微尺度液体流动与传质的数值研究——以Kelvin电池和波纹板结构填料为例 吴博浩、 裴安创、 杨继波、 毕颖、 杨凯通、 何一帆、 刘浩恒、 季玉龙

《Applied Sciences》：Numerical Investigation of Micro-Scale Liquid Flow and Mass Transfer in Kelvin Cell and Corrugated Sheet Structured Packings Bohao Wu, Anchuang Pei, Jiubo Yang, Ying Bi, Kaitong Yang, Yifan He, Haoheng Liu and Yulong Ji

　　摘要
本研究的目的是开发一种定性-定量评估方法，以确定建筑物的韧性因素。该方法论结构是全面的，通过交叉参考意大利最低环境标准（CAM）技术规范和建筑生命周期阶段（LCA）的参数，整合了不同层次的指标。该方法包括开发两个模型（CAM/LCA），并将其应用于两个案例研究进行验证：第一个案例研究（多功能建筑）采用主要是干组装的钢结构系统；第二个案例研究（实验室建筑）采用预制混凝土结构系统。研究结果表明，最具韧性的建筑物是多功能建筑，即钢结构建筑。所得结果与该领域的科学研究一致，强调了钢结构系统相较于钢筋混凝土系统的更大可持续性。所开发的模型既可用于施工前阶段，也可用于施工后阶段。在施工前阶段，通过将依赖关系分配给指标来定义设计指南，从而指导专业人员采取能够最大程度实现初始目标（最大韧性因素）的策略；而在施工后阶段，这些模型可以评估建筑物的当前韧性状态，识别任何特定的关键问题，并为运营者提供改进策略的指导。

1. 引言
持续的气候变化，最显著的表现是全球变暖，导致气象和自然灾害变得越来越极端和破坏性。De Wilde和Coley [1]以及Lacasse等人[2]的研究指出，根据地理位置的不同，气候参数（温度、降水、湿度、太阳辐射和风速）的变异性有所增加。这些情况要求重新考虑建筑设计的目标：面对未来极端事件时，建筑物应具有可持续性和韧性。韧性和可持续性是同一问题的两个方面：可持续性更侧重于风险缓解，而韧性则侧重于适应风险，因此在许多方面它们是不可分割的。韧性是指对外部变化和事件作出反应并恢复到原始状态的能力；在城市和建筑领域，韧性通常与气候变化和近期环境问题相关联，涉及可持续性和节能等主题[3]。
如今，可持续性是一个重要的目标，贯穿于不同的生产领域。特别是在欧洲，建筑业负责50%的原材料开采、36%的排放量、40%的能源消耗和21%的用水量[4]。2018年5月30日颁布的欧盟新指令2018/844取代了之前的2010/31/EU关于建筑能源性能的指令和2012/27/EU关于能源效率的指令，其目标是“发展一个可持续、有竞争力、安全和脱碳的能源系统”。新指令的出台源于推动实现新的能源效率和性能目标的需要，即到2030年将温室气体排放量至少减少55%，并到2050年发展一个可持续、有竞争力、安全和脱碳的能源系统。
近年来，出现了多种用于评估建筑物环境性能的方法论方法。其中，生命周期评估是一种系统分析产品或在其整个生命周期内（包括原材料开采、生产、建造、运营、维护、拆除、处置以及报废后的回收/再利用等各个阶段）环境性能的工具。评估建筑物生命周期的方法论参考标准是UNI EN 15978:2011，该标准定义了生命周期各阶段的评估范围。关于建筑物能源效率和可持续性的评估，有多种认证工具（如绿色建筑评级系统）。因此，本研究旨在整合以下指标层面：2030年议程的目标11-12-13、UNI EN 15978标准中提到的生命周期阶段，以及意大利CAM的技术规范，从而开发出一种用于评估建筑物韧性水平的模型。

2. 最新技术进展
近期文献表明，研究方向正从可持续建筑原则逐步转向将韧性定义为建筑物应对环境和气候相关风险的动态、多维度能力。这一演变凸显了需要评估框架，这些框架能够整合环境、技术、社会和监管维度，为本研究开发的定性-定量模型提供了理论基础。
2.1. 可持续建筑方法
关于可持续建筑的研究强调了适应性设计策略、能源效率以及使用创新材料或本地采购材料作为应对气候变化的关键措施（Saifudeen和Mani [5]；Kulsum [6]）。在更广泛的层面上，研究将社会和行为维度纳入考虑，将建成环境与健康、舒适度和用户福祉联系起来（Wu [7]；Pallubinsky等人[8]）。另一系列研究关注结构在极端事件下的韧性，探讨了在关键条件下的坚固性和安全性（Ljubomir [9]；Katunsky等人[10]；Pastori和Mazzucchelli [11]）。还有一些研究将韧性扩展到技术性能之外，将文化价值和现有建筑物的适应性再利用作为长期可持续性的策略（Blandon等人[12]）。尽管文献内容丰富，但可持续性、韧性、社会方面和技术性能往往被孤立讨论。这种局限性凸显了需要整体评估方法的需求，例如本研究中提出的CAM/LCA整合方法，该方法能够在统一框架内系统地结合环境、社会、文化和技术标准。
2.2. 可持续性评估方法
可持续性评估方法已发展到更先进、数据驱动和综合的方向。数字技术（如物联网、人工智能、区块链和大数据）正在不断提高生命周期评估（LCA）的准确性和可用性（Popowicz等人[13]）。BIM与LCA的整合进一步支持了自动化和一致的环境评估，尽管在互操作性方面仍存在挑战（Lima等人[14]；Cerchione等人[15]）。更广泛的框架（如生命周期可持续性评估LCSA）结合了环境、经济和社会维度（Bruno等人[16]），但其实际应用仍有限（Bani等人[17]）。为改善结果沟通和可用性所做的努力，包括LCSA-Wheel等可视化工具，突显了对运营决策支持系统的需求（Backes等人[18]）。虽然文献计量分析证实了LCA研究的快速增长以及对循环经济和生物基解决方案的兴趣增加（Moutik等人[19]），但仍存在一个关键 gap：基于生命周期的评估与建筑物韧性目标之间的整合不足。本研究通过将LCA和CAM指标嵌入到以韧性为导向的评估模型中，以此来解决这一 gap。
2.3. 建筑业中的循环经济
在建筑行业中应用循环经济原则被广泛认为是必要的，但在实践中仍存在不足。综述指出，减少浪费、提高效率和优化资源利用是重要驱动力，同时也面临着监管差距和高初始成本等结构性障碍（Rao等人[20]；Gasparri等人[21]）。研究强调了再利用、回收、模块化和材料可追溯性的重要性，但也指出了与质量控制和平稳性相关的问题（Krajewska和Siewczyńska [22]；Idir等人[23]）。诸如可拆卸设计、材料追溯和循环商业模式等策略被提出，以实现可逆性和长期适应性（Firoozi和Firoozi [24]；Jayakodi等人[25]；Ibe等人[26]）。数字工具（BIM、物联网、区块链、数字孪生）被认为是实现建筑生命周期循环性的关键推动因素（Keles等人[27]；Rodrigo等人[28]），但互操作性、技能和治理问题仍然存在（Otasowie等人[29]）。总体而言，缺乏共享的指标和系统评估工具限制了循环经济策略对韧性的可量化贡献——这一问题正是本研究提出的CAM/LCA框架所要解决的。
2.4. 建筑业的环境污染及相关风险
建筑业对空气污染和资源枯竭的贡献已有广泛记录。与颗粒物和挥发性有机化合物（VOCs）相关的健康风险尤其在建筑和材料生产阶段尤为突出（Wieser等人[30]）。生命周期分析指出，水泥、钢铁和铝等高能耗材料是主要排放源，同时交通运输和建筑活动也是重要因素（Wang等人[31]）。然而，排放核算在不同尺度上仍然分散，拆除、回收和报废阶段常常被低估或忽略（Zhao等人[32]）。联合国环境规划署的报告确认建筑材料约占全球总排放量的三分之一，并呼吁制定系统性的脱碳策略和国际标准（UNEP [33]）。尽管LCA被认为是一种有效的分析工具（Aparna和Baskar [34]），但其在实际设计实践中的整合程度有限，这突显了需要实用且以韧性为导向的评估模型，以实现整个建筑生命周期的评估目标。
2.5. 离场建造
离场建造（OSC）被广泛认为是提高可持续性、生产力和质量的手段，但文献中显示出概念和操作上的不一致性。关键分析指出了影响可测量性以及可持续性声明与实际实践之间一致性的弱点（Rathnasinghe等人[35]）。技术研究表明OSC在减少内在排放和提升生命周期性能方面的潜力（Di Ruocco等人[36,37]）。采用OSC的障碍包括监管、组织和文化因素（Olayiwola等人[38]；Broadhead等人[39]）。研究越来越强调流程整合、数字化和知识管理作为成功的关键因素（Manouchehri等人[40]；Jang等人[41]）。BIM、物联网、区块链和数字孪生等技术支持模块化和产品-过程整合，但与环境和韧性评估模型的联系仍然不足（Wang等人[42]；Najafzadeh和Yeganeh [43]；Cheng等人[44]；Tan等人[45]；Parracho等人[46]）。这一差距进一步凸显了CAM/LCA方法作为连接OSC战略与可测量韧性结果的结构化方法的重要性。
2.6. 建筑物对气候变化的响应：韧性和适应性
近期研究一致认为，需要通过结合技术、监管和社会方法来整合适应性和韧性。适应性设计策略包括被动解决方案和智能技术（Saifudeen和Mani [5]），以及将能源、舒适度、治理和社会韧性联系起来的整体框架（Tajuddeen和Sajjadian [47]）。欧洲层面的监管指导将这些概念转化为操作标准和指标（欧盟技术指南[48]）。韧性进一步被定义为涉及坚固性、灵活性和恢复能力的动态能力（Bouramdane [49]；Wang和Ramakrishnan [50]），而跨学科视角则强调了学习、社区参与和文化维度（Chamindi Malalgoda等人[51]）。
在这些文献中，反复出现的一些问题包括：研究成果的碎片化；缺乏共享的定量指标；材料、生命周期阶段和韧性之间的联系薄弱；以及对于设计师和决策者的实际可用性有限。这些不足直接推动了下一章中提出的基于CAM/LCA的集成韧性评估模型的发展。
表1明确了“参考文献 → 关键问题 → 研究目标 → CAM/LCA指标”之间的关系，作为方法论总结工具，清晰展示了逻辑链条：最新技术进展 → 挑战 → 目标 → 通过指标实现目标。

3. 材料和方法
2030年议程是联合国193个成员国政府在2015年9月25日至27日可持续发展峰会期间通过的文件，其中包含了17个可持续发展目标（SDGs）和169个应在2030年前实现的具体目标[52]。2030年议程的可持续发展目标旨在全面解决可持续性和韧性方面的问题，弥补全球化的负面影响，如不可再生资源的非理性利用、人口增长以及对环境和地球生物圈的负面影响。由于可持续性的三个维度（经济、环境和社会）相互关联，每个目标都不能孤立考虑，而必须基于系统方法来追求，该方法要考虑到它们之间的相互关系，并不会对其他发展领域产生负面影响。只有这三个方面的综合发展才能实现真正的可持续发展。ISO 15392:2019《建筑和土木工程中的可持续性——一般原则》确立了建筑和施工中的可持续性原则。它为该领域的所有利益相关者提供了一种共同的语言，从设计师和制造商到监管机构和消费者，可以作为沟通的基础，并用于制定评估标准。新版本的改进包括增加了关于一般原则的额外信息、这些原则如何应用于可持续性的三大支柱（经济、社会和环境）的内容，以及引入了诸如韧性等新概念。性能要求规范UNI 10838:1999通过定义对建筑对象的要求而不是建筑对象本身的特性来决定其质量。该规范基于以下几点：
- 需求：对需求和要求的解释；
- 要求：针对特定建筑组件提出的拥有某些运行特性的要求，以便满足特定需求；
- 性能：描述了给定组件或建筑组件在使用时的行为。

UNI 8289:1981和UNI 11277:2007标准确定了8个基本的需求类别，满足这些需求决定了产品的质量：安全性、用户福利与健康、可用性、外观、管理性、可集成性、环境保护和资源的合理利用。UNI 8290-1:1981标准定义了技术系统、技术单元类别和技术元素类别，以及识别技术元素的标准；UNI 8290-2:1983定义了63项要求及分析标准；最后，UNI 8290-3:1987定义了影响技术元素性能和耐久性的外部和内部因素（物理、化学、生物因素），从而完善了要求-性能框架。欧洲标准UNI EN 15978:2011[53]规定了基于生命周期评估（LCA）和其他量化环境信息的计算方法，用于评估建筑物的环境性能。该标准还提供了报告和传递评估结果的方法。该标准适用于新建和现有建筑以及翻新项目。评估方法涵盖了建筑物生命周期的所有阶段，并依赖于从环境产品声明（EPD）、其“信息模块”（prEN 15804）以及其他进行评估所需的相关信息。图1展示了UNI EN 15978:2011的建筑物生命周期评估过程。

意大利通过环境、土地和海洋保护部长的法令（2022年6月23日部长法令“新建筑、翻新和维护公共建筑的设计服务和工作的分配”[54,55]）采用了最低环境标准（CAM）。这些标准规定了采购过程各阶段的环境要求，旨在从环境角度确定最佳的设计方案、产品或服务，同时考虑市场的可获得性。在意大利，CAM的采用由公共合同法第34条（立法法令50/2016）规定，要求所有 contracting authorities 必须执行。

除了提高环境质量和符合社会标准外，应用最低环境标准还响应了公共行政机构合理化消费、尽可能减少开支的需求。CAM的定义结构和程序简化了 contracting authorities 制定和实施绿色公共采购（GPP）政策的任务。在文献中，虽然有几种工具和评估方法，但这个领域似乎存在一个空白，即缺乏能够衡量建筑物实际适应气候变化和极端事件能力的定量方法。因此，本研究旨在开发一种方法，能够在设计阶段、施工阶段和运营阶段对建筑物的韧性进行定性和定量评估。该方法包括8个阶段：
- 调查范围/宏观目标的定义：可持续性原则、2030议程；
- 微观目标的定义：目标和指标类别；
- 指标的识别：敏感的技术单元；
- 子指标的定义：研究领域和生命周期阶段；
- 权重/性能阈值的定义；
- 建筑物韧性因素的评估；
- 方法在案例研究中的应用；
- 改进策略的确定。

第一个阶段从确定推动这项工作的主要宏观目标开始：环境、社会政治和经济维度的可持续发展以及2030议程的目标（表1和表2）。表2总结了研究对可持续发展目标的影响。本研究确定的2030议程目标包括：
- 目标11 可持续城市和社区：使城市和人类居住区具有包容性、安全性、韧性和可持续性；
- 目标12 负责任的消费和生产：确保可持续的消费和生产模式；
- 目标13 气候行动：采取紧急行动应对气候变化及其影响。

随后，对每个目标的环境、社会政治和经济方面进行了分析，从而确定了可以识别指标类别的目标。因此，确定了16个指标类别，并针对每个类别重点关注敏感的技术单元、技术规格和CAM的评分标准。表2强调了研究与可持续发展目标的相关性，以及相关宏观主题与最新参考文献之间的联系。表3展示了该方法的发展模型。

3.1 指标的权重分配
指标权重的分配采用了多标准决策（MCDM）过程，通过向行业内的相关人士发放合适的问卷来进行。负责评估和分配相关参数权重的人员依据以下标准选出：
- 教职员工和学术研究人员；
- 自由职业者。

在选择学术人员时，选取了从事相关学科研究的大学教授（正教授和副教授）和研究员，这些学科包括技术建筑、环境影响评估、城市规划、环境技术物理、水资源管理、能源与环境可持续性以及项目经济评估等。在选择自由职业者时，邀请了注册在意大利人口最多省份（罗马、米兰、那不勒斯、都灵、巴勒莫、布雷西亚、巴里、卡塔尼亚、贝加莫）的专业注册机构中的土木工程师和建筑师，要求他们具备以下工作经验：
- 至少一项与建筑能源与环境可持续性协议相关的经验（建筑工程师（EAC）自由职业者）；
- 在城市和地区规划领域的经验，特别是韧性动态方面（城市设计师自由职业者）。

指标评估的标准基于欧洲标准UNI EN 15978确定的各个生命周期阶段的影响。这些属性是根据CAM中的技术规格确定的，涉及建筑群、建筑物、建筑构件和施工现场。具体来说，确定了16个与可持续设计的环境、社会政治和经济方面相关的指标类别，并为每个类别指定了敏感指标，这些指标参考了UNI 8290标准的技术方面和最低环境标准（CAM）中的定性和定量参数，总计120个指标。图2展示了所采用的多标准工作流程。

3.2 发放给相关方的问卷
问卷的目的是根据0到3的评分等级对上述指标进行评分（表4），评分等级依据特定指标对欧洲标准UNI EN 15978中确定的不同生命周期阶段以及意大利CAM法令要求的潜在影响来确定。表4显示了指标的评分等级。对指标的评分必须考虑指标与设定的阈值等级的符合程度。生产阶段的评价标准包括：
- 通过减少原始原材料的开采量、使用电动车辆从采石场运输到工厂、减少生产阶段所需的资源来最小化CO2eq排放。

施工阶段的设计注重生态效率概念，包括：
- 为多生命周期设计；
- 便于将建筑物用于后续生命周期中的再利用（即拆除后组件的再利用）；
- 技术单元或单个建筑组件的灵活性，以便在不同用途下继续使用。

运营阶段的准备包括：
- 适应气候变化；
- 对环境变化的灵活性；
- 内部功能的灵活性；
- 减少自然资源（能源和水资源）的使用；
- 减少CO2eq排放和污染物；
- 易于维护和/或更换组件。

生命周期结束阶段的的设计注重可拆卸性，包括：
- 减少拆除操作；
- 为选择性拆除操作准备建筑系统；
- 优先考虑技术单元及其组件的拆卸操作。

3.3 数据处理和指标权重确定
收集所有问卷后，通过构建两张与问卷相同的表格进行了评估，并对每个生命周期阶段和每个应用领域的所有指标得分进行了平均。基于CAM应用领域的模型（图3），计算了每个指标在各应用领域的平均得分。随后，根据CAM提出的细分方法，计算了每个指标在各生命周期阶段每个应用领域的平均得分。这样，每个指标根据应用领域有两个不同的平均得分，然后计算了每个领域的得分总和。最后一步是计算每个指标在各调查领域的权重，方法是将该指标的平均得分除以总得分，再乘以100，得到指标权重。

3.4 建筑物生命周期（BLC）阶段模型
同样地，基于建筑物的不同生命周期阶段，计算了每个指标在各应用领域的平均得分。每个指标根据生命周期的不同阶段有五个不同的平均得分。图4显示了指标在不同生命周期阶段的权重分配。最后一步也是通过将每个指标的平均得分除以总得分然后乘以100来计算每个指标的权重。

3.5 韧性因素的评估
一旦确定了每个应用领域和每个生命周期阶段的指标权重，为了将该方法应用于建筑产品，就需要引入满意度系数，这些系数需要根据具体情况乘以每个指标的权重（表7）。指标满意度系数的定义。具体来说，对于第一个模型（CAM），如果在运营前阶段分析一组建筑，满意度系数将乘以与4个调查领域（建筑群、建筑、建筑构件、施工场地）相关的4个权重的平均值；然而，如果在运营后阶段进行分析，则“施工场地”领域将从平均值计算中排除。同样地，如果分析单个建筑，唯一的区别在于在这种情况下“建筑群”领域也将被排除。通过这种方式，可以获得分配给每个指标的分数，将这些分数相加得到最终得分；最后，通过近似整个单元，可以得到韧性因子。评分范围从0到100分，高于最低阈值50分的分数被认为在韧性设计方面是令人满意的。在这个阈值以上，确定了5个韧性等级（图5）：

图5. 韧性等级

4. 案例研究
4.1. 案例研究选择标准
在选择案例研究时，我们寻找了一座采用湿式系统建造的建筑和一座采用干式系统建造的建筑。这一选择源于认识到采用干式技术的建筑在可持续性和韧性方面比采用湿式技术的建筑更优越。因此，将所创建的模型应用于这两种类型的建筑并验证它们之间的实际差异是很有意义的。
案例研究选自位于阿里亚诺伊尔皮诺（AV）市乡村地区的Biogem科研中心（图6和图7），该中心位于坎波雷阿莱地区。Biogem总面积为33,000平方米（其中8,200平方米为建筑面积）。在室外区域种植了上千棵高大的树木，还有一个拥有146年树龄的橄榄树林、一个种植了多种药用植物的植物园以及一条1,600平方米的“感官步道”。中心内设有多个研究和服务区域实验室、一个支持研究人员科学活动的动物收容所、一座多功能建筑和一座容纳相关系统的科技建筑。具体来说，本研究中选择了多功能建筑和一组研究实验室进行分析。

图6. Biogem科研中心俯视图
图7. 多功能建筑示意图

4.2. 案例研究描述
4.2.1. 多功能建筑
所研究的建筑是一座八边形结构，位于科研中心建筑围成的庭院内，分为两层并向公众开放，地下设有技术用房，用于安置所有空调系统所需的设备（图8）。
图8. 多功能建筑
建筑外立面采用玻璃幕墙。底层是一个多功能房间，附带卫生间；上一层分为一个展览室、一个称为“quadrisfera”的房间和一个预留未来发展用途的技术房间。除了在现场建造的基础结构外，所有其他垂直和水平结构、屋顶装修、饰板、假天花板等都是在工厂预制后在现场组装的，采用的是干式施工方法。建筑的基础采用的是间接基础形式，即桩基上的钢筋混凝土基础；主体结构和屋顶由金属构件组成，包括立柱、梁和椽子。
地下室采用钢筋混凝土周边墙建造，并进行了适当的防水处理，从而降低了基础支承的高度。楼层之间的垂直连接通过内部楼梯实现，同时还有两扇用于应急情况的外部楼梯以及一部内部电梯。
一楼楼板采用钢混凝土结构，使用SOLAC 55型波纹钢板，并通过八根拉杆系统与屋顶结构相连。
为了提高屋顶的隔热和防火性能，按照UNI EN 13501-2标准，在建筑上安装了厚度为100毫米、耐火等级为REI 120的保温板。这些保温板双面预先涂有防锈漆。隔热材料采用无石棉或结晶二氧化硅的生物可降解玄武岩棉，纤维方向与支撑平面垂直排列。隔音效果达到Rw = 30 dB（符合UNI EN ISO 140-3–717-1标准）。为了增强建筑对水平力的抵抗能力，安装了经过验证的有效且可靠的隔震装置，以大幅减少结构及其内部物品的加速度，使损伤集中在隔震设施上。隔震系统位于基础格栅下方，包括八个带有高阻尼铅芯的橡胶隔震器（对应于建筑周边布置的立柱），以及四个动态摩擦系数非常低的平面支撑装置，位于底层楼板中心区域附近。
对于建筑的预期用途及其位置而言，特别重要的是用于界定建筑边界的玻璃幕墙。这种设计既保证了房间的透明度和可见性，又降低了能耗并提升了舒适度。这种双层玻璃幕墙由20毫米厚的夹层玻璃组成，外部玻璃为夹层中空玻璃，内部为低辐射镀膜玻璃，固定在天花板上，并用钢制框架支撑。这种设计形成了一个真正的外部屏障，在夏季防止过度加热，在冬季防止过度制冷，提升了室内微气候的舒适度。现有玻璃显著减少了建筑内部的热量传递（冬季散热和夏季吸热），并且隔音效果达到33 dB。此外，为调节建筑光线强度和控制太阳辐射，内部设置了可调节百叶窗系统。所有接缝都涂有树脂涂层，玻璃之间的空腔采用生物气候型暖通空调系统进行调节。冬季时关闭通风百叶窗，空腔内的空气有效捕获太阳辐射并提高温度；于是室内温度不再受外部环境影响。夏季太阳辐射强烈时，打开通风口，空腔内的空气升温，激活自然通风机制。
一楼楼板采用钢混凝土结构，配以SOLAC 55型波纹钢板和附加浇筑材料，通过钢结构系统支撑。
为了提高屋顶的隔热和防火性能，根据UNI EN 13501-2标准，在建筑上安装了厚度为100毫米、耐火等级为REI 120的保温板。5肋保温板双面预先涂有防锈漆，板厚为5/10毫米。隔热材料采用无石棉或结晶二氧化硅的无机生物可降解玄武岩棉，纤维排列方向与支撑平面垂直。隔音效果达到Rw = 30 dB（符合UNI EN ISO 140-3–717-1标准）。
为了增强建筑对水平力的抵抗能力，安装了高效的隔震装置，旨在大幅减少结构及内部物品的加速度，将损伤集中在隔震设施上。隔震系统位于基础框架下方，包括八个带有高阻尼铅芯的橡胶隔震器（对应于建筑周边的立柱），以及四个低动态摩擦系数的平面支撑装置，位于底层楼板中心区域附近。
4.2.2. 实验室建筑
C形实验建筑内设研究实验室，与C形建筑底部的动物房共同构成了一个大型封闭式庭院（图9和图10）。实验建筑主体为一个简单的矩形结构（庭院一侧为走廊，另一侧为实验室），相对于穿过入口的中心轴线完全对称。走廊通向十二个约85平方米的实验室单元。走廊对面是若干约20平方米的房间，作为未来可能需要的功能的“等候空间”，有助于内部空间的整体布局。建筑两端分别设有公共服务设施：一侧为放射性物质储存区及 workshops，另一侧为两个储存放射性材料的冷库及辅助储藏区。这种模块结构在建筑两端各重复一次，两侧各有一间会议室。
图9. 实验建筑位置示意图
图10. 建筑内部视图，展示钢筋梁结构
从结构角度来看，该建筑采用全钢筋混凝土承重结构，基础为桩基，楼板采用预浇筑形式，屋顶采用预制预应力钢筋混凝土梁和倒置桁架结构，形成向庭院内倾斜的单坡屋顶。同样，等候区屋顶也采用单坡设计，楼板采用预制钢筋混凝土构件铺设。屋顶覆盖层包括一层3毫米厚的蒸汽屏障、6毫米厚的保温层和3毫米厚的护面层，最后铺设传统瓦片。外墙采用蜂窝状砌块砌筑；柱子、 foundation 和屋顶四周略有突出，形成略微凹陷的方形开口。外部立面具有规则的正方形开口，每个开口尺寸约为1.60米。框架上缘53厘米处设有间距53厘米的方形孔，所有孔都装有双层玻璃窗框。所有接缝均涂有树脂涂层，空腔内部采用生物气候型暖通空调系统调节温度。冬季时关闭通风百叶窗，空腔内的空气捕获太阳辐射并升温；此时室内温度高于外部环境。夏季太阳辐射强烈时，开启通风口，空气升温导致空气质量减轻，激活自然通风机制。
basement 的技术室配备全空气循环系统，能够调节显热和潜热负荷，满足外部气候和内部微气候需求。建筑供电由为整个科研中心服务的光伏系统提供。
建筑内部装有基于人员存在和自然光照量自动调节照明的系统。此外，所有技术系统的自动化控制实现了最大程度的管理便捷性，同时显著降低了维护成本。火灾报警系统按照UNI 9795和UNI-EN 54标准设计。发生警报时，控制系统会激活实验室和走廊内的光信号和声音警报，提醒人员注意危险，并启动应急程序，如关闭受火灾影响区域的空调系统、切断电源、远程通知救援队伍、打开二氧化碳电磁阀以及启动自动灭火系统。

4.2.2. 实验室建筑
C形实验室建筑内设研究实验室，与底部的动物房共同构成一个封闭庭院（图9和图10）。实验建筑主体为一个简单矩形结构（庭院一侧为走廊，另一侧为实验室），相对于穿过入口的中心轴线对称布局。走廊通向十二个约85平方米的实验室单元。走廊对面是几个约20平方米的房间，作为未来可能功能的“等候空间”，有助于内部空间的立体布局。建筑两端还设有专门设施：一侧为放射性物质储存区和 workshops，另一侧为两个储存室和一个冷库。每个角部都重复设置这样的模块。本研究仅分析了一个包含四个实验室单元和两个特殊模块的实验建筑群。

图9. 实验建筑位置示意图
图10. 建筑内部结构视图，展示钢筋梁
从结构上看，该建筑采用全钢筋混凝土承重结构，基础为桩基，楼板采用预浇筑形式，屋顶采用预制预应力钢筋混凝土梁和倒置桁架结构，形成向庭院内部倾斜的单坡屋顶。等候区屋顶也采用类似结构，楼板同样采用预制钢筋混凝土构件铺设。屋顶表面覆盖一层3毫米厚的蒸汽屏障、6毫米厚的保温层和3毫米厚的护面层，再铺上传统瓦片。外部填充墙采用蜂窝状砌块砌筑；柱子、基础和顶部略微突出，形成略微凹陷的方形区域。外部立面设有规则的正方形开口，每个开口尺寸约为1.60米，距离地面高度也为1.60米。框架上缘53厘米处设有间距53厘米的方形孔，所有孔都装有双层玻璃窗框。外部立面由服务模块的整体结构封闭，这些模块的较小开口（53 × 53厘米）延伸至立面顶部（图11和图12）。
图11. 实验建筑外部立面示意图
图12. 实验建筑内部结构示意图
内部立面特点在于突出的等候区结构，其中心部分设有方形开口和暴露的铜质排水管。两个突出结构之间由对称布置的矩形窗户（每个尺寸为60厘米 × 3个模块）分隔。所有室内设施均采用双层玻璃窗框。内部庭院的另一个重要元素是烟墙，这些烟墙定义了实验室的模块化布局，并将建筑物屋顶上排烟口的功能需求转化为一个建筑“主题”，这主要与实验室内部安装的化学通风柜有关。这些烟墙与内部湿墙相对应，并被粉刷成白色。每个实验室单元的内部墙壁由石膏板制成，并涂有环氧树脂；面向走廊的墙壁以及两个单元之间的分隔墙由两块带有系统通道的空腔板构成。实验室地板采用浅蓝色油毡铺设，且沿垂直墙面延伸约20厘米。通往走廊的门为聚氨酯材质并覆盖聚酯层，而内部门仅为聚酯材质。角落和头部区域的屋顶采用特殊结构，由金属构件和IPE型材组成的格子梁构成；与建筑物其他部分相同的屋顶材料也被用于这些区域。内部设计与实验室相同（油毡、块状墙体等），但放射性物质存放区域采用了特殊的硫酸钡墙材，并外包油毡。在钢制屋顶与下方房间之间，角落区域设置了可进入的中间层，用于安置设备所需的制冷设备。这些特殊房间还配备了镀锌钢制的专用门。由于建筑物采用重复模块化设计，各房间被视为独立单元，因此运行时间可以完全独立；虽然这种设计初期安装成本较高，但符合实际运营需求。

建筑物的空调系统采用全空气式，具有从排出空气中回收热量的功能。每个模块都配备了独立的空气净化单元，安装在对应房间下方的检修通道内；每个单元包括过滤装置、回风风扇、热量回收装置、热交换器、加湿器（如有需要）以及送风风扇。电力供应部分由为整个研究中心服务的光伏系统提供。火灾检测系统为交互式类型，采用环形场探测器连接电路，并符合UNI 9795和UNI-EN 54标准的要求。该系统由建筑控制单元控制，连接着烟雾探测器和手动按钮。发生警报时，控制单元会激活实验室内部及走廊上的视觉和听觉警报装置，同时启动紧急程序：停止受影响区域的空调系统、切断电力负荷、远程通知救援团队、开启二氧化碳电磁阀、激活自动灭火系统以及解锁限制进入的房间门。

4.3 将模型应用于案例研究
4.3.1 根据CAM领域应用模型（图3）
根据所选案例的技术和建造特点，将CAM模型应用于“建筑物”和“建筑构件”两个领域，分析各项指标数据并乘以相应的权重系数。通过这种方式计算出每个指标的得分，最后将所有得分相加得到研究对象的总体评分。
4.3.2 根据建筑物生命周期阶段应用模型（图4）
同样，将案例研究结果应用于与建筑物生命周期阶段相关的模型，分析各项指标数据并乘以相应的权重系数。这样可计算出每个生命周期阶段的得分，再将所有得分相加得到研究对象在每个生命周期阶段的最终评分。

5. 结果与讨论
将CAM-BLC综合模型应用于这两项案例研究后发现，两者的韧性水平存在显著差异：多功能建筑超过可接受阈值（≥50分），属于韧性等级2（得分在60至69分之间），而实验室建筑的得分明显较低，未能达到最低标准50分。这种差异初步表明了两类建筑在建造和性能方面的差异，后续通过敏感性分析进一步验证了这一点。
5.1 指标聚合的定量结果
两栋建筑的指标汇总表分别展示了按建筑系统和生命周期阶段（A1–A3、A4–A5、B1–B7、C1–C4、D）划分的指标得分情况。多功能建筑的得分平均值为61.66分，属于韧性等级2；而实验室建筑的得分平均值为38.09分，低于韧性阈值。
5.2 关键指标分析
对对最终评分贡献最大的指标进行交叉分析（图13）发现：多功能建筑在众多内在和外在指标上的得分均超过0.33分，表明其较好地贯彻了CAM-BLC模型的设计理念；而实验室建筑的得分大多低于0.33分，显示出其在CAM-BLC策略应用上的不足。多功能建筑在模块化、可拆卸性、环保材料、结构监测系统、遮阳与自然通风、预测性维护及精益建造策略等方面表现出较高的适应性。

5.3 模型敏感性分析
进行了敏感性分析，以验证模型对指标权重、满意度系数和汇总规则的可鲁棒性。这项分析在多标准决策（MCDM）模型中至关重要，有助于识别潜在的不稳定性或对个别参数的过度依赖。
5.3.1 变量参数
分析考虑了三组参数：
- 来自MCDM过程的指标权重，根据CAM领域和生命周期阶段进行区分；
- 满意度系数，这是区分两栋建筑的关键参数（1对比0–0.33）；
- 汇总规则，包括加权平均、等级阈值和基准值。
5.3.2 敏感性分析方法
实施了三种敏感性分析方法：
- 单向分析（±20%），针对主要参数；
- 场景分析，包括保守情景（权重减少）、中性情景（基础模型）和扩展情景（权重增加）；
- 联合敏感性分析，综合考虑权重和系数的变化。
5.3.3 敏感性分析的关键结果
- 最具影响力的指标表明：与建筑系统相关的模块化、可拆卸性、环保材料和可逆性指标具有最高权重（1.2–1.4），起主导作用；环境指标（如自然通风、遮阳、反射表面和维护）也表现出较高敏感性。多功能建筑在这些指标上的表现优于实验室建筑。
- 对满意度系数的测试显示：多功能建筑在多个指标上的得分远高于实验室建筑，进一步凸显了两者在设计理念上的差异。
- 对指标权重的调整（±20%）显示：多功能建筑的韧性排名基本稳定，而实验室建筑的排名略有下降。
- 在增加关键指标满意度系数（±30%）后，虽然两栋建筑的排名有所接近，但多功能建筑仍保持优势。
- 提高使用阶段的指标权重使两栋建筑的韧性排名趋于一致，但变化不大。

5.5 运营启示
- 多功能建筑具有较高的系统韧性：即便在策略大幅缩减（20–30%）的情况下仍能保持韧性等级2；
- 实验室建筑仅在特定指标上采取干预措施后才能提升韧性，效果不明显。
- 要达到50分门槛，需要同时提升多项关键指标的满意度。

6. 结论
本研究提出了一种综合的定性和定量评估框架，结合了意大利最低环境标准（CAM）、UNI EN 15978定义的建筑物生命周期阶段以及2030年可持续发展目标（SDGs 11、12和13）。该方法将模块化、可逆性、适应性等可持续性原则转化为标准化韧性评分。案例研究表明，采用模块化、可拆卸和环保技术的多功能建筑具有较高的韧性；而传统结构建筑的韧性较弱。模型显示出较高的稳定性，不易改变排名顺序。