地源热泵系统通过深埋地下的管道进行热交换，达到室内冬暖夏凉的效果
高保温密闭系统让北京实创医谷产业园东区15号科研楼实现四季恒定温度
科技创新系列报道之三
像造飞机一样造房子，将大数据、云计算等数字技术融入房屋建造领域、打造“被动式建筑”……十年前，这些词听上去还像是天方夜谭，现如今，这些科技却都已经变成了现实：装配式技术让高楼大厦短期内平地起不再是梦，数字技术让房子像电子设备一样充满高科技，“被动式建筑”让老百姓不用开空调照样能过个舒服的夏天。科技的日新月异不仅在重大工程、公共建筑领域表现亮眼，而且推动了居民住宅的建设和更新，让老百姓住得舒适又经济。
装配式技术
像造飞机一样造房子
在亦庄地区，有一个像魔方一样的建筑，这就是北京亦庄蓝领公寓。这座9层32米高的建筑，是由一个个黄绿相间的箱式房屋吊装而成，整体装配率92%，抗震烈度八级，是北京市AAA级超高装配率模块化示范工程。
由中建科技集团有限公司承建的北京亦庄蓝领公寓，是国内楼层最高、建筑规模最大的模块化建筑，可提供1810间住房。其中，1504间为模块化箱式房屋。与传统建造方式相比，模块化建造可大幅缩短投资周期，每个房间的机电、管线、家具、装饰、幕墙等90%在工厂完成预制生产，运到现场可直接吊装，实现了“像造飞机一样造房子”。
据中建科技亦庄蓝领公寓项目执行经理李志鹏介绍，从开工到施工结束，项目历时9个月时间，而传统钢筋混凝土结构的建筑一般要花费两年半的时间。依托中建科技的装配式建筑智慧建造平台和衔接箱体的BM板连接技术，现场10名工人配合1台塔吊，每小时可完成4个箱式房屋吊装，如果4台塔吊40名工人同时作业，一天可完成88个箱式房屋的吊装，而且吊装精度可控制在5毫米之内，建造速度比传统建造速度快60%。
北京青年报记者了解到，模块化的智能建造是未来城市新的绿色建造方式，不仅建造速度更快、精度和质量更高，而且具有高效节能的特点：项目建造过程中的零湿作业，可节水70%并实现零污水排放；“积木”现场搭接，免搭建脚手架和模板，可减少80%的建筑垃圾；免焊接等工序，可节电70%；可循环材料利用率达到90%，实现零材料损耗。同时，其可拆卸、可更换、可回收的部件属性，极大降低了入住后的维护成本。
模块建筑其实是装配式建筑发展的新模式。装配式建筑，通俗说就是“像搭积木一样地造房子”，将梁、板、柱、墙等结构构件在工厂预制生产，然后在施工现场搭“积木”式装配，再通过现浇带形成整体结构。
朝青知筑项目是北京城建集团首个自主开发的装配式建筑。在科技方面它实现了几个“创新”：在研发建设过程中，就提高装配适宜性进行设计研究，形成模块化户型的解决方案；开展装配整体式剪力墙结构体系的系统化研究，提高了主体结构的整体工业化建造程度，成为该结构体系的代表性项目；实践了预制混凝土和装饰混凝土为主体的建筑外立面技术，呈现工业化建造的同时提升了建筑外立面效果；在剪力墙结构体系下实现了户型内部结构大空间，为全生命周期可变户型创造了结构条件。据悉，整个朝青知筑项目施工中需要各类型构件4200多件，装配率达到90%以上。
标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理、智能化应用……装配式建筑作为工业化建造及智慧建造的代表，不仅高效、节能，而且还具有保温、抗震等优点，近年来在北京民用住宅及重大工程领域都得到大规模使用。2022年北京冬奥会期间，极具科技感和中国风的冬奥场馆是一大亮点。冰立方、冰丝带、雪飞天、雪如意等场馆在建设和改造的过程中，都充分应用了智能建造和装配式技术，展示了智能建造和装配式建筑广阔的发展前景。
数字化技术
解决城市更新中的“痛点”
近年来，随着建筑设计水平的不断提升，数字化技术等智能智造技术已经不再是“纸上谈兵”，而是在建造施工过程中的应用越来越广。城市副中心三大建筑中体量最大的城市副中心剧院工程，就是一个大数据、云计算等数字技术充分融入项目设计施工建设过程的代表。副中心剧院包括音乐厅、歌剧院、戏剧院三座单体建筑，建筑造型理念源于通州古粮仓，外观采用中国传统单脊双坡屋顶设计，被称为“文化粮仓”。
数字化技术在该项目设计施工过程中得到了充分应用。据北京建工北京城市副中心剧院项目经理吴良良介绍，副中心剧院工程外立面采用拧扭铝板幕墙构筑“大幕拉开”意象，4000多块幕墙板无一完全相同。面对复杂精细的施工挑战，项目团队依托大数据、云计算和BIM技术，探索智能建造，创新“5G+BIM”应用场景，通过构建多专业交叉的大数据模型，预先模拟施工过程中可能出现的各类场景，确保工程建设高质量、高标准推进。
在复杂度比较高以及危险性比较大的工程施工作业中，智能设备应用尤其有效。在副中心剧院的公共空间里，有的柱子高达40多米，为了解决安全问题，柱子之间的焊接就需要由“焊接机器人”来实现。为了便于第三方机构在高空进行探伤（即无损检测）作业，副中心剧院项目还研发了一种高空探伤机器人，工作人员可以在地面通过自动控制来实现高空探伤作业。“近两年信息化智慧化建造发展速度很快，智慧化建造在建筑领域已经实现了突破。”相关负责人表示。
近年来，北京城市更新速度不断加快，在此过程中数字化技术等“智造”技术也有充分应用。以万科时代中心·望京改造项目为例，其前身为“望京国际商业中心”。改造过程中，北京城建设计发展集团所属北京住宅院运用“一平台、四系统”对其进行综合绿色低碳改造。
这其中的“一平台”就是“智慧之芯”管理平台，连接智慧停车、绿色节能、小街商圈、社区公约、小街安防等五大运营场景，可对旁边望京小街的商户人流、车流、温度、湿度、能耗、消费指数等进行实时数据分析，形成智慧生态闭环。针对车位紧张问题，北京住宅院通过合理利用信息技术和大数据，开发了“智慧之芯”智能停车管理系统，对停车场出入车辆进行实时分析，对空余车位区域及车位数进行显示，做到停车资源可视化，在街区四角以及出入口关键位置设有交通引导指示屏，实现了“共享停车”。同时，将空余车位向周边住宅及商业中心开放，实现错时停车，提高停车场使用效率，解决了周边停车难的问题。
老旧小区改造是城市更新中的一个重要组成部分。市住建委公布的数据显示，今年北京将新开工老旧小区改造项目301个，新完工老旧小区改造项目143个。业内人士认为，老旧小区改造面临“折旧严重、资源有限”等“痛点”，想要解决这些问题，就必须把数字科技手段和老旧小区改造结合起来。比如，在基础类改造中，通过数字新基建的改造，建立数字化档案系统，记录社区维护清单，提供监测数据、实时评估、流量控制等，实现减耗提效。
超低能耗技术
20项技术实现100%节能、减排
去年10月，北京市首个既有公共建筑改造的零碳建筑——光熙门北里29号楼在朝阳区亮相。该建筑由一座建成于1987年的既有公共建筑改造而成，整体建筑采用砖混结构，建筑高度为8米。项目采用了20项国际先进零碳技术、比传统非被动式公共建筑节能60%以上、通过光伏发电甚至可实现建筑全年负能源消耗。
据北京住总集团技术开发中心党支部书记龚海光介绍，改造过程中，项目采用高性能非透明围护结构保温技术、高性能门窗技术、无热桥处理措施、高效热回收新风系统、建筑气密性措施、可再生能源综合利用及建筑电气化七大类、二十项节能技术，将建筑本体的能耗降至改造前的66%，同时设置多种形式的光伏设施，使建筑全年耗电量与光伏全年发电量达到平衡，最终实现100%节能、100%减排。
“我们将‘光伏发电，电车储电，直流供电，柔性用电’相结合。通过屋顶单晶硅光伏板，并结合立面的BIPV光伏系统实现直流发电，利用直流电向室内直流用电设备供电，实现能源的高效利用。同时，考虑特殊情况，接入市政电力，当连续阴雨天或光伏用电不满足时使用市政电力，在光伏发电量较高时将多余电量并入市政电力，实现建筑的柔性用电。”龚海光介绍，这座建筑的太阳能光伏板面积515平方米，每年发电量约56000度，项目全年预计总用电量约为54000度。按综合电价为1.2元/度计算，每年电费可节省64800元。通过零碳改造显著降低了后期运营成本。
在光熙门北里29号楼，整个楼里找不到灯的开关，这是因为这里采用的是智能照明系统，人们可以通过手机APP和智能化系统控制和调节灯具的开关、亮度与色温。建筑的机房内虽然有一个个圆形的“大灯”，但却没有接电源，而是通过折射、反射阳光，将室外光线引入室内，不仅节能，而且比电灯更自然、更柔和。“我们采用导光管（光导照明系统），利用高反射的光导管，将阳光从室外引进到室内，不仅可以穿越吊顶、覆土层，还可以拐弯延长绕开障碍，将阳光送到任何地方。这是一种绿色、健康、环保、无能耗的照明产品。”龚海光介绍。此外，项目还采用了高效新风热回收系统，保证室内气流组织的定向流动及舒适性。
超低能耗技术在焦化厂公租房项目里也有充分展现。由北京城乡建设集团承建的朝阳区垡头地区焦化厂公租房项目是北京市第一批超低能耗示范项目，也是国内首批高层超低能耗建筑。据城乡集团相关负责人介绍，实现超低能耗的秘诀就隐藏在建筑的门窗、外墙和新风系统中。建筑室内外空气交换的最关键部分是门窗，该项目选用的门窗导热系数不到普通断桥铝门窗导热系数的三分之一，保温效果非常好。同时，建筑采用了14厘米厚的外墙保温层，相当于给房子裹了一件厚实的“外套”。
至于通风问题，城乡集团项目团队在建设中研发出一套新风及地道风系统，室外空气会经地道风循环后再进入新风系统。冬天时，新风系统通过蓄热装置把热量截住，凉空气被抽进来时会提前预热，提升室内温度；夏天时，新风系统则发挥制冷功能，把凉空气吹到屋子里，最终实现“冬暖夏凉”的效果。据了解，整个项目建筑面积超过2.8万平方米，一个采暖季需约87吨标准煤炭。按照每公斤煤炭产生2.77千克二氧化碳排放量计算，项目所含的三栋建筑可减少240吨二氧化碳排放，相当于700个成年人一年呼吸产生的二氧化碳。
案例
“高保温的被动房”：冬天不用通暖气夏天不用开空调
今年1月，坐落于海淀区苏家坨镇翠湖科技园的北京实创医谷产业园东区项目正式竣工交付使用。整个东区项目包括6栋科研楼及配套设施，其中有一座“神奇的被动式超低能耗建筑”——它不依赖暖气、空调等主动设备，而是通过建筑自身的空间设计、围护结构、建筑材料等被动式的维持、调节室内温度，可较传统建筑节能85％以上，这就是15号科研楼。
据项目承建方中建一局总承包公司项目执行经理张代卿介绍，该楼也被誉为“高保温的被动房”。实现神奇效果主要依靠两大“法宝”：高保温密闭系统实现建筑四季恒定温度、高效新风设备保证空气清新流通。
在建设过程中，项目团队采用高保温密闭等多个系统保证四季恒定温度。以外墙保温材料为例，普通建筑的厚度为8至10厘米，而15号科研楼则达到20多厘米。其外窗还采用了特制的三层玻璃窗，并在三层玻璃相隔形成的两个密闭腔室内填充了隔热效果好的惰性气体，“这种外窗能在有效阻断热能流失的基础上保证建筑对光能的吸收利用，提高冬日室内温度。”张代卿介绍，整栋楼还用保温性能更高的围护结构防止热量散失，比如用专用的膨胀密封条对门洞、窗洞等部位进行密封，保证极佳的密闭性，从而达到保温效果。不仅如此，这座神奇的楼还设置了地源热泵系统，通过深埋地下的管道进行热交换，使室内温度与地下常温土壤和地下水的温度保持一致，维持在人体最舒适的20℃至26℃之间，达到室内冬暖夏凉的效果。
此外，在建设过程中，项目团队还为建筑安装了高效的新风设备，持续保持屋内空气清新的同时，新风系统还设有逆流板式的高效率热交换器，可以通过回收利用排风中的能量，降低供暖制冷需求，保持室内恒温，真正实现夏天不用开空调，冬天不用通暖气。
本版文/本报记者 赵婷婷
摄影/本报记者 袁艺
摄像/本报记者 赵婷婷