装配式混凝土结构施工技术的发展趋势研究

2023-12-02杨帅陈臻泽王嘉乐赵明亮范军飞

工程建设与设计 2023年20期

杨帅，陈臻泽，王嘉乐，赵明亮，范军飞

（中国建筑第二工程局有限公司，北京 101101）

1 引言

随着居民对居住环境品质要求的日益提高，开发商在满足这些需求的同时，施工进度逐渐减缓，建设项目的投资周期也不断延长，这些问题成为目前建筑业发展的一个重要瓶颈。为解决这些问题，本文探讨混凝土装配式施工技术的发展趋势。通过研究，力求提高施工效率、减少资源消耗，同时满足居民对于建筑品质的要求，并且推动我国建筑业朝着更加可持续、高效和环保的方向发展。

2 装配式混凝土结构施工技术的基本原理和特点

装配式混凝土结构施工技术简称装配式施工，是通过在工厂或生产场地中预制混凝土构件，然后将其运送到施工现场，最终在现场进行组装和安装，从而构建建筑结构。其原理在于将建筑的不同组成部分分别制造，从而实现模块化施工。这意味着墙体、柱体和楼板等构件都在受控的工厂环境中制造，通过工程设备和技术精确测量和制作，以确保构件的高质量和一致性。因大部分施工工作在工厂内完成，施工现场的任务主要是组装和安装，从而缩短了项目的施工周期，降低了工程成本。

另一个特点是可以提高建筑质量。在受控环境中生产的构件通常比在施工现场制作得更精确，减少了施工中的误差和缺陷，因此，提高了建筑的质量和耐久性。另外，装配式施工还有助于减少施工现场的环境影响，能够减少噪声、粉尘和废弃物。装配式混凝土结构施工技术代表了现代建筑领域的进步，通过模块化、高效、高质和环保等特点，为建筑工程提供了更可行、可持续的解决方案。

3 装配式混凝土结构施工技术的现状

装配式混凝土结构施工技术目前在全球建筑行业中处于快速发展阶段，已经成为众多大型建筑项目的首选方法。这种技术在高层建筑、住宅、商业建筑和工业建筑等领域得到广泛应用。许多国际大都市中的地标建筑都采用了装配式混凝土结构施工技术，以加快工程进度和提高质量。且随着技术的不断进步，装配式施工已经越来越多地涵盖了不同类型的混凝土构件，包括墙体、梁、柱子以及楼板等，使该技术适用于各种建筑设计和需求，从而促进了技术的普及。此外，环境可持续性也成为当前装配式混凝土结构施工技术的重要关注点。采用可再生材料、节能设计和减少废弃物的做法，使得这种技术更加符合可持续发展的要求，减少了对自然资源的依赖。然而，装配式施工也面临一些挑战，如需要精密的工厂制造和物流安排，以及需要培训高技能工人。尽管如此，由于其在提高施工效率、质量和可持续性方面的明显优势，装配式混凝土结构施工技术预计将继续在未来取得进一步的发展和应用。

4 装配式混凝土结构施工技术的优劣式分析

采用预制混凝土拼装技术可以节约能源、缩短工时、减少劳动力、节约生产，保证工程的质量，并且具有优良的工程性能和良好的隔声性能。另外，装配式混凝土结构施工中因简化了复杂的开孔和辅助框架工序，可直接进行周边封闭而缩短工期2 个月，从而为室内装修赢得了时间，创造了条件。并且由于各部件均预先装配成孔，免去了钻孔埋件烦琐的工序，可节省了1 个多月的工期。

5 装配式混凝土结构施工技术的发展趋势

5.1 装配式混凝土结构的技术创新

5.1.1 施工工艺创新

1）模块化的设计和组件的预制。模块化设计是将建筑物分为若干个标准的模块。采用模块化的装配方式实现构件的预制、装配，从而缩短建造周期、降低了人工费用，提高建造效率。

2）自动施工装备。通过引进机械臂、自动化搅拌车、自动化浇筑机等自动化施工设备，能够实现混凝土的自动输送、浇筑和振捣，从而降低人工的作业难度，提升施工的速度和精度。

5.1.2 新材料应用

装配式混凝土结构技术的革新还涉及新材料的运用，如使用高强度、高耐久性的混凝土，采用纤维加固，以改善建筑物的抗震性能；新型保温隔音材料，可提高建筑节能和环境保护能力。

5.1.3 数字化设计与仿真

利用BIM 与计算机模拟技术，可实现混凝土组合结构的数字化设计与模拟分析，在此基础上，便于及时对工程中存在的问题进行分析，提出相应的解决方案，从而保证工程的质量与安全。

5.1.4 轻型和高强度构件设计

轻型和高强度构件设计是装配式混凝土结构施工领域的一项重要技术创新。这种设计方法注重减少构件的自重，同时提高构件的抗压和抗弯强度。通过使用先进的材料和结构设计，轻型高强度构件能够在保持结构稳定性的同时降低材料消耗和运输成本。这种创新不仅减轻了建筑的负荷，还加快了施工进度，提高了建筑的可持续性，同时也降低了项目的整体成本，使装配式混凝土结构施工更具竞争力。

5.1.5 结构健康监测和维护技术

采用结构健康监测和维护技术允许对建筑结构进行实时监测，可以及早检测和修复潜在问题，确保建筑的安全性和可靠性。通过传感器、数据分析和远程监控系统，可以监测结构的应力、变形、温度等参数，以及疲劳和损伤情况，有助于延长建筑的使用寿命，降低维护成本，并提高建筑的整体性能。

5.2 装配式混凝土结构的工艺优化

装配式混凝土结构施工的工艺优化，是对拼装施工中的作业方式与流程进行优化，从而提高施工效率、降低成本，确保施工质量。比如：（1）流程规划与优化。在施工之前，进行详细的流程规划，确定施工顺序、时间和协调措施。（2）精密化制造及规范化设计。引进自动化装备及现代流水线，实现装配式混凝土结构制造工艺的工业化及精密化，利用BIM 技术进行零件的规范化设计，保证了零件的尺寸准确性，降低了装配的误差。（3）预装配。利用预装配、集中装配的方式，将零件在厂里组装好，然后运送到工地。在工厂进行预装，调试，确保零件的质量及尺寸精度，缩短组装调试时间。（4）工具优选。选用适当的工具，如安装吊篮、履带式吊车等，可使施工安全、高效，同时，采用智能仪器、传感器等对施工过程进行监控，以便及时发现问题，及时做出修正。

5.3 装配式混凝土结构设计与定制化

5.3.1 构件形状与尺寸设计

在混凝土组合件的设计和定制中，构件的外形和尺寸的确定是一个很关键的步骤。将构件的外形与尺寸进行精细设计，既能满足工程需要，又能提高其强度与稳定性。同时，在满足建筑设计需求的同时，还能兼顾材料和工艺的适用性，促进装配式混凝土结构工业向数字化、智能化、可持续发展。

5.3.2 材料选择与优化

在装配式混凝土结构施工技术的发展中，选材将主要考虑如下方面：（1）强度与耐久性。依据混凝土组合构件的应力状态与服役环境，选取有足够强度与耐久性的材料，采用高强混凝土或加入纤维材料，以提高构件的强度和抗裂性，选用耐碱的玻璃纤维或碳纤维，以加强构件的耐久性。（2）可持续发展的考量，对建筑材料的可持续发展及对环境的影响有一定的关注，选用环境友好的再生混凝土、高性能再生骨料等，降低了对环境的影响。在使用过程中，要注意选用符合有关标准、规范的建材，以保证产品的环境质量。（3）助剂的选用。适当地使用助剂，能够改善混凝土的各项性能，增强其抗裂性、抗渗性及耐久性。例如，采用缓凝剂控制混凝土的硬化时间，使其与组装过程相匹配，加入减水剂、增稠剂提高其流动性、可施工性等。（4）对项目的环境适应能力。在工程建设中，由于其所处的施工环境、气象条件等因素的影响，其性能及服役寿命都有很大的差异。所以在选材时，应根据施工环境的特性，选用对施工环境有较强适应性的选材，如在海洋工程、严寒地区等工程中，必须选用耐盐碱腐蚀、耐低温的材料。

5.3.3 信息化设计与协同工作

1）组件化设计

（1）对建筑物的功能要求进行分析，根据功能将构件分为各个单独的构件，如墙壁、梁、柱、地板等。（2）独立地设计各部件。各构件的外形、尺寸、材质、连接形式等均应依据建筑设计要求、结构计算及施工技术确定。（3）在构件的设计过程中，注重构件的通用性与规范化。即使是在不同的工程中，相同的部件之间也可以实现重复使用，从而提高生产效率，降低成本。

2）模块化组合

（1）确定模块组装的原理与规律。为保证各部件间的相容性与稳定性，制定连接方法、尺寸规格及装配顺序等。（2）根据模块的原理，对不同的构件进行组装。采取工厂化的生产模式，在工厂中装配好各部件，然后根据设计的要求在现场装配。（3）在工程规模较大的情况下，可以将整个工程分为若干个模块，采用模块化的方法来进行建设，这样既能提高建设速度，又能保证工程的质量。

5.4 装配式混凝土结构产业化发展

5.4.1 提高施工效率

传统的混凝土都是在现场砌筑，施工过程复杂、工期长。而装配式混凝土结构由于具有预制构件的特点，可以在工厂中大批量地制造，从而极大地提高了建造效率。以下是能提升建造效率的几种方式：（1）工厂化制造。装配式混凝土结构使用预制构件，并在工厂中实现规模制造，这样能实现流水线作业，使工序规范化，从而提高生产率。该设备的工作环境相对稳定，不会受到气候变化的影响，能够实现连续、高效率的生产。（2）并联建造。在装配式混凝土结构中，多个建造过程可以在同一时间内完成。在预制件制作过程中可以进行地基建设，这不仅能节约时间，还能加速工程的进度。（3）整体设计与建造。装配式混凝土结构提倡整体设计与建造。通过将设计、制造、施工3 个环节进行整合，降低了信息传输与协作的费用，从而提高了施工的效率。

5.4.2 推动建筑行业转型升级

混凝土装配工业的发展，既能提升工程建设的效率与质量，又能促进建筑业的转型与升级。这不仅是对建筑技术、设备、管理方式等方面的革新，也是对建筑行业智能化、数字化、信息化发展的一种有力推动。同时，装配式混凝土结构工业化对建筑业产业链的优化与整合，促进建筑业供应链协调发展具有重要意义。各部门合作更加密切，综合效益和竞争能力得到了进一步提升。