李明洋， 譚大璐， 張軒銘

(四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院，成都 610065)

0 引言

目前，全球化能源、環(huán)境危機(jī)已成為世界各國(guó)面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，各國(guó)也都在積極響應(yīng)低碳節(jié)能的可持續(xù)發(fā)展的號(hào)召。而建筑的能耗占了世界總能耗的絕大部分，由傳統(tǒng)建筑走向節(jié)能建筑的趨勢(shì)勢(shì)在必行。

我國(guó)的既有建筑存量大，且分布廣，因此對(duì)不符合節(jié)能規(guī)范，或設(shè)備過(guò)于陳舊，使用功能嚴(yán)重滯后的既有建筑進(jìn)行合理的節(jié)能改造可以成為建筑節(jié)能目標(biāo)最有效最重要的措施之一。在“十二五”期間，國(guó)家預(yù)完成北方采暖地區(qū)既有居住建筑供熱計(jì)量和節(jié)能改造4億m2以上，夏熱冬冷地區(qū)既有居住建筑節(jié)能改造5 000萬(wàn)m2，公共建筑和公共機(jī)構(gòu)辦公建筑節(jié)能改造1.2億m2，實(shí)施農(nóng)村危房改造節(jié)能示范40萬(wàn)套。到2020年末，基本完成北方采暖地區(qū)有改造價(jià)值的城鎮(zhèn)居住建筑節(jié)能改造[4]。

盡管如此，我國(guó)的既有建筑節(jié)能改造依然存在很多困難和挑戰(zhàn)。由于既有建筑與新建建筑的巨大區(qū)別，我國(guó)既有建筑節(jié)能改造的設(shè)計(jì)、技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、管理機(jī)制上都還不完善，需要改進(jìn)。因此，本文提出運(yùn)用綜合項(xiàng)目交付(IPD)管理模式，并在此管理模式下采用集成設(shè)計(jì)方法，對(duì)既有建筑改造的前期設(shè)計(jì)階段進(jìn)行了研究。

1 IPD管理模式

1.1 建設(shè)工程IPD管理模式

IPD(intergrated project delivery)管理模式即綜合項(xiàng)目交付模式[1]。這種模式是將人、系統(tǒng)、業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)以及實(shí)施集合在一個(gè)共同的過(guò)程中，利用各方專業(yè)人才的設(shè)計(jì)及所有參與方在項(xiàng)目各個(gè)階段的合作，整合優(yōu)化出的項(xiàng)目成果，同時(shí)實(shí)現(xiàn)信息共享，達(dá)到集成決策，精益建造并使得各個(gè)階段的效率最大化的目的[2]。

1.2 IPD管理模式在既有建筑節(jié)能改造設(shè)計(jì)階段的作用

IPD模式強(qiáng)調(diào)項(xiàng)目全壽命周期的多方合作，尤其注重初期設(shè)計(jì)階段的集成合作，以達(dá)到互利共贏的效果。IPD模式在初期設(shè)計(jì)階段就開始考慮“如何改建，誰(shuí)來(lái)改建”的問題，從而避免出現(xiàn)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，施工階段問題積聚，效率低下等常見問題[2]。根據(jù)IPD交付模式的以上特點(diǎn)，在既有建筑改造設(shè)計(jì)階段其作用有以下幾點(diǎn)：

1)提供多專業(yè)集成設(shè)計(jì)的技術(shù)平臺(tái)。2)提供多專業(yè)集成設(shè)計(jì)的信息平臺(tái)。3)提供多專業(yè)集成設(shè)計(jì)的溝通平臺(tái)。

根據(jù)以上作用可以看出，IPD管理模式可以保障既有建筑節(jié)能改造設(shè)計(jì)階段的優(yōu)化發(fā)展，同時(shí)運(yùn)用集成設(shè)計(jì)方法，還能大大促進(jìn)方案的創(chuàng)新，提高設(shè)計(jì)水平，最終達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。

2 IPD管理模式下的集成設(shè)計(jì)方法

建筑設(shè)計(jì)是既有建筑節(jié)能改造的重要環(huán)節(jié)之一，要使其達(dá)到改建目的，需要在運(yùn)用IPD管理方式下，集成多專業(yè)的設(shè)計(jì)人員，以集成設(shè)計(jì)信息為基礎(chǔ)，采用集成設(shè)計(jì)的方法對(duì)改建項(xiàng)目的原建筑進(jìn)行環(huán)境、能耗、使用功能等分析，再多方合作擬定改建方案，從而達(dá)到建筑形態(tài)再美化，使用功能再整合分區(qū)，節(jié)能技術(shù)再改進(jìn)的最佳效果[3]。IPD管理下的集成設(shè)計(jì)法工作模式(見圖1)。

圖1 IPD管理下的集成設(shè)計(jì)法工作模式

由圖1可知，IPD管理下的工作模式不同于傳統(tǒng)的線性的工作模式，它能夠進(jìn)行多方參與設(shè)計(jì)，并且在此工作模式下采用集成設(shè)計(jì)方法，能夠讓設(shè)計(jì)信息共享，避免出現(xiàn)過(guò)多的設(shè)計(jì)變更，還能夠讓跨專業(yè)的設(shè)計(jì)師相互協(xié)作，達(dá)到精益建造的目的。

3 IPD管理下的既有建筑節(jié)能改造集成設(shè)計(jì)實(shí)例分析

3.1 項(xiàng)目概況

既有建筑是青島市某醫(yī)院，它位于青島市四方區(qū)與市北區(qū)的交界，交通便利，基地內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施完備，已建有市政自來(lái)水、排水、雨水、天然氣、供電及通訊系統(tǒng)。該醫(yī)院共4棟主體建筑，A座、B座、C座、D座，還有其他一些臨時(shí)建筑分布在院內(nèi)，其中A座位為2011年新建的綜合樓，主體建筑17層、裙房為3層、局部5層；B座為原門診醫(yī)技樓(6層)；C座、D座為病房樓(C座7層、D座6層)。2011年新啟用綜合樓中涵蓋了門診、醫(yī)技、病房、辦公等，已完全替代B座的功能。為避免B座閑置，需要對(duì)其進(jìn)行功能更新和改造。C座、D座病房樓分別為20世紀(jì)80年代和90年代所建，雖然在2000年進(jìn)行過(guò)一次改造，但內(nèi)部設(shè)施仍不能滿足使用要求，病房?jī)?nèi)無(wú)熱水、無(wú)機(jī)械通風(fēng)裝置，C座無(wú)外墻保溫措施，室內(nèi)無(wú)衛(wèi)生間，衛(wèi)生條件差；D座外窗為鋁合金單玻外窗，熱量散失很大。

3.2 改造方案初步制定

IPD管理模式下強(qiáng)調(diào)多方合作，在項(xiàng)目改建前期，參與方就開始共同考慮“怎么改建”，擬達(dá)到什么樣的效果的問題。因此，綜合既有建筑的現(xiàn)狀，進(jìn)行改造方案的初步制定。

1)改造方案的基本原則：

①達(dá)到既有建筑節(jié)能改造要求。根據(jù)國(guó)家及地方性JGJ176—2009《公共建筑節(jié)能改造技術(shù)規(guī)范》，改造后的該建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)、窗墻系數(shù)比、采暖和通風(fēng)熱工性能等參數(shù)均應(yīng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

②最大限度滿足業(yè)主要求。既有建筑的改造在多方參與擬訂初步方案時(shí)，應(yīng)該首先最大限度地滿足業(yè)主的要求，在此基礎(chǔ)之上再做設(shè)計(jì)創(chuàng)新。

③滿足IPD管理模式的要求。采用IPD管理模式對(duì)該建筑進(jìn)行改造，需要制定滿足IPD管理模式要求的方案。在保證不同專業(yè)的設(shè)計(jì)人員信息共享的同時(shí)，采用集成設(shè)計(jì)方法，首先建立起集成設(shè)計(jì)模式，其次要讓主動(dòng)式設(shè)計(jì)與被動(dòng)式設(shè)計(jì)相互結(jié)合，相互補(bǔ)充。主動(dòng)式設(shè)計(jì)即是以建筑設(shè)計(jì)為輔助，主動(dòng)節(jié)能技術(shù)為主導(dǎo)，利用適宜的暖通設(shè)備達(dá)到節(jié)能改造的目的；被動(dòng)式設(shè)計(jì)即是以建筑設(shè)計(jì)為主導(dǎo)，被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)為輔助，利用自然通風(fēng)、建筑朝向、窗墻比等設(shè)計(jì)來(lái)達(dá)到節(jié)能改造的目的。

2)改造方案的確定：

①建筑使用功能改造。為了給老年患者提供良好的康復(fù)環(huán)境，B座擬改造為城市老年人康復(fù)中心。設(shè)計(jì)時(shí)需要充分挖掘老年人的心理和生理需求，在使用功能分區(qū)上進(jìn)行改變?cè)黾庸步涣骺臻g，讓老年人在其中生活得更加便利。

②建筑外立面改造。為使改造后的建筑形體更加美觀，設(shè)計(jì)人員將對(duì)外立面進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，但同時(shí)改造后的建筑立面應(yīng)符合醫(yī)療建筑形象。

③節(jié)能技術(shù)改造。C、D座病房樓過(guò)于陳舊，圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能差，需要對(duì)其圍護(hù)結(jié)構(gòu)做重點(diǎn)的技術(shù)改造。同時(shí)，添加新風(fēng)系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)、保溫系統(tǒng)等技術(shù)滿足室內(nèi)空氣環(huán)境及就醫(yī)人員使用條件，盡量減少常規(guī)能源消耗。再根據(jù)青島地理位置，充分利用太陽(yáng)能可再生能源技術(shù)，達(dá)到節(jié)能目的。

3.3 節(jié)能改造方案的詳細(xì)設(shè)計(jì)

詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，應(yīng)用IPD管理模式下的集成設(shè)計(jì)方法，使跨專業(yè)的設(shè)計(jì)可以避免只專注于從自身專業(yè)層面考慮方案，而忽視其他專業(yè)的設(shè)計(jì)問題，充分發(fā)揮各設(shè)計(jì)方優(yōu)勢(shì)，提高效率，最終達(dá)到改造要求。

1)被動(dòng)式設(shè)計(jì)：

①外立面的改造。通過(guò)因地制宜的分析，運(yùn)用以建筑設(shè)計(jì)為主導(dǎo)的被動(dòng)式設(shè)計(jì)方法，最終外立面改造設(shè)計(jì)(見圖2)。

圖2 B座外立面效果圖

由圖2可以看出，外立面交錯(cuò)而成的外挑封閉式陽(yáng)臺(tái)，利用上下交錯(cuò)形成整體的海浪造型意境；并采用BIPV太陽(yáng)能光伏板材料，利用該種材料的藍(lán)色增加海浪意向，同時(shí)充分吸收太陽(yáng)能，將太陽(yáng)能輻射轉(zhuǎn)化成電能供給B座建筑使用。

②使用空間的改造。為了加強(qiáng)老年人康復(fù)中心的公共交流空間，并且為該空間提供健康舒適的環(huán)境，通過(guò)ECOTECT模擬分析出冬季最佳的日照面，在該面布置陽(yáng)光房作為公共交流空間(見圖3)。

圖3 最佳日照面改建成陽(yáng)光通廊

由圖3可知，該改造結(jié)合被動(dòng)式太陽(yáng)能技術(shù)，將最佳日照立面設(shè)計(jì)成外挑的陽(yáng)光通廊，可以讓更多的病人接觸陽(yáng)光的同時(shí)加強(qiáng)公共交流。

③自然通風(fēng)的改造。將房間的空間區(qū)域劃分與被動(dòng)式技術(shù)結(jié)合，帶來(lái)了改善建筑自然通風(fēng)的效果。在房間的設(shè)計(jì)中利用陽(yáng)光房外加強(qiáng)的陽(yáng)臺(tái)板，形成太陽(yáng)能煙囪效應(yīng)，在夏季，白天帶走室內(nèi)熱空氣，加強(qiáng)自然通風(fēng)，降低室內(nèi)溫度(見圖4)；在冬季，又可以利用此技術(shù)，夜間儲(chǔ)熱墻體里吸收的太陽(yáng)能熱量向房間內(nèi)釋放余熱，提高房間溫度，使得整個(gè)室內(nèi)環(huán)境冬暖夏涼(見圖5)。

圖4 夏季白天太陽(yáng)能煙囪效應(yīng)帶走室內(nèi)熱量

圖5 太陽(yáng)能煙囪效應(yīng)冬季夜間儲(chǔ)熱墻體向室內(nèi)釋放余熱

2)主動(dòng)式設(shè)計(jì)：

①地源熱泵技術(shù)。給房間提供源源不斷的熱水及熱量循環(huán)，讓病房?jī)?nèi)的溫度常年保持在26℃左右，給老年人康復(fù)提供最佳的熱舒適度。

②太陽(yáng)能集熱器技術(shù)。屋頂處安裝太陽(yáng)能集熱器及太陽(yáng)光照指示系統(tǒng)，并結(jié)合太陽(yáng)能光伏板，充分的利用太陽(yáng)能供給醫(yī)院大部分的電能，達(dá)到高效率的節(jié)能。

③新風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)。結(jié)合屋頂上安裝的內(nèi)置熱交換器的風(fēng)帽給房間源源不斷的新風(fēng)交換，保持室內(nèi)空氣清新舒適。

④雨水回收系統(tǒng)技術(shù)。屋頂設(shè)置該系統(tǒng)，將雨水回收并通向底層匯集，一部分作為太陽(yáng)能光伏板后的循環(huán)介質(zhì)帶走熱量，給光伏板降溫，降低能耗；另一部分作為綠化灌溉、噴水景觀等他用(見圖6)。

綜上所述，多專業(yè)集成的設(shè)計(jì)不僅能夠更加充分的發(fā)揮各個(gè)專業(yè)在設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)，還能促進(jìn)改造的創(chuàng)新，主動(dòng)式設(shè)計(jì)與被動(dòng)式設(shè)計(jì)相互補(bǔ)充，用能耗軟件模擬技術(shù)，達(dá)到節(jié)能要求；并用設(shè)計(jì)軟件模擬設(shè)計(jì)，保證建筑的形體達(dá)到業(yè)主要求，不僅做到技術(shù)先進(jìn)，節(jié)能措施科學(xué)，還能做到設(shè)計(jì)美觀，功能合理，舒適度高。同時(shí)，在IPD管理模式下的設(shè)計(jì)階段運(yùn)用集成設(shè)計(jì)的方法，還加強(qiáng)了信息的溝通，減少了信息碎片的分散，讓專業(yè)數(shù)據(jù)得到共享，減少了后期施工中可能遇到的設(shè)計(jì)變更問題。

圖6 改造后建筑被動(dòng)式技術(shù)模型圖

4 結(jié)語(yǔ)

既有建筑的節(jié)能改造對(duì)我國(guó)推動(dòng)綠色建筑、可持續(xù)發(fā)展建設(shè)有著非常重大的意義，因?yàn)槲覈?guó)的既有建筑零散且量大，如果能得到良好的節(jié)能改造就能夠減少大量的碳排放以及建筑能耗、不可再生資源等問題[5]。一個(gè)具有先進(jìn)性、科學(xué)性的工程管理模式在改建項(xiàng)目中有重要的作用，它不僅能夠改善傳統(tǒng)管理模式的弊端，還能推動(dòng)改造工程發(fā)展[7]。

而IPD管理模式(綜合交付模式)就可以解決傳統(tǒng)模式中眾多信息碎片，信息共享以及跨學(xué)科集成設(shè)計(jì)等問題；從設(shè)計(jì)階段起就運(yùn)用此管理模式并結(jié)合集成設(shè)計(jì)方法，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改建創(chuàng)新，達(dá)到節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，提高后期施工的效率；還可以將IPD管理模式作用于項(xiàng)目的全壽命周期中，以BIM技術(shù)做支撐，在項(xiàng)目的各個(gè)階段都比傳統(tǒng)模式提高了信息共享的效率，減少了實(shí)施投入的精力。因此，IPD管理模式下結(jié)合集成設(shè)計(jì)方法可以給既有建筑的節(jié)能改建設(shè)計(jì)階段帶來(lái)前所未有的價(jià)值和變革。

[1]郭俊禮,滕佳穎,吳賢國(guó),曹靖,晏祎.基于BIM的IPD建設(shè)項(xiàng)目集成管理方法研究[J].施工技術(shù),2012(11).

[2]The American Institute of Architects.Integrated project delivery:A Guide[M].2007.

[3]徐峰,張國(guó)強(qiáng),周晉.建筑集成化設(shè)計(jì)[J].大眾用電,2007(8).

[4]住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部.綠色建筑行動(dòng)方案[EB].2013.

[5]沈婷婷,龔敏,葛堅(jiān).既有公共建筑節(jié)能改造初探[J].華中建筑,2008(10).

[6]李衛(wèi)平.我國(guó)既有建筑節(jié)能改造問題及對(duì)策研究[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè),2010(09).

[7]張琦.既有建筑節(jié)能改造管理研究[D].天津:天津大學(xué),2010.