李 鑫（中國中元國際工程有限公司西安分公司，陜西 西安 710000）

經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)發(fā)展條件下，以人為本的建筑理念深入人心。建筑外墻保溫結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不僅追求安全與適用，還逐步向節(jié)能與環(huán)保發(fā)展。人本思想的發(fā)展推動(dòng)了建筑在全生命周期都應(yīng)關(guān)注節(jié)能與健康，節(jié)能環(huán)保和綠色健康也成為我國建筑業(yè)發(fā)展的新方向。在節(jié)能方面，大量公共建筑的修建，其建筑空間巨大，內(nèi)部人員密集，消耗了大量的能量用于保暖和制冷，相比于民用建筑，在單位面積的耗能上，前者能耗可能達(dá)到后者能耗的20倍以上，存在著巨大的節(jié)能空間；在健康方面，在保證建筑外墻保溫結(jié)構(gòu)使用功能的基礎(chǔ)上，健康建筑是綠色建筑的進(jìn)一步升級，涉及的健康不僅僅是停留在建筑物所使用的材料保障人們生理狀況的健康，而是能夠讓使用者在精神上產(chǎn)生愉悅、舒適和放松。

1 健康公共建筑的概念以及影響公共建筑墻體保溫的主要因素

1.1 健康公共建筑的概念

無論是從國家戰(zhàn)略層面還是從建筑業(yè)發(fā)展的層面，綠色健康建筑都是人民對于居住環(huán)境或者活動(dòng)空間更為高層次的要求。評判建筑物是否符合人民對健康建筑的期望，可以從9大方面進(jìn)行確定。①通風(fēng)方面，健康的公共建筑能夠保證室內(nèi)外的空氣正常流通，室內(nèi)空氣不受到污染或者出現(xiàn)異味，提供室內(nèi)新風(fēng)的系統(tǒng)設(shè)備能夠及時(shí)調(diào)試和定期保養(yǎng)，以保證室內(nèi)空氣的正常過濾和更新；②空氣質(zhì)量方面，室內(nèi)使用的材料具有較低的揮發(fā)性物質(zhì)，辦公用品及裝飾裝修材料不存在有毒有害物質(zhì)的釋放，同時(shí)能夠及時(shí)對空氣質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測；③水質(zhì)方面，建筑物內(nèi)提供的飲用水能夠滿足飲用水標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)配備一定數(shù)量的凈水系統(tǒng)，以保證用水的潔凈和無污染，定期對水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測，防止水中含氯物等化學(xué)制劑的殘留和微生物的滋生；④熱健康方面，實(shí)現(xiàn)空間內(nèi)熱供給的均衡，保持恒定的溫度和濕度，能夠最大限度地滿足建筑物中人員在不同氣候條件下的熱舒適度，并對熱源供給設(shè)備進(jìn)行調(diào)試和養(yǎng)護(hù)；⑤粉塵與害蟲方面，建筑物內(nèi)具有一定的封閉性，避免化學(xué)物質(zhì)及粉塵侵入和集聚，同時(shí)應(yīng)注意室內(nèi)的蟲害問題，防潮防濕，及時(shí)清除粉塵和垃圾；⑥視覺照明方面，能夠提供一種舒適的光源，讓視覺處于自然光線條件下，避免由于不含藍(lán)光的照明引起人員的不舒適或者導(dǎo)致使用者炫目，在公共區(qū)域或者樓梯口具有充足的光源；⑦噪聲方面，能夠控制室內(nèi)外的噪聲源，將噪聲分貝控制在35dB以下，同時(shí)公共空間內(nèi)具有辦公設(shè)備或者室內(nèi)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的噪聲應(yīng)盡量采取吸聲措施；⑧防潮方面，對公共建筑內(nèi)部的給水排水管道、通風(fēng)空調(diào)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測和檢查維修，對室內(nèi)出現(xiàn)潮濕或者發(fā)霉的地方采取必要的干燥措施進(jìn)行修復(fù)；⑨安全方面，安全是健康建筑最為重要的基礎(chǔ)條件，公共建筑能夠提供一定的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，保證建筑的良好運(yùn)行，必要時(shí)能夠提供及時(shí)預(yù)警和救援。

1.2 影響公共建筑墻體保溫的主要因素

與一般民用建筑不同的是，公共建筑是公共活動(dòng)的空間場所，具有一定的社會(huì)性和藝術(shù)性，因此為了容納大量人員聚集，建筑形態(tài)相對復(fù)雜，內(nèi)部的空間也較為高大，例如政府辦公樓、城市博物館、醫(yī)院衛(wèi)生建筑以及辦公建筑大樓等。因此，公共建筑的這些特點(diǎn)給其供暖和制冷帶來了極大的挑戰(zhàn)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在相同建筑體積和供暖條件下，公共建筑在單位建筑面積的能耗上可以達(dá)到民用住宅單位建筑面積能耗的20倍以上。公共建筑產(chǎn)生巨大供暖和制冷能耗受到的影響因素眾多，主要集中在三個(gè)方面，分別是建筑的體型系數(shù)、建筑內(nèi)部的交通流線以及墻體外部保溫結(jié)構(gòu)。

在公共建筑的體型系數(shù)方面，合理的建筑體型系數(shù)能夠有效降低公共建筑物內(nèi)部能量與外部空間的能量交換，公共建筑的體型系數(shù)隨著建筑物的長度、寬度和高度的增加而不斷減小，但較小的幅度也逐步趨于收斂。另一方面，造型復(fù)雜的公共建筑與空氣的接觸更大，導(dǎo)致能量的交換損失增大。因此在公共建筑的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)保持建筑結(jié)構(gòu)輪廓的簡潔流暢，此外也要控制由于體型系數(shù)過小影響公共建筑空間的靈活性。

在建筑內(nèi)部的交通流線上，其影響公共建筑能耗的重要作用反映在公共建筑與室外空氣的交流上。與住宅建筑不同，公共建筑的人員流動(dòng)頻繁，單位面積的人員數(shù)量也更大，因此需要保持室內(nèi)空氣流動(dòng)的暢通。公共建筑內(nèi)部交通流線組織影響空氣流通的最集中體現(xiàn)是在建筑物出入口的地方，室內(nèi)外的空氣隨著人員的頻繁進(jìn)出和大門的頻繁開合，導(dǎo)致室內(nèi)的冷氣或者暖氣大量流失，供暖或制冷設(shè)備的負(fù)荷顯著提升。為此，在公共建筑物中一般會(huì)設(shè)置多道大門以減少室內(nèi)能量與室外能量的直接交流，同時(shí)多道大門的開合位置相互錯(cuò)開，以延緩能量交換速率，提高建筑的保溫性能。

在建筑外部保溫結(jié)構(gòu)上，建筑結(jié)構(gòu)與室外接觸面積最大的外墻，是建筑外窗和屋頂結(jié)構(gòu)之和的4倍。因此外墻的保溫性能直接影響著公共建筑的節(jié)能效果。但是，在近年來大量的城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，人民群眾對公共建筑的技藝性以及藝術(shù)性提出了更高的要求，對公共建筑造型和視覺效果的期望也更高。作為具有標(biāo)示性甚至是地標(biāo)性的公共建筑，大量使用了玻璃幕墻作為公共建筑的外墻（如圖1所示），保證公共建筑的采光性能和良好的視覺效果，以滿足人民群眾對生活品質(zhì)的需求。但是玻璃幕墻的熱工性能差，因此影響著建筑外墻保溫結(jié)構(gòu)的節(jié)能效率，在寒冷地區(qū)或者嚴(yán)寒地區(qū)，使用玻璃幕墻結(jié)構(gòu)尤為不適宜。

圖1 大量使用玻璃幕墻的公共建筑

2 基于健康建筑理念的公共建筑墻體保溫材料研究

公共建筑墻體是室內(nèi)外熱量交換的中間載體，其導(dǎo)熱性能和冷熱空氣的滲透性能是影響建筑節(jié)能的重要因素，因此提高公共建筑墻體的保溫性能成為控制建筑能耗的重點(diǎn)工作。在健康建筑理念下，人們對于建筑的節(jié)能環(huán)保需求日益增大，對于建筑資源節(jié)約的研究也日益增多，以提高建筑的綜合效益及提供舒適的室內(nèi)活動(dòng)溫度，滿足健康建筑理念的要求。一般而言，保溫結(jié)構(gòu)是通過膠結(jié)劑將保溫層粘貼在外墻基層上，同時(shí)為了避免保溫結(jié)構(gòu)的開裂，使用抗裂保護(hù)層對保溫層進(jìn)行涂刷。公共建筑外墻保溫層的一般做法如圖2所示。

圖2 公共建筑外墻保溫層的一般做法

基于健康建筑理念下的公共建筑墻體保溫層由于受到自然氣候因素的作用，其材料的選擇需要考慮保溫層具有一定的耐久性，強(qiáng)度較高以及無毒無害，不會(huì)出現(xiàn)開裂引起雨水侵蝕或者脫落；其次，作為公共建筑的墻體保溫層應(yīng)考慮火災(zāi)條件下的防火性能；再次，在功能上具有良好的保溫隔熱性能，能夠在輕質(zhì)條件下具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，不易被刺穿或敲擊破碎，保持保溫的整體性；在施工上，能夠極大地縮減工序和施作時(shí)間，達(dá)到外墻保溫結(jié)構(gòu)快速施工的目的。

目前，可以應(yīng)用于健康建筑理念下的公共建筑墻體保溫結(jié)構(gòu)的保溫材料主要有7種，各種保溫材料的物理力學(xué)特性如表1所示。由于公共建筑墻體保溫構(gòu)造施工時(shí)具有較多的工序和多層結(jié)構(gòu)體系施作，在選取保溫材料時(shí)應(yīng)該考慮室內(nèi)外潮濕氣體的影響、施工技術(shù)的影響、墻體和保溫層結(jié)構(gòu)骨架的影響以及飾面層對保溫層的影響，以保證公共建筑墻體保溫構(gòu)造的隔熱保溫功能得以實(shí)現(xiàn)。

表1 基于健康建筑理念下的公共建筑墻體保溫材料物理特性

健康建筑理念下公共建筑墻體保溫結(jié)構(gòu)的選取可以認(rèn)為是一種數(shù)學(xué)的最優(yōu)化求解問題。在傳統(tǒng)的優(yōu)化方法中，一般是依賴人工的經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算準(zhǔn)則進(jìn)行確定，而機(jī)器學(xué)習(xí)則是最近幾年在人工智能發(fā)展的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的算法。在機(jī)器學(xué)習(xí)中，需要選擇合適的目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)，然后根據(jù)技術(shù)指標(biāo)對目標(biāo)函數(shù)建立優(yōu)化模型，模型包含輸入層、隱藏層以及輸出層，基于視神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的原理對模型進(jìn)行管理和學(xué)習(xí)，隨機(jī)生成權(quán)值，不斷學(xué)習(xí)訓(xùn)練，對于復(fù)雜的優(yōu)化結(jié)果，可以增加隱藏層的層級以及對指標(biāo)權(quán)重值的優(yōu)選，生成的迭代成果為最優(yōu)選項(xiàng)。可以定義機(jī)器學(xué)習(xí)的樣本群為[x1、x2、x3、x4……xn]、[y1、y2、y3、y4……yn]，則可以建立機(jī)器學(xué)習(xí)的基本準(zhǔn)則或者模型如公式（1）～公式（3）所示。

式中，oi為輸出層目標(biāo)函數(shù)值；ｈ(xj)為隱藏層函數(shù)；βi為隱藏層權(quán)函數(shù)系數(shù)；pij、pgj為隱藏層的參數(shù)相關(guān)數(shù)，w、c1、c2為隱藏層權(quán)函數(shù)的指標(biāo)系數(shù)，與隱藏層的層數(shù)相關(guān)；ai和bi為輸入層函數(shù)的系數(shù)；xij為輸入層函數(shù)。

3 無機(jī)保溫砂漿材料在健康理念下公共建筑墻體保溫中的應(yīng)用

與有機(jī)保溫材料相比，無機(jī)保溫砂漿材料具有良好的防火性能、低導(dǎo)熱性能和較高的抗壓強(qiáng)度，因此在公共建筑保溫構(gòu)造中具有廣闊的前景。在無機(jī)保溫砂漿材料研究的基礎(chǔ)上，提出“TM”無機(jī)保溫砂漿用于基于健康建筑理念下的公共建筑墻體保溫結(jié)構(gòu)，它是以膨脹?；⒅轭w粒為主要原料，加入無機(jī)凝膠材料、粉煤灰及添加劑等混合而成的干混料，這種保溫材料施工方便，具有干混料加水拌漿即可涂抹的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)利用了粉煤灰等廢料，變廢為寶，綠色節(jié)能，造價(jià)也相對較低，形成的保溫層也具有良好的防火性能和抗老化、耐酸堿特性，滿足保溫隔熱性能?；谒岢龅谋夭牧蠎?yīng)用于西安市某建筑工程外墻保溫層改造工程，在驗(yàn)收后表明“TM”無機(jī)保溫砂漿不容易開裂和脫落，不會(huì)散發(fā)異味，同時(shí)具備成本優(yōu)勢及施工簡便，達(dá)到了不燃的耐火等級，工作溫度小于600℃，導(dǎo)熱系數(shù)大于0.04W/(m·k)，取得了良好的保溫效果和經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

隨著現(xiàn)代健康理念的不斷普及，人類對于居住環(huán)境和活動(dòng)空間的要求也日益提高。健康建筑是經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定程度的必然要求，也是綠色建筑的深化，是建筑業(yè)發(fā)展的重要方向。健康建筑理念下的公共建筑不僅需要提供一個(gè)安全舒適的活動(dòng)空間，還要給人心理上實(shí)現(xiàn)愉悅和放松的感受。公共建筑墻體保溫作為實(shí)現(xiàn)健康建筑理念的有效途徑之一，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造上選擇可持續(xù)的保溫材料是公共建筑墻體保溫構(gòu)造設(shè)計(jì)的必然要求。本文基于健康建筑理念提出了“TM”無機(jī)保溫砂漿材料在公共建筑墻體保溫結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，研究成果為城市大量的公共建筑的外墻保溫構(gòu)造設(shè)計(jì)提供了新的思路及新的材料。