薛 峰，凌蘇揚，崔德鑫

(中國中建設(shè)計集團有限公司，北京 100037)

1 綠色建造正向整合設(shè)計流程方法研究

1.1 我國存在的問題分析

1)缺乏設(shè)計貫穿綠色建造的機制 綠色建造離不開設(shè)計的協(xié)同統(tǒng)籌和貫穿建造全過程的精益配合。但由于長期割裂的行業(yè)管理模式，致使設(shè)計、施工、采購和運營完全割裂，設(shè)計機制無法協(xié)同施工建造工藝、技術(shù)和材料選擇，更談不上對運營的統(tǒng)籌。

2)缺乏設(shè)計協(xié)同綠色建造的方法 缺乏將全產(chǎn)業(yè)鏈的生產(chǎn)加工、施工裝配、智慧組織等綠色建造高維復(fù)雜系統(tǒng)與設(shè)計業(yè)務(wù)融合的整合設(shè)計方法與大數(shù)據(jù)協(xié)同平臺。

3)缺乏設(shè)計支撐綠色建造全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同的模式 設(shè)計院的業(yè)務(wù)鏈前端優(yōu)勢沒有發(fā)揮出來，設(shè)計院和工程企業(yè)的“圍墻”沒有打開，行業(yè)資源共享平臺沒有建立起來，產(chǎn)業(yè)壁壘造成“各說各話”的現(xiàn)象。

1.2 協(xié)同設(shè)計的方法和內(nèi)容

要實現(xiàn)高質(zhì)量、高品質(zhì)的精益綠色建造離不開設(shè)計，設(shè)計是綠色建造的關(guān)鍵部分，綠色建造所指的設(shè)計包括了方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計、施工深化設(shè)計和調(diào)適提升設(shè)計，其高顆粒度的流程控制和頻繁權(quán)衡是關(guān)鍵保障。

協(xié)同設(shè)計方法不僅止于技術(shù)內(nèi)容，還包含對團隊的管理與把控，因為協(xié)同過程中每個組成部分對整體目標(biāo)的認(rèn)知程度甚至積極程度都對項目的最終結(jié)果有著很大的影響。成熟的協(xié)同方法更強調(diào)整個建設(shè)過程的團隊隨時都要以優(yōu)化整體而非部分優(yōu)化為目標(biāo)，讓每個組成部分清楚整體的目標(biāo)和進度，尊重每個組成部分的專業(yè)性意見。

建筑師需要掌握的能力也不僅僅止于設(shè)計，還必須包括管理、建造等方面的知識和能力。建筑師要明確從項目啟動到結(jié)束的全部階段建筑師負責(zé)的工作內(nèi)容，主要職責(zé)包括：項目管理服務(wù)、支持服務(wù)、評估與策劃服務(wù)、設(shè)計服務(wù)、施工采購合同管理服務(wù)和設(shè)施調(diào)試服務(wù)。由于建筑師在選擇材料和確定工藝流程方面具有專業(yè)性和權(quán)威性，應(yīng)約定建筑師具有指定材料和確定施工工藝的權(quán)利等，這對于降低建筑業(yè)的碳排放會起到重要作用。

據(jù)統(tǒng)計我國碳排放中建筑運行約占21%，建筑業(yè)約占比18%，而建材占了很大的比例。要解決這一問題，就要實現(xiàn)設(shè)計與綠色建造的大數(shù)據(jù)融合，推進設(shè)計建造一體化的管理數(shù)字化、生產(chǎn)數(shù)字化(工具&平臺)和技術(shù)數(shù)字化(技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、知識和數(shù)據(jù)庫平臺建設(shè))。以數(shù)字化為依托，強化設(shè)計業(yè)務(wù)鏈條上各環(huán)節(jié)的互聯(lián)互通；結(jié)合BIM，VR，AR等技術(shù)的運用，實現(xiàn)結(jié)合傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，人體互聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)建可支撐數(shù)字空間、數(shù)字人體、數(shù)字建材、數(shù)字模擬、可人工智能運算的數(shù)字孿生協(xié)同工作平臺，實現(xiàn)設(shè)計與綠色建造全過程的大數(shù)據(jù)融合。

1.3 機制、方法、模式和工具

1)應(yīng)建立與此相對應(yīng)的新機制 也就是設(shè)計建造一體化整合，面向市場，結(jié)合建筑師負責(zé)制和全過程咨詢的項目實施新機制。

2)應(yīng)建立與此相對應(yīng)的新方法 也就是全產(chǎn)業(yè)鏈正向整合設(shè)計新方法。設(shè)計應(yīng)統(tǒng)籌場地規(guī)劃、建筑結(jié)構(gòu)、機電設(shè)備、裝飾裝修、景觀環(huán)境和各類專項設(shè)計，實施全專業(yè)一體化協(xié)同設(shè)計，采用設(shè)計總承包方式。設(shè)計應(yīng)統(tǒng)籌策劃、設(shè)計、生產(chǎn)、施工、交付建設(shè)全過程，實現(xiàn)設(shè)計與全產(chǎn)業(yè)鏈的生產(chǎn)加工、施工裝配一體化協(xié)同，實施全過程一體化協(xié)同設(shè)計，采用工程總承包模式。設(shè)計應(yīng)負責(zé)選擇可降低建筑全壽命期碳排放值，并獲得綠色建材認(rèn)證標(biāo)識的建筑材料和產(chǎn)品。

3)應(yīng)建立與此相對應(yīng)的新業(yè)務(wù)模式 建立行業(yè)資源可縱向拉通、橫向聯(lián)合、跨界融合的分類城市建設(shè)和有機更新精益設(shè)計建造一體化產(chǎn)品和業(yè)務(wù)推廣模式。

4)應(yīng)建立與此相對應(yīng)的新工具平臺 結(jié)合傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，人體互聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)建可支撐數(shù)字空間、數(shù)字人體、數(shù)字建材、數(shù)字模擬、可人工智能運算的數(shù)字孿生協(xié)同工作平臺。

只有這樣，才能發(fā)揮設(shè)計院業(yè)務(wù)鏈前端優(yōu)勢，對應(yīng)建筑師負責(zé)制的實施，構(gòu)建設(shè)計與建造之間合作的機制。創(chuàng)造PDC (planning, design and construction，策劃、設(shè)計、施工交付)新型建造業(yè)務(wù)模式，打造基于“產(chǎn)業(yè)鏈縱向一體化”的綜合解決方案和新型業(yè)務(wù)模式。

2 協(xié)同設(shè)計流程和工作模板

綠色建筑設(shè)計全過程的協(xié)同工作是一個“巨系統(tǒng)”，建筑師要想統(tǒng)籌好這個組織環(huán)節(jié)和技術(shù)體系越來越復(fù)雜的“巨系統(tǒng)”工程，流程管理至關(guān)重要。

2.1 確定流程控制節(jié)點

協(xié)同設(shè)計流程的設(shè)定并不是要羅列所有的工作節(jié)點，而是要明確建造全過程與建筑質(zhì)量和品質(zhì)密切相關(guān)的性能控制節(jié)點都有哪些、建筑師應(yīng)該怎么做、做了沒有、是否達到目標(biāo)要求。本研究將國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50378—2019《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》、各地方編制的綠色建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，以及正在編制的團體標(biāo)準(zhǔn)《建筑工程綠色建造評價標(biāo)準(zhǔn)》和《公共建筑后評估標(biāo)準(zhǔn)》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及技術(shù)措施中1 600余項措施要點進行提煉，總結(jié)為約70項流程步驟。再將這些流程步驟按照“場地規(guī)劃設(shè)計、建筑方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計、設(shè)計選材、設(shè)計交付與調(diào)適”5個階段約19項流程(過程)進行控制(其中建筑師主導(dǎo)的關(guān)鍵控制節(jié)點為7項)，保證每項步驟和關(guān)鍵流程節(jié)點的過程控制效果。

2.2 制定項目前置控制要求

美國、英國等發(fā)達國家的建筑師需要負責(zé)編制項目“技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(technical specification)”，并在不同的設(shè)計階段進行不斷的優(yōu)化調(diào)整，可以形象地說他們的很多設(shè)計工作是“寫出來”，而不是“畫出來的”。

我國設(shè)計工作很多只是止步于圖面上，多依據(jù)“標(biāo)準(zhǔn)”開展設(shè)計。實際上，即使標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定得再詳細，也不可能做到窮盡所有事項，只有根據(jù)不同項目的具體情況，結(jié)合流程和內(nèi)容節(jié)點控制要求制定詳細的項目級“技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”(技術(shù)規(guī)范書)，形成“一案一標(biāo)”的前置性能控制要求，并在項目實施過程中不斷優(yōu)化調(diào)整，才能使綠色設(shè)計的流程控制有了精細化落地的抓手。

2.3 選取重點節(jié)能空間

本研究針對100多個不同類型的公共建筑項目，以及《建筑設(shè)計資料集》對于各類型公共建筑不同功能空間的分類，整理出260個功能空間。經(jīng)過歸類整理，從中歸納出74類主要的功能空間，再經(jīng)過針對建筑師的問卷調(diào)查，并依據(jù)《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施》和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中對主要功能空間負荷指標(biāo)的規(guī)定，合并簡化為32類節(jié)能重點空間。通過對各類功能空間的供暖熱負荷及電負荷模擬計算，形成節(jié)能重點空間的負荷區(qū)間取值。

2.4 確定重點節(jié)能空間影響因子

針對重點節(jié)能空間建筑師通過其優(yōu)化設(shè)計進行有效控制，首先應(yīng)以空間面積、空間大小、空間在建筑中所處的位置、空間的功能復(fù)合性等為影響因子；其次再以圍護結(jié)構(gòu)、通風(fēng)采光、窗墻比等主動、被動技術(shù)手段的應(yīng)用情況進行數(shù)據(jù)模擬；最終通過大量設(shè)計項目在協(xié)同設(shè)計平臺的應(yīng)用，形成大數(shù)據(jù)疊加，通過機器學(xué)習(xí)不斷進行自我修正，最終形成技術(shù)應(yīng)用的影響系數(shù)區(qū)間。

2.5 搭建綠色建筑協(xié)同設(shè)計模板

隨著新一代信息技術(shù)的應(yīng)用，可以將協(xié)同設(shè)計流程與方法應(yīng)用于設(shè)計平臺之中，其中綠色建筑協(xié)同設(shè)計模板作為開展工作的基礎(chǔ)，應(yīng)包括：量化分析、數(shù)值約束、設(shè)計要點和性能要求等關(guān)鍵要點。與傳統(tǒng)設(shè)計方法相比，其優(yōu)越性具體體現(xiàn)為：①能夠明確重點節(jié)能空間、各類空間節(jié)能影響率；②前期多方案自查比選方便快捷且科學(xué)合理；③對于優(yōu)先應(yīng)用被動技術(shù)，可直觀估算各技術(shù)手段的節(jié)能率；④實時比對舒適性、能耗、經(jīng)濟等指標(biāo)根據(jù)不同技術(shù)手段選擇的變動情況；⑤將后期暖通模擬基本系數(shù)簡化、前置，形成與建筑師的有效溝通。

3 協(xié)同設(shè)計流程編制

3.1 場地規(guī)劃設(shè)計應(yīng)符合以下設(shè)計流程和節(jié)點控制要求

1)城市環(huán)境呼應(yīng)與場地資源利用保護，包括：符合上位規(guī)劃和城市設(shè)計要求，場地布局與城市環(huán)境進行呼應(yīng)，對場地既有設(shè)施和現(xiàn)有資源環(huán)境進行利用和保護。

2)對場地規(guī)劃布局進行環(huán)境模擬分析，包括：日照環(huán)境、風(fēng)環(huán)境、光環(huán)境、聲環(huán)境、遮陰環(huán)境等模擬分析。

3)場地交通與公共設(shè)施規(guī)劃布局合理，包括：場地人行、車行流線和停車設(shè)施布局合理；形成開放共享的服務(wù)設(shè)施和公共空間；室外設(shè)施完備，材料安全、耐用、易于維護。

4)優(yōu)化調(diào)整公共空間環(huán)境舒適與利用率，包括：提供多樣化的室外空間；公共空間具有舒適度，滿足多季節(jié)、多時段使用需求；公共空間具有吸引力，促進使用者交流。

3.2 建筑方案設(shè)計應(yīng)符合以下設(shè)計流程和節(jié)點控制要求

1)優(yōu)化調(diào)整建筑形態(tài)和重點耗能功能空間布局，包括：優(yōu)化調(diào)整建筑形態(tài)、體型控制、重點耗能功能空間布局。

2)優(yōu)化調(diào)整窗墻體界面有利于利用自然資源，包括：優(yōu)化調(diào)整不同朝向，周邊自然環(huán)境資源影響建筑開窗和窗墻、幕墻比例；優(yōu)化調(diào)整窗體開啟方式和比例。

3)建筑利用自然資源優(yōu)化模擬分析，包括：對地上地下建筑主要功能空間的光環(huán)境、日照環(huán)境、自然通風(fēng)環(huán)境進行模擬分析；對窗洞口和構(gòu)件以及導(dǎo)光構(gòu)件進行模擬分析。

3.3 技術(shù)設(shè)計應(yīng)符合以下設(shè)計流程和節(jié)點控制要求

1)完成模數(shù)和構(gòu)造節(jié)點性能優(yōu)化設(shè)計，包括：對空間模數(shù)和用材模數(shù)協(xié)調(diào)進行優(yōu)化設(shè)計；對墻面、窗體、幕墻、地面、吊頂和隔墻等構(gòu)造節(jié)點進行優(yōu)化設(shè)計；對圍護結(jié)構(gòu)和內(nèi)隔墻的熱工性能、防水性能、隔聲性能等構(gòu)造節(jié)點進行優(yōu)化設(shè)計；對管線集成和安裝節(jié)點進行優(yōu)化設(shè)計。

2)結(jié)構(gòu)設(shè)計涉及建筑功能、建筑形態(tài)、模數(shù)、裝配和基坑等優(yōu)化，包括：結(jié)合建筑功能進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計；結(jié)合建筑形態(tài)進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計；空間和構(gòu)件符合模數(shù)化設(shè)計要求；采用工業(yè)化裝配結(jié)構(gòu)；結(jié)合實際施工條件進行基坑開挖優(yōu)化設(shè)計。

3)圍護設(shè)計涉及建筑性能指標(biāo)的認(rèn)定，包括：對圍護結(jié)構(gòu)防火性能、熱工性能、防水性能、隔聲性能等進行優(yōu)化設(shè)計。

4)機電設(shè)計涉及設(shè)備系統(tǒng)性能指標(biāo)的認(rèn)定，包括：對空調(diào)熱源和冷源、輸配系統(tǒng)、監(jiān)控與計量和末端裝置等進行優(yōu)化設(shè)計；對供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電氣設(shè)備進行優(yōu)化設(shè)計；對直流供電充電樁配置、蓄能系統(tǒng)等進行優(yōu)選優(yōu)化設(shè)計；對信息網(wǎng)絡(luò)和智能運維系統(tǒng)進行優(yōu)選優(yōu)化設(shè)計；對可再生能源利用進行優(yōu)選優(yōu)化設(shè)計。

5)給排水設(shè)計涉及生活和設(shè)備用水系統(tǒng)性能指標(biāo)的認(rèn)定，包括：優(yōu)化調(diào)整衛(wèi)生器具的用水效率等級；對綠化灌溉系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計；對空調(diào)冷卻水系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計；保證生活飲用水水質(zhì)符合技術(shù)要求。

6)室外環(huán)境設(shè)計環(huán)境豐富度和雨水利用優(yōu)化設(shè)計，包括：進行使室外環(huán)境符合綠化充分、景觀層次豐富、環(huán)境整潔美觀的優(yōu)化設(shè)計；優(yōu)化場地豎向設(shè)計，對雨水收集利用、排放和海綿滲透進行優(yōu)化設(shè)計。

3.4 設(shè)計選材應(yīng)符合以下設(shè)計流程和節(jié)點控制要求

1)外界面利用廢棄、自然材料和復(fù)合材料選材優(yōu)化，包括：界面表皮材料利用自然資源就地取材和廢舊材料；外飾采用單元式幕墻、多功能復(fù)合墻體等集成墻板材料；室外環(huán)境材料采用自然資源就地取材和廢舊材料；采用以廢棄物和建筑垃圾為原料生產(chǎn)的利廢建材。

2)建筑內(nèi)裝修采用一體化集成產(chǎn)品選材優(yōu)化，包括：采用裝配式裝修、選用廚衛(wèi)集成模塊。

3)材料同壽命族群和部品部件之間壽命匹配選材優(yōu)化，包括：建立相近使用年限的同壽命期族群適配材料組合；活動配件選用長壽命產(chǎn)品，并考慮部品之間合理的壽命匹配，構(gòu)造便于通用性拆換。

3.5 設(shè)計交付與調(diào)適應(yīng)符合以下設(shè)計流程和節(jié)點控制要求

1)交付前對建筑圍護系統(tǒng)和各設(shè)備系統(tǒng)進行設(shè)計調(diào)適，包括：圍護結(jié)構(gòu)和設(shè)施系統(tǒng)調(diào)適；空調(diào)、照明系統(tǒng)調(diào)適。

2)開展運行能耗與設(shè)計工況對比分析，包括：圍護結(jié)構(gòu)熱工性能測試與設(shè)計工況對比；空調(diào)、照明、插座等系統(tǒng)運行能耗與設(shè)計工況對比分析；可再生能源利用與設(shè)計工況對比分析。

3)開展室內(nèi)外環(huán)境質(zhì)量與設(shè)計工況對比分析和用戶滿意度評價，包括：測試天然采光、混合采光、人工照明質(zhì)量；測試室內(nèi)空氣質(zhì)量、室內(nèi)熱舒適度、過渡季自然通風(fēng)質(zhì)量；室內(nèi)外環(huán)境的用戶滿意度評價。

4 北京大興國際機場南航運控指揮中心綠色設(shè)計

北京大興國際機場南航運控指揮中心是集航運3C運控指揮、飛行簽派出勤、飛行訓(xùn)練、飛行空勤周轉(zhuǎn)、飛行體檢康復(fù)、飛行數(shù)據(jù)中心、航勤配套服務(wù)和航運管理等功能于一體的大型綜合體建筑，建筑規(guī)模50萬m2，是亞洲規(guī)模最大的航空運控指揮中心，如圖1所示。

圖1 整體建設(shè)效果實景

由于該項目建設(shè)周期較短且采用設(shè)計總承包方式，項目組按上述全過程設(shè)計流程、步驟和節(jié)點控制要求進行管理，將規(guī)劃設(shè)計、建筑結(jié)構(gòu)、機電設(shè)備、部品部件、裝配施工、裝飾裝修、景觀環(huán)境和各類專項設(shè)計以及工藝加工、綠色選材和成本管控等工作流程匯集于一體進行管理。制定了每個步驟相應(yīng)的設(shè)計策略、控制要點、優(yōu)化要點和目標(biāo)值，并在關(guān)鍵的設(shè)計節(jié)點進行仿真模擬分析要求。分析不同的功能空間能耗特征，明確節(jié)能重點空間，給出相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)索引，獲得了三星級綠色建筑設(shè)計標(biāo)識，形成的流程管理平臺申請了軟件著作權(quán)。過程中形成的綠色協(xié)同設(shè)計流程和節(jié)點管控構(gòu)架如圖2所示。

圖2 南航運控指揮中心協(xié)同設(shè)計流程和節(jié)點管控構(gòu)架

該項目建設(shè)規(guī)模大、建設(shè)周期短、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)高。只有通過這種科學(xué)的協(xié)同設(shè)計流程管理方法，才能保證項目高質(zhì)量、高品質(zhì)的實施。①在項目前期就制定了項目“技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”(技術(shù)規(guī)范書)，形成了前置性能控制要求。②建立“高顆粒度”的綠色協(xié)同設(shè)計流程，有效組織了土建、裝修、景觀、專項、標(biāo)識等多專業(yè)的一體化并行協(xié)同設(shè)計。③設(shè)計優(yōu)化與施工深化并行協(xié)同，節(jié)點設(shè)計、設(shè)備選型、選材等深化設(shè)計結(jié)合過程管理和運行管理的要求進行優(yōu)化，既保證了建筑質(zhì)量、品質(zhì)，又保證了成本控制、運行實效及建設(shè)工期。

該項目采用高性能裝配式圍護結(jié)構(gòu)，達到80%節(jié)能率和1.71W/m2·K的整體圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)；地板和整體墻板全部采用彈性可變管線空間，解決了大型航空運控設(shè)施信息化功能升級調(diào)整慢的問題。

為使長時間在封閉狹小機艙工作的空勤人員在此能夠得到心情舒緩，項目跨越城市市政道路設(shè)計了1條連接各功能建筑群的“空中綠廊”，可供休憩、交流，擁有良好的天然采光、觀景視線良好。中庭空間隨處可見綠植，所有健身空間和配套服務(wù)空間均可天然采光，在室內(nèi)交通空間節(jié)點設(shè)計具有良好景色和天然采光的“家庭式相聚單元”，讓空勤人員可以放下一天的疲憊并得到充分的身心休息，建成效果如圖3～9所示。

圖3 高性能裝配式圍護結(jié)構(gòu)及庭院環(huán)境

圖4 連接各功能建筑群的“空中綠廊”

圖5 “空中綠廊”庭院環(huán)境

圖8 具有良好景色和天然采光的“家庭式相聚單元”

圖9 可有自然天光的空勤人員簽派空間