南通三建超低能耗装配式专家公寓楼示范工程

1 项目概况

南通三建超低能耗装配式专家公寓楼示范工程位于南通三建被动式超低能耗绿色建筑产业园区内，占地约为545.98 m²，总建筑面积为2311.94m²；地上4 层。

本项目集被动式超低能耗绿色建筑技术、装配式建筑技术、智慧建筑技术于一体，全过程应用BIM 技术，被列入“住房和城乡建设部2018 年科学技术项目计划”，同时该项目被列为“十三五国家重点研发计划绿色建筑及建筑工业化重点专项科技示范工程”。本示范工程具有绿色节能、健康舒适、智能智慧等诸多优点，中国工程院董石麟院士、肖绪文先后到产业园调研指导，并对该项目给予高度评价，董石麟专门为本项目题词——“中国好房子”( 见图1、表1)。

图1 项目实景图

表1 江苏南通三建研发中心楼建设责任主体单位

2 建筑技术方案

2.1 装配式技术

采用通用性装配整体式剪力墙技术体系，同时将被动房技术与装配式技术相结合，实现主体结构装配化、外墙板装饰、保温、承重一体化，提高建造质量和建造效率；装配式设计的基础是建筑标准化，户型平面设计采用模数化、模块化拼装，实现构件“少规格多组合”，降低建造成本。

2.1.1 预制装配式混凝土构件应用情况（见表2、图2）

预制构件拼装模型如图2 所示。

表2 预制构件比例统计表

图2 预制构件拼装模型

2.1.2 竖向构件连接节点

预制剪力墙的竖向受力钢筋采用灌浆套筒连接，按照《装配式混凝土结构计算规程》JGJ1-2014 要求，对剪力墙边缘构件的纵筋逐根连接，竖向分布钢筋采用间隔连接，连接分布钢筋的套筒数量减少50% 以上，方便施工操作；同层相邻的预制剪力墙之间以及预制墙板与现浇剪力墙之间的连接采用竖向现浇段整体连接，利用预制剪力墙端部预留的锚固钢筋与竖向墙体现浇段钢筋进行绑扎连接。竖向构件连接节点的竖向构造和水平构造分别如图3、图4 所示。

图3 剪力墙竖向钢筋连接节点构造

图4 相邻剪力墙水平向连接节点构造

2.1.3 水平构件连接节点

叠合板采用密拼方式连接，预制板厚度为60mm，叠合板现浇层厚度为60mm，叠合板拼缝处设置附加构造钢筋，如图5 所示。

图5 预制叠合板拼缝部位构造详图

2.1.4 预制混凝土剪力墙夹芯保温外墙板

由于本工程按照被动式超低能耗建筑技术进行设计，根据长三角地区夏热冬冷气候的特点，其外墙保温层采用厚度为120mm 的EPS 保温板，预制混凝土剪力墙采用夹芯保温构造，由于夹芯保温层厚度是普通预制混凝土剪力墙夹芯保温厚度的2 ～ 3 倍，因此连接外页板和内页板的拉结件也不同于普通的夹芯保温预制剪力墙的拉结件。本示范工程采用哈芬墙板拉结件，如图6和图7 所示。

图6 预制剪力墙外墙板哈芬拉结件构造详图

图7 预制剪力墙外墙板构造实景图

2.1.5 外门窗洞口防热桥节点

外门窗与预制混凝土外墙板的连接部位采用了防热桥设计，外门窗上口及下口的防热桥节点构造分别如图8 和图9 所示。

图8 外门窗上口防热桥构造详图

图9 外门窗下口防热桥构造详图

2.2 被动式建筑技术

根据夏热冬冷地区夏季闷热、冬季湿冷的气候特点，结合居民喜欢采用自然通风改善室内热环境的生活方式，通过保温隔热性能和气密性更高的围护结构，采用高效新风热回收技术，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适室内环境并能满足绿色建筑的基本要求。

2.2.1 围护结构节能技术（见表3）

表3 外围护结构传热系数表

2.2.2 建筑节能指标（见表4）

表4 建筑全年能耗控制指标

2.2.3 主要节点构造

（1）屋面

本工程屋面采用四坡轻钢结构，下设钢筋混凝土平屋面，在坡屋面与平屋面之间形成空气层，传热系数控制在 0.25 以内，加厚了保温做法，采用 150mm 模塑EPS 保温板，如图10 所示。

图10 屋面做法详图

（2）地面、楼面

一层采用架空地面，架空层内回填土比室外地坪高100mm，在保温层上面覆盖一层隔汽薄膜作为水蒸气的阻隔层。在有效解决室内地坪积水问题的前提下，利用架空层外墙开设通气孔，保证空气层内自然通风。此外，为了保证楼面和地面的隔声及保温性能，在每层楼板采用 5mm 厚隔音减震垫和 85mm 厚挤塑聚苯保温板，隔声性能达到了昼间≤ 40dB，夜间≤ 30dB 的要求（见图11）。

图11 架空地面隔声保温构造做法详图

（3）外墙

外墙保温采用200mm 厚预制混凝土墙+120 mm厚模塑聚苯保温板+60mm 厚混凝土外页板，预制外墙构件的水平缝采用聚氨酯保温板进行压实密封；竖向缝填塞A 级岩棉保温板，外侧采用防水密封胶进行封堵；外墙保温连接件采用断热桥保温连接件；管道穿外墙部位预留套管及足够的保温间隙，并进行防水和气密性处理（见图12）。

图12 外墙保温构造做法详图

（4）外窗及外门

外门及外窗采用了符合被动房气密性、隔声性、水密性、抗风压性和传热系数等技术指标要求的专用外门窗。在建筑的东、南、西三侧的外墙窗户安装了全自动控制的电动遮阳百叶窗帘，可以根据气候及太阳高度角、太阳光线的强度等来自动调节百叶窗帘的升、降及百叶的角度，夏季能遮挡 50% 以上的太阳光，加上 Low-E玻璃本身的遮阳效率（遮阳系数 0.87），能大大减小太阳光对室内的热辐射和眩光影响。

3 关键产品和材料( 见表5 )

该项目的预制构件所用的石墨聚苯板由康博达节能有限公司提供，各项指标检测结果为：表现密度20kg/m³，压缩强度0.15MPa，导热系数（平均温度25℃）0.037W/（m·K）, 尺寸稳定性（70℃，48h）-0.3%，水蒸气透过系数2.8ng/（Pa·m·s), 吸水率（体积分数）1.2%，熔结性（断裂弯曲负荷）45N，垂直于面板方向的抗拉强度0.32MPa。

表5 南通三建超低能耗装配式专家公寓楼项目关键产品和材料供应商

本工程采用聚酯隔热铝合金三玻二腔一真空一中空窗户，内平开、上悬被动窗，玻璃采用 5+20Ar+5（单银内充氩气，填充比例超过 85%)Low-E+o.15V+5，边框采用 75 系列型材，玻璃传热系数 0.7（W/m²•K)；玻璃周边采用暖边间隔条，通过改善玻璃边缘的传热状况提高整窗的保温性能。

外窗的传热系数为1.0W/(m²•K)，透明部分的太阳能得热系数值为0.50，夏季外设有百叶活动遮阳，夏季得热系数为0.15。

外门采用被动门，型材采用断桥铝合金型材，玻璃采用普通三玻两中空玻璃，( 传热系数为 k ≤ 1.0W/(m²•k))、外门窗的性能等级气密性8 级、水密性6 级、抗风压性能9 级。

建筑的东、西、南向采用外遮阳电动遮阳百叶窗帘，可以根据气候及太阳高度角、太阳光线的强度等来调节百叶窗帘的升、降及百叶的角度，夏季能遮挡 50% 以上的太阳光，加上 Low-E 玻璃本身的遮阳效率（遮阳系数 0.87），能大大减小太阳光对室内的热辐射和眩光影响。

住宅采用XKD-71D-300 除霾抗菌全热回收新风空调一体机机组，每层每户独立设置，能够全自动调节室内二氧化碳浓度、空气湿度等。

4 设备技术方案

4.1 自然通风节能技术

整个住宅所有主要房间、楼梯间均考虑了自然通风，所需的窗户开启扇窗面积均满足规范面积要求，外窗的开启均为内开，开启面积占外窗总面积的 1/3 以上，满足自然通风要求，建筑南、北向布置，南向窗墙面积比大于 0.3，且采用内平开、内开内倒两种开启方式，便于阻止室内穿堂风、改善室内空气品质。在过渡季利用自然通风，减少机械空调通风的使用（见图13）。

图13 1.5 米高处风速矢量图

4.2 高效热回收新风系统

（1）新风量设计标准按每人每小时＞ 30 立方米计算，单户按最大300m³/h 新风量计算，考虑家里新风需求突然增大需求。

（2）所有户型均采用全热回收除霾抗菌新风空调一体机，带有新风、制冷、制热、除湿等功能。新风机组机芯膜采用高分子石墨烯纳米亲水膜，透水不透气，高效回收显热，正常工况下，全热交换率达到 82% 以上。

风机均采用 EC 无极调速电机，可根据系统实际需求风量大小来调节转速，降低风机转速，减少用电量。采用无极调速电机其用电量比普通定频风机用电量可节省 30% 以上（见图14）。

图14 高效新风热回收系统布置图

4.3 室内温度分区监测及控制系统

不同房间的温度调节通过调节电动送风阀来实现，各个分区内由四合一传感器检测该区域温度值，当检测值与温度设定值（可在四合一上设定）不一样时，机组会给信号风阀，然后风阀就根据信号开启，直到该分区满足使用的要求（见图15）。

图15 室内温度传感器检测系统平面布置图

4.4 厨房和卫生间通风措施

厨房设置电动补风口进行补风，补风口和排油烟风机进行联动控制，达到节能设计要求。卫生间冷暖季采用机械排风，排风量 300 ～ 400m³/h，排风热交换新风机组排出室外，新风换气机采用转轮换热装置；卫生间进门处装有红外线传感器，传感器与排气扇联动，当有人进入卫生间时，传感器感应到有人进入，给排气扇发出信号，排气扇自动开启，无需手动开启（见图16）。

图16 空气流向图

4.5 太阳能热水系统

建筑阳台及卧室外侧采用壁挂式太阳能热水系统，提供建筑内 50% 的生活热水，无环境污染，无安全隐患，节约日常开支（见图17）。

图17 壁挂太阳能热水效果

5 BIM 建筑信息模型技术应用

5.1 设计阶段

在施工图设计阶段，各专业采用传统设计软件进行本专业的施工图设计；在深化设计阶段，全面引入BIM建筑信息模型技术，利用BIM 建模软件建立各专业的三维数据模型并进行模拟拼装，及时发现各专业之间所隐藏的碰撞、疏漏及错误，通过方案优化，形成构件的生产深化图。利用BIM 技术，成功地避免了因设计失误给生产及施工带来的风险，使预制构件与现浇结构之间的机电管线实现了完美对接，保证了工程的施工质量（见图18）。

图18 深化设计阶段的BIM 技术应用

5.2 生产阶段

利用BIM 模型，在构件生产前导出模具、材料、设备、人工等需用量数据信息，预制工厂据此进行了构件加工信息汇总统计，制定了构件生产计划，建立了人工、材料和生产设备的进场供应计划，保证了工程施工的顺利进行（见图19）。

图19 构件材料用量信息表

5.3 施工阶段

（1）施工前准备阶段，利用BIM 技术建立施工现场的空间和时间四维模型。根据项目不同施工阶段时间节点和空间特征，对项目整体施工过程进行模拟，科学合理地组织材料进场、堆放、机械设备及劳动力的进场和供应，使项目资源分配达到了合理的利用和优化（见图20）。

图20 项目施工动态模拟

（2）施工过程阶段，利用BIM 可视化及4D 模拟技术进行施工进度及工序优化。通过BIM 可视化及4D模拟技术，方便管理人员及时地了解项目施工的动态信息，便于发现和减少各工种之间的干扰和制约，并及时采取纠正和改进措施，保证项目施工的顺利有序进行（见图21）。

图21 利用BIM 技术实现施工过程可视化

（3）施工完成后，利用BIM 可视化技术可以重现项目的施工过程，为日后同类工程的施工过程控制和管理提供借鉴和数据支撑（图22）。

图22 利用BIM 技术实现构件信息可视化

5.4 使用和管理阶段

在构件生产时，利用BIM 模型建立构件的电子信息档案，记录构件的型号、使用部位、成型日期、几何尺寸、混凝土强度等级、配筋、预留洞口及预留管线等信息，为构件的堆放、运输、吊装、验收和物业维护管理等环节提供数据信息支持，有利于应用物联网技术对构件信息收集和质量追溯（见图23）。

图23 预制构件的数据信息查询

6 定型装配化全装修技术应用

本工程采用工业化室内全装修设计，遵循一体化、集成化、通用化、工厂化、装配化的原则，采用整体式厨房、成品木地板以及成品套装门，提高成品住宅的装配率，较大程度实现室内全装修工业化。在竣工交付前，室内所有功能空间及固定面、管线全部施工完成，套内水、电、卫生间等日常基本配套设备部品完备。通过一体化设计、配套化部品、专业化施工、系统化管理，实现工业化建筑内装功能、安全、美观和经济的协调统一。户型从动线设计、功能设计、光环境设计及材料选择上都充分考虑老年人使用的特殊性。尽量采用暖色调家具及饰品，符合老年人审美观，保证老年人生活的安全性、便利性及舒适性（见图24、图25）。

图24 整体式厨房装修效果

图25 整体式卫生间装修效果图

7 智慧家居技术

本工程智慧家居技术系统是一个综合性的系统，覆盖照明、遮阳、供暖与空气源热泵、影音娱乐、安防系统等各种日常生活功能需求，可以让用户通过多种方式控制和管理到系统的设备，也可以在传感器和逻辑模块的作用下，自动执行各种任务，给用户带来全方位的智能生活体验。

7.1 智慧家居技术架构（见图26）

图26 技术架构图

7.2 智慧家居系统

智能家居设计方案涵盖了智能语音控制系统、智能照明系统、电动窗帘系统、背景音乐系统、暖通控制系统、智能家电控制系统、安防报警系统、智能门锁系统、视频监控系统、环境感知系统等，并最终利用先进的计算机技术、网络通讯及现代控制技术作为核心，把建筑内的所有系统和设备有机地整合为一体，进行远程控制或定时控制和管理，从而创造出舒适、便捷、安全、节能的居住环境（见图27）。

图27 室内智慧家居系统布置图

7.3 智慧家居功能模块

7.3.1 智能服务机器人控制系统

智能服务机器人控制整个智慧家居系统。能够与人类进行语音交互，具备深度学习功能，可通过用户的使用，掌握用户独有的生活习惯等数据，在下一次用户有需求时机器人就可以主动地为用户完成操作任务。此外，在语音操控的基础上，最新的人工智能系统，并打通互通互联互控平台，可以控制家电，监护家庭，视频通话聊天，百科知识学习。实现人机交互的全新体验，它重新定义了万物互联时代的人机交互标准，未来将成为每个家庭的智能新成员（见图28）。

图28 智能家居服务机器人

7.3.2 室内温度与环境远程控制系统

本系统可以通过手机提前开启空调，回到家便可以享受到舒适的温度，能够根据室内的空气质量自动运行新风系统，控制地暖、空调、空气质量，保证家人的健康（见图29）。

图29 室内温度与环境远程控制系统

7.3.3 安全与安防系统

本系统可以实现智能警报，发生意外时，系统可以触发警报并且向制定的联系人发送报告信息。安防监控系统，用户可以通过手机查看监控摄像头的实时画面；智能门锁系统，智能门锁可以有多种解锁方式，帮助用户实时了解家人的出入情况；遇到危险时，还可以在正常开门的同时向制定的联系人发送求助信息；场景模拟系统，模拟有人在家时，电器的使用场景，防止入室盗窃（见图30）。