南通三建超低能耗裝配式專家公寓樓示范工程

本項目集被動式超低能耗綠色建筑技術、裝配式建筑技術、智慧建筑技術于一體，全過程應用BIM 技術，被列入“住房和城鄉(xiāng)建設部2018 年科學技術項目計劃”，同時該項目被列為“十三五國家重點研發(fā)計劃綠色建筑及建筑工業(yè)化重點專項科技示范工程”。

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，中國工程院董石麟院士、肖緒文先后到產業(yè)園調研指導，并對該項目給予高度評價，董石麟專門為本項目題詞——“中國好房子”( 見圖1、表1)。

表1 江蘇南通三建研發(fā)中心樓建設責任主體單位

2.1 裝配式技術

采用通用性裝配整體式剪力墻技術體系，同時將被動房技術與裝配式技術相結合，實現(xiàn)主體結構裝配化、外墻板裝飾、保溫、承重一體化，提高建造質量和建造效率；裝配式設計的基礎是建筑標準化，戶型平面設計采用模數(shù)化、模塊化拼裝，實現(xiàn)構件“少規(guī)格多組合”，降低建造成本。

2.1.1 預制裝配式混凝土構件應用情況（見表2、圖2）

預制構件拼裝模型如圖2 所示。

表2 預制構件比例統(tǒng)計表

圖2 預制構件拼裝模型

2.1.2 豎向構件連接節(jié)點

預制剪力墻的豎向受力鋼筋采用灌漿套筒連接，按照《裝配式混凝土結構計算規(guī)程》JGJ1-2014 要求，對剪力墻邊緣構件的縱筋逐根連接，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；同層相鄰的預制剪力墻之間以及預制墻板與現(xiàn)澆剪力墻之間的連接采用豎向現(xiàn)澆段整體連接，利用預制剪力墻端部預留的錨固鋼筋與豎向墻體現(xiàn)澆段鋼筋進行綁扎連接。豎向構件連接節(jié)點的豎向構造和水平構造分別如圖3、圖4 所示。更多被動房項目，請登錄被動房之家網(wǎng)站。

圖3 剪力墻豎向鋼筋連接節(jié)點構造

圖4 相鄰剪力墻水平向連接節(jié)點構造

2.1.3 水平構件連接節(jié)點

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

圖5 預制疊合板拼縫部位構造詳圖

2.1.4 預制混凝土剪力墻夾芯保溫外墻板

由于本工程按照被動式超低能耗建筑技術進行設計，根據(jù)長三角地區(qū)夏熱冬冷氣候的特點，其外墻保溫層采用厚度為120mm 的EPS 保溫板，預制混凝土剪力墻采用夾芯保溫構造，由于夾芯保溫層厚度是普通預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頁板的拉結件也不同于普通的夾芯保溫預制剪力墻的拉結件。本示范工程采用哈芬墻板拉結件，如圖6和圖7所示。

圖6 預制剪力墻外墻板哈芬拉結件構造詳圖

圖7 預制剪力墻外墻板構造實景圖

2.1.5 外門窗洞口防熱橋節(jié)點

外門窗與預制混凝土外墻板的連接部位采用了防熱橋設計，外門窗上口及下口的防熱橋節(jié)點構造分別如圖8 和圖9 所示。

圖8 外門窗上口防熱橋構造詳圖

圖9 外門窗下口防熱橋構造詳圖

2.2 被動式建筑技術

根據(jù)夏熱冬冷地區(qū)夏季悶熱、冬季濕冷的氣候特點，結合居民喜歡采用自然通風改善室內熱環(huán)境的生活方式，通過保溫隔熱性能和氣密性更高的圍護結構，采用高效新風熱回收技術，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環(huán)境并能滿足綠色建筑的基本要求。

2.2.1 圍護結構節(jié)能技術（見表3）

表3 外圍護結構傳熱系數(shù)表

2.2.2 建筑節(jié)能指標（見表4）

表4 建筑全年能耗控制指標

2.2.3 主要節(jié)點構造

（1） 屋面

本工程屋面采用四坡輕鋼結構，下設鋼筋混凝土平屋面，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，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。在有效解決室內地坪積水問題的前提下，利用架空層外墻開設通氣孔，保證空氣層內自然通風。

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造做法詳圖

（3）外墻

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

圖12 外墻保溫構造做法詳圖

（4）外窗及外門

外門及外窗采用了符合被動房氣密性、隔聲性、水密性、抗風壓性和傳熱系數(shù)等技術指標要求的專用外門窗。在建筑的東、南、西三側的外墻窗戶安裝了全自動控制的電動遮陽百葉窗簾，可以根據(jù)氣候及太陽高度角、太陽光線的強度等來自動調節(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室內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，內平開、上懸被動窗，玻璃采用 5+20Ar+5（單銀內充氬氣，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， 夏季外設有百葉活動遮陽，夏季得熱系數(shù)為0.15。更多被動房項目，請登錄被動房之家網(wǎng)站。

外門采用被動門，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))、外門窗的性能等級氣密性8 級、水密性6級、抗風壓性能9級。

建筑的東、西、南向采用外遮陽電動遮陽百葉窗簾，可以根據(jù)氣候及太陽高度角、太陽光線的強度等來調節(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室內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空調一體機機組，每層每戶獨立設置，能夠全自動調節(jié)室內二氧化碳濃度、空氣濕度等。

4.1 自然通風節(jié)能技術

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

圖13 1.5 米高處風速矢量圖

4.2 高效熱回收新風系統(tǒng)

（1）新風量設計標準按每人每小時＞30 立方米計算，單戶按最大300m3/h 新風量計算，考慮家里新風需求突然增大需求。

（2）所有戶型均采用全熱回收除霾抗菌新風空調一體機，帶有新風、制冷、制熱、除濕等功能。新風機組機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，全熱交換率達到 82% 以上。

風機均采用 EC 無極調速電機，可根據(jù)系統(tǒng)實際需求風量大小來調節(jié)轉速，降低風機轉速，減少用電量。采用無極調速電機其用電量比普通定頻風機用電量可節(jié)30% 以上（見圖14）。

圖14 高效新風熱回收系統(tǒng)布置圖

4.3 室內溫度分區(qū)監(jiān)測及控制系統(tǒng)

不同房間的溫度調節(jié)通過調節(jié)電動送風閥來實現(xiàn)，各個分區(qū)內由四合一傳感器檢測該區(qū)域溫度值，當檢測值與溫度設定值（可在四合一上設定）不一樣時，機組會給信號風閥，然后風閥就根據(jù)信號開啟，直到該分區(qū)滿足使用的要求（見圖15）。

圖15 室內溫度傳感器檢測系統(tǒng)平面布置圖

4.4 廚房和衛(wèi)生間通風措施

廚房設置電動補風口進行補風，補風口和排油煙風機進行聯(lián)動控制，達到節(jié)能設計要求。衛(wèi)生間冷暖季采用機械排風，排風量 300 ～400m3/h，排風熱交換新風機組排出室外，新風換氣機采用轉輪換熱裝置；衛(wèi)生間進門處裝有紅外線傳感器，傳感器與排氣扇聯(lián)動，當有人進入衛(wèi)生間時，傳感器感應到有人進入，給排氣扇發(fā)出信號，排氣扇自動開啟，無需手動開啟（見圖16）。

圖16 空氣流向圖

4.5 太陽能熱水系統(tǒng)

建筑陽臺及臥室外側采用壁掛式太陽能熱水系統(tǒng)，提供建筑內 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 設計階段

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

利用BIM 技術，成功地避免了因設計失誤給生產及施工帶來的風險，使預制構件與現(xiàn)澆結構之間的機電管線實現(xiàn)了完美對接，保證了工程的施工質量（見圖18）。

圖18 深化設計階段的BIM 技術應用

5.2 生產階段

利用BIM 模型，在構件生產前導出模具、材料、設備、人工等需用量數(shù)據(jù)信息，預制工廠據(jù)此進行了構件加工信息匯總統(tǒng)計，制定了構件生產計劃，建立了人工、材料和生產設備的進場供應計劃，保證了工程施工的順利進行（見圖19）。

圖19 構件材料用量信息表

5.3 施工階段

（1）施工前準備階段，利用BIM 技術建立施工現(xiàn)場的空間和時間四維模型。根據(jù)項目不同施工階段時間節(jié)點和空間特征，對項目整體施工過程進行模擬，科學合理地組織材料進場、堆放、機械設備及勞動力的進場和供應，使項目資源分配達到了合理的利用和優(yōu)化（見圖20）。

圖20 項目施工動態(tài)模擬

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

圖21 利用BIM 技術實現(xiàn)施工過程可視化

（3）施工完成后，利用BIM 可視化技術可以重現(xiàn)項目的施工過程，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 技術實現(xiàn)構件信息可視化

5.4 使用和管理階段

在構件生產時，利用BIM 模型建立構件的電子信息檔案，記錄構件的型號、使用部位、成型日期、幾何尺寸、混凝土強度等級、配筋、預留洞口及預留管線等信息，為構件的堆放、運輸、吊裝、驗收和物業(yè)維護管理等環(huán)節(jié)提供數(shù)據(jù)信息支持，有利于應用物聯(lián)網(wǎng)技術對構件信息收集和質量追溯（見圖23）。

圖23 預制構件的數(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 智慧家居技術架構（見圖26）

圖26 技術架構圖

7.2 智慧家居系統(tǒng)

智能家居設計方案涵蓋了智能語音控制系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、電動窗簾系統(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，并最終利用先進的計算機技術、網(wǎng)絡通訊及現(xiàn)代控制技術作為核心，把建筑內的所有系統(tǒng)和設備有機地整合為一體，進行遠程控制或定時控制和管理，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 智能服務機器人控制系統(tǒng)

智能服務機器人控制整個智慧家居系統(tǒng)。能夠與人類進行語音交互，具備深度學習功能，可通過用戶的使用，掌握用戶獨有的生活習慣等數(shù)據(jù)，在下一次用戶有需求時機器人就可以主動地為用戶完成操作任務。

此外，在語音操控的基礎上，最新的人工智能系統(tǒng)，并打通互通互聯(lián)互控平臺，可以控制家電，監(jiān)護家庭，視頻通話聊天，百科知識學習。實現(xiàn)人機交互的全新體驗，它重新定義了萬物互聯(lián)時代的人機交互標準，未來將成為每個家庭的智能新成員（見圖28）。

圖28 智能家居服務機器人

7.3.2 室內溫度與環(huán)境遠程控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)可以通過手機提前開啟空調，回到家便可以享受到舒適的溫度，能夠根據(jù)室內的空氣質量自動運行新風系統(tǒng)，控制地暖、空調、空氣質量，保證家人的健康 （見圖29）。

圖29 室內溫度與環(huán)境遠程控制系統(tǒng)

7.3.3 安全與安防系統(tǒng)

本系統(tǒng)可以實現(xiàn)智能警報，發(fā)生意外時，系統(tǒng)可以觸發(fā)警報并且向制定的聯(lián)系人發(fā)送報告信息。安防監(jiān)控系統(tǒng)，用戶可以通過手機查看監(jiān)控攝像頭的實時畫面；智能門鎖系統(tǒng)，智能門鎖可以有多種解鎖方式，幫助用戶實時了解家人的出入情況；遇到危險時，還可以在正常開門的同時向制定的聯(lián)系人發(fā)送求助信息；場景模擬系統(tǒng)，模擬有人在家時，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)

該項目智慧建筑系統(tǒng)可以連接各種類型的電燈，實現(xiàn)開關控制、調節(jié)亮點、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，在一個界面上控制家里所有的影音娛樂設備，背景音樂系統(tǒng)可以播放多種格式的輸入源文件，手機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，一鍵控制多個電器設備，快速地為各種活動創(chuàng)造最佳的氣氛。包括用餐模式、聚會模式、電視模式、晚安模式、浪漫模式、離家模式、回家模式等。

預制裝配式建筑技術和被動式超低能耗建筑技術是未來建筑的兩大方向，實際上也是一個現(xiàn)代綠色建筑問題的兩個主要方面、兩大主要特征。最終二者必然協(xié)同并進，達到和諧與有機的統(tǒng)一。

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