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近年来,本人在高校建筑学专业高年级教研组承担着住宅设计、居住区规划设计以及居住设计原理等课程的教学工作,通过与教授的磨合,以及对学生的问卷调查,我们发现了一些问题和值得改进的空间。无论是教者,还是学者,都认为大四上学期是个“多事之秋”。一方面学习内容信息量巨大,往往老师觉得上课时间不够讲,学生则叫苦前“识”已忘,后“识”难明。而传统教学模式———周而复始的师徒学艺式的图纸交流,在空间上限制了学生思维的发展,被动的学习使学生形成思维定势,缺少生动活泼的创新和突破。从传统课程设置来看,居住建筑设计、小区规划和施工图设计内容各自为政,缺乏有机联系。早先在小区规划之后的施工图环节往往允许学生自选规模合适的民用建筑,而今网络资源丰富,出现了个别故意的“张冠李戴”现象。如果设计教学仍然只满足于五年、十年不变的基本教学要求,则会被时代远远抛在后面。如果能将学科发展的前沿动态融入到设计要求中,则一方面督促教师不断自主的学习和掌握新理念,一方面能提供激发学生创新和主动学习的契机。
2教学改革
目前,全国不少建筑院校已经从相关的教学改革中取得了适应自身特点的成果。例如东南大学建立了教授工作室制度,在四年级设置了住区设计、城市设计、大型公建、学科交叉等四类课题;中国矿业大学则将住宅设计原理和居住区设计原理整合成“个人与家庭”“邻里与小区”“住宅单体建筑与居住环境”三个阶段进行讲授。南京工业大学则在教学的环环相扣上下足了功夫,授课方式也采用了多种手段相结合。这些成功的教学改革实践给了我们不少启发和借鉴。针对前述问题,我们结合本校学生的实际情况,以课程整合、更新授课内容及进度安排为手段,对教学安排和教学方法进行了试改。
1)化零为整的课程整合。
具体方案是将居住设计原理、住宅设计、城市及住区规划原理、居住区规划以及施工图设计纳入到城市人居环境设计的大范畴内。作为理论先修课程,住区规划和住宅设计是核心设计环节;施工图则作为实践加强环节。这些课程课时总量巨大,可以在理论课结束后在假期布置过渡性的任务,以设问的手段引导学生通过实习或假期调研等方式实现下一阶段的知识衔接。在住宅设计和小区规划设计阶段,传统教学曾采用将住宅户型作为开端以作为学生从单体设计到群体空间规划的转换,但有悖于小区规划的实际操作过程。为使学生更早适应社会的实践需求,同时形成整体的城市居住环境设计理念,设计教学环节从小区开始,由城市肌理和周边环境关系入手,从住宅楼到住宅户型设计,最后根据户型设计调整方案,完成住宅小区整体的设计任务。
2)化整为零的分段分层次授课教学。
由于知识点繁多,在住区规划设计和住宅设计的教学过程中,摒弃了一次大课讲完所有内容的教学方式,将课程细分为相互连贯的若干个阶段:居住区规划集中授课—社会调研与案例构思汇报—技术指标与规范解读等专题多点展开—住宅设计集中授课—住宅精细化、可持续性等专题多点分次展开—住宅施工图集中授课—设计流程、规范解读等多点分次展开。如此分阶段分层次授课,明确每个阶段的时间和进度安排、目标和要求,便于学生吸收理解知识点。
3)点线面结合展开比较式教学。
“点”是指一对一的单独辅导,“线”是指对三五个有相同问题的学生进行随机评讲,“面”则是指阶段性全组或全班集中授课。传统设计教学以点式辅导为绝对主导,单一的教学方式,使缺乏主动交流意识的学生相互之间“互不干涉”,等到最后评图阶段往往收效甚微。因此,我们尝试将评图贯穿教学始终,在任何必要的时候(比如点对点教学时发现某个问题在三个以上同学方案中都出现过),可立即将相关同学召集起来,将作业反映出的问题进行归类,“有则改之无则加勉”;也可以在阶段性成果展示的时候,以集体观摩的方式让学生相互比较,自行找出彼此的优劣。我们发现,学生的好胜心和积极性被调动起来,对方案陈述的语言表达能力也有所提升。
4)对新知识进行专题研讨的开放式教学。
学习应基于有指导的发现,而不仅仅是信息的传递。住宅产业在近些年发生极大的变化,新技术和新需求层出不穷,应用型人才的培养需要知识的更新。笔者在教学任务书和授课过程中,试加入一些迎合当前发展需求的专题:“住宅精细化设计”和“老年住宅”以及以日本集合住宅为代表的住区可持续性探索等,主要推荐相关书籍和案例供学生课下研究。在指导过程中结合每个同学的具体兴趣点和知识吸收程度,对相关疑问进行解答,并通过研讨、案例分析等方式帮助同学深入思考,贯彻理念。笔者发现学生在这一开放性环节常常能找到极强的代入感,他们从身边的家人或者居住环境着眼,找到了本次设计的切入点和闪光点。
5)以市场需求为导向,重点强化施工图等实践环节的训练。
长期以来用人单位和毕业生都反馈,就业者走上工作岗位后最先接触的往往是施工图,好的施工图基础会使其工作立即上手从而脱颖而出。传统课程中常常将施工图时间压缩至4周甚至放在暑期实践,教学效果不够理想。因此在改革后施工图的分量增加,由原有4周变为8周,就是为了通过重点强化训练使学生真正熟练掌握施工图设计和绘制技巧。除上文所提常规“点、线、面”授课方式外,还请来结构老师就住宅剪力墙布置进行专门授课和课外一对一的辅导,并且邀请设计院资深高级工程师开展施工图讲座,将住宅楼施工图的制图规范、结构布置、设备要求、楼电梯以及地下室等等难点细致拆开解读,最后就施工图CAD线型、比例等文本要求进行详细示范,并试点性辅导Revit进行绘图,以便更快和社会接轨。
3结语
北方既有居住建筑节能改造项目技术经济评价指标体系构建
1.构建评价指标体
系笔者遵循系统性、合理性、综合性、应用性的原则,建立评价指标体系,并参照了《既有居住建筑节能改造指南》、《民用建筑节能条例》、《民用建筑节能设计标准》、《建筑气候规划标准》、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》、《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》等相关行业标准,根据实际状况选取评价指标。
2.确定指标权重
使用层次分析法计算其权重系数,其特点是在对复杂决策问题的本质、影响因素、内在关系等进行深入分析之后,构建一个层次结构模型。然后,运用较少的定量信息,把决策的思维过程数学化,从而为求解多目标、多准则,或无结构特性的复杂决策问题。其步骤:一是构造层次分析结构;二是构造判断矩阵;三是判断矩阵的一致性检验;四是层次单排序;五是层次总排序;最后是做出决策。
笔者通过运用MCE软件和Excel,将专家打分通过软件输入,选取层次分析法求取权重,结果如表1所示。北方既有居住建筑节能改造项目评价模型构建通过模糊综合评判法的原理和公式,建立适合北方既有居住建筑节能改造项目技术经济评价指标体系的模糊综合评判。
1.建立因素集
第一层为:A={B1,B2,B3}。第二层为:B1={C1,C2},B2={C3,C4},B3={C5,C6,C7}。第三层为: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.建立评价指标的评语集
为北方既有居住建筑节能改造项目技术经济评价指标体系建立评语集,其含义有两点:一是此方案的选择是否能达到满意的效果;二是此指标值对于既有建筑节能改造项目实施的推动作用是否能达到满意效果,如项目检测指标中的围护防水效果。V={v1,v2,v3,v4,v5}={非常满意,满意,中,差,非常差}3.确定权重权重的最终确定值是通过层次分析法的计算来求得,此任务已完成。第三层权重记为wDi,第二层权重记为wCi,第一层权重记为wBi。4.分层作综合评价以调查问卷的形式,请10位专家对评价指标体系中的第三层进行单因素评价,得到模糊评判矩阵如下:RCi(i=1,2,3,…,7)单级综合评判BCi=WCi莓RCi。
实例分析
北方既有居住建筑节能改造项目技术经济评价,是在项目改造前对各个方案进行评价,从而选取最优方案。本文以河北省唐山市河北一号小区509号楼为例,对其进行技术经济评价。以下项目介绍中的数值为《既有居住建筑节能改造评估报告》[2]中给出。
1.项目概况
该项目是1976年唐山大地震后所建楼之一,具有很强的抗震性。509号楼有5层、3个单元共45户,建筑面积为2156m2。该建筑没有地下室,楼宇门已不存在。原有平屋面为钢筋混凝土楼板,局部的保温层已湿透。预制外墙板为11cm厚的钢筋混凝土、12cm厚轻质混凝土夹心层,外加4cm厚的砂浆层。原来的单玻空腹钢窗大部分被换成了铝合金或塑钢窗,或在外面又装了一樘窗,有些是单玻窗,有些是双膛窗。整个护结构存在许多问题,包括不密封、结露和防水失效。采暖系统为垂直单管系统,并且没有温度调节手段。下面根据评价指标体系,对该项目进行有针对性的介绍。(1)技术性指标。第一项,项目改造指标。专家拟定的具体方案为:对窗的改造主要采用塑钢中空内平开窗,使用low-e玻璃;对外墙的改造主要是采用10cmEPS薄抹灰系统;对屋面的改造主要采用是14cmPU暖屋面。供热计量方式主要采用热计量收费;采暖系统采用的是垂直双管和自动温控阀。对楼宇门的改造主要采用双扇保温钢板门,将门墙缝里内外均以硅胶密封,并带有自闭装置。第二项,项目检测指标。改造前,对围护结构传热系数进行测定,主要包括对屋面、外墙、外窗、底板的测量。其传热系数分别为:1.3W/m2k、2.0W/m2k、4.5W/m2k、2.8W/m2k。经过专业人员检测,该项目防水效果较差。(2)经济性指标。第一项,预估指标。该项目总费用为606.1元/m2,即约为131万元;节能相关费用约占改造总费用的28%;节煤量为33.72吨,按每吨为500元计算,共计16860元。第二项,效果指标。设本项目的项目期为30年。静态投资回收期=606.1×28%16860÷2156≈22年净现值=-131×28%+1.686(P/A,5%,30)=-10.75用内插法求取内部收益率。其计算过程为:设i=2%,经计算,净现值=1.301设i=3%,经计算,净现值=-3.716IRR1=1.301×(3%-2%)1.301+|-3.716|+2%=2.26%(3)社会性指标。第一项,环保性指标。该项目改造前采暖消耗量为219592.2kWh/a,建筑面积为2156m2,即每平方米采暖消耗量为101.85kWh/a。改造后,采暖消耗量为141696.6kWh/a。同理,其每平方米采暖消耗量为65.72kWh/a;该项目有害物质减少量,是通过其节煤量来计算的,按工程建设标准《民用建筑节能设计规程》,每吨标煤燃烧产生的有害气体量包括:二氧化硫为1.4千克、粉尘为11千克、氮化物为9千克、烷烃类为0.5千克、二氧化碳为2.6吨。经计算,该项目所减少的有害气体量为:二氧化硫0.047吨、粉尘0.371吨、氮化物0.303吨、烷烃类0.017吨、二氧化碳87.672吨。第二项,舒适性指标。该项目在改造前室内温度为16度,改造后会达到20度以上;其霉变结露现象较为严重。第三项,支持度指标。唐山市政府出资370元/m2、中央政府出资54元/m2、德国技术合作公司出资140元/m2、居民出资42元/m2。
2.项目技术经济评价
笔者请10位专家对该项目三级指标进行投票,投票结果如表2所示。由此可知,该项目评价中存在稍微不经济现象。
结论
条件、环境条件宁夏中北部地区的气候特点是:四季分明,春迟夏短,秋早冬长,冬寒而漫长一年采暖期约152天。昼夜温差大,雨雪稀少,蒸发强烈,年蒸发量在1700~2500毫米,风大沙多。年平均日照时数2800小时~3000小时,是中国太阳辐射和日照时数最多的地区之一。年平均降水量180毫米左右,无霜期185天左右。气候条件划分为严寒与寒冷气候带。宁夏中北部地区农村地广人稀,住户与住户之间相对分散,远离城市、远离热电厂,天然气管道、自来水管道、集中供暖管路距离远因投入太大,无法做到乡乡、村村、户户都通天然气自来水集中供暖。宁夏中北部地区在生活、取暖、节能等方面,依靠地理、气候、环境、优势合理应用从而达到节能与环保。
2建筑节能要求
建筑节能的主题是减少建筑耗能,提高建筑中的能源利用。建筑节能必需以不影响人们感觉舒适度为前提,即室内温度冬季不低于18℃,夏季不高于26℃。为此建筑节能势在必行。
3居住建筑节能方法
从以下几个方面考虑入户门、外窗、阳台门窗的选择;外墙内保温、外墙外保温、混合保温;太阳能供热采暖;辅助热源;风光互补发电。4入户门、外窗、阳台门窗的节能入户门选用多功能用户门,其同时具有防盗、防火、保温、隔音等功能。窗的主要功能是采光和通风。在各类建筑窗中,塑料窗在保温节能方面有着优良的性能。外窗及阳台窗采用中空玻璃塑钢窗。中空玻璃它的性能特点:具有良好的隔热、隔音、保温、防结露、降低冷辐射和安全性能。因此中空玻璃具有的保温节能、隔音以及防霜的功能使室外气温在-30℃以下,室内温度达18℃,相对湿度达到85%以上,夹层中也不会结霜而影响视线和采光。节能入户门、外窗、阳台门窗与单层玻璃普通的门窗相比节能72%以上。
5外墙外保温、外墙内保温、混合保温
(1)外墙外保温:将绝热材料复合在承重墙外侧,其建筑的热稳定性能好这有利于提高墙体的防水和气密性,使墙体潮湿情况得到改善,使室内温度保持稳定。外墙保温技术的发展与节能材料的革新是密不可分的,建筑节能是以足够的保温绝热材料做基础,以发展节能材料为前提,节能材料的发展又必须与外墙保温技术相结合才能真正发挥作用。为此综合考虑宁夏中北部地区采暖期室外平均温度为摄氏零下6度以下,外墙外保温做法较符合宁夏中北部地区气候条件。实践证明夏季墙体的外保温,能够减少太阳辐射热和室外热空气与外墙的表面热量。在采暖期间采用适当厚度的外墙外保温,可节约失散热能75%。(2)外墙内保温:一般采用在外墙的内侧覆盖保温水泥砂浆墙面、白灰墙面、彩装模等保温材料,无论采用哪种方法或同时使用几种方法,都能使建筑达到保温节能作用。常使用的外墙内保温方法如下:①砂浆抹面法:用水泥、砂、水和外加剂等按一定比例,充分混合均匀后抹涂于墙上的砂浆;②混合砂浆法:用水泥、石灰、砂子、水、混合搅拌,涂抹到内墙壁上用于内墙壁的找平处理;③石膏建材:运用于内墙涂料与涂装的找平;④彩装膜:是一种新装饰材料,它以简单便捷的贴膜形式,在墙壁、水泥墙上直接粘贴,无接头。其保温性、耐温性良好,具有较好的隔热、防水、隔音及防火作用。(3)混合保温:是指外墙内保温与外墙外保温同时使用的保温方式,它的优点避免了外墙内保温的缺点,又加强了外墙外保温的优点,同时使建筑更加保温、防潮、防水、隔音、防火、在坚固的同时提高节能效率,可节约热能80%以上。
6太阳能热水、太阳能采暖、辅助热源、风光互补发电
(1)太阳能热水:是一种把太阳能集热器中的热水温水排放出来用于生活用水,其优点是一年四季都能够满足居民一家一户的生活用水,节约大量的能源。(2)太阳能采暖:太阳能采暖一种是把太阳集热器中的温水和水热泵结合起来,由太阳集热器给水热泵提供温水,再由水热泵加热增高温度能够满足要求后给室内采暖提供热源。根据当地气候特点,一年内有一个月为严寒冷冻天气,假如增加太阳能集热器的采光板的面积还无法满足采暖要求时。就要临时启动辅助热源或水热泵系统才能达到要求。在初冬和冬末初春时期是太阳能的高效期它既能够保证生活用水也能保证正常的供暖。这时水热泵停止工作。为此,太阳能采暖既节约了大量的能源又解决了当地农村建筑室内采暖的问题。是一条可持续发展之路。(3)辅助热源:由于天气的影响,太阳能采暖具有很多的不确定性,为确保采暖的可靠性,必须增设辅助热源。辅助热源根据当地的条件选择,可选择电加热,水热泵或生物热能等。当地秸秆、柴薪丰富,在安装使用辅助热源时应首选生物热能。对于秸秆、柴薪丰富的普通家庭应采用生物热能辅助热源。对于家庭条件好或秸秆、柴薪缺少的家庭应采用水热泵、电或煤炭作为辅助能源。(4)风光互补发电:根据宁夏气候特点,气候干燥,风多风力大。年平均日照时数2800小时~3000小时,太阳光充足,采用风力和太阳能发电互补的形式发电。它将电能的一部分作为照明灯用电,而冬季将另一部分再转换为热能供暖。这既提供了照明灯的电能和辅助热源又节约了外购的电能。
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