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生命周期都會耗費大量能源。隨著居民對于居住環(huán)境舒適度要求的提高，保障室內品質所需的如空調、取暖、通風等能耗迅速上升而更引人矚目。被動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，既能滿足人們對健康、高品質生活的需求，又符合國家綠色、低碳、可持續(xù)發(fā)展的趨勢而必將成為未來住宅建筑的發(fā)展方向。

為了達到“被動式超低能耗”的目的，要求所建建筑必須擁有嚴格的氣密性、保溫性和通風性。通過良好的門窗質量進行有效控制，可以降低占據總建筑30%左右的能耗損失[1]。

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

2 被動房的基本理念及現狀分析

2.1 基本理念

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

在被動房概念中，建筑不需要像傳統(tǒng)建筑那樣使用空調、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、無熱橋設計和新風系統(tǒng)循環(huán)即能打造出舒適的室內空間，同時其節(jié)能效率達90%以上。我國政府認可該理念且大力倡導被動式建筑的建設并出臺了一系列政策[3]。

2.2 研究現狀

通過使用CiteSpace(版本：CiteSpace.V.7.R2(64-bit))可視化軟件對收錄于中國知網(CNKI)數據庫中關于“被動式超低能耗建筑”研究的文獻特點、研究熱點及前沿進行分析，剔除了相關研究報道中與研究主題不符的期刊文獻，2016～2021年共篩選出276篇相關文獻供本次研究使用。

采用CiteSpace中介中心性(Betweennes -s centrality)測量個體對整個網絡的控制程度，其計算公式為：

(1)

國內針對被動式建筑近五年的研究可以分為兩個階段：第一階段為2016～2019年，主要借鑒德國被動房研究其原理，結合我國各地不同地區(qū)氣候條件進行推廣研究；第二階段為2019～2021，結合裝配式技術，以研究外圍護結構及宏觀被動房發(fā)展模式為主。盡管被動房相關的發(fā)展情況受到學者們的關注，但回顧已有文獻可以發(fā)現：目前針對國內門窗安裝質量控制的研究比較缺乏。

3 BIM技術應用于門窗質量控制具有的優(yōu)勢

BIM包含大量的建筑信息，通過施工方案和進度進行模擬，便于相關人員直觀了解工程信息，了解工程重點和施工難點，對可能出現的問題盡快采取對策，規(guī)避質量風險。利用BIM模型的三維可視化對施工人員進行技術交底，使相關人員能夠提前了解施工中的關鍵節(jié)點，熟悉施工工藝，避免出現失誤。

此外，BIM技術對建筑能耗方面具有顯著的優(yōu)勢。在建筑外圍護結構中，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部件總能耗的 40%～50%。被動房外門窗往往采用外掛式安裝，外側采用墊木和專用角碼進行固定，內外兩側分別采用防水隔汽膜和防水透汽膜進行粘貼密封，比較容易出現汽密性差等問題。因此，有必要建立高效的門窗加工、安裝質量管理體系，結合信息管理技術，將門窗信息進行可視化用以指導工廠加工和現場安裝，在生產、安裝全過程中實現對每個門窗質量管理的智能化，提高門窗的管理精度，提高安裝效率。

4 基于BIM技術進行門窗安裝質量控制的原理

BIM技術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技術自身的特點可以實現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，輔助參與人員加深對項目建設的理解，能夠提高建筑施工的精度和效率。

在門窗安裝過程中，可先使用三維點云技術精確獲取現場真實場景，提供所安裝門窗的參數，構建坐標信息。使用BIM技術進行模型創(chuàng)建，明確門窗的詳細信息，制作門窗安裝的施工動畫，為現場安裝管理提供依據。無線射頻識別即射頻識別技術(Radio Frequency Identification，RFID)是自動識別技術的一種，通過無線射頻方式進行非接觸雙向數據通信，利用無線射頻方式對記錄媒體(電子標簽或射頻卡)進行讀寫，從而達到識別目標和數據交換的目的，其被認為是21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ男畔⒓夹g之一[5]。此外，結合RFID標簽性能穩(wěn)定、可儲存多種信息的特點由其儲存BIM創(chuàng)建的門窗信息。讀寫器可自動識別電子標簽上的信息，指導現場的門窗安裝。由讀寫器識別的信息可及時反饋到BIM模型進行實時更改，完成門窗信息的實時動態(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提高安裝質量精確度并形成一個循環(huán)反饋機制進行管理，最終利用BIM制作效果圖、動畫等指導施工。門窗安裝質量控制原理見圖1。

5 工程案例

中國電建地產成都龍泉洺悅御府項目采用裝配式建筑設計，項目營造高品質“恒溫、恒濕、恒潔、恒靜、恒凈”建筑，為西南區(qū)首個超低能耗建筑建設項目。

5.1 門窗質量控制的重難點

(1)施工技術要求高。采用外墻保溫系統(tǒng)、門窗安裝、汽密性處理、新風系統(tǒng)、無熱橋設計五大核心技術以實現降低建筑物內部能量損耗、提高室內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、實現新風系統(tǒng)對能量的高效回收利用及減少建筑物內部環(huán)境與室外環(huán)境產生的熱傳導，需要通過各項關鍵技術協(xié)調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，施工技術要求較高。

(2)施工質量要求高。為降低能耗損失，提高室內環(huán)境的舒適性、減少建筑損傷、提高經濟性和節(jié)約能源需求，實現超低能耗建筑“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、斷熱橋結構設計、施工上具有更高的要求，不僅需要滿足各項核心技術要求指標，并且要求通過超低能耗建筑德國PHI認證，施工質量要求較高。

5.2 門窗安裝質量控制

(1)門窗安裝信息管理。施工前，精確測量現場真實場景并建立詳細的BIM模型，標注門窗基本屬性信息，將真實現場與BIM模型對比結合，形成數據閉合反饋機制。利用BIM制作安裝模擬動畫用以指導現場施工。門窗安裝節(jié)點大樣見圖2,門窗安裝節(jié)點大樣效果見圖3，模型基本信息見圖4。

(2)門窗精細化安裝。采用新施工工藝，窗玻璃采用三玻兩腔充氬氣，窗框采用實木窗框，有效地將室內外隔絕(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)的安裝重難點問題，提高了安裝質量，確保了門窗汽密性滿足相關標準與要求，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。因此，在安裝階段，從門窗運輸進場到最終安裝成形的環(huán)節(jié)主要包括門窗的安裝工藝、預警提醒、質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畫及復雜節(jié)點的施工工藝以二維碼標簽的形式粘貼于構件上用以指導現場施工，降低安裝難度。現場安裝過程必須精確測量，及時反饋門窗信息參數，調整模型，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)點大樣圖

圖3 門窗安裝節(jié)點大樣效果圖

圖4 模型基本信息圖

圖5 門窗安裝BIM控制流程圖

被動式門窗安裝從測量放線到檢查整修的每一個工序均采用精細化管理，嚴格控制安裝誤差。

(3)門窗密封材料的質量控制。門窗密封材料的性能是影響門窗質量的重要因素。門窗密封材料的性能指標見表1。根據表1中的項目，通過試驗的方法檢測門窗密封材料的性能是否符合標準，最終確定外圍護結構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表

(4) 門窗安裝質量驗收。按照門窗各品種、類型的數量隨機抽取10%且不少于6樘進行檢驗。對所選定的門窗逐個按《建筑工程施工質量驗收統(tǒng)一標準》(GB 50300-2013)、《建筑裝飾裝修工程質量驗收規(guī)范》(GB50210-2018)和《被動式超低能耗建筑施工及驗收規(guī)程》(公司企業(yè)標準)進行驗收，逐項評定門窗的質量。門窗主要驗收項目見表2。

5.3 安裝質量

文中所介紹的理論方法可有效避免因氣密性不密實造成的室內能量損失，有效減少室內熱量的損耗。經測算，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計要求，每m2建筑年采暖能耗不大于15 kW·h，大約為目前國內節(jié)能建筑采暖能耗的1/3。在外圍結構不變的情況下，通過測試15棟1單元202房間，驗證了被動式門窗比傳統(tǒng)門窗氣密性、水密性、抗風壓性更高。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)方式與應用BIM技術被動式門窗安裝氣密性測量數據的對比關系，傳統(tǒng)方式與應用BIM技術被動式門窗安裝氣密性對比情況見圖6。由圖6可知：采用BIM技術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量控制方法，其驗收結果表明安裝效果良好。由試驗檢測結果得知：其氣密性能等級遠超8級，超出被動式超低能耗居住建筑節(jié)能設計標準(DB13(J)/T273-2018)中規(guī)定的氣密性等級。

表2 門窗主要驗收項目表

(a)負壓

(b)正壓圖6 傳統(tǒng)方式與應用BIM技術被動式門窗安裝氣密性對比圖

6 結 語

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

(2)BIM技術的應用能夠提高門窗的安裝質量。BIM作為近幾年建筑領域的先鋒技術，在信息管理、數字化進程中已展現出其價值。在門窗安裝過程中可以結合其它技術進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。

對比傳統(tǒng)建筑，被動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、難點問題，該工程采用新工藝后，滿足了被動式超低能耗建筑施工期間高質量、高標準的門窗安裝需求。