2020年度湖南省科学技术进步奖拟提名公示项目

2020年度湖南省科学技术进步奖拟提名公示项目

一、项目名称：绿色低碳装配式建筑集成制造与低耗运营关键技术

二、申报单位：湖南工程学院

三、提名意见

装配式建筑是我国大力支撑与发展的重点研究领域，装配式建筑“绿色低碳”化发展目前还存在诸多难题亟待解决。该项目通过多年技术攻关与产业实施，在资源再生型环保建材制备关键技术、高集成度装配式建筑构件制造与安装关键技术以及建筑能耗评估与节能关键技术三个方向取得了系列成果：发明了建筑垃圾/工业固废梯级处理工艺；完善了自保温装配式建筑构件基础材料制备技术；提出了无损性构件性能预测方法；解决了装配式建筑构件的自保温问题；实现了结构、管线、保温、装饰等高集成度构件的优化设计。发明了新型的装配式预制PC卫生间结构体系；提出了共轴承插技术；形成了一套高效的制造、运输与安装工艺；提出了基于建筑能耗多维数据分项细化处理方法；开发了在线监测平台；形成了区域性建筑能耗水平评估方法；提出了微通道背板热管空调系统。相关成果的产业化顺利实施，完成了建设年产30万吨梯级固废处理生产线、年产50万吨GZ多用途干混砂浆生产线、年产20万立方的生产线建设，近三年总产值突破30亿元。该项目的成果为推进我国装配式建筑的“绿色低碳化”发展提供了强有力的技术与产业支撑。技术成果先进、产业化应用广泛、经济和社会效益显著。

同意提名湖南省科学技术进步奖二等奖。

四、项目简介

本项目以装配式建筑“绿色低碳”化发展为目标，通过对固废利用、系统集成制造、建筑能耗评估与节能技术三个方面的存在的技术难点开展研究，取得的技术创新主要体现在：

①开发了固废材料（以钢渣为例）梯级处理工艺，可获得铁渣、钢渣砂、钢渣粉等分级产品。其中钢渣微粉7天活性指标高于标准值6%，28天活性指标高于标准值2%，流动度高于标准值5%，其中三氧化硫仅为0.27%，远低于标准值（4%）。

②开发了钢渣自保温装配式建筑材料生产工艺，钢渣/矿渣等固废利用比例高达65%，抗压强度及保温性能均高于国标值（平均导热系数低于标准值12.5%，平均抗压强度高于标准值9.4%）；

③发明了从转炉渣中提取铁粉的方法，使废渣中铁含量显著降低，铁渣重新返回钢厂炼铁，实现了钢渣利用率的最大化。

④建立公共建筑能耗监测体系，该技术通过对能耗监测数据的多维关系进行分析提出了一种新的能耗计量分项细化处理方法，根据监测数据实现了区域性（以湘潭市为例）全年/季节单位面积日均综合/分项能耗水平的预测。

⑤发明了新型的预制PC卫生间-共轴承插型预制一体化卫生间，在单一类型构件上实现了结构、管线、保温与装饰一体化，在抗冲击性（5次抗冲击试验后，板面无裂纹）、防水性（闭水/淋水试验无渗水、湿润现象）及抗压性（抗压强度平均值大于等于1.15f_cu,k，最小值大于等于0.95 f_cu,k）等方面具有突出的性能表现。

⑥提出了共轴承插技术，提高了预制一体化构件安装的快捷性及连接的可靠性，确保了构件的整体性能；一体化集成生产、运输、安装的建造工艺，节约了资源，缩短了工期；

⑦研发了微通道背板热管空调系统，掌握了不同环境因素对系统换热性能的影响规律，揭示了系统的最佳充液率范围（65%～75%），建立微通道背板热管系统稳态模型，提出了系统性能优化方法。

 创新点①、②、③技术成果在湘潭玉峰新材料科技有限公司实现转化，建设完成年产50万吨的生产线，实现了钢渣100%的综合利用，近三年直接产值达1.5亿元；创新点④在湘潭综合保税区服务中心办公楼、三间兴城培训中心、湘潭市昭山两型产业发展中心、湘潭县档案馆、韶山市住建局办公楼共5项目中应用，直接产值为79.68万元，项目实施带来的直接节能效益达到6.2万千瓦时电力，减少6.182吨CO₂排放；创新点⑤的技术成果在湖南恒运建筑科技发展有限公司实现转化，建设完成20万立方的装配式构件生产线，近一年产值达到0.76亿元。基于创新点⑥的装配式建筑安装技术在湖南省第三工程公司的多个工程项目中被广泛应用，近三年形成的间接产值高达28.3亿元。

五、客观评价

（1）科学技术成果评价报告：2019年湖南省建筑科学研究院对本项目“共轴承插型预制一体化卫生间研发与应用”技术开展了评价，评价专家组成员朱晓鸣（中机国际工程设计研究院）、江山红（中国轻工业长沙工程有限公司）、廖序（湖南省住房和城乡建设厅）等教授/高工一直认为该项目：①研发了预制整体卫生间结构体系，通过共轴承插技术设计，提高了预制一体化卫生间安装的快捷性及连接的可靠性，确保了卫生间的整体性能、保温性能及装饰功能，符合装配式建筑发展政策导向；②研发了共轴承插型预制一体化卫生间集生产、运输、安装的施工工艺，节约了资源，缩短了工期，保证了质量；③提出了一种卫生间多重防水体系，通过了整体底盘与沉箱板防水层及防渗漏轻骨料混凝土结构等组成多重防水系统，解决了卫生间渗漏问题；④深入研究了轻骨料混凝土配置，确保了轻质骨料混凝土的强度及抗渗等级；⑤研制了一种共轴承插型预制卫生间模具及混凝土布料器，提高了混凝土成型的质量及模具拆卸的效果，以及混凝土布料的均匀性；⑥采用BIM技术对共轴承插型预制整体卫生间进行正向设计，为设计进一步优化提供了条件。该技术的应用，改变了卫生间传统的现场浇筑、二次装修带来的环境污染和资源浪费等问题，经济和社会效益明显，达到国内同类技术研究的先进水平。

（2）产品性能检测报告

①根据湖南省建筑材料质量监督检验授权站对钢渣梯级利用产品“钢渣微粉”、“GZ高性能复合料”和“干混砂浆”检验结论，钢渣微粉与GZ高性能复合料的活性指数、流动度比、放射性等指标以及干混砂浆的表观密度、保水率、凝结时间、2h稠度损失率、28h抗压强度及抗冻性能等指标均为合格；②根据湘潭市建筑设计院对“共轴承插型预制一体化卫生间”抗压强度检验结论，其设计强度等级分别达到114.8%与121.2。（见附件材料评价证明2.2-2.4）

（3）用户使用报告

  ①本项目研制的“固废材料梯级利用技术”所生产的钢渣微粉、预拌砂浆以及高性能复合料供应中国水利水电八局、苏中建设集团有限公司等大型国有企业，直接应用于我国中南五省各大建筑工程项目中，受到了用户的高度评价：与传统的同类建筑材料对比，产品性能稳定、环保性能良好。②本项目研制的“一体化集成装配式构件技术”所生产的预制卫生间、预制楼梯、PC空调板等产品在恒大集团、嘉乐置业、宏林建设工程集团等大型房地产企业的多个工程项目中得到应用，产品受到了广泛好评：建筑构件质量可靠、性能优越，在运输、施工、安装过程中节约了大量的人力资源，显著缩短工期，构件自保温体系可显著减少建筑能耗，有利于我国装配式建筑节能减排事业的发展。

（4）省科技主管部门对项目的验收意见以及学术论文发表情况

项目研究成果在《applied science》、《applied thermal engineering》、《新型建筑材料》等国内外重要期刊上发表学术论文20余篇。湖南省自然科学基金项目“湘潭地区居住建筑围护结构热工性能研究”（2016JJ5011）及“相对湿度对碳纳米管/二氧化钛/壳聚糖光降解室内 VOCs 的研究”（2015JJ2065）均为同意验收。

六、推广应用情况：

项目组研发的各项技术都已实现成果转换，其中固废再生技术建设了年产30万吨梯级固废处理生产线、建设了年产50万吨GZ多用途干混砂浆生产线；高集成度预制技术，完成了年产20万立方的生产线建设；产品广泛应用于住宅、学校、办公等各类工程建筑中，直接产值高达30.58亿元，实现经济效益4.85亿元。

主要应用单位情况表

七、主要知识产权和标准规范等目录

八、主要完成人情况

九、主要完成单位情况

十、主要完成人合作关系说明: 湖南工程学院（主要完成人：李小华、刘向龙、苏欢、曾丽萍、曾智）与湖南恒运建筑科技发展有限公司（主要完成人：莫瑞泉、张朝利）两个单位在装配式建筑构件集成技术方面开展了长期合作，并共同组建了“绿色低碳建筑节能与材料关键技术湖南省工程研究中心”；湖南工程学院与湘潭玉峰新材料有限公司（主要完成人：何文科）、湖南省第三工程有限公司（主要完成人：戴习东）建立了产学研合作，在固废资源化利用、新型装配式建筑与建筑节能技术领域开展了长期合作。