基于IPD管理模式的既有建筑节能改造集成化设计研究

李明洋， 谭大璐， 张轩铭

(四川大学建筑与环境学院，成都 610065)

0 引言

目前，全球化能源、环境危机已成为世界各国面临的严峻挑战，各国也都在积极响应低碳节能的可持续发展的号召。而建筑的能耗占了世界总能耗的绝大部分，由传统建筑走向节能建筑的趋势势在必行。

我国的既有建筑存量大，且分布广，因此对不符合节能规范，或设备过于陈旧，使用功能严重滞后的既有建筑进行合理的节能改造可以成为建筑节能目标最有效最重要的措施之一。在“十二五”期间，国家预完成北方采暖地区既有居住建筑供热计量和节能改造4亿m2以上，夏热冬冷地区既有居住建筑节能改造5 000万m2，公共建筑和公共机构办公建筑节能改造1.2亿m2，实施农村危房改造节能示范40万套。到2020年末，基本完成北方采暖地区有改造价值的城镇居住建筑节能改造[4]。

尽管如此，我国的既有建筑节能改造依然存在很多困难和挑战。由于既有建筑与新建建筑的巨大区别，我国既有建筑节能改造的设计、技术、标准、管理机制上都还不完善，需要改进。因此，本文提出运用综合项目交付(IPD)管理模式，并在此管理模式下采用集成设计方法，对既有建筑改造的前期设计阶段进行了研究。

1 IPD管理模式

1.1 建设工程IPD管理模式

IPD(intergrated project delivery)管理模式即综合项目交付模式[1]。这种模式是将人、系统、业务结构以及实施集合在一个共同的过程中，利用各方专业人才的设计及所有参与方在项目各个阶段的合作，整合优化出的项目成果，同时实现信息共享，达到集成决策，精益建造并使得各个阶段的效率最大化的目的[2]。

1.2 IPD管理模式在既有建筑节能改造设计阶段的作用

IPD模式强调项目全寿命周期的多方合作，尤其注重初期设计阶段的集成合作，以达到互利共赢的效果。IPD模式在初期设计阶段就开始考虑“如何改建，谁来改建”的问题，从而避免出现设计错误，施工阶段问题积聚，效率低下等常见问题[2]。根据IPD交付模式的以上特点，在既有建筑改造设计阶段其作用有以下几点：

1)提供多专业集成设计的技术平台。2)提供多专业集成设计的信息平台。3)提供多专业集成设计的沟通平台。

根据以上作用可以看出，IPD管理模式可以保障既有建筑节能改造设计阶段的优化发展，同时运用集成设计方法，还能大大促进方案的创新，提高设计水平，最终达到设计目标。

2 IPD管理模式下的集成设计方法

建筑设计是既有建筑节能改造的重要环节之一，要使其达到改建目的，需要在运用IPD管理方式下，集成多专业的设计人员，以集成设计信息为基础，采用集成设计的方法对改建项目的原建筑进行环境、能耗、使用功能等分析，再多方合作拟定改建方案，从而达到建筑形态再美化，使用功能再整合分区，节能技术再改进的最佳效果[3]。IPD管理下的集成设计法工作模式(见图1)。

图1 IPD管理下的集成设计法工作模式

由图1可知，IPD管理下的工作模式不同于传统的线性的工作模式，它能够进行多方参与设计，并且在此工作模式下采用集成设计方法，能够让设计信息共享，避免出现过多的设计变更，还能够让跨专业的设计师相互协作，达到精益建造的目的。

3 IPD管理下的既有建筑节能改造集成设计实例分析

3.1 项目概况

既有建筑是青岛市某医院，它位于青岛市四方区与市北区的交界，交通便利，基地内基础设施完备，已建有市政自来水、排水、雨水、天然气、供电及通讯系统。该医院共4栋主体建筑，A座、B座、C座、D座，还有其他一些临时建筑分布在院内，其中A座位为2011年新建的综合楼，主体建筑17层、裙房为3层、局部5层；B座为原门诊医技楼(6层)；C座、D座为病房楼(C座7层、D座6层)。2011年新启用综合楼中涵盖了门诊、医技、病房、办公等，已完全替代B座的功能。为避免B座闲置，需要对其进行功能更新和改造。C座、D座病房楼分别为20世纪80年代和90年代所建，虽然在2000年进行过一次改造，但内部设施仍不能满足使用要求，病房内无热水、无机械通风装置，C座无外墙保温措施，室内无卫生间，卫生条件差；D座外窗为铝合金单玻外窗，热量散失很大。

3.2 改造方案初步制定

IPD管理模式下强调多方合作，在项目改建前期，参与方就开始共同考虑“怎么改建”，拟达到什么样的效果的问题。因此，综合既有建筑的现状，进行改造方案的初步制定。

1)改造方案的基本原则：

①达到既有建筑节能改造要求。根据国家及地方性JGJ176—2009《公共建筑节能改造技术规范》，改造后的该建筑外围护结构、窗墙系数比、采暖和通风热工性能等参数均应达到标准要求。

②最大限度满足业主要求。既有建筑的改造在多方参与拟订初步方案时，应该首先最大限度地满足业主的要求，在此基础之上再做设计创新。

③满足IPD管理模式的要求。采用IPD管理模式对该建筑进行改造，需要制定满足IPD管理模式要求的方案。在保证不同专业的设计人员信息共享的同时，采用集成设计方法，首先建立起集成设计模式，其次要让主动式设计与被动式设计相互结合，相互补充。主动式设计即是以建筑设计为辅助，主动节能技术为主导，利用适宜的暖通设备达到节能改造的目的；被动式设计即是以建筑设计为主导，被动式节能技术为辅助，利用自然通风、建筑朝向、窗墙比等设计来达到节能改造的目的。

2)改造方案的确定：

①建筑使用功能改造。为了给老年患者提供良好的康复环境，B座拟改造为城市老年人康复中心。设计时需要充分挖掘老年人的心理和生理需求，在使用功能分区上进行改变增加公共交流空间，让老年人在其中生活得更加便利。

②建筑外立面改造。为使改造后的建筑形体更加美观，设计人员将对外立面进行重新设计，但同时改造后的建筑立面应符合医疗建筑形象。

③节能技术改造。C、D座病房楼过于陈旧，围护结构热工性能差，需要对其围护结构做重点的技术改造。同时，添加新风系统、热水系统、保温系统等技术满足室内空气环境及就医人员使用条件，尽量减少常规能源消耗。再根据青岛地理位置，充分利用太阳能可再生能源技术，达到节能目的。

3.3 节能改造方案的详细设计

详细设计阶段，应用IPD管理模式下的集成设计方法，使跨专业的设计可以避免只专注于从自身专业层面考虑方案，而忽视其他专业的设计问题，充分发挥各设计方优势，提高效率，最终达到改造要求。

1)被动式设计：

①外立面的改造。通过因地制宜的分析，运用以建筑设计为主导的被动式设计方法，最终外立面改造设计(见图2)。

图2 B座外立面效果图

由图2可以看出，外立面交错而成的外挑封闭式阳台，利用上下交错形成整体的海浪造型意境；并采用BIPV太阳能光伏板材料，利用该种材料的蓝色增加海浪意向，同时充分吸收太阳能，将太阳能辐射转化成电能供给B座建筑使用。

②使用空间的改造。为了加强老年人康复中心的公共交流空间，并且为该空间提供健康舒适的环境，通过ECOTECT模拟分析出冬季最佳的日照面，在该面布置阳光房作为公共交流空间(见图3)。

图3 最佳日照面改建成阳光通廊

由图3可知，该改造结合被动式太阳能技术，将最佳日照立面设计成外挑的阳光通廊，可以让更多的病人接触阳光的同时加强公共交流。

③自然通风的改造。将房间的空间区域划分与被动式技术结合，带来了改善建筑自然通风的效果。在房间的设计中利用阳光房外加强的阳台板，形成太阳能烟囱效应，在夏季，白天带走室内热空气，加强自然通风，降低室内温度(见图4)；在冬季，又可以利用此技术，夜间储热墙体里吸收的太阳能热量向房间内释放余热，提高房间温度，使得整个室内环境冬暖夏凉(见图5)。

图4 夏季白天太阳能烟囱效应带走室内热量

图5 太阳能烟囱效应冬季夜间储热墙体向室内释放余热

2)主动式设计：

①地源热泵技术。给房间提供源源不断的热水及热量循环，让病房内的温度常年保持在26℃左右，给老年人康复提供最佳的热舒适度。

②太阳能集热器技术。屋顶处安装太阳能集热器及太阳光照指示系统，并结合太阳能光伏板，充分的利用太阳能供给医院大部分的电能，达到高效率的节能。

③新风系统技术。结合屋顶上安装的内置热交换器的风帽给房间源源不断的新风交换，保持室内空气清新舒适。

④雨水回收系统技术。屋顶设置该系统，将雨水回收并通向底层汇集，一部分作为太阳能光伏板后的循环介质带走热量，给光伏板降温，降低能耗；另一部分作为绿化灌溉、喷水景观等他用(见图6)。

综上所述，多专业集成的设计不仅能够更加充分的发挥各个专业在设计中的优势，还能促进改造的创新，主动式设计与被动式设计相互补充，用能耗软件模拟技术，达到节能要求；并用设计软件模拟设计，保证建筑的形体达到业主要求，不仅做到技术先进，节能措施科学，还能做到设计美观，功能合理，舒适度高。同时，在IPD管理模式下的设计阶段运用集成设计的方法，还加强了信息的沟通，减少了信息碎片的分散，让专业数据得到共享，减少了后期施工中可能遇到的设计变更问题。

图6 改造后建筑被动式技术模型图

4 结语

既有建筑的节能改造对我国推动绿色建筑、可持续发展建设有着非常重大的意义，因为我国的既有建筑零散且量大，如果能得到良好的节能改造就能够减少大量的碳排放以及建筑能耗、不可再生资源等问题[5]。一个具有先进性、科学性的工程管理模式在改建项目中有重要的作用，它不仅能够改善传统管理模式的弊端，还能推动改造工程发展[7]。

而IPD管理模式(综合交付模式)就可以解决传统模式中众多信息碎片，信息共享以及跨学科集成设计等问题；从设计阶段起就运用此管理模式并结合集成设计方法，对设计方案进行改建创新，达到节能标准的同时，提高后期施工的效率；还可以将IPD管理模式作用于项目的全寿命周期中，以BIM技术做支撑，在项目的各个阶段都比传统模式提高了信息共享的效率，减少了实施投入的精力。因此，IPD管理模式下结合集成设计方法可以给既有建筑的节能改建设计阶段带来前所未有的价值和变革。

[1]郭俊礼,滕佳颖,吴贤国,曹靖,晏祎.基于BIM的IPD建设项目集成管理方法研究[J].施工技术,2012(11).

[2]The American Institute of Architects.Integrated project delivery:A Guide[M].2007.

[3]徐峰,张国强,周晋.建筑集成化设计[J].大众用电,2007(8).

[4]住房与城乡建设部.绿色建筑行动方案[EB].2013.

[5]沈婷婷,龚敏,葛坚.既有公共建筑节能改造初探[J].华中建筑,2008(10).

[6]李卫平.我国既有建筑节能改造问题及对策研究[J].现代商贸工业,2010(09).

[7]张琦.既有建筑节能改造管理研究[D].天津:天津大学,2010.