介绍
“梦想家”未来房屋示范项目（以下简称“梦想家”，图1）位于常州市武进区江苏绿色建筑博览园，由东南大学建筑学院采用协同设计模式进行设计研发，在前三代轻钢结构房屋体系产品基础上，联合相关团队设计研发了融合被动与主动技术的新一代可移动轻钢结构房屋体系。
项目总建筑面积420m²，由12个3m×6m×3m的标准空间模块和独立连廊组成四合院，南侧为4个老年居住单元模块，东西两侧为2个青年居住单元模块，北侧为4个公共活动单元模块。“梦想之家”具有健康、生产力、低碳、多功能、文化特色等8大特征。
“梦想家”未来住宅示范项目八大特点：
（1）健康住宅——全屋采用空气净化、水净化和智能家居系统；
（2）运动能量屋——健身发电设备将运动能量转化为电能；
（3）可供养老使用的房屋；
（4）可举办慈善活动的房屋；
（五）可供紧急救灾使用的房屋；
（6）可发电的房屋——太阳能光伏板每年可发电3.1万千瓦时，既可满足建筑物自身的用电需求，又可每年向电网供应1.7万千瓦时的电力；
（7）污水回用住宅——采用小型分散式生物生态污水处理系统，生活污水经净化处理后达到国家一级A标准；
（8）低碳住宅——从设计研发、材料构件加工、部件组装到现场吊装，全部实现工业化、装备化、机械化。可重复使用30次以上，全生命周期减少资源和能源消耗。全面采用低排放建筑材料，材料可回收利用率可达100%。
▲梦想居所八大特点
设计开发目标是从材料构件加工、部件组装到空间模块现场拼装，全面实现工厂化制造、机械化装配的工业化建造方式。预制构件和空间模块在南京工厂生产、组装，空间模块在施工现场拼装，过程简便快捷。
图1 “梦想家园”未来住宅示范项目
模块化生产、超高速装配式建造方式、可拆卸、重复使用的特性以及高度集成的性能体系钢结构方管厂家，使“梦想家”未来房屋示范项目能够满足居住、办公、军事、展览、商业、景观、遗产保护等不同类型的使用需求，同时实现分布式供电，是一种环境友好的绿色建筑产品，对实现城乡建设可持续发展具有重要的示范意义。
▲梦想之家
▲梦想之家内部
被动式直接节能技术的应用
1.围护结构绿色节能技术
为保证建筑的保温性能，本项目标准空间模块及屋面均采用两层复合围护结构（图2），分别安装在60mm方钢管结构构件两侧，使内外围护结构之间形成封闭的空气腔体。内外围护结构均采用外面覆铝箔的聚氨酯保温板作为内芯，可防止辐射热，增强复合围护结构的保温性能。
图2 围护结构保温结构详图
采用木饰面作为围护结构内面层，将性能与室内装饰相结合。外围采用竖向三角腔轻钢专用龙骨，相邻外围铝板边缘采用直线扣件结构紧固连接，并与方管结构连接。不仅简化了安装工序，还有效保证了外围的防水、气密性。
屋面板也采用填充保温材料和铝箔的铝塑板，既减少了房屋系统构件种类，又减轻了屋顶自重。每块屋面铝板相互卡合，屋面板脊间预埋密封条，通过贯穿螺钉卡合，有效防止雨雪渗入。上期轻结构房屋系统——“梦想家园”未来住宅示范项目于2016年12月通过江苏省建筑工程质量检测中心有限公司检测（图3），房屋冬季室内环境舒适，性能优良。
图3 轻结构住宅会议室东北外墙检测数据
2.阳光走廊热缓冲区设计
“梦想之家”项目在设计和建造上遵循“多适性”原则，采用被动式节能技术。院内连接各单元的3m宽玻璃连廊，不仅提供了全天候的活动场地，还起到了热缓冲区的作用。冬季，打开连廊顶部及四面的遮阳卷帘后，内部空气受到太阳照射，迅速升温，形成蓄热阳光房；夏季，所有遮阳卷帘关闭，开启连廊四周的窗户，形成自然通风，控制连廊环境温湿度，达到建筑主要使用空间与室外空间热缓冲的目的，降低室内热环境的波动性。同时，遮阳卷帘的开合还能形成交错的光影效果。
3. 利用“家具墙”和过渡空间节省能源
为丰富“梦想之家”的功能和用途，其模块化“家具墙”采用模块化设计，利用有限的标准件组装出灵活多变的家具使用形态。在东西两侧的青年居住单元中，模块化“家具墙”整合了柜类、桌椅等家具，“家具墙”被划分为4个相对独立的模块，与桌椅等家具采用相同的模块。模块化“家具墙”增强了外围护结构的保温性能。北侧公共活动单元的东西两端也通过设置过渡节能空间和“家具墙”增强了东西外围护结构的保温性能。南侧老年居住单元的设计在西端设置了无障碍一体化厨卫，形成节能过渡空间。
被动间接节能技术的应用
1.结构绿色节能技术
主体结构与坡屋面结构分别采用60mm×60mm方钢管及独立节点组成，通过螺栓连接，形成三维空间框架。纵墙框架与坡屋面框架均设置交叉索钢构件，结构稳定性强，抗结构变形能力强，满足运输、组装和使用过程中各种工况的受力要求。
标准空间模块经螺栓连接后，可增加整体结构强度。为达到快速拆装及环保的目的，基础组件组的设计非常重要。本项目研发生产了高强度、高度可调的独立底座基础组件组，透过抽拉式组件钢结构方管厂家，将基础牢固地固定于地面，以抵抗风等水平荷载。由于轻型房屋体系自重较轻（200~250kg/m²），施工现场仅需进行基础处理即可放置基础基础组件组，将对环境的不利影响降到最低，是一种环保的结构性绿色建筑技术。
2.可重复利用拆卸回收技术
本项目构件及空间模块均采用螺栓连接，便于拆卸重建，可减少对环境的不良影响。经实验统计，轻型房屋体系可重复使用30次以上（图4），可满足短期内大规模临时房屋空间使用需求（如救灾住房、临时居住区、临时候车大厅等）。本项目对构件及空间模块进行重复使用，改变了构件材料回收、重复加工的模式，提高了节能减排效率。
图 4 施工行为是可逆的
（1）与传统施工方法相比节能减耗计算
①节电量：（施工现场节电量-工厂用电量）/总建筑面积=（1710+138-940）/320=2.83kwh/m²；
②节水量：（施工现场节水量-工厂用水量）/总建筑面积=（390-310）/320=0.25t/m²；
③节省垃圾：节省垃圾量/总建筑面积=3m3/320=0.0093m3/m2。
（2）长生命周期碳排放分析
对比100年评估期内的总碳排放，分别统计了本项目30年、50年、100年的碳排放，在100年评估期内，其碳排放呈现抛物线下降趋势。原因分析：在100年内，寿命30年的房屋完成3个全生命周期，寿命50年的房屋完成2个全生命周期，其中设备本体更换1次；寿命100年的房屋完成1个全生命周期，其中设备本体更换3次，而围护结构与结构的寿命相同。这证明了长寿命建筑是低碳的。当然这是基于工业化建筑装配体系，其结构、围护结构、设备本体功能相互独立，为长寿命设计提供了技术支撑。
3 协同建设技术
本项目建设过程从开始就是分类、选择、协作的过程，即把各个建筑构件、设备厂商联结在一起进行设计、开发、施工。由于本项目是东南大学第四代轻型房屋系统产品，因此建立了系统构件库，只需根据项目特点从构件库中选择合适的构件进行组合即可。
构件产品选定后，厂家研发团队会根据需求对产品进行进一步优化，各合作企业会根据构件清单在规定时间内将各自的构件及设备产品送至组装工厂，组装成空间模块。通过协同建造模式，在建筑设计过程中减少不必要的资源浪费和重复劳动，从房屋建筑的源头设计阶段实现低碳节能。
4 小型生物膜废水处理系统
灯塔系统还采用了东南大学能源与环境学院团队研发的小型分散式生物生态污水处理系统，实现污水处理节能、出水水质高效稳定。通过灰水与黑水分离、生物与生态处理工艺相结合，设计了“高效折板厌氧反应器-缺氧调节池-水车瀑布增氧接触氧化-景观人工湿地”的生物生态组合污水处理工艺，去除生活污水中的氮、磷、营养物等物质。
房屋处理后的污水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准，可回用于冲厕、绿化灌溉等，污水回用从环保角度上可以节约水资源、减少能源消耗和碳排放。
5 智能家居绿色节能技术
本项目采用室内空气净化系统及直饮水系统，并实时监测室内PM2.5值，智能启动室内空气净化系统，为住户提供舒适健康的居住环境。室内管线、设备、灯具裸露，方便维护和快速拆装。长、短坡屋面模块形成的高侧窗，结合电动窗帘，控制北面自然光的进入，获得充足、稳定的采光，减少室内亮灯时间。
此外，本项目还采用了智能控制系统，通过智能终端与APP应用结合，对遮阳、灯光、门禁、监控、空调等进行控制，实现节能减排，为用户提供“互联网+”模式下的未来家居。
积极应用节能技术
建筑节能技术
在“梦想之家”项目中，部分被动式节能技术需要电力驱动，因此本项目采用了太阳能光伏光热系统，实现能量平衡和自供。该系统采用屋顶一体化和独立太阳能架两种方式安装使用太阳能板。屋顶一体化系统直接将支撑太阳能板的龙骨安装在坡屋顶的外表面上；独立太阳能架是一个完整的组件组，其数量可根据项目需要增减，灵活性很强。
“梦想之家”的光伏系统采用并网发电系统，实现分布式供电。该项目共安装了170块光伏板，每年发电3.1万度电，除了满足建筑自身用电需求外，每年还向电网系统提供1.7万度电，是一座发电能力极强的住宅。此外，3m宽的楼道内还有多台自发电健身器材，可将住户健身运动时产生的动能转化为电能，实现全方位能源回收。
结论
“梦想之家”不仅是先进建造技术的实践，更是建筑设计和房屋体系建造模式的探索和尝试。东南大学建筑学院工作室团队通过与多家研发单位、设计单位、制造企业长期合作，建立了全面的协同模式。
通过该模式开发成熟的构件库，并以此为核心形成能快速被市场接受的轻量化移动房屋系统设计、生产、建造产业链，在此协同模式下，建筑的研发、设计、建造、维护将实现系统化、信息化管理，为新技术在研发阶段提供可靠的市场需求，大大提高新技术集成应用所需的效率。
“梦想之家”正是基于这种全新设计建造模式而诞生的产品，体现了相关企业间的高效兼容与协同。“梦想之家”未来房屋轻型可移动房屋体系标准空间模块化生产、超高速装配式建造方式、可拆卸重复利用周转、高度集成性能体系的优势得以彰显，为被动式与主动式节能技术结合综合应用探索出一条新路径，广泛应用于住宅、办公、军事、会展、商业、景观、遗产保护等不同类型的建筑与环境。
□来源|本文原标题为：《被动与主动节能技术相结合的可移动式轻钢结构住宅示范——以东南大学“梦想家”未来屋项目为例》；作者单位：东南大学建筑学院 张瑞哲 丛猛 吴艳华 张宏；原文发表于《建筑技术》杂志，版权归期刊编辑部和作者所有。
