全壽命周期下裝配式建筑綠色發(fā)展展望

牛恒茂

(內(nèi)蒙古建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程與測(cè)繪學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070)

建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的核心是建筑工業(yè)化，建筑工業(yè)化指用現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)方式制造房屋，其重要特征是采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修和全過程化的信息管理[1]。建筑工業(yè)化既是對(duì)傳統(tǒng)項(xiàng)目建造、生產(chǎn)方式的改革，又是向現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)方式進(jìn)行的轉(zhuǎn)變。裝配式建筑作為建筑工業(yè)化重要的組成部分，由于實(shí)現(xiàn)了資源節(jié)約與低碳減排，提升建筑品質(zhì)和效率，近年來受到國家的重視和行業(yè)的支持，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)。因此大力推廣裝配式建筑，是實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必然選擇。

發(fā)展綠色建筑是轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的重要戰(zhàn)略，綠色建筑已經(jīng)上升為國家戰(zhàn)略。尤其是《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》[2]的頒布實(shí)施，綠色建筑行業(yè)開始進(jìn)入快速發(fā)展階段，發(fā)展綠色建筑已經(jīng)成為社會(huì)共識(shí)。

裝配式建筑是一種高效的建造模式。裝配式建筑作為建筑工業(yè)化的代表，為建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和可持續(xù)發(fā)展提供了實(shí)現(xiàn)途徑。在建筑的全壽命周期內(nèi)，即包括前期決策、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造、使用維修、技術(shù)改造到最后的拆除等[3]，裝配式建筑不僅要求其建造效率高，而且要保證資源的低消耗和合理的經(jīng)濟(jì)投入，對(duì)環(huán)境的影響降到最低，這與綠色建筑發(fā)展理念完全一致，在裝配式建筑與綠色建筑在我國日益成熟的情況下，獨(dú)自的向前發(fā)展，很難再發(fā)揮更多的優(yōu)勢(shì)。綠色建筑與裝配式建筑深度融合，構(gòu)建新型的建筑模式是我國未來建筑業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。從項(xiàng)目的全壽命周期角度考慮，綠色建筑與裝配式建筑融合后的規(guī)?；l(fā)展會(huì)在資源消耗，成本等關(guān)鍵指標(biāo)上體現(xiàn)出巨大優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也能夠解決當(dāng)前建筑業(yè)環(huán)境保護(hù)、勞動(dòng)力減少等突出問題，是未來建筑業(yè)發(fā)展的主要方向。

1 裝配式建筑綠色發(fā)展展望

1.1 裝配式建筑高度集成化發(fā)展

1.1.1 建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電和裝修的高度集成。 現(xiàn)階段裝配式建筑已經(jīng)具備工業(yè)化生產(chǎn)的雛形，但是還沒有像“制造業(yè)”一樣具備工廠化大規(guī)模生產(chǎn)的狀態(tài)。2020年，已啟動(dòng)編制《裝配化裝修技術(shù)體系發(fā)展指南(居住建筑)》，明確裝配化裝修的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)和裝配化施工要求，全面指導(dǎo)各地裝配化裝修技術(shù)發(fā)展，引導(dǎo)各地加大力度開展裝配化裝修實(shí)踐。未來裝配式建筑、星級(jí)綠色建筑應(yīng)形成建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電和裝修的高度集成的發(fā)展模式，如建筑系統(tǒng)中外圍護(hù)系統(tǒng)，門窗系統(tǒng)等，機(jī)電系統(tǒng)中強(qiáng)弱電系統(tǒng)，采暖空調(diào)系統(tǒng)等，裝修系統(tǒng)中地面、墻面系統(tǒng)等。現(xiàn)在在市場(chǎng)中已經(jīng)出現(xiàn)如裝配式地面系統(tǒng)、裝配式墻面系統(tǒng)、裝配式吊頂系統(tǒng)、裝配式排水系統(tǒng)、裝配式整體衛(wèi)浴系統(tǒng)的高度集成化的裝配化裝修。另外，適應(yīng)于全壽命周期內(nèi)運(yùn)行維護(hù)考量，管線分離理念、建筑、結(jié)構(gòu)和裝修的一體化技術(shù)，菜單式全裝修下的集成化模塊化建筑裝飾裝修產(chǎn)品將普遍應(yīng)用，這樣大規(guī)模個(gè)性化的工廠化流水線生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件，其質(zhì)量、施工精度顯著提升，符合綠色建筑的發(fā)展理念。

1.1.2 裝配式建筑中可再生能源利用系統(tǒng)和設(shè)備集成。2017年發(fā)布的《建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，提出全面推動(dòng)綠色建筑發(fā)展，從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造擴(kuò)展到運(yùn)維管理，把節(jié)能和綠色發(fā)展理念延伸至建筑全領(lǐng)域、全過程以及全產(chǎn)業(yè)鏈。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部辦公廳2021年3月發(fā)布的《綠色建造技術(shù)導(dǎo)則(試行)》更是在綠色設(shè)計(jì)、綠色施工、綠色交付的具體實(shí)施層面給出了具體的要求。隨著可再生能源如太陽能、風(fēng)能等利用及儲(chǔ)備技術(shù)的成熟，對(duì)于裝配式建筑而言，由于其部品部件都是工廠化生產(chǎn)，故在建筑的外表皮可以專門設(shè)計(jì)并集成太陽能利用技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和設(shè)備，服務(wù)建筑的用能。另外，隨著建筑材料和工業(yè)化水平的提升，成本的逐步降低，光伏瓦、光伏幕墻、光伏薄膜等裝配式安裝于裝配式建筑的部品部件上，既作為建筑的基本構(gòu)件，也把光能源應(yīng)用于建筑上。裝配式建筑施工安裝的過程是可再生能源利用系統(tǒng)和設(shè)備的安裝過程，其保障了建筑運(yùn)維期間的用能，體現(xiàn)了綠色建筑的基本內(nèi)涵。

1.2 裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系創(chuàng)新發(fā)展—新體系符合綠色發(fā)展理念

隨著高性能混凝土、高強(qiáng)鋼筋的推廣及消能減震、預(yù)應(yīng)力技術(shù)在建筑中的集成應(yīng)用，國家逐步推進(jìn)裝配式科研與技術(shù)的發(fā)展，積極鼓勵(lì)技術(shù)和產(chǎn)品創(chuàng)新，加快形成適合中國國情的可復(fù)制可規(guī)模推廣的裝配式建筑技術(shù)體系，積極引導(dǎo)裝配式建筑技術(shù)體系優(yōu)化和升級(jí)。一些符合綠色發(fā)展理念的新型裝配式建筑也不斷出現(xiàn)，如三一筑工研發(fā)的SPCS體系：工廠智能化生產(chǎn)空腔墻體和疊合板構(gòu)件，現(xiàn)場(chǎng)通過搭接鋼筋連接上下的空腔墻體，通過墻體空腔與疊合板上混凝土連續(xù)澆筑保證結(jié)構(gòu)的整體性，如圖1所示，該體系解決了傳統(tǒng)裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)中套筒灌漿的施工質(zhì)量通病及耗費(fèi)的人力、物力資源，施工更加高效，質(zhì)量容易保證，而且防水性能好，實(shí)現(xiàn)了外墻保溫裝飾一體化。

圖1 SPCS體系

中建科技集團(tuán)研發(fā)的預(yù)制預(yù)應(yīng)力干式裝配框架體系(PPEFF體系)，由 “等同現(xiàn)澆”向“干式裝配”轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)綠色、高效裝配，而且生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、安裝效率高。另外，預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用也提升了PPEFF體系的抗震性能，而且具備地震后結(jié)構(gòu)自復(fù)位性能，易修復(fù)的特性，如圖2所示。浙江精工鋼構(gòu)集團(tuán)現(xiàn)已集成裝配化的住宅、醫(yī)院、公寓、學(xué)校、辦公樓功能的技術(shù)性能成套技術(shù)并已推廣應(yīng)用。

圖2 預(yù)制預(yù)應(yīng)力干式裝配框架體系(PPEFF體系)

1.3 裝配式建筑數(shù)字化設(shè)計(jì)，工業(yè)化智能化生產(chǎn)與運(yùn)輸

我國建筑業(yè)目前信息化水平應(yīng)用低，隨著新型工業(yè)化建造方式的驅(qū)動(dòng)，未來信息化將與工業(yè)化深度融合，裝配式建筑將呈現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計(jì)、工業(yè)化智能化生產(chǎn)與運(yùn)輸?shù)漠a(chǎn)業(yè)形態(tài)，數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)基于裝配式建筑系統(tǒng)性的特征，統(tǒng)籌協(xié)同建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、裝修設(shè)計(jì)，共享 BIM 技術(shù)的協(xié)同平臺(tái)。數(shù)字化設(shè)計(jì)為后續(xù)數(shù)字化生產(chǎn)技術(shù)提供數(shù)據(jù)信息，完整準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)信息及時(shí)傳遞給工廠并與加工設(shè)備對(duì)接，實(shí)現(xiàn)設(shè)備對(duì)設(shè)計(jì)信息的識(shí)別和自動(dòng)化加工，同時(shí)，利用基于 BIM 設(shè)計(jì)信息的工廠生產(chǎn)信息化管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)自動(dòng)排產(chǎn)，物料需求的信息化自動(dòng)精準(zhǔn)算量，關(guān)聯(lián)物料采購的自動(dòng)提醒及采購料量的自動(dòng)推送，構(gòu)件生產(chǎn)的優(yōu)化排布、過程質(zhì)量的信息錄入，構(gòu)件自動(dòng)查詢查找、構(gòu)件庫存和運(yùn)輸?shù)男畔⒒芾?，為后續(xù)工業(yè)化智能化運(yùn)輸提供信息數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了智能化、精確化的生產(chǎn)與運(yùn)輸。

同時(shí)，基于 BIM 技術(shù)的協(xié)同平臺(tái)，數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)使建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、綠建和裝修等專業(yè)間的數(shù)據(jù)無縫銜接。這樣建筑模型、結(jié)構(gòu)模型、機(jī)電模型組裝后自動(dòng)進(jìn)行碰撞檢查，方便建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電模型同步修改，為后續(xù)綠色高效的安裝施工奠定了基礎(chǔ)[4]。

1.4 裝配式建筑智能化安裝與施工

裝配式建筑作為綠色建筑的一種方向，其現(xiàn)場(chǎng)綠色安裝與施工是區(qū)別于傳統(tǒng)建筑重要的特征之一。未來裝配式建筑在安裝與施工方面突出體現(xiàn)智能化特征。建筑機(jī)器人，過去是為了解決行業(yè)痛點(diǎn)而誕生的，如地坪研磨機(jī)器人可以解決現(xiàn)有的作業(yè)模式研磨揚(yáng)塵大、施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣等問題；外墻噴涂機(jī)器人降低了高空作業(yè)墜落的安全隱患；室內(nèi)噴涂機(jī)器人也讓施工人員的健康問題得到了緩解，而隨著智能化、綠色施工的不斷推進(jìn)，開發(fā)不同構(gòu)件或部位的安裝與施工機(jī)器人，如砌筑機(jī)器人、鋪地機(jī)器人等已經(jīng)是發(fā)展方向，如碧桂園集團(tuán)已經(jīng)開發(fā)了砌磚抹灰、內(nèi)墻裝飾等12個(gè)建筑機(jī)器人產(chǎn)品線并應(yīng)用于實(shí)際工程中。還有如開發(fā)和研制智能化構(gòu)件吊裝設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行狀態(tài)全參數(shù)監(jiān)控與故障診斷，同時(shí)在主要部品部件吊裝、運(yùn)輸與堆放、部品部件連接等施工工藝工法上體現(xiàn)精益施工的理念。這些智能化安裝與施工在裝配式建筑上將快速發(fā)展，這降低了現(xiàn)場(chǎng)人員的使用，減少了人力所帶來的本身不可避免的誤差，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)、高效施工，體現(xiàn)了裝配式綠色施工的理念。

1.5 裝配式建筑低碳，綠色運(yùn)維

裝配式建筑全壽命周期內(nèi)綠色發(fā)展最核心的是運(yùn)維階段，運(yùn)維階段建筑外表皮和建筑屋頂將是未來清潔能源利用的主要場(chǎng)地，隨著光、儲(chǔ)、直、柔新型配電系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用，利用可再生能源產(chǎn)生的電能與傳統(tǒng)用電融合，滿足實(shí)際用電需求，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。除了能耗之外，從廣義維度來講，在結(jié)構(gòu)健康、室內(nèi)環(huán)境、太陽能光伏發(fā)電、新風(fēng)除塵凈化等系統(tǒng)都需要體現(xiàn)綠色理念，未來裝配式建筑實(shí)現(xiàn)真正的低碳、綠色運(yùn)維，需要對(duì)以上指標(biāo)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并提取數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)掌握建筑運(yùn)行情況，為建筑結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，損傷程度、壽命預(yù)測(cè)等提供有力證據(jù)，為評(píng)估建筑的能耗狀態(tài)，室內(nèi)環(huán)境情況提供數(shù)據(jù)支持，從而對(duì)建筑維修養(yǎng)護(hù)，加固改造提供指導(dǎo)，對(duì)耗能設(shè)備，新風(fēng)除塵凈化系統(tǒng)進(jìn)行智能控制。另外，未來裝配式建筑和智能家居融合也是發(fā)展方向，裝配式建筑部品部件未來在工廠化制作過程中會(huì)嵌入諸多初始化智能化模塊，智能家居依靠裝配式住宅的工業(yè)化生產(chǎn)和其嵌入的模塊實(shí)體落實(shí)。將裝配式建筑與智能家居采用全穿插施工管理、一體化現(xiàn)場(chǎng)裝潢、信息化移動(dòng)管制、人工智能化利用等技術(shù)及管理進(jìn)行統(tǒng)一集成，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑全壽命周期內(nèi)的低碳、綠色運(yùn)維。

2 結(jié)束語

在裝配式建筑產(chǎn)品的全壽命周期內(nèi)，都要貫穿綠色發(fā)展的理念，這就需要總體統(tǒng)籌，在設(shè)計(jì)理念上形成一體化，工業(yè)化到智能化的設(shè)計(jì)方式，在生產(chǎn)原材料中大量應(yīng)用綠色建材，在裝配式部品部件廠，運(yùn)輸，施工、安裝到建筑運(yùn)維階段都要把綠色的理念滲透其中。先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)，優(yōu)化的管理方式必須融入才能真正實(shí)現(xiàn)裝配式建筑在全壽命周期內(nèi)的綠色發(fā)展，如建筑BIM應(yīng)用貫穿于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工，運(yùn)維的建筑全壽命周期，同時(shí)需要改變我們現(xiàn)階段的管理模式，推行EPC模式，這樣才能推進(jìn)讓BIM一模到底，真正發(fā)揮BIM在各個(gè)階段的作用。另外符合綠色發(fā)展理念的一些創(chuàng)新思路方法也要逐步推進(jìn)，如發(fā)展裝配式建筑結(jié)構(gòu)新的體系，裝配式建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電和裝修的高度集成，裝配式建筑部品部件與可再生能源利用系統(tǒng)和設(shè)備集成等設(shè)計(jì)理念等，相信隨著技術(shù)的研發(fā)與進(jìn)步，全壽命周期下裝配式建筑綠色發(fā)展時(shí)代會(huì)很快到來。