绿色建筑在装配式建筑结构中的应用

2021-11-26李良树

中国建筑金属结构 2021年3期

李良树

随着我国城镇化进程步伐加快，城镇基础设施和建筑设施施工呈现爆发性增长，建筑施工带来的粉尘污染大、能源消耗多的问题日益凸现。传统施工方式不可避免地影响周围环境，而绿色建筑技术应用新型环保技术和生产加工工艺改变了旧时施工的模式。城市建设速度加快，高楼建筑的需求也在急速扩张，而装配式建筑的应用加快了城市的建设速度。如何在装配式建筑中应用更多的绿色环保技术，对于城市建设发展具有深远影响。

1.装配式建筑与绿色建筑概述

装配式建筑是模块化结构构件组装而成，其起源于二战战后工业重建对于快速构建建筑物的需求。装配式建筑的核心是预制件的规模化生产和系统化组装。混凝土预制结构构件可以实现规模化工厂生产，然后在施工现场进行装配化拼装。预制构件在工厂的预制生产过程可以实现构件质量的监管和优化，对于通用结构构件来说可以使用模具进行大批量生产，从而达到节约生产成本的目的。同时，预制件的工厂化生产可以集中处理相关污染，减少施工过程的噪声污染和粉尘污染。装配式建筑实行模块化组装，通过其独有的组装工艺实现快速搭建过程。

绿色建筑最早源于人们对房屋节能应用的探索。1930 年，美国建筑设计师富勒利用金属铝材料搭建房屋外表，利用太阳能发电，该建筑实现了良好的通风性和水的循环利用功能[1]。20 世纪60年代，美国建筑师伊安·麦克哈格的《设计结合自然》书籍的出版，象征着生态建筑学的正式诞生。20 世纪70 年代的石油危机加快了太阳能、风能、地热能等节能技术及其循环回收技术在房屋建设的推广利用[2]。进入新时期，我国也愈加重视绿色建筑的发展。“十三五”建筑业发展规划，强调我国绿色建筑占新建建筑的比例将从之前的20%提升为40%。绿色建筑在我国实行生态优先、绿色中国的大发展战略背景下得到了迅猛发展。

2.绿色建筑理念在装配式建筑中的应用

装配式建筑利用大量预制结构构件相比传统建筑的建造方式本身就具有一定环保节能优势。装配式建筑大量使用预制结构构件，通过对预制结构构件的优化和装配工艺方法的改善可以进一步降低能耗，增加其生态绿色环保性。绿色建筑理念在装配式建筑中的应用主要体现在预制结构构件的优化设计、材料使用、生产方法及组装工艺上。

2.1 绿色建筑理念在预制结构构件的应用

混凝土构件（PC 构件）是构成装配式建筑的基础，通过使用CAD 技术、BIM 技术实现对混凝土构件及其结构的全生命周期管理。运用计算机技术，使用CAD 软件进行模型搭建，利用基于BIM技术的软件进行力学分析、虚拟仿真、模拟计算操作获得最优解[3]。通过软件分析，合理改善混凝土结构，达到简化结构，节省材料的效果。

预制结构构件的大规模使用可以有效降低建筑施工能耗，所以整个装配式建筑尽可能地使用了统一的预制结构构件，对于装配式建筑的不同区域拥有其对应的统一预制结构构件。例如，装配式建筑在屋面区域的排水天沟构件和泛水构件，房屋楼梯区域应用的楼梯预制结构构件等。同时，预制结构构件充分考虑到其它用途，可以为后续的建设任务减轻负担。在装配式建筑中，屋面区域大量的排水天沟构件和泛水构件被用作装饰构件，既实现了排水疏通的作用，又美化了内部建筑，起到了装饰作用，减低人工工作量的效果。对于强度、刚性要求不高的结构构件，预制结构构件放弃了混凝土这种高能耗材料，选择了大量轻型环保材料，如绿色真空玻璃[4]。对于环保要求高的装配式建筑，混凝土大多采用环保性混凝土。这种环保性混凝土节约了水泥用量，通过引进先进生产设备优化生产工艺，减少了水泥生产过程的碳含量排放。

2.2 绿色建筑理念在生产、组装工艺上的应用

运输大量预制结构构件需要花费较多人力和物力，为了降低能耗和物流成本，生产预制结构构件的区域距离施工区域相对较近。在生产预制件时会考虑到混凝土余料的二次利用，通过设置临时性透水砖材料，在临时性设置区域可以进行混凝土余料的处理工作。施工现场设置的临时生产区域是严格按照建筑施工标准进行修建的。为了实现循环利用的目的，临时生产区域通常是在下一个施工区域中，可以在修建下一个施工区域时进行转化，达到节省生产成本，提升资源利用率的目的。在装配式建筑修筑过程中，为了落实绿色修筑工作和契合绿色装配的环保理念，竖向类结构预制件需使用铝模工艺技术与叠合板工艺技术。此类相关技术可以减少相关工序数量，减低生产材料使用量和人力成本。修筑过程中模板和木方使用量的减少在很大程度上保护了森林资源，同时叠合板的工艺减少了建筑加工过程产生的噪声和粉尘。对预制结构构件进行组装时，支持系统由原来的钢管材料、扣件材料变为工具化的支撑系统，改变了以往的作业环境，有利于对建筑模块进行快速搭建。

2.3 绿色建筑理念在装配式建筑设计上的体现

住宅需要考虑通风、光照、温度等多种环境因素，良好的设计需要利用环境因素实现对建筑的能耗减排。例如，建筑周围进行凹凸变化设计可以起到一定的遮阳效果，从而减轻室内受到的热量辐射。建筑物的总体规划影响着建筑群是否形成热岛效应，所以在设计上通常会考虑建筑热环境和气流流动的关系。通过对建筑物的科学设计和对周围环境的绿化布局来降低热岛效应。

3.绿色建筑理念装配式建筑技术的深度融合

在绿色环保理念的影响下，装配式建筑技术得到了相关延伸，形成了相关的配套绿色施工技术措施。通过制定施工技术方案，合理运用绿色环保性的装配式技术，进一步实现绿色建筑、环保建筑的目的。绿色施工技术措施具体有：

3.1 全钢覆盖集成式升降架支架

脚手架在建筑施工经常用到，传统式脚手架需要施工人员根据施工高度进行搭建，搭建需要花费大量的时间和构建材料。集成式升降架主要是在施工区域拼装组合而成，其结构可以实现模块化组装和高度的自由调节。此类脚架的大规模使用，可以有效节约人力资源和减轻劳动人员的工作强度。同时，此类升降架使用钢材料，可以长期使用，用于以后的施工建设，具有可持续的使用特性。

3.2 大穿插施工技术的合理利用

一个完整复杂的建筑区域还包括其配属的园林、车库、休闲娱乐区等设施，为了提高施工速度，这些区域的施工往往是在主体施工形成大致轮廓时进行统一施工。叠加施工会带来管理不到位，施工资源浪费的现象。合理运用大穿插施工技术，通过对建筑外围区域实施穿插施工，做到施工的统一性，有效提升施工速度，缩短施工周期时间。

3.3 钢筋与混凝土结构的分项设计

建筑施工应该严格按照施工图纸内容进行剪力墙钢筋的放样试验工作。使用CAD 软件进行合理的构件排列，对其钢筋的加工工作进行优化，给出优化的加工方案。混凝土的浇灌采取分区浇灌，对浇灌区域的数量、排列方式、浇灌量指标等进行相关优化。通过对钢筋和混凝土的分项设计优化，实现精细化、具体化管理，达到节省原材料的目的。

3.4 BIM 技术深度融合装配式建筑中

在预制件结构上使用了BIM 技术，生产制造和组装工艺也可以对接BIM 技术，构建计算机制造集成系统，形成建筑设计到落实的全生命周期管理。利用BIM 技术构建建筑施工总体方案，通过多方研讨，理论分析确定最合适的施工方案。装配式建筑使用大量相同构件，因此，为了生产和组装效率的提高，可以将BIM 技术运用到装配式建筑的标注化建设中。主要在模具设计和预制件族库上进行标注化统一，通过BIM 的信息技术优势，形成企业标准件的生产管理运行模式。预制构件的生产运输阶段，可以通过BIM 技术对接到生产厂家，将分散的2D 图纸集结在一个装配模型中，实现与生产厂家的数据对接和无缝式信息交流。当今时期，利用BIM 技术的协同处理优势可以实现构件的信息化管理，实现建筑施工的数据可视化。随着工厂机械化和智能化的提高，只要将BIM 信息数据导入就可以快速实现自动化生产，极大地帮助装配式建筑的推广。