百年住宅可持續(xù)設計方法與浙江寶業(yè)裝配式建筑系統(tǒng)集成建造

劉東衛(wèi) 郝學 劉若凡 王珊珊

1 中國建筑標準設計研究院有限公司

2 中國建設科技集團中央研究院裝配式建筑與百年住宅研究中心

1 住宅可持續(xù)建設與新型建筑工業(yè)化的高質量發(fā)展方向

可持續(xù)發(fā)展理念是在人類經歷了工業(yè)革命爆發(fā)和市場經濟轉變，全球人口、資源和環(huán)境受到沖擊，賴以生存的自然環(huán)境面臨嚴重破壞和威脅之后，于20世紀中后期登上世界發(fā)展的歷史舞臺。進入21世紀以來，構建可持續(xù)性社會成為大勢所趨，當前我國住宅建設與房地產業(yè)面臨著若干亟待解決的可持續(xù)發(fā)展建設問題。我國住宅與建設資源指標的發(fā)展處于世界低位，資源消耗大，環(huán)境問題嚴重，尤其在住宅的大規(guī)模建設與存量時期，其全壽命周期的建造、使用和改建問題已經成為國家可持續(xù)發(fā)展的重大課題。新時期中國住宅建設只能走資源消耗少、環(huán)境負荷小的環(huán)境友好型與資源節(jié)約型發(fā)展道路，實現(xiàn)建設的高效率、高品質、低消耗和低影響，具有顯著的經濟和社會效益，是未來我國新型建筑工業(yè)化的高質量可持續(xù)發(fā)展方向。

長期以來，人類生存環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展備受世界各國的關注，建筑及其相關產業(yè)CO2排放量已占總能耗的40%以上，建筑的生產建設、規(guī)劃設計、使用維護等行為對環(huán)境問題影響巨大?？沙掷m(xù)發(fā)展的建設模式與建筑設計方法在國際上被建筑師們廣泛關注并進行了大量實踐，建筑界有識之士提出的以降低建筑環(huán)境負荷為核心的可持續(xù)建筑長壽命設計建造與全壽命期削減碳排放的系統(tǒng)性對策逐漸被世界范圍認知和接受。

國際合作的百年住宅是降低地球環(huán)境負荷和資源消耗的全壽命期住宅，也是滿足不同居住者需求和生活方式、便于更新和改造的長壽化住宅，既能節(jié)約建筑資源和社會財富，又能對社會和諧、環(huán)境保護和產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展起到推動作用。百年住宅在建筑設計、施工、使用、維修、廢棄等全壽命期中，通過建設產業(yè)化、建筑長壽化、品質優(yōu)良化、綠色低碳化的設計與建造對策，實現(xiàn)以更具長久價值的人居環(huán)境和降低建筑環(huán)境負荷為核心的綠色可持續(xù)發(fā)展目標。項目以新理念、新模式、新標準、新體系引領我國住宅從資源消耗型向資產持續(xù)型轉型升級，力求突破我國長期以來建筑業(yè)傳統(tǒng)生產建造方式的束縛，解決城鄉(xiāng)人居環(huán)境的建設瓶頸，實現(xiàn)面向未來的綠色可持續(xù)發(fā)展建設。

2 浙江寶業(yè)百年住宅試點項目與可持續(xù)設計方法與對策

浙江寶業(yè)新橋風情百年住宅項目于2019年建成，位于浙江省紹興市越西路與西郊路交叉口西北角，西臨新橋江。規(guī)劃總用地面積4.12hm2，建筑面積13.5萬m2，地上建筑面積約9.55hm2，共有14棟樓，包括10棟高層住宅和4棟高層百年住宅裝配式住宅示范樓（4#、7#、8#、10#樓），容積率2.3。項目在百年住宅建設技術體系的基礎上充分發(fā)揮寶業(yè)PC技術與裝配式內裝產業(yè)化技術優(yōu)勢，建設具有新時期舒適健康產品性能和全壽命期長久價值的可持續(xù)住宅。不僅大幅度提高了住宅的質量和品質，滿足人們日益增長的宜居空間環(huán)境需求，也在推動我國可持續(xù)住宅建筑建設上做出了創(chuàng)新性探索。

浙江寶業(yè)新橋風情百年住宅項目規(guī)劃設計以城市環(huán)境共生和地域居民交流為目標，從城市景觀的在地性出發(fā)，注重周邊城市街區(qū)肌理和自然河道的空間關系，在構建建筑與周邊環(huán)境時，組織住區(qū)空間結構（圖1）。項目基于SI建筑體系保障居住的長久品質，最大限度地保障社會資源的循環(huán)利用，使住宅成為壽命期長、耐久性高的保值型產品，大幅提高了住宅的資產價值。

2.1 可持續(xù)設計方法的城市設計與住區(qū)在地性規(guī)劃

浙江寶業(yè)新橋風情百年住宅項目的規(guī)劃設計呼應了周圍環(huán)境與場地特性，東側和南側是城市道路，西側是自然河道，住區(qū)布局與建筑形態(tài)不僅要減小道路側噪音，而且要從區(qū)位上最大化街區(qū)價值，尊重周圍環(huán)境肌理。二至六棟中高層住宅共同創(chuàng)建出三個共享生活庭院，構筑與城市環(huán)境空間相融合、擁有城市地域意象的連續(xù)街區(qū)和社區(qū)氛圍宜人的空間環(huán)境（圖2～4）。

1 可持續(xù)方法的城市與建筑層級設計

2 城市濱河景觀

業(yè)主：紹興寶業(yè)新橋江房地產開發(fā)有限公司

建設地點：浙江省紹興市

規(guī)劃設計與技術研發(fā)：中國建筑標準設計研究院有限公司、浙江寶業(yè)建筑設計研究院有限公司

項目負責人：劉東衛(wèi)

設計團隊：魏紅、馮凡、蔣洪彪、劉志偉、顧芳、王鍇（建筑）；趙海江（結構）；劉保衛(wèi)（給排水）；何小蘭（暖通）；王超（電氣）

內裝部品集成：大和房屋工業(yè)株式會社（日本）、浙江廣藝建筑裝飾工程有限公司

建設總包施工：浙江寶業(yè)住宅產業(yè)化有限公司

內裝施工：浙江廣藝建筑裝飾工程有限公司

部品集成實施：寶業(yè)大和工業(yè)化住宅制造有限公司、松下電工、松下住建、蘇州海鷗有巢氏整體衛(wèi)浴股份有限公司、上海唐盾材料科技有限公司、德國西韋德、德國快可美、日門建材、伊奈中國、積水化學工業(yè)株式會社、北京嘉泰華裝飾工程有限公司、日本大建工業(yè)株式會社、雷士照明控股有限公司、日本愛克工業(yè)株式會社、驪住中國

總建筑面積：13.5 萬m2

設計時間：2016.03—2017.03

建成時間：2020.09

圖片版權：中國建筑標準設計研究院有限公司

3 街道開放空間

4 庭院空間

項目住區(qū)規(guī)劃采用西南平行交錯的空間布局手法（圖5），三個共享生活庭院既保證了住棟視野不受遮擋，也增強了沿河景觀的延續(xù)性。項目與東側城市街道、西側自然河系形成共生關系，在城市街道東側設置交往性開放空間，在中部設置東西方向入口主景觀軸線、南北貫通步道軸線及一條濱河景觀帶，使得社區(qū)與周邊環(huán)境自然融合（圖6）。建筑融入了江南水鄉(xiāng)的色彩與基調，布局沿河岸線展開，既確保了住區(qū)通風順暢，又形成了濱河景觀與庭院景觀交相呼應的、頗具江南氣息的街區(qū)院落環(huán)境。多樣的外部空間與活動設施合力解決整個住區(qū)的適老、適幼和無障礙問題（圖7）。

5 城市設計與住區(qū)規(guī)劃

6 住區(qū)規(guī)劃設計結構

7 住區(qū)組團布局

2.2 SI建筑支撐體的長壽性設計

項目采用SI體系，通過架空、吊頂和墻體，使建筑支撐體與內裝、設備分離，全面提升了住宅的耐久性、適應性與可更新性（圖8）。采用SI體系的項目具有低碳減排的優(yōu)勢，既可長期使用，又方便后期改建，從而減少環(huán)境負荷和廢棄物。

項目圍繞德國和我國住宅主體工業(yè)化設計技術進行集成技術探索，其支撐體通過加大基礎及結構的牢固度、加大鋼筋的混凝土保護層厚度、提高混凝土強度等措施，提高主體結構的耐久性能，最大限度地減少結構所占空間，使填充體部分的使用空間得以釋放。同時，預留單獨的管線空間，不在主體結構中埋入管線，確保在檢查、更換和增加新設備時不會傷及結構主體。

2.3 SI建筑填充體的自由空間設計

項目填充體設計從家庭全壽命周期角度出發(fā)，采用大空間結構體系，提高內部空間的靈活性與可變性，為方便用戶改造使用，同一套型內可實現(xiàn)多種變換來滿足用戶的多樣化需求。設計重點研發(fā)了圍護結構內保溫集成技術、干式地暖節(jié)能集成技術、整體衛(wèi)浴集成技術、新風換氣集成技術與空氣源空調等十多項核心技術與集成技術，提高了住宅的性能與品質。

項目將起居室（L）、餐廳（D）、廚房（K）三者融合成一體化空間，便于家人交流互動。由于套內無結構墻，隔墻可以根據居住者的不同需求設置，提高了空間分隔的靈活性和布局的變化性。入口門廳保證了潔污分區(qū)，通過收納空間滿足衣物、鞋帽存放和臨時置物等需求。考慮到居住者進出門時更衣?lián)Q鞋，合理組織扶手、柜體、置物板、坐凳等連續(xù)界面，便于居住者抓扶與支撐。項目中主力套型的收納面積占套內使用面積的11.68%，在各功能空間均設有相應的柜體組合及置物架，廚衛(wèi)均為標準化設計、模塊化生產，質量可靠且安裝便捷（圖9，10）。

3 新型建筑工業(yè)化整體技術解決方案與裝配式集成設計

3.1 建筑結構系統(tǒng)的裝配式集成設計與建造

8 SI 建筑支撐體理念與設計方法

9 SI 填充體套型與優(yōu)良部品集成實景

10 填充體套型與自由空間設計

項目4#樓、7#樓的裝配式建筑結構系統(tǒng)采用德國引進的西偉德體系，又稱“雙面疊合板式剪力墻結構體系”，8#樓、10#樓的裝配式建筑結構系統(tǒng)采用國標體系，即“裝配整體式剪力墻結構體系”。兩種裝配式建筑結構系統(tǒng)提高了住宅建筑支撐體的安全性能、抗震性能和耐久性能，設計使用年限達到了100年以上。同時，采用SI體系將建筑支撐體與內裝、設備完全分離（表1～3）。

項目實施采用設計一體化、生產自動化以及施工裝配化，其結構體系預制率高、防水理念及防水效果好、施工速度快、精度高，便于主體結構的質量控制，質量通病少，全壽命周期維護成本大大減少。疊合樓板及疊合墻板均為半預制半現(xiàn)澆構件，其現(xiàn)澆層的各連接節(jié)點均可以采取傳統(tǒng)的鋼筋混凝土連接方式，保證了結構的整體性，減少了構件及裝配誤差。構件自重輕，常規(guī)塔吊就能滿足基本要求，安裝容錯性好，現(xiàn)場安裝易調整，但同時具有濕作業(yè)多的缺點。國標體系即裝配整體式剪力墻結構體系，從項目實施來看，與西偉德體系相比，國標體系具有現(xiàn)場濕作業(yè)少、安裝效率高等優(yōu)點，但也有構件自重較大、對塔吊、安裝精度要求高的缺點。

3.2 內裝系統(tǒng)的裝配式集成設計與建造

項目采用了SI體系與干法施工集成技術，通過架空體系、同層排水、集中管線以及墻體與管線分離施工等技術，確保業(yè)主在調整室內格局及更換管線時，不會損傷到結構體系。通過日常檢查和長期維護維修計劃，便可使空間長久保持最佳狀態(tài)，規(guī)避傳統(tǒng)住宅維修不便、更換困難、裝修大動干戈的窘境。

項目采用SI填充體部品集成體系和內裝全干式工法，集成應用了整體衛(wèi)浴、整體廚房、系統(tǒng)收納等一系列優(yōu)良部品和適老通用設計，不僅提高了工程質量，還實現(xiàn)了住宅在全壽命周期的可持續(xù)使用和長久價值（圖11）。

3.3 外圍護系統(tǒng)的裝配式集成設計與建造

項目在全面提高建筑外圍護性能的同時，注重部品集成技術的耐久性。其內保溫的集成技術解決方案既可解決傳統(tǒng)外保溫方式的外立面耐久性問題，又可為墻內側的管線分離創(chuàng)造條件，采用樹脂螺栓的架空墻體，管線完全分離，方便維修更新。雙層墻面內部形成空氣層，整體保溫隔熱效果增強，施工中不需要找平層，方便快捷（圖12）。

表1 建筑支撐體長壽性設計的主體結構耐久性措施

表2 4#、7#樓德國西偉德體系的建筑支撐體實施

表3 8#、10#樓國標體系的建筑支撐體實施

11 內裝套型模塊化設計

3.4 設備與管線系統(tǒng)的裝配式集成設計建造

SI住宅戶內管線敷設工程與傳統(tǒng)住宅不同，多采用管線與主體結構分離的方法，在方便管線更換的同時不破壞主體結構。承重墻內表層采用樹脂螺栓或輕鋼龍骨，外貼石膏板，形成貼面墻的構造。架空空間安裝敷設電氣管線、開關、插座等（圖13）。

4 可持續(xù)設計實踐總結

我國是世界上住宅建設量最大、既有建筑最多的國家，雖然了歷經半個多世紀的住房建設，但仍然存在住宅建造資源投入大、運維耗能高、全壽命期產生大量建筑垃圾等問題。住宅全壽命周期的建造、使用和改建問題已經成為國家資源消耗的重要組成部分和可持續(xù)發(fā)展的重大課題。中國住宅建設應正確引導綠色建筑全壽命周期的居住理念，力求在住宅全壽命周期中持續(xù)、高效地利用資源，減少建筑對環(huán)境的影響，從而引導新型建筑工業(yè)化與裝配式建筑的高質量可持續(xù)發(fā)展。

浙江寶業(yè)新橋風情百年住宅項目從結構、外圍護、設備管線和內裝四大系統(tǒng)上實現(xiàn)全面裝配，從根本上打破了傳統(tǒng)意識中裝配式建筑等于裝配式結構的局限性。項目以未來發(fā)展和市場為導向，實現(xiàn)行業(yè)上下游產業(yè)鏈的全面對接，推動創(chuàng)新成果融合與應用。項目結合本地域居住特征和可變設計方法，使得居住空間可根據家庭人數、年齡變化而靈活改變，保證了住宅的適應性，提升了居住者的舒適度與獲得感。項目的裝修部品體系，全部采用干式工法建造，部品在工廠生產、現(xiàn)場裝配，大幅減少了施工現(xiàn)場的濕作業(yè)，提高了部品的集成化程度，推動了科技進步。環(huán)保與可回收材料的集成應用，降低了環(huán)境負荷、提高了住宅質量和品質（圖14）。

項目針對我國國情，在建設產業(yè)化、建筑長壽化、品質優(yōu)良化和綠色低碳化方面取得了一系列創(chuàng)新性成果和集成關鍵技術。從設計方法、技術支撐體系、集成技術、施工方法及示范工程等方面進行多維度、全過程、全專業(yè)的系統(tǒng)攻關，營造出安全、健康、長久、舒適的美好人居環(huán)境空間，建設了綠色低碳的可持續(xù)居住建筑。

12 新型復合外墻工法與外圍護系統(tǒng)

13 SI 建筑支撐體的管線分離設計

14 住宅性能體驗與工法展示館

圖表來源

圖2～4，9 由劉東衛(wèi)拍攝；圖1，8，10～14 來源于作者所在研究室資料；表1 來源于文獻[3]；其余圖表均由作者自繪。