楊 曉 誠， 趙 云 飛

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

建筑能耗一直屬于中國能源消耗的“能耗大戶”之一，從建筑施工到停止使用的整個(gè)生命周期都會(huì)耗費(fèi)大量能源。隨著居民對(duì)于居住環(huán)境舒適度要求的提高，保障室內(nèi)品質(zhì)所需的如空調(diào)、取暖、通風(fēng)等能耗迅速上升而更引人矚目。被動(dòng)式超低能耗建筑因其為建筑節(jié)能理念和舒適居住環(huán)境的集大成者，既能滿足人們對(duì)健康、高品質(zhì)生活的需求，又符合國家綠色、低碳、可持續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)而必將成為未來住宅建筑的發(fā)展方向。

為了達(dá)到“被動(dòng)式超低能耗”的目的，要求所建建筑必須擁有嚴(yán)格的氣密性、保溫性和通風(fēng)性。通過良好的門窗質(zhì)量進(jìn)行有效控制，可以降低占據(jù)總建筑30%左右的能耗損失[1]。

BIM技術(shù)作為建筑行業(yè)的新興技術(shù)，對(duì)于建筑施工數(shù)字化、可視化、信息化具有不可或缺的作用。闡述了將BIM技術(shù)引入被動(dòng)式超低能耗門窗安裝質(zhì)量控制過程以提高其可控性，從被動(dòng)式門窗最關(guān)鍵的氣密性著手，探索了BIM技術(shù)提高氣密性等級(jí)的可能性。

2 被動(dòng)房的基本理念及現(xiàn)狀分析

2.1 基本理念

所謂“被動(dòng)式超低能耗建筑”系指建筑物不通過一次能源、二次能源調(diào)節(jié)環(huán)境，其基本上是依靠被動(dòng)收集到的熱量使房屋本身保持一個(gè)舒適的溫度[2]。

在被動(dòng)房概念中，建筑不需要像傳統(tǒng)建筑那樣使用空調(diào)、暖氣來維持適宜的溫度，其通過優(yōu)異的建筑氣密性、保溫性能、無熱橋設(shè)計(jì)和新風(fēng)系統(tǒng)循環(huán)即能打造出舒適的室內(nèi)空間，同時(shí)其節(jié)能效率達(dá)90%以上。我國政府認(rèn)可該理念且大力倡導(dǎo)被動(dòng)式建筑的建設(shè)并出臺(tái)了一系列政策[3]。

2.2 研究現(xiàn)狀

通過使用CiteSpace(版本：CiteSpace.V.7.R2(64-bit))可視化軟件對(duì)收錄于中國知網(wǎng)(CNKI)數(shù)據(jù)庫中關(guān)于“被動(dòng)式超低能耗建筑”研究的文獻(xiàn)特點(diǎn)、研究熱點(diǎn)及前沿進(jìn)行分析，剔除了相關(guān)研究報(bào)道中與研究主題不符的期刊文獻(xiàn)，2016～2021年共篩選出276篇相關(guān)文獻(xiàn)供本次研究使用。

采用CiteSpace中介中心性(Betweennes -s centrality)測(cè)量個(gè)體對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的控制程度，其計(jì)算公式為：

(1)

國內(nèi)針對(duì)被動(dòng)式建筑近五年的研究可以分為兩個(gè)階段：第一階段為2016～2019年，主要借鑒德國被動(dòng)房研究其原理，結(jié)合我國各地不同地區(qū)氣候條件進(jìn)行推廣研究；第二階段為2019～2021，結(jié)合裝配式技術(shù)，以研究外圍護(hù)結(jié)構(gòu)及宏觀被動(dòng)房發(fā)展模式為主。盡管被動(dòng)房相關(guān)的發(fā)展情況受到學(xué)者們的關(guān)注，但回顧已有文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)：目前針對(duì)國內(nèi)門窗安裝質(zhì)量控制的研究比較缺乏。

3 BIM技術(shù)應(yīng)用于門窗質(zhì)量控制具有的優(yōu)勢(shì)

BIM包含大量的建筑信息，通過施工方案和進(jìn)度進(jìn)行模擬，便于相關(guān)人員直觀了解工程信息，了解工程重點(diǎn)和施工難點(diǎn)，對(duì)可能出現(xiàn)的問題盡快采取對(duì)策，規(guī)避質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。利用BIM模型的三維可視化對(duì)施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，使相關(guān)人員能夠提前了解施工中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，熟悉施工工藝，避免出現(xiàn)失誤。

此外，BIM技術(shù)對(duì)建筑能耗方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。在建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，外窗、外墻、屋面和地面是建筑能耗的四大部位。通過門窗損失的能量約占建筑圍護(hù)部件總能耗的 40%～50%。被動(dòng)房外門窗往往采用外掛式安裝，外側(cè)采用墊木和專用角碼進(jìn)行固定，內(nèi)外兩側(cè)分別采用防水隔汽膜和防水透汽膜進(jìn)行粘貼密封，比較容易出現(xiàn)汽密性差等問題。因此，有必要建立高效的門窗加工、安裝質(zhì)量管理體系，結(jié)合信息管理技術(shù)，將門窗信息進(jìn)行可視化用以指導(dǎo)工廠加工和現(xiàn)場(chǎng)安裝，在生產(chǎn)、安裝全過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)門窗質(zhì)量管理的智能化，提高門窗的管理精度，提高安裝效率。

4 基于BIM技術(shù)進(jìn)行門窗安裝質(zhì)量控制的原理

BIM技術(shù)是一種在建筑施工階段發(fā)揮著不容忽視作用的信息傳遞和處理方法[4]。通過BIM技術(shù)自身的特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)建筑信息共享和各專業(yè)的協(xié)同工作,具有可視化、可協(xié)同性、模擬性、優(yōu)化性等優(yōu)勢(shì)，輔助參與人員加深對(duì)項(xiàng)目建設(shè)的理解，能夠提高建筑施工的精度和效率。

在門窗安裝過程中，可先使用三維點(diǎn)云技術(shù)精確獲取現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)場(chǎng)景，提供所安裝門窗的參數(shù)，構(gòu)建坐標(biāo)信息。使用BIM技術(shù)進(jìn)行模型創(chuàng)建，明確門窗的詳細(xì)信息，制作門窗安裝的施工動(dòng)畫，為現(xiàn)場(chǎng)安裝管理提供依據(jù)。無線射頻識(shí)別即射頻識(shí)別技術(shù)(Radio Frequency Identification，RFID)是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的一種，通過無線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，利用無線射頻方式對(duì)記錄媒體(電子標(biāo)簽或射頻卡)進(jìn)行讀寫，從而達(dá)到識(shí)別目標(biāo)和數(shù)據(jù)交換的目的，其被認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ男畔⒓夹g(shù)之一[5]。此外，結(jié)合RFID標(biāo)簽性能穩(wěn)定、可儲(chǔ)存多種信息的特點(diǎn)由其儲(chǔ)存BIM創(chuàng)建的門窗信息。讀寫器可自動(dòng)識(shí)別電子標(biāo)簽上的信息，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)的門窗安裝。由讀寫器識(shí)別的信息可及時(shí)反饋到BIM模型進(jìn)行實(shí)時(shí)更改，完成門窗信息的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理。除了常規(guī)的人眼觀察、卡尺、合尺等方式，也可采取激光掃描技術(shù)提高安裝質(zhì)量精確度并形成一個(gè)循環(huán)反饋機(jī)制進(jìn)行管理，最終利用BIM制作效果圖、動(dòng)畫等指導(dǎo)施工。門窗安裝質(zhì)量控制原理見圖1。

5 工程案例

中國電建地產(chǎn)成都龍泉洺悅御府項(xiàng)目采用裝配式建筑設(shè)計(jì)，項(xiàng)目營造高品質(zhì)“恒溫、恒濕、恒潔、恒靜、恒凈”建筑，為西南區(qū)首個(gè)超低能耗建筑建設(shè)項(xiàng)目。

5.1 門窗質(zhì)量控制的重難點(diǎn)

(1)施工技術(shù)要求高。采用外墻保溫系統(tǒng)、門窗安裝、汽密性處理、新風(fēng)系統(tǒng)、無熱橋設(shè)計(jì)五大核心技術(shù)以實(shí)現(xiàn)降低建筑物內(nèi)部能量損耗、提高室內(nèi)良好的居住舒適性的目的。要求具備良好的保溫性能、保證外掛式門窗安裝洞口縫隙汽密性能、實(shí)現(xiàn)新風(fēng)系統(tǒng)對(duì)能量的高效回收利用及減少建筑物內(nèi)部環(huán)境與室外環(huán)境產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)，需要通過各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)協(xié)調(diào)配合以極大限度地提高建筑物的保溫、隔熱和汽密性能，保障超低能耗建筑“五恒”性能，施工技術(shù)要求較高。

(2)施工質(zhì)量要求高。為降低能耗損失，提高室內(nèi)環(huán)境的舒適性、減少建筑損傷、提高經(jīng)濟(jì)性和節(jié)約能源需求，實(shí)現(xiàn)超低能耗建筑“恒溫、恒濕、恒潔、恒靜、恒凈”建筑性能，與傳統(tǒng)建筑不同，超低能耗建筑在外墻保溫、門窗安裝、汽密性處理、斷熱橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工上具有更高的要求，不僅需要滿足各項(xiàng)核心技術(shù)要求指標(biāo)，并且要求通過超低能耗建筑德國PHI認(rèn)證，施工質(zhì)量要求較高。

5.2 門窗安裝質(zhì)量控制

(1)門窗安裝信息管理。施工前，精確測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)場(chǎng)景并建立詳細(xì)的BIM模型，標(biāo)注門窗基本屬性信息，將真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)與BIM模型對(duì)比結(jié)合，形成數(shù)據(jù)閉合反饋機(jī)制。利用BIM制作安裝模擬動(dòng)畫用以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。門窗安裝節(jié)點(diǎn)大樣見圖2,門窗安裝節(jié)點(diǎn)大樣效果見圖3，模型基本信息見圖4。

(2)門窗精細(xì)化安裝。采用新施工工藝，窗玻璃采用三玻兩腔充氬氣，窗框采用實(shí)木窗框，有效地將室內(nèi)外隔絕(隔絕聲音，隔絕水蒸汽等)，形成熱斷橋。將因建筑本身熱能揮發(fā)產(chǎn)生的水蒸汽單向透出室外，使房間一直保持在人體舒適的環(huán)境中，成功地解決了超低能耗建筑門窗在西南地區(qū)的安裝重難點(diǎn)問題，提高了安裝質(zhì)量，確保了門窗汽密性滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與要求，保證了超低能耗建筑的使用性能。

由于門窗的安裝信息是不斷更新的，也是門窗安裝的工作重點(diǎn)。因此，在安裝階段，從門窗運(yùn)輸進(jìn)場(chǎng)到最終安裝成形的環(huán)節(jié)主要包括門窗的安裝工藝、預(yù)警提醒、質(zhì)量控制等方面的信息。在安裝過程中，由BIM創(chuàng)建的模型生成的安裝動(dòng)畫及復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的施工工藝以二維碼標(biāo)簽的形式粘貼于構(gòu)件上用以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，降低安裝難度?，F(xiàn)場(chǎng)安裝過程必須精確測(cè)量，及時(shí)反饋門窗信息參數(shù)，調(diào)整模型，形成閉環(huán)控制。門窗安裝BIM控制流程見圖5。

圖2 門窗安裝節(jié)點(diǎn)大樣圖

圖3 門窗安裝節(jié)點(diǎn)大樣效果圖

圖4 模型基本信息圖

圖5 門窗安裝BIM控制流程圖

被動(dòng)式門窗安裝從測(cè)量放線到檢查整修的每一個(gè)工序均采用精細(xì)化管理，嚴(yán)格控制安裝誤差。

(3)門窗密封材料的質(zhì)量控制。門窗密封材料的性能是影響門窗質(zhì)量的重要因素。門窗密封材料的性能指標(biāo)見表1。根據(jù)表1中的項(xiàng)目，通過試驗(yàn)的方法檢測(cè)門窗密封材料的性能是否符合標(biāo)準(zhǔn)，最終確定外圍護(hù)結(jié)構(gòu)門窗洞口的密封材料性能，保障門窗與墻體之間的整體性。

表1 門窗密封材料性能指標(biāo)表

(4) 門窗安裝質(zhì)量驗(yàn)收。按照門窗各品種、類型的數(shù)量隨機(jī)抽取10%且不少于6樘進(jìn)行檢驗(yàn)。對(duì)所選定的門窗逐個(gè)按《建筑工程施工質(zhì)量驗(yàn)收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50300-2013)、《建筑裝飾裝修工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50210-2018)和《被動(dòng)式超低能耗建筑施工及驗(yàn)收規(guī)程》(公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn))進(jìn)行驗(yàn)收，逐項(xiàng)評(píng)定門窗的質(zhì)量。門窗主要驗(yàn)收項(xiàng)目見表2。

5.3 安裝質(zhì)量

文中所介紹的理論方法可有效避免因氣密性不密實(shí)造成的室內(nèi)能量損失，有效減少室內(nèi)熱量的損耗。經(jīng)測(cè)算，超低能耗建筑的能源消耗僅為傳統(tǒng)建筑的10%，較新型建筑也能節(jié)約超過75%的能耗。按照超低能耗建筑的設(shè)計(jì)要求，每m2建筑年采暖能耗不大于15 kW·h，大約為目前國內(nèi)節(jié)能建筑采暖能耗的1/3。在外圍結(jié)構(gòu)不變的情況下，通過測(cè)試15棟1單元202房間，驗(yàn)證了被動(dòng)式門窗比傳統(tǒng)門窗氣密性、水密性、抗風(fēng)壓性更高。圖6為在其它條件相同的情況下15棟1單元202房間在傳統(tǒng)方式與應(yīng)用BIM技術(shù)被動(dòng)式門窗安裝氣密性測(cè)量數(shù)據(jù)的對(duì)比關(guān)系，傳統(tǒng)方式與應(yīng)用BIM技術(shù)被動(dòng)式門窗安裝氣密性對(duì)比情況見圖6。由圖6可知：采用BIM技術(shù)后門窗的氣密性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)門窗安裝方式。通過使用完整的門窗質(zhì)量控制方法，其驗(yàn)收結(jié)果表明安裝效果良好。由試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果得知：其氣密性能等級(jí)遠(yuǎn)超8級(jí)，超出被動(dòng)式超低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(DB13(J)/T273-2018)中規(guī)定的氣密性等級(jí)。

表2 門窗主要驗(yàn)收項(xiàng)目表

(a)負(fù)壓

(b)正壓圖6 傳統(tǒng)方式與應(yīng)用BIM技術(shù)被動(dòng)式門窗安裝氣密性對(duì)比圖

6 結(jié) 語

(1)被動(dòng)式超低能耗建筑是建筑發(fā)展的必然趨勢(shì)。從文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)情況看，其相關(guān)研究逐年增加；從被動(dòng)房的理念看，其低碳、環(huán)保、節(jié)能、舒適的特點(diǎn)符合目前建筑發(fā)展的趨勢(shì)。此外，國家也出臺(tái)了一系列政策給予支持。

(2)BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠提高門窗的安裝質(zhì)量。BIM作為近幾年建筑領(lǐng)域的先鋒技術(shù)，在信息管理、數(shù)字化進(jìn)程中已展現(xiàn)出其價(jià)值。在門窗安裝過程中可以結(jié)合其它技術(shù)進(jìn)行管理以提高其安裝控制精度。

(3)有效的門窗安裝工藝能夠滿足建筑需求。

對(duì)比傳統(tǒng)建筑，被動(dòng)式超低能耗建筑安裝要求更高，且該工程案例具有特有的安裝重、難點(diǎn)問題，該工程采用新工藝后，滿足了被動(dòng)式超低能耗建筑施工期間高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)的門窗安裝需求。