绿色智慧建筑（新一代房屋）研究与示范_路宏伟.pdf

70 建设科技特 别 关 注The Special Focus“华夏奖”专刊2022 年“华夏建设科学技术奖”获奖项目（一等奖）绿色智慧建筑（新一代房屋）研究与示范路宏伟2 林波荣3 李丛笑4 刘永刚1 王登云2 张彤5 汪杰6 丁杰2 朱清宇4 张宏5 唐觉民6 魏昕7 黄献明3 高尚德9 王中雷8(1.江苏省建筑科学研究院有限公司,南京 2 1 0 0 0 8;2.江苏省住房和城乡建设厅科技发展中心,南京 2 1 0 0 3 6;3.清华大学,北京 1 0 0 0 8 4;4.中建科技集团有限公司,北京 1 0 0 0 7 0;5.东南大学,南京 2 1 0 0 9 6;6.南京长江都市建筑设计股份有限公司,南京 2 1 0 0 2 2;7.南京邮电大学,南京 2 1 0 0 2 3;8.南京江北新区中央商务区投资发展有限公司,南京 2 1 1 8 9 9;9.江苏省盐南高新区技术产业开发区管理委员会,南京 2 2 4 0 0 0)摘要项目以为人民提供美好生活环境和公共服务的新一代“好”房屋为目标，基于现有实践体系，开展“基础理论-关键技术-工程应用”全链条研究攻关，提出了新时代背景下新一代房屋的绿色、健康、长效、智慧、人文五大发展方向，创建了新一代房屋概念内涵和关键指标体系，构建了创新设计方法、新型建造方式、高品质室内环境营造体系，以及智慧化架构和实施路径。项目成果推广应用超过700万平方米，普遍实现设计节能率75%以上，室内温湿度和空气质量达标率提升30%以上，用户满意度整体优于90%，成果应用效益显著。关键词 绿色设计；高品质环境营造；绿色建筑；工业化建造；智慧运维Research and Demonstration of Green Smart Building(New Generation Housing)Lu Hongwei1,Lin Borong2,Li Congxiao4,Liuyonggang1,Wang Degnyun2,Zhang Tong5,Wang Jie6,Ding Jie2,Zhu Qingyu4,Zhang Hong5,Tang Jueming6,Wei Xin7,Huang Xianming3,Gao Shangde9,Wang Zhonglei8(1.Jiangsu Research Institute of Building Science Co.,Ltd.,Nanjing,210008;2.Science&Technology Development Center of Jiangsu Provincial Department of Housing and Urban-Rural Development,Nanjing,210036;3.Tsinghua University,Beijing,100084;4.China Construction Science and Technology Group Co.,Ltd.,Beijing,100070;5.Southeast University,Nanjing,210096;6.Nanjing Yangtze River Urban Architectural Design Co.,Ltd.,Nanjing,210022;7.Nanjing University of Posts and Telecommunications,Nanjing,210023;8.Nanjing Jiangbei New Area Central Business District Investment and Development Co.,Ltd.,Nanjing,211899;9.Jiangsu Yannan High-tech Zone Technology Industry Development Zone Management Committee,Nanjing,224000)Abstract:The project aims to provide a new generation of good housing with a better living environment and public services for the people.Based on the existing practice system,it carries out a full chain research tackling basic theory,key technology,engineering application,proposes five major development directions,including the green,healthy,durable,smart,human-oriented development.A new generation of housing concept connotation and key indicator system are created,and so as the innovative design methods,new construction methods,and high-quality indoor environment system.The intellectualization framework and implementation path are proposed.The promotion and application of project achievements have exceeded 7 million square meters,with significant application benefits,such as achieving a design energy-saving rate of over 75%,an increase of over 30%in indoor temperature,humidity and air quality compliance rate,as well as overall user satisfaction exceeding 90%.Keywords:green design,creating high-quality environment,Green Building,industrialized construction,intelligent operation and maintenanceDOI:10.16116/ki.jskj.2023.11.015建设科技 71一 等 奖建筑既承载着为人民提供美好生活环境和公共服务的功能，同时也占据我国社会能耗与碳排放总量的较大比重。在新发展阶段，如何准确把握“创新、协调、绿色、开放、共享”新发展理念的要求，构建新时代绿色建筑理论体系和技术体系，为建筑行业实现“双碳”目标提供理论支撑和技术支撑，是本项目拟解决的主要问题。项目以为人民提供美好生活环境和公共服务的新一代“好”房屋为目标，基于现有实践体系，整合不同建筑体系重要指标、关键要素、技术体系等，开展“基础理论-关键技术-工程应用”全链条研究攻关，建立了适度超前、具有引领性的新一代房屋理论与技术体系，并探索建设了一批试点项目，取得了良好的社会、经济和生态效益。1 创建了新一代房屋理论体系1.1 提出了新时代背景下新一代房屋绿色、健康、长效、智慧、人文五大发展方向图1 基于人本与科技二维耦合的建筑人居未来发展趋势预测方法图2 使用者调研与专家评分相结合的未来人居需求通过未来学理论与马斯洛需求层次理论相结合，提出了“以人为本+科技进步”为支撑的建筑发展关键要素，研发了建筑人居未来发展趋势预测方法（见图1）。通过广泛问卷调查和专家打分（见图2），建立了“绿色需深耕聚焦、健康优先度最高、智慧是必然手段、需求要差异化精细化应答”的人本需求模型，提出了“空间通用化、设计绿色化、建造数字化、管理智慧化、材料长寿化、信息共享化”等6种趋势预判，提出了新时代背景下新一代房屋五大发展方向“绿色、健康、长效、智慧、人文”。1.2 创新性提出了新一代房屋的概念并明确了其内涵研究提出新一代房屋是从以人为本的建筑本原出发，以实现人民美好生活为目标，以绿色建造为实施方式，体现绿色生态、低碳循环、健康舒适、智慧高效，具有多种含义且各系统有机联系，具有地域性特色的，人-建筑-自然和谐共生的建筑。提出了新一代房屋的定义公式如下：1.3 构建了新一代房屋5大维度-33项要素-90余项指标的技术指标体系围绕新一代房屋“绿色、健康、长效、智慧、人文”五大维度，基于国内外典型示范案例与先进技术、标准对标，形成由能源消耗、碳排放、热声光环境、空气品质、智慧建造、历史文化传承等33项关键要素（见图3），全面、精细化地解析了新一代房屋应满足的需求目标，构建了新一代房屋5大维度、33项要素、90余项指标的技术指标体系。图3 新一代房屋5大维度33要素建设目标框架2 建立了新一代房屋技术体系2.1 提出了前沿环境科技驱动的可持续性与交互性设计方法针对目前绿色建筑设计阶段与环境营造阶段结合不够紧密问题，基于以人为本的新一代房屋理论，提出了前沿环境科技驱动的可持续性设计方法以及前沿信息科技驱动的交互性设计方法，包括自调控形体和适应性表皮，从设备交互、信息交互、人机交互与虚实交互四个方面构建了交互式设计的概念、特征与策略（见图4、72 建设科技特 别 关 注The Special Focus“华夏奖”专刊图5）。图4 自调控体形设计的关键技术体系 图5 自适应表皮设计的关键技术体系2.2 创建与绿色发展相适应的新一代房屋绿色建造方式图6 新一代房屋的绿色建造概念图7 新一代房屋五大维度绿色建造实施路径提出了新一代房屋的“绿色化建造活动、工业化建造方式、信息化建造手段、集约化建造管理、产业化建造过程”的实施路径，以及“绿色策划、绿色设计、绿色建材选用、绿色施工、绿色交付”建造全过程一体化的绿色建造体系。提出了以产品为导向的新一代房屋新型建造方式，全面推动了建造活动在全过程、全要素、全产业链绿色低碳转型升级。2.3 建立了新一代房屋高品质室内环境营造技术体系提出了基于人因系统工程理论的室内环境营造原则，在适宜选址的基础上营造室内环境，借助智慧化手段满足人民不断提升的人居需求。以“人本”为核心，充分关注人的健康水平，考虑物理与人文环境的综合性能，降低运行能耗与碳排放，构建了“适宜选址、被动优先、主动优化、智慧调控”的新一代房屋高品质室内环境营造技术体系（见图8）。图8 新一代房屋高品质室内环境营造技术体系2.4 建立了新一代房屋智慧化架构和全过程全要素数字化实施路径基于建筑“需求、平台、数据、设备”四大智慧化关键要素协同和软硬件一体化建设交付的设计理念，构建了“用、云、管、端”四层的“智慧化元模型”架构（见图9），建立了设计、建造、运营全过程数字化和全生命期数据的资源化利用框架体系（见图10），提出了新一代房屋智慧营造方式“数字化设计+智能化生产+数智化建造+智慧化运营”实施路径。图9 新一代房屋智慧化架构建设科技 73一 等 奖图10 新一代房屋全过程全要素数字化路径3 项目成果应用推广情况项目成果在南京市江北新区人才公寓、盐城市城南新区教师培训中心、南京一中江北校区（高中部）、阿里巴巴华南运营中心等工程中得到推广应用，总建筑面积超过700万平方米，普遍实现设计节能率75%以上，部分工程达到零能耗/零碳建筑标准，室内温湿度和空气质量达标率提升30%以上，用户满意度整体优于90%，成果转化应用效益显著。项目借助第十六届威尼斯国际建筑双年展平台，组织开展了“智慧树垂直社区的未来生活”国际建筑设计竞赛，通过大赛平台提高了国际影响力。3.1 新一代居住建筑典型示范 南京市江北新区人才公寓项目建筑面积2.4万m2，地上28层，主要为新区中高端人才提供公共租赁性住房。项目全过程应用了新一代房屋技术体系创新成果，采用垂直社区、可变住宅、低能耗住宅、健康住宅、智慧楼宇等设计理念，集成应用了装配式组合结构体系、多功能表皮、薄膜光伏幕墙等技术措施，已获得绿色建筑、健康建筑三星级标识，百年住宅认证初审。项目综合节能率达到81.2%，全生命周期预估碳减排7849吨，较基准建筑减碳量达18.6%，见图11-12。图11 南京市江北新区人才公寓示范项目效果图图12 垂直社区设计 3.2 新一代公共建筑典型示范-盐城市城南新区教师培训中心项目功能包括教育培训、会议交流、住宿接待与配套设施，属教育类复合功能公共建筑（见图14），总建筑面积11373平方米，其中地上7943平方米。应用了自调控体形设计与自适应表皮设计理念和“温度洋葱”形体、热压竖井、气候过渡间层、仿“蚁穴”通风系统与建筑立体绿化等技术措施，经形态生成设计与数值模拟分析，项目建筑全年运行能耗40.97kWh/m2，可再生循环材料使用率11.2%，室内环境用户满意度86.75%，全寿命期碳排放50.70kgCO2/(m2a)，获2020第一届全国绿色建筑设计竞赛专业组一等奖。项目成果还应用于多部国家、地方和团体标准，并为国家及省部级政策制定提供了参考；在国家层面，绿色建造、建筑低碳等方面的研究成果为国家制定印发 关于推动城乡建设绿色发展的意见2030年前碳达峰行动方案，以及住房和城乡建设部部制定印发城乡建设领域碳达峰实施方案等政策提供了参考。在省级层面，项目研究成果被江苏省委办公厅、省政府办公厅印发的关于推动城乡建设绿色发展实施意见，以及江苏省住房和城乡建设厅印发的关于推进碳达峰目标下绿色城乡建设的指导意见采纳，为引领江苏省绿色建筑高质量发展提供了有力支撑。(注：项目第 1 完成人路宏伟现为江苏省住房和城乡建设厅总工程师、党组成员。项目第 5 完成人王登云现为江苏省城乡发展研究中心副主任。)C