綠色建筑在裝配式建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

李良樹

隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程步伐加快，城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施和建筑設(shè)施施工呈現(xiàn)爆發(fā)性增長(zhǎng)，建筑施工帶來的粉塵污染大、能源消耗多的問題日益凸現(xiàn)。傳統(tǒng)施工方式不可避免地影響周圍環(huán)境，而綠色建筑技術(shù)應(yīng)用新型環(huán)保技術(shù)和生產(chǎn)加工工藝改變了舊時(shí)施工的模式。城市建設(shè)速度加快，高樓建筑的需求也在急速擴(kuò)張，而裝配式建筑的應(yīng)用加快了城市的建設(shè)速度。如何在裝配式建筑中應(yīng)用更多的綠色環(huán)保技術(shù)，對(duì)于城市建設(shè)發(fā)展具有深遠(yuǎn)影響。

1.裝配式建筑與綠色建筑概述

裝配式建筑是模塊化結(jié)構(gòu)構(gòu)件組裝而成，其起源于二戰(zhàn)戰(zhàn)后工業(yè)重建對(duì)于快速構(gòu)建建筑物的需求。裝配式建筑的核心是預(yù)制件的規(guī)?；a(chǎn)和系統(tǒng)化組裝?；炷令A(yù)制結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化工廠生產(chǎn)，然后在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配化拼裝。預(yù)制構(gòu)件在工廠的預(yù)制生產(chǎn)過程可以實(shí)現(xiàn)構(gòu)件質(zhì)量的監(jiān)管和優(yōu)化，對(duì)于通用結(jié)構(gòu)構(gòu)件來說可以使用模具進(jìn)行大批量生產(chǎn)，從而達(dá)到節(jié)約生產(chǎn)成本的目的。同時(shí)，預(yù)制件的工廠化生產(chǎn)可以集中處理相關(guān)污染，減少施工過程的噪聲污染和粉塵污染。裝配式建筑實(shí)行模塊化組裝，通過其獨(dú)有的組裝工藝實(shí)現(xiàn)快速搭建過程。

綠色建筑最早源于人們對(duì)房屋節(jié)能應(yīng)用的探索。1930 年，美國建筑設(shè)計(jì)師富勒利用金屬鋁材料搭建房屋外表，利用太陽能發(fā)電，該建筑實(shí)現(xiàn)了良好的通風(fēng)性和水的循環(huán)利用功能[1]。20 世紀(jì)60年代，美國建筑師伊安·麥克哈格的《設(shè)計(jì)結(jié)合自然》書籍的出版，象征著生態(tài)建筑學(xué)的正式誕生。20 世紀(jì)70 年代的石油危機(jī)加快了太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿裙?jié)能技術(shù)及其循環(huán)回收技術(shù)在房屋建設(shè)的推廣利用[2]。進(jìn)入新時(shí)期，我國也愈加重視綠色建筑的發(fā)展。“十三五”建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃，強(qiáng)調(diào)我國綠色建筑占新建建筑的比例將從之前的20%提升為40%。綠色建筑在我國實(shí)行生態(tài)優(yōu)先、綠色中國的大發(fā)展戰(zhàn)略背景下得到了迅猛發(fā)展。

2.綠色建筑理念在裝配式建筑中的應(yīng)用

裝配式建筑利用大量預(yù)制結(jié)構(gòu)構(gòu)件相比傳統(tǒng)建筑的建造方式本身就具有一定環(huán)保節(jié)能優(yōu)勢(shì)。裝配式建筑大量使用預(yù)制結(jié)構(gòu)構(gòu)件，通過對(duì)預(yù)制結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)化和裝配工藝方法的改善可以進(jìn)一步降低能耗，增加其生態(tài)綠色環(huán)保性。綠色建筑理念在裝配式建筑中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在預(yù)制結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)、材料使用、生產(chǎn)方法及組裝工藝上。

2.1 綠色建筑理念在預(yù)制結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)用

混凝土構(gòu)件（PC 構(gòu)件）是構(gòu)成裝配式建筑的基礎(chǔ)，通過使用CAD 技術(shù)、BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土構(gòu)件及其結(jié)構(gòu)的全生命周期管理。運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，使用CAD 軟件進(jìn)行模型搭建，利用基于BIM技術(shù)的軟件進(jìn)行力學(xué)分析、虛擬仿真、模擬計(jì)算操作獲得最優(yōu)解[3]。通過軟件分析，合理改善混凝土結(jié)構(gòu)，達(dá)到簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，節(jié)省材料的效果。

預(yù)制結(jié)構(gòu)構(gòu)件的大規(guī)模使用可以有效降低建筑施工能耗，所以整個(gè)裝配式建筑盡可能地使用了統(tǒng)一的預(yù)制結(jié)構(gòu)構(gòu)件，對(duì)于裝配式建筑的不同區(qū)域擁有其對(duì)應(yīng)的統(tǒng)一預(yù)制結(jié)構(gòu)構(gòu)件。例如，裝配式建筑在屋面區(qū)域的排水天溝構(gòu)件和泛水構(gòu)件，房屋樓梯區(qū)域應(yīng)用的樓梯預(yù)制結(jié)構(gòu)構(gòu)件等。同時(shí)，預(yù)制結(jié)構(gòu)構(gòu)件充分考慮到其它用途，可以為后續(xù)的建設(shè)任務(wù)減輕負(fù)擔(dān)。在裝配式建筑中，屋面區(qū)域大量的排水天溝構(gòu)件和泛水構(gòu)件被用作裝飾構(gòu)件，既實(shí)現(xiàn)了排水疏通的作用，又美化了內(nèi)部建筑，起到了裝飾作用，減低人工工作量的效果。對(duì)于強(qiáng)度、剛性要求不高的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，預(yù)制結(jié)構(gòu)構(gòu)件放棄了混凝土這種高能耗材料，選擇了大量輕型環(huán)保材料，如綠色真空玻璃[4]。對(duì)于環(huán)保要求高的裝配式建筑，混凝土大多采用環(huán)保性混凝土。這種環(huán)保性混凝土節(jié)約了水泥用量，通過引進(jìn)先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備優(yōu)化生產(chǎn)工藝，減少了水泥生產(chǎn)過程的碳含量排放。

2.2 綠色建筑理念在生產(chǎn)、組裝工藝上的應(yīng)用

運(yùn)輸大量預(yù)制結(jié)構(gòu)構(gòu)件需要花費(fèi)較多人力和物力，為了降低能耗和物流成本，生產(chǎn)預(yù)制結(jié)構(gòu)構(gòu)件的區(qū)域距離施工區(qū)域相對(duì)較近。在生產(chǎn)預(yù)制件時(shí)會(huì)考慮到混凝土余料的二次利用，通過設(shè)置臨時(shí)性透水磚材料，在臨時(shí)性設(shè)置區(qū)域可以進(jìn)行混凝土余料的處理工作。施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的臨時(shí)生產(chǎn)區(qū)域是嚴(yán)格按照建筑施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修建的。為了實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用的目的，臨時(shí)生產(chǎn)區(qū)域通常是在下一個(gè)施工區(qū)域中，可以在修建下一個(gè)施工區(qū)域時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，達(dá)到節(jié)省生產(chǎn)成本，提升資源利用率的目的。在裝配式建筑修筑過程中，為了落實(shí)綠色修筑工作和契合綠色裝配的環(huán)保理念，豎向類結(jié)構(gòu)預(yù)制件需使用鋁模工藝技術(shù)與疊合板工藝技術(shù)。此類相關(guān)技術(shù)可以減少相關(guān)工序數(shù)量，減低生產(chǎn)材料使用量和人力成本。修筑過程中模板和木方使用量的減少在很大程度上保護(hù)了森林資源，同時(shí)疊合板的工藝減少了建筑加工過程產(chǎn)生的噪聲和粉塵。對(duì)預(yù)制結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行組裝時(shí)，支持系統(tǒng)由原來的鋼管材料、扣件材料變?yōu)楣ぞ呋闹蜗到y(tǒng)，改變了以往的作業(yè)環(huán)境，有利于對(duì)建筑模塊進(jìn)行快速搭建。

2.3 綠色建筑理念在裝配式建筑設(shè)計(jì)上的體現(xiàn)

住宅需要考慮通風(fēng)、光照、溫度等多種環(huán)境因素，良好的設(shè)計(jì)需要利用環(huán)境因素實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑的能耗減排。例如，建筑周圍進(jìn)行凹凸變化設(shè)計(jì)可以起到一定的遮陽效果，從而減輕室內(nèi)受到的熱量輻射。建筑物的總體規(guī)劃影響著建筑群是否形成熱島效應(yīng)，所以在設(shè)計(jì)上通常會(huì)考慮建筑熱環(huán)境和氣流流動(dòng)的關(guān)系。通過對(duì)建筑物的科學(xué)設(shè)計(jì)和對(duì)周圍環(huán)境的綠化布局來降低熱島效應(yīng)。

3.綠色建筑理念裝配式建筑技術(shù)的深度融合

在綠色環(huán)保理念的影響下，裝配式建筑技術(shù)得到了相關(guān)延伸，形成了相關(guān)的配套綠色施工技術(shù)措施。通過制定施工技術(shù)方案，合理運(yùn)用綠色環(huán)保性的裝配式技術(shù)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)綠色建筑、環(huán)保建筑的目的。綠色施工技術(shù)措施具體有：

3.1 全鋼覆蓋集成式升降架支架

腳手架在建筑施工經(jīng)常用到，傳統(tǒng)式腳手架需要施工人員根據(jù)施工高度進(jìn)行搭建，搭建需要花費(fèi)大量的時(shí)間和構(gòu)建材料。集成式升降架主要是在施工區(qū)域拼裝組合而成，其結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)模塊化組裝和高度的自由調(diào)節(jié)。此類腳架的大規(guī)模使用，可以有效節(jié)約人力資源和減輕勞動(dòng)人員的工作強(qiáng)度。同時(shí)，此類升降架使用鋼材料，可以長(zhǎng)期使用，用于以后的施工建設(shè)，具有可持續(xù)的使用特性。

3.2 大穿插施工技術(shù)的合理利用

一個(gè)完整復(fù)雜的建筑區(qū)域還包括其配屬的園林、車庫、休閑娛樂區(qū)等設(shè)施，為了提高施工速度，這些區(qū)域的施工往往是在主體施工形成大致輪廓時(shí)進(jìn)行統(tǒng)一施工。疊加施工會(huì)帶來管理不到位，施工資源浪費(fèi)的現(xiàn)象。合理運(yùn)用大穿插施工技術(shù)，通過對(duì)建筑外圍區(qū)域?qū)嵤┐┎迨┕?，做到施工的統(tǒng)一性，有效提升施工速度，縮短施工周期時(shí)間。

3.3 鋼筋與混凝土結(jié)構(gòu)的分項(xiàng)設(shè)計(jì)

建筑施工應(yīng)該嚴(yán)格按照施工圖紙內(nèi)容進(jìn)行剪力墻鋼筋的放樣試驗(yàn)工作。使用CAD 軟件進(jìn)行合理的構(gòu)件排列，對(duì)其鋼筋的加工工作進(jìn)行優(yōu)化，給出優(yōu)化的加工方案?；炷恋臐补嗖扇》謪^(qū)澆灌，對(duì)澆灌區(qū)域的數(shù)量、排列方式、澆灌量指標(biāo)等進(jìn)行相關(guān)優(yōu)化。通過對(duì)鋼筋和混凝土的分項(xiàng)設(shè)計(jì)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、具體化管理，達(dá)到節(jié)省原材料的目的。

3.4 BIM 技術(shù)深度融合裝配式建筑中

在預(yù)制件結(jié)構(gòu)上使用了BIM 技術(shù)，生產(chǎn)制造和組裝工藝也可以對(duì)接BIM 技術(shù)，構(gòu)建計(jì)算機(jī)制造集成系統(tǒng)，形成建筑設(shè)計(jì)到落實(shí)的全生命周期管理。利用BIM 技術(shù)構(gòu)建建筑施工總體方案，通過多方研討，理論分析確定最合適的施工方案。裝配式建筑使用大量相同構(gòu)件，因此，為了生產(chǎn)和組裝效率的提高，可以將BIM 技術(shù)運(yùn)用到裝配式建筑的標(biāo)注化建設(shè)中。主要在模具設(shè)計(jì)和預(yù)制件族庫上進(jìn)行標(biāo)注化統(tǒng)一，通過BIM 的信息技術(shù)優(yōu)勢(shì)，形成企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件的生產(chǎn)管理運(yùn)行模式。預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)運(yùn)輸階段，可以通過BIM 技術(shù)對(duì)接到生產(chǎn)廠家，將分散的2D 圖紙集結(jié)在一個(gè)裝配模型中，實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)廠家的數(shù)據(jù)對(duì)接和無縫式信息交流。當(dāng)今時(shí)期，利用BIM 技術(shù)的協(xié)同處理優(yōu)勢(shì)可以實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的信息化管理，實(shí)現(xiàn)建筑施工的數(shù)據(jù)可視化。隨著工廠機(jī)械化和智能化的提高，只要將BIM 信息數(shù)據(jù)導(dǎo)入就可以快速實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，極大地幫助裝配式建筑的推廣。

4.結(jié)語

綠色建筑與裝配式建筑的深度融合是必然趨勢(shì)，為了促進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)的良性健康發(fā)展，高校和相關(guān)行業(yè)研究機(jī)構(gòu)應(yīng)該順應(yīng)時(shí)代潮流，加大對(duì)綠色建筑技術(shù)和裝配式建筑技術(shù)的科研資金投入。同時(shí)，建筑行業(yè)應(yīng)該統(tǒng)一相關(guān)環(huán)保指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，出臺(tái)相關(guān)指導(dǎo)文件，推動(dòng)綠色建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展。