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近年來,本人在高校建筑學專業高年級教研組承擔著住宅設計、居住區規劃設計以及居住設計原理等課程的教學工作,通過與教授的磨合,以及對學生的問卷調查,我們發現了一些問題和值得改進的空間。無論是教者,還是學者,都認為大四上學期是個“多事之秋”。一方面學習內容信息量巨大,往往老師覺得上課時間不夠講,學生則叫苦前“識”已忘,后“識”難明。而傳統教學模式———周而復始的師徒學藝式的圖紙交流,在空間上限制了學生思維的發展,被動的學習使學生形成思維定勢,缺少生動活潑的創新和突破。從傳統課程設置來看,居住建筑設計、小區規劃和施工圖設計內容各自為政,缺乏有機聯系。早先在小區規劃之后的施工圖環節往往允許學生自選規模合適的民用建筑,而今網絡資源豐富,出現了個別故意的“張冠李戴”現象。如果設計教學仍然只滿足于五年、十年不變的基本教學要求,則會被時代遠遠拋在后面。如果能將學科發展的前沿動態融入到設計要求中,則一方面督促教師不斷自主的學習和掌握新理念,一方面能提供激發學生創新和主動學習的契機。
2教學改革
目前,全國不少建筑院校已經從相關的教學改革中取得了適應自身特點的成果。例如東南大學建立了教授工作室制度,在四年級設置了住區設計、城市設計、大型公建、學科交叉等四類課題;中國礦業大學則將住宅設計原理和居住區設計原理整合成“個人與家庭”“鄰里與小區”“住宅單體建筑與居住環境”三個階段進行講授。南京工業大學則在教學的環環相扣上下足了功夫,授課方式也采用了多種手段相結合。這些成功的教學改革實踐給了我們不少啟發和借鑒。針對前述問題,我們結合本校學生的實際情況,以課程整合、更新授課內容及進度安排為手段,對教學安排和教學方法進行了試改。
1)化零為整的課程整合。
具體方案是將居住設計原理、住宅設計、城市及住區規劃原理、居住區規劃以及施工圖設計納入到城市人居環境設計的大范疇內。作為理論先修課程,住區規劃和住宅設計是核心設計環節;施工圖則作為實踐加強環節。這些課程課時總量巨大,可以在理論課結束后在假期布置過渡性的任務,以設問的手段引導學生通過實習或假期調研等方式實現下一階段的知識銜接。在住宅設計和小區規劃設計階段,傳統教學曾采用將住宅戶型作為開端以作為學生從單體設計到群體空間規劃的轉換,但有悖于小區規劃的實際操作過程。為使學生更早適應社會的實踐需求,同時形成整體的城市居住環境設計理念,設計教學環節從小區開始,由城市肌理和周邊環境關系入手,從住宅樓到住宅戶型設計,最后根據戶型設計調整方案,完成住宅小區整體的設計任務。
2)化整為零的分段分層次授課教學。
由于知識點繁多,在住區規劃設計和住宅設計的教學過程中,摒棄了一次大課講完所有內容的教學方式,將課程細分為相互連貫的若干個階段:居住區規劃集中授課—社會調研與案例構思匯報—技術指標與規范解讀等專題多點展開—住宅設計集中授課—住宅精細化、可持續性等專題多點分次展開—住宅施工圖集中授課—設計流程、規范解讀等多點分次展開。如此分階段分層次授課,明確每個階段的時間和進度安排、目標和要求,便于學生吸收理解知識點。
3)點線面結合展開比較式教學。
“點”是指一對一的單獨輔導,“線”是指對三五個有相同問題的學生進行隨機評講,“面”則是指階段性全組或全班集中授課。傳統設計教學以點式輔導為絕對主導,單一的教學方式,使缺乏主動交流意識的學生相互之間“互不干涉”,等到最后評圖階段往往收效甚微。因此,我們嘗試將評圖貫穿教學始終,在任何必要的時候(比如點對點教學時發現某個問題在三個以上同學方案中都出現過),可立即將相關同學召集起來,將作業反映出的問題進行歸類,“有則改之無則加勉”;也可以在階段性成果展示的時候,以集體觀摩的方式讓學生相互比較,自行找出彼此的優劣。我們發現,學生的好勝心和積極性被調動起來,對方案陳述的語言表達能力也有所提升。
4)對新知識進行專題研討的開放式教學。
學習應基于有指導的發現,而不僅僅是信息的傳遞。住宅產業在近些年發生極大的變化,新技術和新需求層出不窮,應用型人才的培養需要知識的更新。筆者在教學任務書和授課過程中,試加入一些迎合當前發展需求的專題:“住宅精細化設計”和“老年住宅”以及以日本集合住宅為代表的住區可持續性探索等,主要推薦相關書籍和案例供學生課下研究。在指導過程中結合每個同學的具體興趣點和知識吸收程度,對相關疑問進行解答,并通過研討、案例分析等方式幫助同學深入思考,貫徹理念。筆者發現學生在這一開放性環節常常能找到極強的代入感,他們從身邊的家人或者居住環境著眼,找到了本次設計的切入點和閃光點。
5)以市場需求為導向,重點強化施工圖等實踐環節的訓練。
長期以來用人單位和畢業生都反饋,就業者走上工作崗位后最先接觸的往往是施工圖,好的施工圖基礎會使其工作立即上手從而脫穎而出。傳統課程中常常將施工圖時間壓縮至4周甚至放在暑期實踐,教學效果不夠理想。因此在改革后施工圖的分量增加,由原有4周變為8周,就是為了通過重點強化訓練使學生真正熟練掌握施工圖設計和繪制技巧。除上文所提常規“點、線、面”授課方式外,還請來結構老師就住宅剪力墻布置進行專門授課和課外一對一的輔導,并且邀請設計院資深高級工程師開展施工圖講座,將住宅樓施工圖的制圖規范、結構布置、設備要求、樓電梯以及地下室等等難點細致拆開解讀,最后就施工圖CAD線型、比例等文本要求進行詳細示范,并試點性輔導Revit進行繪圖,以便更快和社會接軌。
3結語
北方既有居住建筑節能改造項目技術經濟評價指標體系構建
1.構建評價指標體
系筆者遵循系統性、合理性、綜合性、應用性的原則,建立評價指標體系,并參照了《既有居住建筑節能改造指南》、《民用建筑節能條例》、《民用建筑節能設計標準》、《建筑氣候規劃標準》、《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》、《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準》等相關行業標準,根據實際狀況選取評價指標。
2.確定指標權重
使用層次分析法計算其權重系數,其特點是在對復雜決策問題的本質、影響因素、內在關系等進行深入分析之后,構建一個層次結構模型。然后,運用較少的定量信息,把決策的思維過程數學化,從而為求解多目標、多準則,或無結構特性的復雜決策問題。其步驟:一是構造層次分析結構;二是構造判斷矩陣;三是判斷矩陣的一致性檢驗;四是層次單排序;五是層次總排序;最后是做出決策。
筆者通過運用MCE軟件和Excel,將專家打分通過軟件輸入,選取層次分析法求取權重,結果如表1所示。北方既有居住建筑節能改造項目評價模型構建通過模糊綜合評判法的原理和公式,建立適合北方既有居住建筑節能改造項目技術經濟評價指標體系的模糊綜合評判。
1.建立因素集
第一層為:A={B1,B2,B3}。第二層為:B1={C1,C2},B2={C3,C4},B3={C5,C6,C7}。第三層為:C1={D1,D2,D3,D4,D5,D6},C2={D7,D8,D9},C3={D10,D11},C4={D12,D13,D14},C5={D15,D16},C6={D17,D18},C7={D19,D20}。
2.建立評價指標的評語集
為北方既有居住建筑節能改造項目技術經濟評價指標體系建立評語集,其含義有兩點:一是此方案的選擇是否能達到滿意的效果;二是此指標值對于既有建筑節能改造項目實施的推動作用是否能達到滿意效果,如項目檢測指標中的圍護防水效果。V={v1,v2,v3,v4,v5}={非常滿意,滿意,中,差,非常差}3.確定權重權重的最終確定值是通過層次分析法的計算來求得,此任務已完成。第三層權重記為wDi,第二層權重記為wCi,第一層權重記為wBi。4.分層作綜合評價以調查問卷的形式,請10位專家對評價指標體系中的第三層進行單因素評價,得到模糊評判矩陣如下:RCi(i=1,2,3,…,7)單級綜合評判BCi=WCi莓RCi。
實例分析
北方既有居住建筑節能改造項目技術經濟評價,是在項目改造前對各個方案進行評價,從而選取最優方案。本文以河北省唐山市河北一號小區509號樓為例,對其進行技術經濟評價。以下項目介紹中的數值為《既有居住建筑節能改造評估報告》[2]中給出。
1.項目概況
該項目是1976年唐山大地震后所建樓之一,具有很強的抗震性。509號樓有5層、3個單元共45戶,建筑面積為2156m2。該建筑沒有地下室,樓宇門已不存在。原有平屋面為鋼筋混凝土樓板,局部的保溫層已濕透。預制外墻板為11cm厚的鋼筋混凝土、12cm厚輕質混凝土夾心層,外加4cm厚的砂漿層。原來的單玻空腹鋼窗大部分被換成了鋁合金或塑鋼窗,或在外面又裝了一樘窗,有些是單玻窗,有些是雙膛窗。整個護結構存在許多問題,包括不密封、結露和防水失效。采暖系統為垂直單管系統,并且沒有溫度調節手段。下面根據評價指標體系,對該項目進行有針對性的介紹。(1)技術性指標。第一項,項目改造指標。專家擬定的具體方案為:對窗的改造主要采用塑鋼中空內平開窗,使用low-e玻璃;對外墻的改造主要是采用10cmEPS薄抹灰系統;對屋面的改造主要采用是14cmPU暖屋面。供熱計量方式主要采用熱計量收費;采暖系統采用的是垂直雙管和自動溫控閥。對樓宇門的改造主要采用雙扇保溫鋼板門,將門墻縫里內外均以硅膠密封,并帶有自閉裝置。第二項,項目檢測指標。改造前,對圍護結構傳熱系數進行測定,主要包括對屋面、外墻、外窗、底板的測量。其傳熱系數分別為:1.3W/m2k、2.0W/m2k、4.5W/m2k、2.8W/m2k。經過專業人員檢測,該項目防水效果較差。(2)經濟性指標。第一項,預估指標。該項目總費用為606.1元/m2,即約為131萬元;節能相關費用約占改造總費用的28%;節煤量為33.72噸,按每噸為500元計算,共計16860元。第二項,效果指標。設本項目的項目期為30年。靜態投資回收期=606.1×28%16860÷2156≈22年凈現值=-131×28%+1.686(P/A,5%,30)=-10.75用內插法求取內部收益率。其計算過程為:設i=2%,經計算,凈現值=1.301設i=3%,經計算,凈現值=-3.716IRR1=1.301×(3%-2%)1.301+|-3.716|+2%=2.26%(3)社會性指標。第一項,環保性指標。該項目改造前采暖消耗量為219592.2kWh/a,建筑面積為2156m2,即每平方米采暖消耗量為101.85kWh/a。改造后,采暖消耗量為141696.6kWh/a。同理,其每平方米采暖消耗量為65.72kWh/a;該項目有害物質減少量,是通過其節煤量來計算的,按工程建設標準《民用建筑節能設計規程》,每噸標煤燃燒產生的有害氣體量包括:二氧化硫為1.4千克、粉塵為11千克、氮化物為9千克、烷烴類為0.5千克、二氧化碳為2.6噸。經計算,該項目所減少的有害氣體量為:二氧化硫0.047噸、粉塵0.371噸、氮化物0.303噸、烷烴類0.017噸、二氧化碳87.672噸。第二項,舒適性指標。該項目在改造前室內溫度為16度,改造后會達到20度以上;其霉變結露現象較為嚴重。第三項,支持度指標。唐山市政府出資370元/m2、中央政府出資54元/m2、德國技術合作公司出資140元/m2、居民出資42元/m2。
2.項目技術經濟評價
筆者請10位專家對該項目三級指標進行投票,投票結果如表2所示。由此可知,該項目評價中存在稍微不經濟現象。
結論
條件、環境條件寧夏中北部地區的氣候特點是:四季分明,春遲夏短,秋早冬長,冬寒而漫長一年采暖期約152天。晝夜溫差大,雨雪稀少,蒸發強烈,年蒸發量在1700~2500毫米,風大沙多。年平均日照時數2800小時~3000小時,是中國太陽輻射和日照時數最多的地區之一。年平均降水量180毫米左右,無霜期185天左右。氣候條件劃分為嚴寒與寒冷氣候帶。寧夏中北部地區農村地廣人稀,住戶與住戶之間相對分散,遠離城市、遠離熱電廠,天然氣管道、自來水管道、集中供暖管路距離遠因投入太大,無法做到鄉鄉、村村、戶戶都通天然氣自來水集中供暖。寧夏中北部地區在生活、取暖、節能等方面,依靠地理、氣候、環境、優勢合理應用從而達到節能與環保。
2建筑節能要求
建筑節能的主題是減少建筑耗能,提高建筑中的能源利用。建筑節能必需以不影響人們感覺舒適度為前提,即室內溫度冬季不低于18℃,夏季不高于26℃。為此建筑節能勢在必行。
3居住建筑節能方法
從以下幾個方面考慮入戶門、外窗、陽臺門窗的選擇;外墻內保溫、外墻外保溫、混合保溫;太陽能供熱采暖;輔助熱源;風光互補發電。4入戶門、外窗、陽臺門窗的節能入戶門選用多功能用戶門,其同時具有防盜、防火、保溫、隔音等功能。窗的主要功能是采光和通風。在各類建筑窗中,塑料窗在保溫節能方面有著優良的性能。外窗及陽臺窗采用中空玻璃塑鋼窗。中空玻璃它的性能特點:具有良好的隔熱、隔音、保溫、防結露、降低冷輻射和安全性能。因此中空玻璃具有的保溫節能、隔音以及防霜的功能使室外氣溫在-30℃以下,室內溫度達18℃,相對濕度達到85%以上,夾層中也不會結霜而影響視線和采光。節能入戶門、外窗、陽臺門窗與單層玻璃普通的門窗相比節能72%以上。
5外墻外保溫、外墻內保溫、混合保溫
(1)外墻外保溫:將絕熱材料復合在承重墻外側,其建筑的熱穩定性能好這有利于提高墻體的防水和氣密性,使墻體潮濕情況得到改善,使室內溫度保持穩定。外墻保溫技術的發展與節能材料的革新是密不可分的,建筑節能是以足夠的保溫絕熱材料做基礎,以發展節能材料為前提,節能材料的發展又必須與外墻保溫技術相結合才能真正發揮作用。為此綜合考慮寧夏中北部地區采暖期室外平均溫度為攝氏零下6度以下,外墻外保溫做法較符合寧夏中北部地區氣候條件。實踐證明夏季墻體的外保溫,能夠減少太陽輻射熱和室外熱空氣與外墻的表面熱量。在采暖期間采用適當厚度的外墻外保溫,可節約失散熱能75%。(2)外墻內保溫:一般采用在外墻的內側覆蓋保溫水泥砂漿墻面、白灰墻面、彩裝模等保溫材料,無論采用哪種方法或同時使用幾種方法,都能使建筑達到保溫節能作用。常使用的外墻內保溫方法如下:①砂漿抹面法:用水泥、砂、水和外加劑等按一定比例,充分混合均勻后抹涂于墻上的砂漿;②混合砂漿法:用水泥、石灰、砂子、水、混合攪拌,涂抹到內墻壁上用于內墻壁的找平處理;③石膏建材:運用于內墻涂料與涂裝的找平;④彩裝膜:是一種新裝飾材料,它以簡單便捷的貼膜形式,在墻壁、水泥墻上直接粘貼,無接頭。其保溫性、耐溫性良好,具有較好的隔熱、防水、隔音及防火作用。(3)混合保溫:是指外墻內保溫與外墻外保溫同時使用的保溫方式,它的優點避免了外墻內保溫的缺點,又加強了外墻外保溫的優點,同時使建筑更加保溫、防潮、防水、隔音、防火、在堅固的同時提高節能效率,可節約熱能80%以上。
6太陽能熱水、太陽能采暖、輔助熱源、風光互補發電
(1)太陽能熱水:是一種把太陽能集熱器中的熱水溫水排放出來用于生活用水,其優點是一年四季都能夠滿足居民一家一戶的生活用水,節約大量的能源。(2)太陽能采暖:太陽能采暖一種是把太陽集熱器中的溫水和水熱泵結合起來,由太陽集熱器給水熱泵提供溫水,再由水熱泵加熱增高溫度能夠滿足要求后給室內采暖提供熱源。根據當地氣候特點,一年內有一個月為嚴寒冷凍天氣,假如增加太陽能集熱器的采光板的面積還無法滿足采暖要求時。就要臨時啟動輔助熱源或水熱泵系統才能達到要求。在初冬和冬末初春時期是太陽能的高效期它既能夠保證生活用水也能保證正常的供暖。這時水熱泵停止工作。為此,太陽能采暖既節約了大量的能源又解決了當地農村建筑室內采暖的問題。是一條可持續發展之路。(3)輔助熱源:由于天氣的影響,太陽能采暖具有很多的不確定性,為確保采暖的可靠性,必須增設輔助熱源。輔助熱源根據當地的條件選擇,可選擇電加熱,水熱泵或生物熱能等。當地秸稈、柴薪豐富,在安裝使用輔助熱源時應首選生物熱能。對于秸稈、柴薪豐富的普通家庭應采用生物熱能輔助熱源。對于家庭條件好或秸稈、柴薪缺少的家庭應采用水熱泵、電或煤炭作為輔助能源。(4)風光互補發電:根據寧夏氣候特點,氣候干燥,風多風力大。年平均日照時數2800小時~3000小時,太陽光充足,采用風力和太陽能發電互補的形式發電。它將電能的一部分作為照明燈用電,而冬季將另一部分再轉換為熱能供暖。這既提供了照明燈的電能和輔助熱源又節約了外購的電能。
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