南通三建超低能耗裝配式專家公寓樓示范工程

本項(xiàng)目集被動(dòng)式超低能耗綠色建筑技術(shù)、裝配式建筑技術(shù)、智慧建筑技術(shù)于一體，全過程應(yīng)用BIM 技術(shù)，被列入“住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部2018 年科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目計(jì)劃”，同時(shí)該項(xiàng)目被列為“十三五國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃綠色建筑及建筑工業(yè)化重點(diǎn)專項(xiàng)科技示范工程”。

本示范工程具有綠色節(jié)能、健康舒適、智能智慧等諸多優(yōu)點(diǎn)，中國工程院董石麟院士、肖緒文先后到產(chǎn)業(yè)園調(diào)研指導(dǎo)，并對(duì)該項(xiàng)目給予高度評(píng)價(jià)，董石麟專門為本項(xiàng)目題詞——“中國好房子”( 見圖1、表1)。

表1 江蘇南通三建研發(fā)中心樓建設(shè)責(zé)任主體單位

2.1 裝配式技術(shù)

采用通用性裝配整體式剪力墻技術(shù)體系，同時(shí)將被動(dòng)房技術(shù)與裝配式技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)裝配化、外墻板裝飾、保溫、承重一體化，提高建造質(zhì)量和建造效率；裝配式設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是建筑標(biāo)準(zhǔn)化，戶型平面設(shè)計(jì)采用模數(shù)化、模塊化拼裝，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件“少規(guī)格多組合”，降低建造成本。

2.1.1 預(yù)制裝配式混凝土構(gòu)件應(yīng)用情況（見表2、圖2）

預(yù)制構(gòu)件拼裝模型如圖2 所示。

表2 預(yù)制構(gòu)件比例統(tǒng)計(jì)表

圖2 預(yù)制構(gòu)件拼裝模型

2.1.2 豎向構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)

預(yù)制剪力墻的豎向受力鋼筋采用灌漿套筒連接，按照《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算規(guī)程》JGJ1-2014 要求，對(duì)剪力墻邊緣構(gòu)件的縱筋逐根連接，豎向分布鋼筋采用間隔連接，連接分布鋼筋的套筒數(shù)量減少50% 以上，方便施工操作；同層相鄰的預(yù)制剪力墻之間以及預(yù)制墻板與現(xiàn)澆剪力墻之間的連接采用豎向現(xiàn)澆段整體連接，利用預(yù)制剪力墻端部預(yù)留的錨固鋼筋與豎向墻體現(xiàn)澆段鋼筋進(jìn)行綁扎連接。豎向構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)的豎向構(gòu)造和水平構(gòu)造分別如圖3、圖4 所示。更多被動(dòng)房項(xiàng)目，請(qǐng)登錄被動(dòng)房之家網(wǎng)站。

圖3 剪力墻豎向鋼筋連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

圖4 相鄰剪力墻水平向連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

2.1.3 水平構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)

疊合板采用密拼方式連接，預(yù)制板厚度為60mm，疊合板現(xiàn)澆層厚度為60mm，疊合板拼縫處設(shè)置附加構(gòu)造鋼筋，如圖5 所示。

圖5 預(yù)制疊合板拼縫部位構(gòu)造詳圖

2.1.4 預(yù)制混凝土剪力墻夾芯保溫外墻板

由于本工程按照被動(dòng)式超低能耗建筑技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)長三角地區(qū)夏熱冬冷氣候的特點(diǎn)，其外墻保溫層采用厚度為120mm 的EPS 保溫板，預(yù)制混凝土剪力墻采用夾芯保溫構(gòu)造，由于夾芯保溫層厚度是普通預(yù)制混凝土剪力墻夾芯保溫厚度的2～3 倍，因此連接外頁板和內(nèi)頁板的拉結(jié)件也不同于普通的夾芯保溫預(yù)制剪力墻的拉結(jié)件。本示范工程采用哈芬墻板拉結(jié)件，如圖6和圖7所示。

圖6 預(yù)制剪力墻外墻板哈芬拉結(jié)件構(gòu)造詳圖

圖7 預(yù)制剪力墻外墻板構(gòu)造實(shí)景圖

2.1.5 外門窗洞口防熱橋節(jié)點(diǎn)

外門窗與預(yù)制混凝土外墻板的連接部位采用了防熱橋設(shè)計(jì)，外門窗上口及下口的防熱橋節(jié)點(diǎn)構(gòu)造分別如圖8 和圖9 所示。

圖8 外門窗上口防熱橋構(gòu)造詳圖

圖9 外門窗下口防熱橋構(gòu)造詳圖

2.2 被動(dòng)式建筑技術(shù)

根據(jù)夏熱冬冷地區(qū)夏季悶熱、冬季濕冷的氣候特點(diǎn)，結(jié)合居民喜歡采用自然通風(fēng)改善室內(nèi)熱環(huán)境的生活方式，通過保溫隔熱性能和氣密性更高的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，采用高效新風(fēng)熱回收技術(shù)，最大程度地降低建筑供暖供冷需求，并充分利用可再生能源，以更少的能源消耗提供舒適室內(nèi)環(huán)境并能滿足綠色建筑的基本要求。

2.2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)（見表3）

表3 外圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)表

2.2.2 建筑節(jié)能指標(biāo)（見表4）

表4 建筑全年能耗控制指標(biāo)

2.2.3 主要節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

（1） 屋面

本工程屋面采用四坡輕鋼結(jié)構(gòu)，下設(shè)鋼筋混凝土平屋面，在坡屋面與平屋面之間形成空氣層，傳熱系數(shù)控制在 0.25 以內(nèi)，加厚了保溫做法，采用 150mm 模塑EPS 保溫板，如圖10 所示。

圖10 屋面做法詳圖

（2）地面、樓面

一層采用架空地面，架空層內(nèi)回填土比室外地坪高100mm，在保溫層上面覆蓋一層隔汽薄膜作為水蒸氣的阻隔層。在有效解決室內(nèi)地坪積水問題的前提下，利用架空層外墻開設(shè)通氣孔，保證空氣層內(nèi)自然通風(fēng)。

此外，為了保證樓面和地面的隔聲及保溫性能，在每層樓板采用5mm 厚隔音減震墊和 85mm 厚擠塑聚苯保溫板，隔聲性能達(dá)到了晝間≤ 40dB，夜間≤ 30dB 的要求（見圖11）。

圖11 架空地面隔聲保溫構(gòu)造做法詳圖

（3）外墻

外墻保溫采用200mm 厚預(yù)制混凝土墻+120 mm厚模塑聚苯保溫板+60mm 厚混凝土外頁板，預(yù)制外墻構(gòu)件的水平縫采用聚氨酯保溫板進(jìn)行壓實(shí)密封；豎向縫填塞A 級(jí)巖棉保溫板，外側(cè)采用防水密封膠進(jìn)行封堵；外墻保溫連接件采用斷熱橋保溫連接件；管道穿外墻部位預(yù)留套管及足夠的保溫間隙，并進(jìn)行防水和氣密性處理（見圖12）。

圖12 外墻保溫構(gòu)造做法詳圖

（4）外窗及外門

外門及外窗采用了符合被動(dòng)房氣密性、隔聲性、水密性、抗風(fēng)壓性和傳熱系數(shù)等技術(shù)指標(biāo)要求的專用外門窗。在建筑的東、南、西三側(cè)的外墻窗戶安裝了全自動(dòng)控制的電動(dòng)遮陽百葉窗簾，可以根據(jù)氣候及太陽高度角、太陽光線的強(qiáng)度等來自動(dòng)調(diào)節(jié)百葉窗簾的升、降及百葉的角度，夏季能遮擋 50% 以上的太陽光，加上 Low-E玻璃本身的遮陽效率（遮陽系數(shù) 0.87），能大大減小太陽光對(duì)室內(nèi)的熱輻射和眩光影響。

本工程采用聚酯隔熱鋁合金三玻二腔一真空一中空窗戶，內(nèi)平開、上懸被動(dòng)窗，玻璃采用 5+20Ar+5（單銀內(nèi)充氬氣，填充比例超過85%)Low-E+o.15V+5， 邊框采用 75 系列型材，玻璃傳熱系數(shù) 0.7（W/m2?K)；玻璃周邊采用暖邊間隔條，通過改善玻璃邊緣的傳熱狀況提高整窗的保溫性能。

外窗的傳熱系數(shù)為1.0W/(m2?K)，透明部分的太陽能得熱系數(shù)值為0.50， 夏季外設(shè)有百葉活動(dòng)遮陽，夏季得熱系數(shù)為0.15。更多被動(dòng)房項(xiàng)目，請(qǐng)登錄被動(dòng)房之家網(wǎng)站。

外門采用被動(dòng)門，型材采用斷橋鋁合金型材，玻璃采用普通三玻兩中空玻璃，( 傳熱系數(shù)為k≤1.0W/(m2?k))、外門窗的性能等級(jí)氣密性8 級(jí)、水密性6級(jí)、抗風(fēng)壓性能9級(jí)。

建筑的東、西、南向采用外遮陽電動(dòng)遮陽百葉窗簾，可以根據(jù)氣候及太陽高度角、太陽光線的強(qiáng)度等來調(diào)節(jié)百葉窗簾的升、降及百葉的角度，夏季能遮擋 50% 以上的太陽光，加上 Low-E 玻璃本身的遮陽效率（遮陽系數(shù) 0.87），能大大減小太陽光對(duì)室內(nèi)的熱輻射和眩光影響。

住宅采用XKD-71D-300 除霾抗菌全熱回收新風(fēng)空調(diào)一體機(jī)機(jī)組，每層每戶獨(dú)立設(shè)置，能夠全自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)二氧化碳濃度、空氣濕度等。

4.1 自然通風(fēng)節(jié)能技術(shù)

整個(gè)住宅所有主要房間、樓梯間均考慮了自然通風(fēng)，所需的窗戶開啟扇窗面積均滿足規(guī)范面積要求，外窗的開啟均為內(nèi)開，開啟面積占外窗總面積的 1/3 以上，滿足自然通風(fēng)要求，建筑南、北向布置，南向窗墻面積比大于 0.3，且采用內(nèi)平開、內(nèi)開內(nèi)倒兩種開啟方式，便于阻止室內(nèi)穿堂風(fēng)、改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。在過渡季利用自然通風(fēng)，減少機(jī)械空調(diào)通風(fēng)的使用（見圖13）。

圖13 1.5 米高處風(fēng)速矢量圖

4.2 高效熱回收新風(fēng)系統(tǒng)

（1）新風(fēng)量設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)按每人每小時(shí)＞30 立方米計(jì)算，單戶按最大300m3/h 新風(fēng)量計(jì)算，考慮家里新風(fēng)需求突然增大需求。

（2）所有戶型均采用全熱回收除霾抗菌新風(fēng)空調(diào)一體機(jī)，帶有新風(fēng)、制冷、制熱、除濕等功能。新風(fēng)機(jī)組機(jī)芯膜采用高分子石墨烯納米親水膜，透水不透氣，高效回收顯熱，正常工況下，全熱交換率達(dá)到 82% 以上。

風(fēng)機(jī)均采用 EC 無極調(diào)速電機(jī)，可根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際需求風(fēng)量大小來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，減少用電量。采用無極調(diào)速電機(jī)其用電量比普通定頻風(fēng)機(jī)用電量可節(jié)30% 以上（見圖14）。

圖14 高效新風(fēng)熱回收系統(tǒng)布置圖

4.3 室內(nèi)溫度分區(qū)監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)

不同房間的溫度調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)電動(dòng)送風(fēng)閥來實(shí)現(xiàn)，各個(gè)分區(qū)內(nèi)由四合一傳感器檢測(cè)該區(qū)域溫度值，當(dāng)檢測(cè)值與溫度設(shè)定值（可在四合一上設(shè)定）不一樣時(shí)，機(jī)組會(huì)給信號(hào)風(fēng)閥，然后風(fēng)閥就根據(jù)信號(hào)開啟，直到該分區(qū)滿足使用的要求（見圖15）。

圖15 室內(nèi)溫度傳感器檢測(cè)系統(tǒng)平面布置圖

4.4 廚房和衛(wèi)生間通風(fēng)措施

廚房設(shè)置電動(dòng)補(bǔ)風(fēng)口進(jìn)行補(bǔ)風(fēng)，補(bǔ)風(fēng)口和排油煙風(fēng)機(jī)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，達(dá)到節(jié)能設(shè)計(jì)要求。衛(wèi)生間冷暖季采用機(jī)械排風(fēng)，排風(fēng)量 300 ～400m3/h，排風(fēng)熱交換新風(fēng)機(jī)組排出室外，新風(fēng)換氣機(jī)采用轉(zhuǎn)輪換熱裝置；衛(wèi)生間進(jìn)門處裝有紅外線傳感器，傳感器與排氣扇聯(lián)動(dòng)，當(dāng)有人進(jìn)入衛(wèi)生間時(shí)，傳感器感應(yīng)到有人進(jìn)入，給排氣扇發(fā)出信號(hào)，排氣扇自動(dòng)開啟，無需手動(dòng)開啟（見圖16）。

圖16 空氣流向圖

4.5 太陽能熱水系統(tǒng)

建筑陽臺(tái)及臥室外側(cè)采用壁掛式太陽能熱水系統(tǒng)，提供建筑內(nèi) 50% 的生活熱水，無環(huán)境污染，無安全隱患，節(jié)約日常開支（見圖17）。

圖17 壁掛太陽能熱水效果

5.1 設(shè)計(jì)階段

在施工圖設(shè)計(jì)階段，各專業(yè)采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行本專業(yè)的施工圖設(shè)計(jì)；在深化設(shè)計(jì)階段，全面引入BIM建筑信息模型技術(shù)，利用BIM 建模軟件建立各專業(yè)的三維數(shù)據(jù)模型并進(jìn)行模擬拼裝，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各專業(yè)之間所隱藏的碰撞、疏漏及錯(cuò)誤，通過方案優(yōu)化，形成構(gòu)件的生產(chǎn)深化圖。

利用BIM 技術(shù)，成功地避免了因設(shè)計(jì)失誤給生產(chǎn)及施工帶來的風(fēng)險(xiǎn)，使預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)之間的機(jī)電管線實(shí)現(xiàn)了完美對(duì)接，保證了工程的施工質(zhì)量（見圖18）。

圖18 深化設(shè)計(jì)階段的BIM 技術(shù)應(yīng)用

5.2 生產(chǎn)階段

利用BIM 模型，在構(gòu)件生產(chǎn)前導(dǎo)出模具、材料、設(shè)備、人工等需用量數(shù)據(jù)信息，預(yù)制工廠據(jù)此進(jìn)行了構(gòu)件加工信息匯總統(tǒng)計(jì)，制定了構(gòu)件生產(chǎn)計(jì)劃，建立了人工、材料和生產(chǎn)設(shè)備的進(jìn)場供應(yīng)計(jì)劃，保證了工程施工的順利進(jìn)行（見圖19）。

圖19 構(gòu)件材料用量信息表

5.3 施工階段

（1）施工前準(zhǔn)備階段，利用BIM 技術(shù)建立施工現(xiàn)場的空間和時(shí)間四維模型。根據(jù)項(xiàng)目不同施工階段時(shí)間節(jié)點(diǎn)和空間特征，對(duì)項(xiàng)目整體施工過程進(jìn)行模擬，科學(xué)合理地組織材料進(jìn)場、堆放、機(jī)械設(shè)備及勞動(dòng)力的進(jìn)場和供應(yīng)，使項(xiàng)目資源分配達(dá)到了合理的利用和優(yōu)化（見圖20）。

圖20 項(xiàng)目施工動(dòng)態(tài)模擬

（2）施工過程階段，利用BIM 可視化及4D 模擬技術(shù)進(jìn)行施工進(jìn)度及工序優(yōu)化。通過BIM 可視化及4D模擬技術(shù)，方便管理人員及時(shí)地了解項(xiàng)目施工的動(dòng)態(tài)信息，便于發(fā)現(xiàn)和減少各工種之間的干擾和制約，并及時(shí)采取糾正和改進(jìn)措施，保證項(xiàng)目施工的順利有序進(jìn)行（見圖21）。

圖21 利用BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)施工過程可視化

（3）施工完成后，利用BIM 可視化技術(shù)可以重現(xiàn)項(xiàng)目的施工過程，為日后同類工程的施工過程控制和管理提供借鑒和數(shù)據(jù)支撐（圖22）。

圖22 利用BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)構(gòu)件信息可視化

5.4 使用和管理階段

在構(gòu)件生產(chǎn)時(shí)，利用BIM 模型建立構(gòu)件的電子信息檔案，記錄構(gòu)件的型號(hào)、使用部位、成型日期、幾何尺寸、混凝土強(qiáng)度等級(jí)、配筋、預(yù)留洞口及預(yù)留管線等信息，為構(gòu)件的堆放、運(yùn)輸、吊裝、驗(yàn)收和物業(yè)維護(hù)管理等環(huán)節(jié)提供數(shù)據(jù)信息支持，有利于應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)構(gòu)件信息收集和質(zhì)量追溯（見圖23）。

圖23 預(yù)制構(gòu)件的數(shù)據(jù)信息查詢

圖24 整體式廚房裝修效果

圖25 整體式衛(wèi)生間裝修效果圖

7.1 智慧家居技術(shù)架構(gòu)（見圖26）

圖26 技術(shù)架構(gòu)圖

7.2 智慧家居系統(tǒng)

智能家居設(shè)計(jì)方案涵蓋了智能語音控制系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、電動(dòng)窗簾系統(tǒng)、背景音樂系統(tǒng)、暖通控制系統(tǒng)、智能家電控制系統(tǒng)、安防報(bào)警系統(tǒng)、智能門鎖系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境感知系統(tǒng)等，并最終利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊及現(xiàn)代控制技術(shù)作為核心，把建筑內(nèi)的所有系統(tǒng)和設(shè)備有機(jī)地整合為一體，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制或定時(shí)控制和管理，從而創(chuàng)造出舒適、便捷、安全、節(jié)能的居住環(huán)境（見圖27）。

圖27 室內(nèi)智慧家居系統(tǒng)布置圖

7.3 智慧家居功能模塊

7.3.1 智能服務(wù)機(jī)器人控制系統(tǒng)

智能服務(wù)機(jī)器人控制整個(gè)智慧家居系統(tǒng)。能夠與人類進(jìn)行語音交互，具備深度學(xué)習(xí)功能，可通過用戶的使用，掌握用戶獨(dú)有的生活習(xí)慣等數(shù)據(jù)，在下一次用戶有需求時(shí)機(jī)器人就可以主動(dòng)地為用戶完成操作任務(wù)。

此外，在語音操控的基礎(chǔ)上，最新的人工智能系統(tǒng)，并打通互通互聯(lián)互控平臺(tái)，可以控制家電，監(jiān)護(hù)家庭，視頻通話聊天，百科知識(shí)學(xué)習(xí)。實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的全新體驗(yàn)，它重新定義了萬物互聯(lián)時(shí)代的人機(jī)交互標(biāo)準(zhǔn)，未來將成為每個(gè)家庭的智能新成員（見圖28）。

圖28 智能家居服務(wù)機(jī)器人

7.3.2 室內(nèi)溫度與環(huán)境遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)可以通過手機(jī)提前開啟空調(diào)，回到家便可以享受到舒適的溫度，能夠根據(jù)室內(nèi)的空氣質(zhì)量自動(dòng)運(yùn)行新風(fēng)系統(tǒng)，控制地暖、空調(diào)、空氣質(zhì)量，保證家人的健康 （見圖29）。

圖29 室內(nèi)溫度與環(huán)境遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

7.3.3 安全與安防系統(tǒng)

本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)智能警報(bào)，發(fā)生意外時(shí)，系統(tǒng)可以觸發(fā)警報(bào)并且向制定的聯(lián)系人發(fā)送報(bào)告信息。安防監(jiān)控系統(tǒng)，用戶可以通過手機(jī)查看監(jiān)控?cái)z像頭的實(shí)時(shí)畫面；智能門鎖系統(tǒng)，智能門鎖可以有多種解鎖方式，幫助用戶實(shí)時(shí)了解家人的出入情況；遇到危險(xiǎn)時(shí)，還可以在正常開門的同時(shí)向制定的聯(lián)系人發(fā)送求助信息；場景模擬系統(tǒng)，模擬有人在家時(shí)，電器的使用場景，防止入室盜竊（見圖30）。

圖30 智能門鎖系統(tǒng)

7.3.4 智能照明系統(tǒng)

該項(xiàng)目智慧建筑系統(tǒng)可以連接各種類型的電燈，實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制、調(diào)節(jié)亮點(diǎn)、環(huán)境燈光控制等智能照明功能（見圖31）。

圖31 智能照明系統(tǒng)

7.3.5 影音娛樂系統(tǒng)

把音樂、電視以及家庭影院連接到系統(tǒng)中，在一個(gè)界面上控制家里所有的影音娛樂設(shè)備，背景音樂系統(tǒng)可以播放多種格式的輸入源文件，手機(jī)也可以控制電視和家庭影院。

7.3.6 場景控制

用戶可以創(chuàng)建多種場景，一鍵控制多個(gè)電器設(shè)備，快速地為各種活動(dòng)創(chuàng)造最佳的氣氛。包括用餐模式、聚會(huì)模式、電視模式、晚安模式、浪漫模式、離家模式、回家模式等。

預(yù)制裝配式建筑技術(shù)和被動(dòng)式超低能耗建筑技術(shù)是未來建筑的兩大方向，實(shí)際上也是一個(gè)現(xiàn)代綠色建筑問題的兩個(gè)主要方面、兩大主要特征。最終二者必然協(xié)同并進(jìn)，達(dá)到和諧與有機(jī)的統(tǒng)一。

本項(xiàng)目是夏熱冬冷地區(qū)首棟將裝配式技術(shù)與被動(dòng)式超低能耗技術(shù)相結(jié)合的示范項(xiàng)目，它集研究與工程化應(yīng)用于一體，對(duì)促進(jìn)建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型和節(jié)能減排具有較高的示范意義。該項(xiàng)目技術(shù)研究成果能夠適應(yīng)從多層到高層各種類型的建筑，必將具有廣泛的應(yīng)用市場前景。