我国绿色建筑新技术的成熟度研究

摘要：本文从技术就绪、制造就绪和项目就绪三个递进的水平维度描述了当前我国新兴的16项绿色建筑技术的成熟度，分别反映技术的可实现性、可用性和适用性，发现大部分现有技术成熟度较高。随后评估了这16项技术的创新性，发现成熟度高的项目就绪技术主要是部件创新和设计创新，而尚不成熟的技术多为平台创新技术，有助于理解绿色建筑新技术的应用现状、开发潜力和未来发展方向。

关键词：绿色建筑技术；技术成熟度；技术创新

中图分类号：TU023 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2015）024-000-02

一、引言

在绿色建筑技术创新方面，我国已接近高端技术研究领域的领先水平。但是，绿色建筑技术的应用程度与研发程度存在较大的脱节，很多理论上和制造上成熟的技术得不到推广，少数得到广泛应用的技术（如节能灯、节水龙头）仅仅是部件层面的技术。目前绿色建筑新技术处于一个分散发展而又成熟度不均的状态，对新技术的实用性、适用性都缺乏系统认识，不利于对新技术的开发、改进和推广。

本文旨在研究当前的绿色建筑新技术的成熟度，从而了解绿色建筑技术的研发、应用和潜力状况。所谓“新技术”，是相对于传统的、已广泛应用或被熟知的绿色建筑技术而言的，如太阳能热水器、节能灯等传统技术。这些新技术处于概念构建、研发、实验、试点使用等阶段，研究这些新技术的成熟度，有助于把握绿色建筑技术的未来发展趋势。

二、绿色建筑新技术

《绿色建筑技术导则》（2005）给出了“节能、节水、节材、节地与环境保护”的技术框架，据此系统回顾了16项当前新兴的绿色建筑技术，既包括主动式的设备节能，也包括被动式的设计节能。

1.节能新技术

（1）热泵技术。热泵可以使用少量电能以高效地向建筑物供冷或供热，从而有效降低建筑物能耗，可分为水源热泵与空气源热泵。热泵在我国主要应用于大型公共建筑场所，如上海世博会场馆利用黄浦江水源热泵实现供冷。

（2）光伏建筑一体化。综合考虑了光伏系统发电效率、光伏组件与建筑之间的融合以及系统美观性等因素，既达到效率最大化，又满足建筑外形美观和功能实用要求。

（3）建筑辐射性供热。辐射型供热是一个调节房间热微气候的节能供热系统[2]，分为垂直板辐射、天花板辐射以及地板辐射，既避免了吹风感，同时保证了适宜温度。

（4）建筑热量再循环。热量再循环实际上就是收集建筑物的废热进行供热，如冷凝式热水器通过吸收建筑排出的高温烟气来预热冷水，能达到96%以上的热效率。

（5）新能源玻璃。新能源玻璃是先进的玻璃材料、高节能的晶体硅和仿真模型软件的综合体，能够同时阻挡太阳辐射、集中阳光，并转换为太阳能。

（6）墙体蓄热。墙体蓄热材料白天将主体结构多余热量储存起来，晚上逐渐将热量释放到室内，用以调节室内温度。

（7）双层通风幕墙/窗户。双层通风幕墙/窗户在夏季开启风口，进行自然通风，降低空气层内的温度，减少太阳辐射热对室内的影响；冬季关闭风口形成温室，起到保温作用。

2.节材新技术

（1）新型保温材料。新型外墙及屋面保温材料，如聚氨酯泡沫板、水泥聚苯板、聚苯颗粒保温料浆等，新型门窗类材料，如断桥式铝塑复合窗、纳米复合材料、Low-E中空玻璃等，都具有更为良好的保温隔热功能。

（2） 3D建筑打印。将3D打印技术运用到建筑部件甚至整栋建筑中，可以根据构、部件甚至整栋建筑的三维模型数据，通过材料累加的方式用3D打印成型设备制成实物，大大节省建筑材料。

3.节地新技术

（1）立体绿化。城市绿化最大的问题是缺少土地，在建筑物屋顶、墙体等围护结构上运用绿化技术可解决此问题。此外，屋顶和墙面植物的基质，本身也具有很好的保温隔热功能。

（2）立体车库。立体车库成为城市建筑有效的节地措施，目前有升降横移式立体车库、巷道堆垛式立体车库、垂直升降式立体车库、简易升降式立体车库等。

4.节水新技术

（1）膜生物反应器。膜生物反应器（MBR）被视为“21世纪最佳实用技术”，能实现建筑物的污水处理和中水回用。

（2）人工湿地。当建筑污水通过人工湿地时，污染物质和营养物质被分解或吸收，使水质得到净化和循环利用，但也存在占地面积大等问题。

5.其他绿色建筑创新技术

（1）新型采光墙体。新型采光墙体将半透光材料与新型建筑材料相结合，满足采光要求的同时保证外立面的完整性。目前包括透明混凝土、透明水泥、高透明发电膜等，都在项目中得到了适用。上海世博会意大利馆的大面积“玻璃幕墙”实际上就是透明混凝土墙。

（2）智能建筑。智能建筑的基本思路是优化设计建筑设备的运行系统，结合建筑（群）情况加强能源的梯级利用，并采取最有效的供热和制冷方式。

（3）光合作用建筑。建筑表面的绿藻进行光合作用而快速生长，循环系统过滤出部分绿藻，将其转化为沼气并输送到燃烧炉，从而为整栋建筑供能或贮存到热量存储系统中，保证建筑能量自给自足。

三、绿色建筑新技术成熟度的度量

1.技术成熟度的概念及度量

技术成熟度（Technology Maturity）有多种概念，张玉杰（1999）将技术成熟度定义为运用某项技术所生产出的产品（或服务）在市场上占有率的变化情况。顾宏（2004）认为科技成果的成熟度应包括产业化实用程度和经济可行性程度两个方面，反映了科技成果与产业化的差距。朱毅麟（2009）认为技术成熟度就是“技术就绪水平”，指单项技术在研发过程中所达到的一般性可用程度。从以上定义可以看出，技术成熟度强调了技术的可用性及适用程度，即技术产品具有的实用程度和产业扩散的程度。

对技术成熟度的度量，William Notle（2004）提出了度量的三个层次维度：技术就绪水平（TRL）、制造就绪水平（MRL）和项目就绪水平（PRL）。技术就绪水平用于度量技术研发阶段的成熟程度；制造就绪水平用于度量生产制造一项技术所需要的制造工艺成熟情况和生产系统就绪情况；项目就绪水平用于度量涉及技术应用的项目管理问题。三个维度具有递进关系：技术就绪表明该技术已经能够在实验室实现；制造就绪表明已经具备了社会化制造的条件；项目就绪表明已经较广泛地应用到实际项目中。

2.绿色建筑新技术的成熟度度量

根据技术成熟度理论，可以将技术就绪水平、制造就绪水平和项目就绪水平用于绿色建筑新技术的成熟度度量，从而了解各项新技术目前的发展及应用状况。

根据郭道劝（2010）的研究，技术就绪、制造就绪和项目就绪可细分为具体指标，如表1所示，逐项对上述各绿色建筑新技术的实现程度打钩。根据递进关系，在一个层次维度上，只有存在某个细分指标项“完全实现”，才可认为技术的成熟度达到了该维度水平。

例如建筑辐射性供热技术在“技术就绪水平”中的四项指标均表现为“完全实现”，说明该技术成熟度至少已达到技术就绪；其“制造就绪水平”中在“新的制造概念和可能解决的方案确定”和“材料可用性”两项指标上表现为“完全实现”，在“材料及工艺方法确定”项指标上表现为“部分实现”，可以认为已经达到制造就绪；而在“项目就绪水平”的四个指标中均没有表现为“完全实现”，因此认为该技术还未达到项目就绪，应处于前一阶段的制造就绪的成熟程度。

同理对所有的16项目绿色建筑新技术逐一评价，分别得到成熟度水平，包括项目就绪技术8项，制造就绪技术5项和技术就绪技术3项。各项技术按成熟度分类详见表2。

总体来看，绝大部分为项目就绪和制造就绪的阶段，可用性较高；一半以上的技术为项目就绪水平，说明其成熟度较高，或多或少已实际应用于建设项目中。但这些的新技术应用，大多以政府性、市政公共项目为主，商业项目偏少。近三分之一的技术处于制造就绪水平，表明该类技术的制造能力虽已成熟，但应用到实际建筑物的条件还不够充足，因此未能得到广泛应用，同时也说明这些技术是最具应用潜力的。技术就绪技术即成熟度偏低的新技术相对较少，但在未来可能会出现更具突破性的新技术。

四、绿色建筑新技术的成熟度与技术创新

Sood和Tellis（2005）认为，技术创新可以分为三个层面：平台创新、设计创新和部件创新。平台创新是指一种基于科学原理的新技术的出现，且该技术明显地不同于现存技术。设计创新是指在同一技术平台下，不同部件之间关系与组合的重新构造。部件创新是指在同一技术平台下，使用了新零件或新的原材料。部件创新和设计创新是增量创新，是对现有技术的改进或调整；平台创新可理解为突破性创新，它与增量创新相反，并不是在原有技术和方法上改进，而是开辟新的技术轨道，形成新的技术平台。

根据绿色建筑新技术的技术形成原理分析每项技术的创新层级。例如，新型保温材料与现有外墙保温材料相比使用了新的材料，是典型的部件创新；光伏建筑一体化是在现有技术和部件的基础上，对光伏板和建筑物进行了新的组合优化，因此属于设计创新。16项新技术的创新性与成熟度分类如图1所示，由此可以探究技术创新与成熟度之间的内在联系。

成熟度最高的8项“项目就绪技术”都属于增量创新（设计创新和部件创新）。在最具有应用潜力的5项“制造就绪技术”中，有2项为平台创新，3项为设计和部件创新。而更不成熟的“技术就绪技术”以平台创新为主。

由此可见，绿色建筑新技术的成熟度与其本身的创新性具有联系，目前成熟度最高的项目就绪技术主要是部件创新和设计创新技术，它们是在原有技术上进行改进，因此更易被接受和推广。相比之下，平台创新层的绿建新技术主要处于制造就绪水平和技术就绪水平，说明这些技术的成熟度偏低，可能的原因是平台创新技术需要打破原有技术轨道和接受全新的技术理念，推广的阻力较大，但其带来的绿色收益往往更具突破性和革新性，是未来绿色建筑技术的新方向。

五、总结

绿色建筑新技术作为新兴的战略层技术，其成熟度直接关系到绿色建筑推广的可行性，进而直接影响绿色建筑推进的进度。研究绿色建筑新技术的成熟度，可以获得对当前技术的存在性、可用性和适用性的全面认识，了解绿色建筑技术的使用情况、开发潜力和未来方向，对绿色建筑技术的实际应用和开发创新都具有一定意义。

参考文献：

[1]张玉杰，企业技术预警[J].北京市计划劳动管理干部学院学报，1999（3）：41-42.

[2]朱毅麟.开展航天技术成熟度研究[J].航天工业管理，2008（5）： 10-13.

[3]郭道劝.基于TRL的技术成熟度模型及评估研究[D].国防科学技术大学，2010.