上海天文馆项目绿色节能技术风险研究

上海天文馆项目绿色节能技术风险研究

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1.上海科技馆2001222.同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司上海同济工程咨询有限公司200092

摘要：上海天文馆项目综合运用了多项绿色节能技术，文章在对上海天文馆项目各项主要的绿色节能技术应用情况进行阐述介绍的基础上，遵循风险管理系统框架，首先对各项绿色节能技术的风险要素与风险事件进行识别；随后通过层次分析法计算得出对应权重，对单项及整体风险水平和等级进行分析；最后针对各绿色节能技术风险对应选取相应的风险接受、风险规避、风险降低、风险转移或分担等风险应对措施，帮助上海天文馆项目进一步降低整体风险、提高项目效益。

关键词：上海天文馆；绿色节能技术；风险管理

1.引言

上海天文馆（上海科技馆分馆）是上海市“十三五”期间重大市政文化公益项目和重要科普基础设施，是服务上海科技创新中心建设的重要举措。项目位于浦东新区临港新城，总用地面积5.86公顷，总建筑面积38163.9平方米，包括地上面积25762.1平方米和地下面积12401.8平方米。项目基地内共有两组建筑，主体建筑和附属建筑，其中附属建筑包含魔力太阳塔、青少年观测基地、厨房（餐厅）和大众天文台。

上海天文馆将建设成为融科普教育、展示收藏、观测研究、旅游休闲于一体的现代化科普场馆，其项目设计方案的先进性与高标准的建设目标令其与国内同类工程相比面临着更多挑战。同时，项目综合运用了地源热泵、太阳能光热光电、导光管系统、种植屋面、雨水回收利用及生态净化处理等多项绿色生态节能技术，将打造成为上海生态建筑的典范。但目前各项绿色节能技术的发展和应用中仍存在众多潜在风险因素，科学系统的进行风险管理、全面开展风险控制，是进一步深化优化上海天文馆项目绿色节能技术实施、提高绿色节能技术应用成功率和有效性的关键核心之一。

2.上海天文馆主要绿色节能技术应用

2.1地源热泵技术

上海天文馆项目基地与滴水湖距离仅1~2公里，曾考虑水源热泵的可行性，但因采用滴水湖作为水源热泵的冷热源时需要综合判断下列条件：一是生态环境方面，由于夏季向水体排放的热量超过一定限值时，氧气在水中的溶解度减少，将会引起部分生物缺氧窒息，影响水生生物的存活；冬季时从水体大量取热使水温降低，对水体生物造成负面影响。二是水源位置与项目位置距离较远，管线过长会导致冷热量沿程损失较大，与节能理念不符。三是运行管理方面，水源热泵需要大量换热盘管置入水中，需防止人为或非人为的破坏，而项目基地距离较远不利于管理。同时在水体容量有限的情况下设置取回水口的位置影响到整个系统效率。经过相关管理部门、业主等多方研讨，暂不考虑水源热泵系统。

相比水源热泵，本项目更适宜采用地源热泵。上海的气候环境条件属夏热冬冷地区，其土壤适宜作为夏季制冷的排热源和冬季采暖的取热源。本项目建筑密度为27.62%，场地内有21067㎡的室外绿地，完全有条件采用竖向埋管式地源热泵作为空调的冷热源，充分利用可再生能源。另外，采用地源热泵可以减少设备机房面积，缓解本项目建筑面积紧张的矛盾。地源热泵的寿命相对来说能达20年以上，远好于其他空调形式。

经过对项目周边环境和自身条件的分析，为了充分利用可再生能源，避免对生态环境的负面影响，同时兼顾后期的运营管理，确认采用地源热泵作为本项目的适宜绿色建筑技术措施。

2.2太阳能光热光电技术

上海天文馆项目可在主体建筑、职工餐厅和青少年观测基地三栋建筑的屋顶部分区域安装太阳能集热器或光伏电池组件。其中，餐厅部分日生活用热水用量较大且集中，拟采用太阳能集中热水系统，布置区域约200㎡。在主体建筑球体部分、青少年观测中心金属屋面等建议设置一体化光伏发电系统，最终可视绿色建筑得分情况及建筑立面效果，进行综合决策。

图3上海天文馆项目室内导光管布置示意图

2.5其他

除上述四项主要技术外，上海天文馆项目还综合采用了节水器具、透水地面、节水灌溉系统、生态水体处理系统、雨水回收利用系统、复层景观绿化、节能照明等多项绿色节能技术。

3.上海天文馆绿色节能技术风险识别

3.1风险识别路径

在风险项目上，针对本项目采用的主要绿色节能技术进行风险识别，主要包括地源热泵、太阳能光热光电系统、种植屋面与导光管系统，同时，亦对包括其他绿色节能技术在内的所有技术集成应用风险进行综合识别。

在风险要素上，可以从项目内部风险和外部风险两方面出发进行考量。其中，外部风险主要包括与各风险项目相关的自然环境风险、经济风险、社会风险、政策风险等；内部风险则主要包括自身技术风险、设计风险、施工风险、财务风险、管理风险等。以此构建本项目绿色节能技术风险的识别路径结构如图4所示。

图4上海天文馆项目绿色节能技术风险识别路径结构示意图

3.2风险识别结果

依据上述识别路径框架，针对五类风险项目进行逐一识别，风险识别结果汇总如表1所示。

由于绿色节能技术多依赖自然能源和新能源，因此在外部风险方面主要集中于自然环境的风险，而绿色节能技术的环保节能效益显著，目前多受到国家政府和人民各方面的大力支持，因此在经济、社会、政治方面的风险较小，在本研究后续讨论中也将不再予以考虑。但在内部风险上，来自自身技术、设计、施工、财务、管理等各方面的风险多普遍存在。

图5利用层次分析法进行风险分析流程示意图

4.2风险分析结果

针对上海天文馆项目绿色节能技术的风险分析结果汇总如表2所示。

地源热泵技术的风险概率水平为0.47，施工风险与技术风险因素具有相对较高的风险等级，地下隐蔽工程施工质量欠缺、换热器与热泵系统不匹配为较高风险事件；太阳能光热光电技术的风险概率水平为0.48，施工风险与技术风险因素具有相对较高的风险等级，高空施工安全隐患、太阳能产品安全隐患为较高风险事件；种植屋面技术的风险概率水平为0.37，技术风险因素具有相对较高的风险等级，种植植物配置不合理为较高风险事件；导光管技术的风险概率水平为0.45，技术风险因素具有相对较高的风险等级，导光筒反射材料与集光器材料选择不当为较高风险事件；多技术集成的风险概率水平为0.55，施工风险与技术风险因素具有相对较高的风险等级，不同技术系统间匹配不当或冲突、施工安全隐患为较高风险事件。这些风险因素和风险事件应在项目进行过程中应予以重点关注和控制。

综合来看，上海天文馆项目各主要绿色节能技术的风险水平多为三级和四级，均属于偶尔发生的中度风险或极少发生的轻度风险，是基本可控的风险，在做好基本应对措施的前提下不会对项目整体的正常进行带来较大影响。其中，多技术集成风险项目的风险水平相对最高，这一结果提醒我们，由于上海天文馆项目采用了诸多种不同的绿色节能技术，应特别注意不同技术之间的融合集成，尽可能避免冲突。

同时，在各风险项目下，与设计、自然环境、管理和财务因素相比，技术风险与施工风险多具有相对更高的风险等级，即在上海天文馆项目的绿色节能技术应用中，应多留意规避由这些技术本身带来的风险点并加强其施工环节的管控，以提升整体的风险管理水平，进一步降低项目绿色节能技术应用的整体风险。

5.上海天文馆绿色节能技术风险应对措施

根据各不同技术风险点特征，可以从接受风险、风险规避、降低风险、风险转移或分担等不同角度分别提出主要的风险应对措施。

5.1地源热泵技术风险应对措施

（1）前期要进行完备的准备工作和可行性分析，准确做好岩土分析、导热测试等工作。一般情况下在项目设计前要进行热物测试实验和地质检测报告等，通过热物性测试得出平均单位管长吸热量从而通过软件计算得出室外管长，且可以根据地质检测报告选择室外地埋管的深度和地源热泵技术的应用类型及形式等。根据项目规模和项目的建筑类型以及建筑的冷热平衡度选择不同类型的地源热泵技术。同时应准确考察周边环境包括邻近工程场区的建筑情况、土壤源地源热泵系统使用情况、埋管场地、市政管线走向等基础设施情况，以对本项目地源热泵系统设备进行统筹规划。

（2）在进行岩土层热物性测试前，对于测试仪器、测试内容、测试方法与操作步骤等制定统一的使用规程和标准，以减少热物测试对地埋管设计计算的差异性影响。

（3）在地源热泵地埋管水平埋管与垂直埋管方式选择上，综合考虑项目占地面积、维护费用、工程量、前期投入、应用效果、换热性能等因素，结合上海市人口密集的特点和夏热冬冷需要冬夏联动应用的气候环境条件，本项目应选择垂直埋管方式更为合适、风险相对更小。

（4）在开展地源热泵地埋管设计工作之前，应结合项目基地实际情况合理选择地源热泵埋管管材材质。目前市面上比较常见的管材是由乙烯、聚丁烯材质制作而成的，因为它们在工作的时候弯曲也不会改变工作效率，同时因为这些材质是由热熔形成的，所以形状和状态的保持也更加的稳定，不容易发生变形变质，因此选用这些材质的地埋管拥有更长的使用寿命。

（5）每年委托有资格的管理检测单位定期对项目使用的地源热泵系统各项参数进行标定与检验，并出具书面检验合格证书，以及时发现系统本身可能出现的漏洞或老化等问题，排除非人为操作因素带来的隐患。

5.2太阳能光热光电技术风险应对措施

（1）在保证太阳能系统组件与支架的连接可靠的基础上，可在楼顶组件间专门设计“维修及清洗通道”，以方便后续对太阳系统组件进行维修、更换及清洗工作。太阳能热水系统的用水用能应设置独立的仪表进行计量以反映系统的节效能果和具体运行情况。

（2）强化对于太阳能产品的全面比选，结合项目实际使用要求对其强度、硬度、供水范围、保证率等指标进行严格考察，并应通过历史数据系统分析备选产品系统的稳定与可靠性，综合选取最优化的太阳能产品组合。

（3）太阳能热水系统的温度监测和控制系统对保证太阳能热水系统的稳定运行，提高太阳能热水系统的节效能果有很好的作用，建议在进行太阳能热水系统设计时配备系统控制。

（4）在利用太阳能光热光电系统提供电源的场所加设人工光源或应急光源，以应对在太阳光源匮乏导致电力不足的情况下，仍能保持上海天文馆内光照强度和时间的稳定性。

5.3种植屋面技术风险应对措施

（1）种植屋面工程设计应遵循“防、排、蓄植并重，安全、环保、节能、经济，因地制宜”的原则，并考虑施工环境和工艺的可操作性。在进行结构承载力设计时必须包括种植荷载。

（2）应结合上海的气候环境、天文馆的景观与美化要求、植物的生长特征、滞尘降温能力和维护便利性等因素综合选取适宜的植被种类。

（3）应特别重视种植屋面防水层的设计，防水层的合理使用年限应≥15年。应采用二道或二道以上防水层设防，最上道防水层必须采用耐根穿刺防水材料，且防水层的材料应相容。

（4）定期查看植物的生长情况，着重检查植物根系对防水层结构是否存在威胁以及时采取相应措施。

5.4导光管技术风险应对措施

（1）在对导光管系统进行布置的过程中，要注意将其与建筑本身所设置的采光门窗之间保持相当的距离，两者不得互相干扰。

（2）在对坡屋面上阴面的系统进行布置的过程中，应将集光器尽可能布置在较高的位置处，而且要与其他的设备保持相对较远的距离，可将集光器设置在屋脊的上部位置，以保障光线收集的有效性。

（3）在对集光器进行设置时，要将其与女儿墙之间的距离进行适当的拉远，两者之间的距离最好保持在2m以上，这样才能够有效的进行采光。

（4）选用具有高反射比的材料是提高导光筒效率的关键，通常要求导光筒反射材料的反射比要高于0.95。同时应注意合理选用气密性能、水密性能、抗风压性能和抗冲击性能较好的集光器材料。

（5）在利用导光管系统提供电源的场所加设人工光源或应急光源，以应对在自然光源匮乏导致电力不足的情况下，仍能保持上海天文馆内光照强度和时间的稳定性。

5.5绿色节能技术集成风险应对措施

（1）应针对绿色节能技术系统的集成设计做好前期的充分可行性调研与研究，结合上海天文馆项目的实际情况选择合理的材料与设施设备，保证最佳可用性与使用效率。

（2）对于具有共通性的技术系统可以考虑统筹设计与施工，从而简化流程，同时降低重复成本。

（3）在多项绿色节能技术的集成设计过程中，尽可能对于不同的技术专业采取集成共同工作机制，及时沟通交流问题，减少设计信息的冲突与碰撞。

（4）在充分利用自然能源的同时，合理加设人工能源设备，以应对天气或气候条件不佳状况下，或出现不可抗力时仍能保证上海天文馆项目的正常稳定运行。

5.6其他通用性风险应对措施

（1）应选择经验丰富的、技术到位的施工与安装企业，保证系统的施工安装质量。

（2）项目施工前加强人员技能培训和风险意识，强调高空施工等极端工作环境的危险性，做好完备的特殊施工安全措施。

（3）在工程进行过程中应根据各风险点建立完备的设备维护与应急预案，一旦出现问题或事故及时应对，降低风险发生带来的损害。

（4）在项目进行过程中应制定严格的投资控制措施，合理分配资金投入，保证项目资金的合理供应分配并尽力做到总成本不超额控制。

（5）重视专业人员的培训和运维知识的普及，尽早组建专业与杂学兼备的维护管理人才队伍，应对不同技术系统的运维要求。

（6）可以根据需要委托专业的第三方维保进行托管，定期对各技术系统的运行现状情况进行检查并及时采取相应措施。同时应从业主角度制定完善的监管制度，及时对第三方维保的质量和效果进行检验和管理。

6.结语

本文通过系统的风险识别、风险分析与风险控制措施分析，结合文献研究和上海天文馆项目特征，采用层次分析法对上海天文馆项目绿色节能技术风险开展研究。从内外角度全面分析了上海天文馆项目在综合运用多项绿色节能技术的建设实施过程中可能存在的风险，并对应提出了针对性的风险应对措施，从而对可能出现的风险或事故予以最大限度的防范。将帮助上海天文馆项目在绿色节能技术应用实施的环境、技术、设计、施工、管理、财务等各环节都增强风险管理意识，尽可能降低项目在绿色节能技术方面的风险水平，保障工程顺利实施，为项目取得绿色建筑设计三星级认证的目标乃至项目整体效益的实现作出贡献。

参考文献

[1]蔡久顺.基于模糊多层次灰色法的绿色建筑设计风险评价研究[J].合肥工业大学学报（自然科学版）,2015.38(7):968-972.

[2]曹文强.住宅小区雨水收集利用工程风险评价[J].给水排水,2008.34(10):71-74.

[3]陈伟,容思思,钱振宇等.基于灰色聚类的太阳能建筑一体化技术风险评价[J].工程经济,2016.26(10):56-60.

[4]费文龙,黄坤,刘洋等.地源热泵应用中的风险分析[J].硅谷,2010:120.

[5]姬凌云.欧盟国家城市节能技术类型研究[D].同济大学,2007.

[6]荆磊.我国绿色建筑全寿命周期风险识别与评价[D].华侨大学:2012.

[7]李庆来,于世坤,王波.世博中心绿色节能技术风险管理研究[J].科技与管理,2011.13(6):13-16.

[8]李新.地源热泵技术的适用性分析及相关对策研究[D].西安建筑科技大学,2013.

[9]林波荣,肖娟.我国绿色建筑常用节能技术后评估比较研究[J].暖通空调,2012.10:20-25.

[10]刘薇.节能建筑的建设风险管理研究[D].西安科技大学,2014.

[11]刘鑫.建筑节能绿色环保技术的应用现状与发展[J].建筑科技,2016.11(35):104-105.

[12]TulaczGJ.Insurersworryaboutgreen-buildingrisks[N].ENR:EngineeringNews-Record,2008.07,261(1):10-11.

[13]U.S.MarshGreenBuildingTeam.GreenBuilding:AssessingtheRisks[R].2009.

[14]万欣,秦旋.基于实证研究的绿色建筑项目风险识别与评估[J].建筑科学,2013.29(2):54-61.

[15]王建辉,刘自强,刘伟等.地源热泵辅助太阳能采暖系统的研究[J].河北工业科技,2013.11:484-489.

[16]王景慧,秦旋,万欣.绿色建筑项目的风险因素识别与风险路径分析[J].施工技术,2012.41(376):30-34.

[17]许磊.夏热冬冷地区地源热泵技术的应用研究[D].南京理工大学,2013.

[18]赵延军,王晓鸣.建筑节能技术的风险模糊评价模型[J].西北大学学报（自然科学版）,2009.39(5):851-854.