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乐鱼体育直播:乔布斯遗作集结前沿建筑工艺Apple Park 对建筑行业发展的启示
  发表时间:2022-06-06 | 来源:乐鱼体育直播下载 作者:乐鱼体育app靠谱 

  全球科技巨头苹果公司运用了大量领先行业的建筑工艺来打造 Apple Park,一定程度上代表了未来建筑行业的发展方向。通过研究 Apple Park 的建筑工艺,可以为我国建筑行业的发展提供一定的借鉴。环保建筑方面,环形主要通过建筑自然通风的被动式节能技术和太阳能为主的可再生能源供能实现零能耗。为我们展示了一个可行的零能耗建筑建设方案。

  苹果公司新总部 Apple Park 位于美国加利福尼亚州的库珀蒂诺,总占地面积达 175 英亩,约 71 公顷。项目于 2011年正式启动,2019 年正式开园。Apple Park 造价高达 50 亿美元,约合人民币 336 亿元,是目前世界上最贵的企业总部。相比之下,谷歌和 Facebook 新总部的造价分别约合人民币 88 亿元、27 亿元。苹果公司耗时八年,采用最前沿的建筑工艺将 Apple Park 打造成集环保、科技于一身的理想化园区。

  Apple Park 以绿色空间为主,园林景观将建筑群包围在其中。为了实现“景观中的工作场所”的设计理念,Apple Park 内 80%的园区面积由绿地组成。园区内种植了超过 9000 棵树木,包括本土橡树、雪松和其他耐旱植物,并使用循环水来浇灌植物。环形主楼的中庭广场是一个约 12 公顷的公园,种植了杏、橄榄和苹果等果树,可作为餐厅食材来源。高达 80%的植被覆盖率使 Apple Park 成为了世界上“最绿色的建筑”之一。通过大面积植被包围少量建筑的做法,Apple Park 实现了自然与建筑统一的理念。

  园区内建筑群包括圆环形主楼、史蒂夫·乔布斯剧院、访客中心和研发中心等其他功能性建筑。其中,主楼是一座四层的圆环形建筑,建筑直径约 1.6 公里,占地面积约 26 公顷。主楼内划分为 9 个功能区,可同时容纳 12000 名员工。史蒂芬·乔布斯剧院高 6 米,直径 50 米。地下一层是一个可以同时容纳 1000 人的剧院,用于召开产品和新闻发布会。其他功能性建筑包括两栋独立于主建筑的研发大楼,以及健身中心和访客中心等附属建筑。在苹果公司严苛的设计标准下,这些建筑大量使用了创新的建筑工艺和新型建材,体现了行业领先的建筑水平。

  为了实现独特的建筑设计,打造 100%环保的生态园区,苹果公司大量运用了行业领先的建筑工艺和新型建筑材料来建设总部园区,对建筑行业的未来发展方向具有一定的借鉴意义。

  环保方面,主楼采用特殊的建筑结构和屋顶太阳能面板实现节能减排。独特的屋檐设计和空心楼板能够提升建筑的通风保暖性能,使大楼内一年中 9 个月的时间无需使用空调,增强节能效果。另外,主楼屋顶铺设了 17 兆瓦太阳能电池板,园区内还安装了 4 兆瓦沼气燃料电池。目前园区内已实现 100%可再生能源供能,多余电力还可以供给园区周边的其他建筑使用。该建筑是当前全球最大的零能耗建筑,并被称为世界上同等规模最环保的项目之一。

  建筑材料方面,园区内建筑广泛使用巨型曲面玻璃幕墙,并搭配碳纤维屋顶营造悬浮感。使用玻璃作为建筑外立面可以增强室内采光,减少对灯光的需求。同时,苹果公司对玻璃外观有着极高的要求,促使玻璃生产商进一步提高生产技术,推动了巨型玻璃和玻璃幕墙行业技术的发展。另一方面,由碳纤维复合材料制作出的屋顶重量较轻,所以玻璃结构才能承受其重量,营造出屋顶悬浮的视觉效果。因此,这样的建筑外观才能符合苹果公司通透、纯粹的设计理念。

  建筑工艺方面,Apple Park 所在的库珀蒂诺位于环太平洋地震带内,属于地震频发地区。园区内建筑需要采取充分的防震措施,以降低地震对建筑的影响。因此,苹果公司借鉴了日本成熟的减隔震技术,在建筑底部安装隔震装置,并结合多项防震工艺来保护建筑结构完整。通过这些防震手段,园区内建筑最高可以抵御 8 级地震。这些防震建筑为前沿减隔震技术提供了应用场景参考,对减隔震行业的技术发展方向有借鉴意义。

  下面,我们将分别介绍苹果公司在建造 Apple Park 采用的前沿建筑工艺,其中包括被动式建筑节能技术、太阳能屋顶、巨型曲面玻璃、碳纤维复合材料以及建筑减隔震技术。通过分析对比苹果公司使用的前沿绿色建筑工艺,可以为我国的相关行业发展提供一定的借鉴。

  Apple Park 内的环形主楼是目前全球最大的零能耗建筑,该项目以被动式建筑节能技术为主要手段之一实现零能耗。

  被动式建筑节能技术是以非机械电气设备干预手段实现建筑能耗降低的节能技术,具体表现为利用建筑遮阳、自然采光、自然通风、室内外绿植等自然方式来降低能耗。环型主楼采用的被动式技术包以自然通风的建筑结构为主,并搭配毛细管辐射空调系统,可以实现室内通风恒温,降低能耗。

  环型主楼采用创新的建筑结构实现自然通风,降低能耗。大楼的每一层之间都有一个突出的玻璃屋檐,屋檐内安装了可以从外部循环空气进入建筑内部的风道。苹果公司联合 F1 赛车的空气动力学家共同设计了风道内的襟翼开关装置。该装置由测量风向和风量的传感器控制,可在屋檐的下侧引导空气吸入,再将室内空气向外排出,实现室内外空气流通。环形主楼仅依靠通风设计即可实现一年中 9 个月的时间无需使用空调,极大地减少了能源消耗。根据测算,该设计每年至少可以为苹果公司节省约 207 万美元的电费。

  即使是在必须使用空调的时间里,环形主楼使用的毛细管空调系统也比传统的对流空调系统节能 40%。大楼内的天花板和地板由大约 4300 块混凝土空心板组成。这些空心板进一步增强了建筑的通风能力,并嵌入了毛细管辐射空调系统。该系统由供回水主干管构成的管网系统组成,通过辐射的方式调节室温。外部空气自屋檐风道进入后,经过辐射水管加热或冷却后达到适宜的温度,使室内温度维持在 20 至 25 摄氏度左右。相比起传统的空调系统,毛细管辐射空调达到同等采暖或制冷效果所需的供水温度产生的能耗更低,因此节能效果更好。

  暖通空调系统能耗大,节能效果显著。根据美国能源部发布的数据,暖通空调能耗约占美国家庭总能耗的 48%,占商业建筑总能耗的 40%-60%。因此,通过优化建筑结构实现自然通风,减少暖通空调的使用频率是美国零能耗建筑降低建筑基准能耗的主要手段之一。Apple Park 的环形主楼是全世界最大的自然通风建筑,该建筑仅依靠自然通风的结构就可以大幅减少空调的使用频率。同时搭配更为节能的毛细管辐射空调系统,可以进一步降低能耗,实现建筑零能耗目标。

  在我国,采暖与空调能耗占建筑运行过程中总能耗的 50%-70%,而降低建筑运行过程中的能耗是完成建筑业绿色转型的重要部分。因此,建设超低能耗、近零能耗建筑的重要性与日俱增。Apple Park 的环形主楼为我们展示了一个行之有效的大型建筑节能方案。通过借鉴环形主楼中的减少暖通空调使用从而降低建筑能耗的做法,有助于实现建筑节能、建设超低能耗建筑,助力建筑业达成“双碳”目标。

  超低能耗建筑在我国经过数十年的发展,目前已形成较系统的建筑节能技术体系,并建成一批高质量的超低能耗示范性项目。根据中国建筑科学研究院,“十三五”期间,我国超低能耗建筑专项财政激励超过 10 亿元,在建及建成超低/近零能耗建筑项目超过 1000 万平方米,带动 100 亿增量产业规模。其中,河北省高碑店市列车新城是世界上最大的超低能耗建筑示范区,园区内约 37 万平米的建筑全部按照被动式超低能耗建筑标准设计。另外,截至 2022年 3 月,累计通过中国建筑节能协会测评的近零能耗建筑项目共 178 个,较 2019 年增长了 160 个。越来越多的项目参与测评,超低、近零能耗建筑推广效果显著。

  近年来,我国陆续颁布支持超低能耗建筑建设的相关政策。截至 2022 年 1 月,已有 20 多个省市累计出台了 100 多项超低能耗建筑鼓励政策。2022 年 3 月,住建部发布《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》,明确“十四五”期间,我国将大力推进绿色建筑建设。到 2025 年,建设超低能耗、近零能耗建筑 0.5 亿平方米以上。因此,超低能耗建筑、近零能耗建筑市场有望加速发展。

  防水材料龙头东方雨虹紧跟政策步伐,近年来不断发展绿色建筑相关业务。其中,公司旗下子公司卧牛山节能在被动式超低能耗建筑领域深耕多年,目前已推出建筑节能系统整体解决方案,该方案已被应用于全国数百项大型建筑工程,广受业内认可。另外,东方雨虹还将携手卧牛山节能共同在河北徐水新建一个占地 2000 平方米的被动房研发中心,可容纳 30 名研究人员开展绿色建材、建筑节能等课题的研究。未来建筑节能技术或将加速发展,进一步落实国家“十四五”规划。

  其他建筑企业也积极响应政策号召,加速布局建筑节能相关业务。例如,国内领先的物联网产品及解决方案服务商达实智能也已推出降低建筑能耗的解决方案。公司自主研发的中央空调节能控制系统和中央空调水蓄冷系统可以降低中央空调系统运行能耗,节约建筑用电成本。目前这两款产品已落地应用,其中公司参建的信利(惠州)智能显示器工业园运用到这两款产品,可帮助该工业园每年至少节约电费 850 万元。未来随着建设超低能耗建筑的需求持续扩大,或将助力提前布局相关产业的企业实现业绩增长。

  能源供给方面,Apple Park 已完全实现清洁能源供能。除自然通风的被动式节能技术外,环型主楼还利用可再生能源实现建筑零能耗的目标。园区内能源以太阳能光伏为主、生物燃料电池为辅。其中,环型主楼安装了 17MW 光伏屋顶项目,是世界上最大的太阳能屋顶项目之一;园区内还安装了 4MW 沼气燃料电池,两者共同为园区提供了 75%的电力。同时建筑已成功并网,非峰值用电期间可以通过蓄电池和微型电网向公共电网输送电能。

  园区内另外 25%的电力来自苹果公司在加州建设的光伏电站。该电站可产出 130MW 的能源供给 Apple Park 及苹果在加州的其他场所设施使用。2021 年 4 月,苹果公司宣布将在该电站新建一个大型储能项目。该项目由 85 个锂离子巨型电池组组成,可以储存高达 240MWh 的能源,并为 7000 多个家庭供电一整天。建成后,该项目将成为美国最大的电池储能系统之一,助力苹果公司实现其环保目标。

  美国零能耗建筑发展历史悠久,太阳能光伏是实现零能耗建筑的主要途径之一。美国作为世界上最早发展零能耗建筑的国家之一,自 1982 年即建成第一座零能耗建筑。2008 年 10 月,美国国家科学技术学会就提出美国迈向零能耗的路径是通过节能技术将建筑终端用能降低 60%-70%, 用太阳能满足剩余的 30%-40%能源需求。截至 2020 年,美国境内已有约 700 个零能耗及近零能耗项目,较 2018 年增长了 42%。经过了四十年的发展,美国零能耗建筑技术体系成熟,已实现不同气候区技术体系全覆盖。未来在全球加速能源转型的背景下,太阳能光伏或将继续作为核心可再生能源之一,持续受到市场青睐。

  光伏电站供能来满足 Apple Park 内的用电需求,向我们展示了大型园区通过太阳能光伏完全实现清洁能源供能的可行性。随着我国“双碳”目标的推进,太阳能光伏作为实现节能减排的重要手段之一,已经受到大量关注。通过借鉴 Apple Park 在太阳能光伏方面的经验,可以为我们利用太阳能光伏建设零能耗建筑提供一定的参考。

  我国为实现双碳目标,已加速出台相关政策推动光伏项目的建设和发展。自“十四五”开始,我国推出了包括“整县推进”在内的一系列分布式光伏建设政策。 2022 年 3 月,住建部发文明确到 2025 年,全国新增建筑太阳能光伏装机容量 0.5 亿 KW 以上。光伏屋顶作为建筑光伏项目的主要应用场景,预计在政策的指引下,将迎来进一步增长。

  同时,随着建筑光伏项目的投资成本降低,光伏屋顶市场逐渐发展起来。在我国,2012-2020 年间户用屋顶光伏项目和工商业屋顶光伏项目安装成本均下降了 70%以上。根据我们的计算,2022-2025 年国内新增光伏屋顶151.57GW,4 年 CAGR=20.65%;其中,到 2025 年国内 BIPV 光伏屋顶新增装机量预计达到 11.90GW,5 年CAGR=75.79%。预计截止“十四五”末,国内建筑光伏 5 年内将有 6200 亿元以上的新增市场容量。

  建筑光伏市场腾飞在即,相关建筑企业加速布局光伏屋顶项目。目前市场上主流的方式是中游施工企业与上游光伏组件生产商合作,共同推出建筑光伏产品。由于光伏产品特别是晶硅类产品技术壁垒小,任何光伏组件生产企业都能推出自己的产品。因此,龙头建筑企业与光伏组件生产商合作,能为产品提供工程施工和售后服务方面的优势,形成新的竞争壁垒。

  目前市场上已有部分建筑龙头企业与光伏组件企业合作推出的 BIPV 产品。例如金属围护行业龙头森特股份与晶硅光伏组件龙头隆基绿能联合推出的“隆顶”、和钢结构龙头精工钢构与东方日升联合推出的“精昇”。这两款产品都是由晶硅类光伏组件搭配特制彩钢瓦构成,具有抗风防水效果好、屋面强度高、使用寿命长等特征,能在工商业项目上带来更好的经济效益,具体 IRR 测算方法可详见《BIPV 行业深度报告(二):建筑光伏投资收益优,建筑企业拓展 BIPV 优势明显》。未来随着 BIPV 相关产业迎来高速增长期,或将成为建筑企业新的业绩增长点。

  乔布斯认为理想中的工作环境包括广阔的视野和充足的自然光线。因此,Apple Park 中的两座标志性建筑均使用曲面玻璃作为建筑外立面。透明的玻璃幕墙不会遮挡室内员工的视野,并为室内带来充足的自然光线。其中,环型主楼的外立面由 872 块世界上最大的单体曲面玻璃组成。这些曲面玻璃最长 14 米,最高超过 3 米,其组成的玻璃幕墙达 3.1 万平方米,相当于四个标准足球场的面积。另外,史蒂夫·乔布斯剧院使用了 45 块高 6 米,宽 3 米的曲面玻璃支撑起重达 80 吨的碳纤维屋顶。该建筑造价超过 1.79 亿美元,是目前世界上最大的仅有玻璃支撑的结构。

  为了呈现最完美的效果,苹果公司要求曲面玻璃通透完整,以减少玻璃之间的接缝和间隙,弱化对视线的干扰。因此,德国玻璃制造商 sedak 专门设计了更大的玻璃制造机器,使得该生产线 块超大玻璃来满足苹果公司的需求。同时,sedak采用冷弯工艺制作出弧度完美的曲面玻璃,并获得更好的光学效果。不同于一般的热弯玻璃,冷弯玻璃的制作过程是先将两块玻璃面板单独弯曲成形,再将弯曲成形的玻璃面板胶合而成夹层玻璃。这种夹层玻璃在高温钢化过程中无需套用额外的模具也能维持弯曲的形状,还能减少玻璃的失真和反射,获得更透明的视觉效果。

  玻璃幕墙最早起源于美国。1917 年于美国旧金山建成的哈里德大厦是世界上首座玻璃幕墙建筑。发展至今,玻璃幕墙已成为美国建筑最常见的幕墙类型,市场占有率超过 55%。玻璃幕墙因其优越的采光性能、优美通透的视觉效果而广受青睐。苹果公司也同样在各种建筑项目中广泛使用玻璃幕墙。除了 Apple Park,世界各地的苹果零售店亦大面积使用玻璃作为建筑外立面。苹果公司对所使用的玻璃有着极高的要求,一定程度上推动了玻璃幕墙制作工艺进步,并为各类建筑使用玻璃幕墙设计提供了参考范例。

  尽管苹果公司的高标准推动了曲面玻璃的生产技术,但曲面玻璃的推广仍面临着成本和技术两大限制。首先,传统的热弯玻璃工艺复杂,运输不便导致成本较高。虽然新型冷弯玻璃制作成本相对较低,但冷弯过程需要进行大量复杂计算以确定玻璃的弯曲程度,耗时长,影响大规模生产。因此,曲面玻璃幕墙的需求或受限于成本和技术而无法显著增长。未来玻璃幕墙仍将以传统平面玻璃为主。

  我国城镇化率仍有提升空间,政策推动城镇化建设稳步发展。根据国家统计局发布的数据,截至 2021 年末,全国常住人口城镇化率为 64.72%,比上年末提高 0.83 个百分点。尽管我国城镇化率已处于 60%以上的较高水平,但仍低于发达国家 80%的平均水平。“十四五”规划中明确,要以辐射带动能力较强的城市为中心,发展一批同城化程度高的现代化都市圈。同时,住建部提出“城市更新”概念,意味着城市建设由大规模增量建设转为存量提质改造和增量结构并存。未来我国城镇化建设将以提高城市品质为主,城市建设仍具有较大的发展空间。

  城市建设品质逐渐提高,带动了我国建筑幕墙行业发展。根据中国建筑装饰协会,截至 2020 年末,我国建筑幕墙工程总产值达 4900 亿元,同比增长 8.9%,5 年 CAGR=7.58%。其中,在 2021 年完工的幕墙项目中,玻璃是最常见的幕墙材料,占比约 41%。未来随着城镇化建设及城市更新政策稳步推进,城市各类建筑改造提质和增量速度加快,根据预测,未来五年内幕墙行业产值将从 5200 亿元增长到 6600 亿元,市场前景广阔。

  “双碳”目标的达成作为我国“十四五”规划的重点任务之一,对幕墙行业的技术发展方向具有一定的引导作用。

  目前市面上已出现一批结合光伏发电技术的幕墙产品。这类产品具备传统幕墙的使用功能的同时又具备发电功能,能提高建筑运行过程中的减碳效率。然而,由于光伏幕墙成本高,且存量建筑改造难度大,预计短期内市场仍将集中在增量高端建筑,如高端住宅、高层写字楼、大型购物中心、和体育馆、美术馆等大型公共建筑。未来随着薄膜类光伏组件的生产技术进一步成熟,且幕墙企业加速布局建筑光伏一体化项目,光伏幕墙有望开拓出更多应用场景,发展潜力亟待激发。

  中国建筑兴业集团深耕港澳地区多年,目前已成为该地区最大的幕墙承包商。其中玻璃幕墙业务是公司的主营业务,占公司营业收入的 60%-70%之间。同时,公司与苹果公司合作密切,是苹果公司指定的内地店铺幕墙供应商,截至2021 年底,公司共负责了包括北京、上海在内的 36 个苹果店项目。目前公司已逐渐将业务重心从海外转移至内地,并通过高质量的苹果店项目和其他高端项目打开品牌知名度、扩大影响力。现阶段公司内地业务实现较快增速,2021 年内地新签合同额 20.5 亿港元,同比增长 155.9%。我们预计未来 1-2 年内,公司会陆续落地新厂、增扩产能,以大湾区、长三角为根据地进一步辐射内地市场。

  为了拓宽公司业务,助力“双碳”目标达成,公司在 2021 年宣布与薄膜电池厂商龙焱集团签署战略合作协议。双方将共同推进 BIPV 技术研发、产品开发、市场拓展、方案设计和项目建设,共同助力 BIPV 产业的规模化发展。目前首批 BIPV 幕墙产品的研发工作已经完成,并在珠海进行试点。预计随着双方合作的深入及技术提高,公司有望在光伏幕墙行业保持龙头地位。

  江河集团成立于 1999 年,主营业务包括建筑装饰和医疗健康两大板块。其中建筑装饰板块包括建筑幕墙、 室内装饰和室内设计,是公司的核心业务。经过多年发展,公司在幕墙行业累计了充足的建设施工经验,近年来在全球各地承建了数百项难度大、规模大、影响大的地标建筑,尤其是承建的 200 米以上摩天大楼超 180 项。目前,公司依托自身在幕墙行业的竞争优势,业务增长稳健。2022 年一季度,公司幕墙业务中标金额达 43.46 亿元,同比增长24.89%。另外,公司在手订单充裕,截至去年底公司在手订单达 317 亿元,能够保障后续业绩持续释放。

  同时,公司在研发应用于幕墙系统的节能环保技术领域有充足的经验。公司已自主开发了智能呼吸式幕墙材料、光电幕墙等新型节能幕墙,并成功应用于国内外多个项目。2022 年以来公司接连中标多个光伏幕墙项目,合同总造价约 6.13 亿元。2 月中标北京工体光伏建筑屋面改造项目,其中包括 6.58 万平方米的幕墙改造项目;4 月中标台泥杭州环保科技总部的 10.39 万平方米的幕墙工程项目,负责该项目的玻璃幕墙、石材幕墙及碲化镉光伏幕墙一体化施工,建成后将成为杭州市地标性建筑之一。未来公司有望凭借自身在幕墙领域的技术优势及施工经验优势,逐步开拓建筑光伏市场,打造新的业绩增长点。

  史蒂芬·乔布斯剧院的另一大特色是由碳纤维材料制成的屋顶。整个屋顶结构直径约 47 米,重达 80 吨,是目前世界上最大的碳纤维屋顶。苹果公司采用碳纤维材料来制作屋顶是为了使屋顶尽可能轻薄,并呈现出悬浮在空中的视觉效果。相比其他金属材料,碳纤维复合材料密度小,重量比铝轻 30%,比钢轻 50%。使用碳纤维结构代替钢铁结构可减重 40%-60%。因此剧院外墙的玻璃结构才能承受住屋顶的重量,并保证结构稳定坚固,呈现屋顶悬浮的效果。

  为了使屋顶更轻薄,苹果公司重新设计了屋顶的结构以减轻其重量。该圆形屋顶由 44 片长约 21 米,宽约 3 米的扇形面板围绕着一个圆形枢纽结构拼接而成。这样的拼接结构完全去除钢结构,直接以碳纤维面板作为屋顶外壳,使屋顶的重量更低,外观更轻薄。同时拼接结构便于运输及安装,这些面板由迪拜海运至苹果总部,在现场完成拼装后一次性吊装完成。

  目前碳纤维屋顶已成为苹果建筑的标志之一。除史蒂芬·乔布斯剧院外,芝加哥密歇根大道店、台北店、昆明店等苹果零售店都采用了类似的玻璃搭配碳纤维屋顶的结构。另外,于 2021 年 10 月最新开幕的伊斯坦布尔店的屋顶也采用了碳纤维材料,延续了苹果公司一贯的设计理念。尽管苹果公司提供了多样的碳纤维复合材料应用于建筑外观的设计案例,但目前该材料在全球范围的主要用途仍是风电叶片、体育休闲、航空航天等非建筑领域,2021 年需求占比分别是 27.9%、15.7%、14%。而建筑领域的需求仅占 3.6%,因此苹果公司将碳纤维复合材料应用于建筑外观的做法尚未得到大面积推广,市场尚待开发。

  碳纤维复合材料在我国建筑建材领域的需求占比较小,主要应用于建筑加固。2021 年我国建筑领域碳纤维需求总量达 2500 吨,约占总需求的 4%。碳纤维复合材料在建筑业的主要应用有建筑及桥梁结构的补强、艺术型建筑的主体结构、建筑机械、新建大跨度空间结构和管道补强。其中,应用于建筑及桥梁结构的加固补强的占比达到 80%-90%,是碳纤维复合材料在建筑业最主要的应用场景。随着“城市更新”的概念进一步深化,建筑结构加固的重性持续提升,或将带动碳纤维复合材料的需求增长。

  碳纤维复合材料在我国新建大跨度空间结构中的应用也在逐步推广。目前我国已建成三亚体育场、聊城徒骇河大桥等一批运用了碳纤维索结构的项目。其中徒骇河大桥是国内首座千吨级碳纤维斜拉索车行桥。大桥全长 388 米,采用目前国内工程应用的最大规格、最大承载力的碳纤维复合材料斜拉索,最大承载力超过 1000 吨。由于碳纤维复合材料具有出色的力学性能和化学稳定性,未来有望大幅度替代传统钢索,推动其在建筑领域的需求大增。

  Apple park 所处的库诺蒂比地区位于环太平洋地震带内,地震频发。因此苹果公司特别重视建筑的减隔震性能,并为园区内的建筑设计了一系列减隔震措施,以降低地震对建筑的影响。其中,Apple Park 的环形主楼是全美采用隔离防震设计的 175 座建筑之一,同时也是硅谷为数不多拥有隔离装置的科企大楼。

  环形主楼的减隔震设计借鉴了日本成熟的减震技术,在地基上安装了 692 个隔震装置。这些装置分为三个部分,由两层碟型装置包裹着一个钢制滑块组成。地震发生时,地基会锚定在地面上并随着地面的运动而运动,并为建筑抵消 80%的地震破坏力。因此,整个建筑可以在任何方向移动 1.5 米,同时仍能维持建筑完整及内部功能正常运作。

  环形主楼使用的“双 I 型”预应力架空楼板模块。该模块能最大限度的减少暴露在外的结构衔接件,提高建筑抗震性能。单块架空楼板宽约 4 米,最大横跨超过 13 米。双 I 型设计以天花板作为结构翼缘,与支撑上层地板的结构杆单元结合而成。这样的设计提高了楼板的强度和挠度,保证了正常荷载下楼板不会开裂;同时在 1.2g 竖向加速度的地震中,整体楼板的挠度也不会超过 20mm。

  苹果公司在借鉴日本成熟技术的同时,也为其建筑开发了特殊的抗震设计。这些先进的减隔震技术工艺使得环形主楼最高可以承受 8 级地震,为其他建筑提供了具有参考价值的抗震方案。尤其是我国部分地区同样位于地震带内,地震灾害频发。通过借鉴 Apple Park 采用的减隔震方案,可以为我们帮助提高和完善建筑减隔震技术,为建成大型减隔震建筑提供技术支持。目前,与苹果公司类似的减隔震技术已应用于示范性项目中。未来随着减隔震技术进一步成熟,预计减隔震建筑数量或将显著增长。

  我国地处欧亚板块的东南部,受环太平洋地震带和欧亚地震带的影响,是地震多发国家。我国地震基本烈度 7 度及 7 度以上地区占国土面积的 58%,约 55%的人口受到影响;6 度及 6 度以上地区占国土面积的 79%。地震灾害对我国影响巨大,全球 7 级以上地震中,发生在中国的地震约占 35%;因地震死亡人数约占全球的 50%。因此建筑减隔震设计越来越受到重视和关注。

  经过多年发展,我国建筑减隔震技术日趋成熟,目前已建成一批高质量的减隔震项目。根据住建部,截至 2019 年第三季度,全国累计减隔震建筑约 7000 个。其中,2019 年 9 月投入运营的北京大兴机场是世界上最大的单体隔震建筑。该建筑使用了 1152 个隔震装置,包括铅芯橡胶隔震支座、普通橡胶隔震支座、滑移隔震橡胶支座和粘滞阻尼器等,最高可以抵御 8 级地震。北京大兴机场的抗震设计展示了我国成熟的建筑减隔震技术,为进一步推广减隔震设计奠定了基础。

  近年来,建筑防震抗震方面的政策陆续出台,带动减隔震行业发展。2014 年 2 月,住建部发文鼓励建筑工程应用减隔震技术,同时规范减隔震建筑工程质量监管。在此之后,各地方政府积极响应住建部号召,陆续出台鼓励使用建筑减隔震产品的政策,明确应使用减隔震设计的建筑范围,一定程度上促进了减隔震产品和技术的发展。2021 年9 月 1 日起实施的《建设工程抗震管理条例》是我国建设工程抗震管理领域的首个专门行政法规,对于建筑减隔震行业的发展具有重要的指导意义。未来随着建筑抗震的标准不断确立,以及减隔震技术进一步成熟,减隔震产品需求或将持续扩大,减隔震行业有望迎来增长。

  震安科技是国内减隔震行业龙头,主要提供减隔震技术全套解决方案和全生命周期服务。公司成立于 2010 年 1 月,并于 2019 年 3 月在深交所上市。公司在减隔震行业深耕多年,目前公司研发的产品已广泛应用于学校、医院、机场等公共建筑及新建住宅和老旧建筑加固等抗震领域。公司深度参与建设的北京大兴机场成为全球减隔震行业的新标杆,极大地提高了公司的品牌知名度和影响力。另外,公司积极参与制定减隔震行业的相关标准,累计已编在编的减隔震技术标准 37 部,其中国家标准 2 部、行业标准 5 部、协会标准 7 部、地方标准 21 部、企业标准 2 部。

  公司产品主要分为隔震产品及减震产品两大类。其中,隔震产品包括建筑隔震橡胶支座、弹性滑板支座等;减震产品包括粘滞阻尼器、屈曲约束耗能支撑、金属屈服阻尼器等消能阻尼器产品。目前公司已形成隔震产品为主,减震产品快速增长的发展格局。2021 年,公司隔震产品实现营收 4.83 亿元,同比增加 7.57%,占比 72.06%;减震产品实现营收 1.76 亿元,同比增长 34,76%,占比 26.32%。随着《建设工程抗震管理条例》的进一步落实,公司减隔震业务营收有望持续增长,未来成长前景值得期待。

  时代新材成立于 1994 年,并于 2002 年 12 月在上交所上市。公司以高分子材料的研究及工程化推广应用为核心,产品在轨道交通、风电、汽车、高性能高分子材料等多个产业领域实现大规模工程化应用。公司是轨交减振行业龙头,轨道交通板块业务强劲。公司轨道交通产业主要从事轨道车辆减振、线路减振、桥梁减震隔震、车体新型材料产品的研发、制造和销售。目前已实现全球化布局,产品销往北美、欧洲、东南亚、非洲等多个国家和地区,获得广泛认可。

  工业与工程领域方面,公司已推出成熟的减隔震产品和技术,包括全系列的桥梁隧道减隔振产品和天然橡胶支座、铅芯橡胶支座、滑板支座等建筑减隔震产品。目前公司生产的减隔震产品已投入实际运用。其中,桥梁支座产品成功应用于港珠澳大桥和中卫黄河公路大桥;建筑减隔震产品应用于山东潍坊天源新都公寓楼、北京平西府地铁上盖住宅楼、宁夏中房玺云台小区等。同时,公司紧跟政策脚步,积极布局建筑减隔震领域。2022 年 3 月,公司宣布将建筑减隔震业务划拨至新成立的工业与工程事业部,有利于集中公司资源发展该项业务,助力公司业绩增长。

  苹果公司耗时八年打造的总部园区 Apple Park,一定程度上代表了当前市场上最前沿的技术,对建筑建材市场的未来发展方向具有一定的指导意义:

  1)环保建筑方面,Apple Park 的环形主楼是全世界最大的零能耗建筑,并代表了美国零能耗建筑的最高水平。环形主楼通过自然通风的被动式节能技术和可再生能源实现零能耗。该项目的建成展示了一个可行的大型零能耗建筑建设方案,其中运用到的被动式节能技术及光伏项目已成为零能耗建筑建设的主要手段。尤其是光伏建筑一体化项目目前已成为建筑行业的热点,越来越多的建筑企业积极布局光伏建筑一体化产业。据测算,国内建筑光伏 5 年内将有 6200 亿元以上的新增市场容量,市场发展值得期待。另外,在我国“十四五”规划中,建设超低能耗、近零能耗和零能耗建筑的重要程度凸显。未来在政策的指引下,绿色建筑市场增长可期。

  2)建筑幕墙方面,Apple Park 中的两座标志性建筑均使用曲面玻璃作为建筑外立面。苹果公司对玻璃有着极高要求,这些要求推动了玻璃制作工艺进步,为玻璃幕墙设计应用于各类建筑提供了参考范例。目前我国城镇化建设空间尚存,未来将以提升城市品质为主。因此,玻璃作为最常见的幕墙产品,需求稳定。值得注意的是,在“双碳”目标的大环境下,出现了玻璃幕墙结合光伏技术的趋势。未来随着薄膜类光伏组件的生产技术进一步成熟,光伏幕墙或将成为幕墙行业新的增长动力。

  3)新型建材方面,碳纤维复合材料因其密度小、重量轻的特性,搭配玻璃幕墙更能呈现出悬浮效果而受到苹果公司青睐。目前我国建筑行业主要使用碳纤维材料进行建筑加固,而苹果公司设计的碳纤维屋顶示范了该材料如何应用于建筑加固之外的其他建筑领域。另外,国也在积极探索碳纤维复合材料在建筑领域的应用场景。例如在新建大跨度空间结构中推广使用碳纤维索替代钢索。随着各项应用场景进一步开发,或将推动碳纤维复合材料在建筑领域的需求。

  4)建筑减隔震方面,环形主楼采用了底层隔震装置和预应力架空楼板来满足建筑抗震需求。该建筑是全美 175 座隔震建筑之一,最高可抗 8 级地震。我国同样作为地震多发国家,建筑减隔震技术经过多年发展,目前已建成一批高质量的抗震建筑。其中北京大兴机场是世界上最大的单体隔震建筑,展现了我国成熟的建筑减隔震技术。随着建筑减隔震要求被写进行政法规中,未来建筑减隔震行业有望迎来强势增长。

  尽管 Apple Park 采用最前沿的的建筑工艺建造而成,但在成本、环保和安全性方面仍存在一定缺陷。

  首先,Apple Park 的建造成本过高,造价高达 50 亿美元。仅环形主楼内部装修就花费近 10 亿美元,并且考虑到园区内的树林和池塘,后续维护成本或将更高。环保方面,虽然园区内十分重视环保,但园区远离公共交通系统,员工需驾车前往工作地点,由此产生的碳排放量或将对周边环境造成一定影响。另外,园区内建筑广泛使用透明的玻璃幕墙增加了安全隐患。由于玻璃透明和无缝的设计,员工极易撞上玻璃幕墙,造成人身安全事故。2018 年 1 月初,三天内就报告了三起员工撞墙事故。尽管苹果公司已在玻璃上张贴提醒标识,但过于透明的玻璃幕墙所带来的安全隐患值得在建筑设计过程中引起重视。

  “双碳”背景下,绿色建筑相关产业或受政策推动迎来大幅增长。尤其是本文中提到的超低能耗建筑和建筑光伏一体化行业,作为“十四五”规划中多次提及的重点任务,有望迎来强势增长。未来随着相关技术的进步和政策进一步落地,被动式建筑、光伏屋顶、光伏幕墙等项目或将持续受到激励,成为领涨相关行业的强势助力。另外,《建筑工程管理条例》的实施对一大批建筑工程进行了详细的抗震要求,或将推动建筑减隔震行业的进一步发展。

  结合以上结论,我们建议重点关注绿建相关的建筑施工企业和建筑减隔震产品制造企业。具体来说,光伏屋顶推荐森特股份、精工钢构;光伏幕墙推荐江河集团、中国建筑兴业;建筑节能关注启迪设计;建筑减隔震关注震安科技(建材覆盖)、时代新材(建材覆盖)。综上,维持行业“推荐”评级。

  1、政策支持力度不及预期:“十四五“阶段,绿色建筑是达成“双碳”目标的重要手段之一,若后续政策对于绿色建筑、光伏等产业的支持力度不及预期,则行业发展或将受到影响。

  2、技术推广不及预期:本文分析中提到的苹果公司采用的各项建筑技术(如被动式节能技术、曲面玻璃制作工艺等)并未考虑影响技术在我国实际落地的因素,可能技术推广不及预期,从而影响相关行业的发展。

  3、行业标准建立不及预期:当前超低能耗建筑、建筑光伏行业、碳纤维建筑材料、建筑减隔震产品等行业标准仍在逐步制定和完善中,若未来相关标准建立无法跟上行业发展,导致项目无法大规模推广,市场拓展进度将低于预期。

  4、行业影响因素考虑不充分:本文分析中未考虑其他因素的影响,如原材料价格、上游行业景气度等。特别是部分技术前期研发及投入成本较高,可能对测算产生偏差。从而影响相关行业的投资成本及业务推广情况,或将高估行业发展程度。

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