觀需求，創(chuàng)造豐富的參觀體驗(yàn)。

3 設(shè)計(jì)理念及造型——“水藍(lán)寶盒”

項(xiàng)目基地毗鄰東海，我們希望將海天壯闊的景觀與垃圾焚燒發(fā)電的特點(diǎn)通過建筑造型來表達(dá)，因此，設(shè)計(jì)取意于“水藍(lán)寶盒”，將“水流”的動感及垃圾焚燒發(fā)電工藝的流線共同抽象為建筑造型的流線，同時(shí)寓意焚燒發(fā)電廠猶如一個將垃圾變廢為寶、焚燒發(fā)電的“寶盒”，也寄托了垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)的所有從業(yè)人員將垃圾再生利用、造福于民，還地球一片“藍(lán)天”的夢想。

基于原本的卸料大廳、垃圾坑、焚燒間、煙氣凈化間等幾大主體功能的內(nèi)部空間需求，我們將幾個功能體塊進(jìn)行整合，并通過流線型、多段式、高低起伏穿插的立面線條以及在中部、轉(zhuǎn)角處設(shè)置的玻璃體，合理通過“表皮”設(shè)計(jì)弱化了原本敦實(shí)、呆板的建筑體量，使一個長330m、寬220m、高50m的超大尺度建筑在沒有使用異型曲面等夸張、復(fù)雜造型的前提下，帶給人如水流般動感的視覺體驗(yàn)。

建筑立面主要以橫向貫通的鋁板來實(shí)現(xiàn)水平起伏延展的線條，同時(shí)為了增強(qiáng)建筑造型的沖擊力及“水流”的感覺，特別選擇局部區(qū)域鋁板進(jìn)行不同角度的變化，使得建筑立面更富層次和光影。這些翻起變化的鋁板還具有一個重要作用，即為立面上眾多分散且大面積的進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)口提供通風(fēng)需求，成為猶如魚腮式的“呼吸”表皮，造型和功能得到統(tǒng)一，也保證了外立面的完整性，避免了原本工業(yè)建筑立面門窗洞口、百葉的“補(bǔ)丁式”設(shè)計(jì)。

4 參數(shù)化輔助立面設(shè)計(jì)

考慮到實(shí)際建設(shè)的需求，我們對每一片區(qū)域的鋁板寬度數(shù)據(jù)都進(jìn)行了梳理，將數(shù)量繁多的鋁板歸類劃分為14種不同的模數(shù)，便于未來的實(shí)際加工制作，在實(shí)現(xiàn)造型效果的同時(shí)節(jié)約造價(jià)。為了更加靈活地控制和調(diào)整每條鋁板翻起的位置及幅度，在立面設(shè)計(jì)中還以參數(shù)化輔助設(shè)計(jì)，通過Rhino的Grasshopper插件，使得每個區(qū)域鋁板的走勢和翻起的幅度均由可控的三維參數(shù)控制，并可根據(jù)建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備等各個專業(yè)的技術(shù)需求進(jìn)行形態(tài)方面的靈活調(diào)整。

在建模過程中，對于一條鋁板通常采用“雙軌掃掠”的方式即可完成建模。但在本項(xiàng)目中，數(shù)量如此龐大且起伏走勢完全不同的鋁板，如果通過手動方式逐個完成建模，必然是難以實(shí)現(xiàn)的，工作量巨大且后期不便于調(diào)整。因此，我們通過Grasshopper插件中的參數(shù)化編程批量生成鋁板單元，同時(shí)做到各個鋁板的翻起位置和幅度隨時(shí)可控。

19 老港再生能源利用中心二期將立面分為幾個區(qū)域單獨(dú)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)

20 老港再生能源利用中心二期將垂點(diǎn)移動并與上方軌道上的點(diǎn)連線以生成鋁板的斷面線

21 老港再生能源利用中心二期通過斷面線及軌道線生成每個區(qū)域的波浪

22 老港再生能源利用中心二期根據(jù)需求在不同位置設(shè)置翻起距離不同的斷面線

23 老港再生能源利用中心二期在參數(shù)化設(shè)計(jì)過程中可以實(shí)時(shí)看到立面的形態(tài)

24 老港再生能源利用中心二期參觀展示區(qū)位置

25 老港再生能源利用中心二期入口大廳室內(nèi)效果

26 老港再生能源利用中心二期煙氣凈化間參觀廊室內(nèi)效果

27 老港再生能源利用中心二期參觀流線

28 老港再生能源利用中心二期參觀流線

首先，我們根據(jù)鋁板的走勢將每個立面分成幾塊區(qū)域，由于每塊區(qū)域內(nèi)的鋁板走勢大致相同，所以可以對其統(tǒng)一進(jìn)行參數(shù)化控制。在之前的工作中我們已經(jīng)完成了每塊翻起鋁板的上下兩條邊界線，以此可以作為生成翻起鋁板的兩條“軌道”。

接下來，創(chuàng)建每條翻起鋁板的“斷面線”。在上方軌道線上任意取一個點(diǎn)，向下方軌道線做垂線，將垂點(diǎn)以垂直于立面的方向向外移動所需要的距離，再將移動后的點(diǎn)與上方軌道線上最初所取的點(diǎn)進(jìn)行連線，就生成了翻起鋁板在該位置的斷面線。按照這種方式，我們在需要進(jìn)行控制的位置批量產(chǎn)生斷面線，就可以通過“軌道”與“斷面線”生成該區(qū)域的翻起鋁板。

在Grasshopper中，我們不僅能夠方便地控制每一處斷面的翻起距離，同時(shí)利用插件自帶的實(shí)時(shí)顯示功能還可以實(shí)時(shí)觀察曲面形態(tài)的變化，方便進(jìn)行立面推敲，省去了大量返工的時(shí)間。同時(shí)，根據(jù)風(fēng)口的布局調(diào)整相應(yīng)位置鋁板的翻起距離以實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)，從而進(jìn)一步推敲立面效果的變化，最終實(shí)現(xiàn)外觀及功能兩方面都更加合理的立面設(shè)計(jì)。

5 參觀流線設(shè)計(jì)——再生能源利用展示中心

本項(xiàng)目作為民眾與學(xué)生的科普基地，將充分展示國內(nèi)最先進(jìn)的垃圾焚燒技術(shù)，因此，項(xiàng)目利用南北工房中間的間隙設(shè)置了參觀區(qū)，形成與主工房一體化的完整造型。

在參觀流線設(shè)計(jì)中，設(shè)置了三種針對不同人群的參觀流線，包含快速參觀流線、全程參觀流線及專業(yè)參觀流線，創(chuàng)造了豐富的參觀體驗(yàn)。全程流線長約700m，設(shè)10個參觀點(diǎn)，總參觀時(shí)間控制在1h左右。具體流程如下：

（1）觀眾進(jìn)入園區(qū)后，首先到達(dá)一層入口門廳（標(biāo)高0.00m），門廳空間圍繞中庭展開，中庭三層通高，兩側(cè)設(shè)置展廊，內(nèi)側(cè)設(shè)置休息區(qū)，作為展覽開始及結(jié)束的人流集散點(diǎn)。

（2）展覽序廳/多媒體廳設(shè)置在中庭后方，綜合利用展墻、多媒體等方式全方位展現(xiàn)處理流程、工藝設(shè)備及可再生產(chǎn)品等，讓參觀者在正式參觀之前對再生能源利用中心有一個宏觀的認(rèn)識。

（3）觀眾觀賞完序廳內(nèi)的多媒體短片后，乘坐大容量電梯直接到達(dá)參觀平臺（標(biāo)高14.00m），通過東側(cè)展廳兩邊的玻璃觀察窗能夠近距離看到卸料廳，同時(shí)這里還提供了一個眺望東海的寬闊視角。

（4）接下來，觀眾可沿中庭環(huán)廊到達(dá)垃圾坑觀察窗（標(biāo)高14.00m），通過可調(diào)節(jié)角度攝像頭讓參觀者直觀地感受垃圾處理的第一道流程，同時(shí)對于全自動的垃圾進(jìn)料抓斗起重機(jī)和全電子管理系統(tǒng)也能充分展示。

（5）參觀完垃圾坑之后，即可進(jìn)入鍋爐間及煙氣凈化間觀光廊道（標(biāo)高14.00m）講解平臺為參觀者提供了駐足觀看內(nèi)部宏大設(shè)備的空間，也可進(jìn)入設(shè)備區(qū)內(nèi)部，進(jìn)行相對專業(yè)及詳細(xì)的參觀，例如參觀焚燒爐觀火點(diǎn)。廊道的盡端即到達(dá)了廠區(qū)最高的體量——煙囪，從觀光廊道進(jìn)入煙囪即可到達(dá)內(nèi)部的觀光電梯，參觀者可以乘坐觀光電梯感受不同視角下的再生能源利用中心，并到達(dá)煙囪頂部的觀光平臺。觀光平臺標(biāo)高63.00m，是廠區(qū)最高點(diǎn)，參觀者可環(huán)繞觀光平臺俯瞰全部廠區(qū)，并可以眺望東側(cè)的東海景觀。

（6）最后，觀眾可從觀光平臺下至14.00m標(biāo)高后沿另一側(cè)觀光廊道到達(dá)總控室，總控室的玻璃幕墻在為參觀者提供全廠區(qū)信息系統(tǒng)展示的同時(shí)，還可以滾動播出廠區(qū)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如二噁英排放量等。至此，參觀者可從這里乘坐自動扶梯回到一層大廳，整個參觀流程結(jié)束。

6 結(jié)語

在此次老港再生能源利用中心二期工程的外觀及內(nèi)部展示流線設(shè)計(jì)中，我們順應(yīng)當(dāng)下市場需求及發(fā)展趨勢，探索了民用公共建筑設(shè)計(jì)理念和手法在工業(yè)建筑上運(yùn)用的可行性，為垃圾焚燒發(fā)電建筑注入了新的面貌和精神，更好地促進(jìn)了國家及相關(guān)部門將垃圾焚燒這一行業(yè)展示于市民的期望，使得廣大市民更好地了解及正確地認(rèn)識垃圾處理、焚燒過程及影響，增強(qiáng)了大眾的環(huán)保意識。

圖片來源：圖1～8來源于網(wǎng)絡(luò)，其余均為作者提供。