“雙碳”目標(biāo)下裝配式建筑技術(shù)發(fā)展研究

汪 盛（上海市建設(shè)工程安全質(zhì)量監(jiān)督總站，上海 200030）

2020 年 9 月，我國提出了“雙碳”減排目標(biāo)，即二氧化碳排放力爭于 2030 年達(dá)到峰值，努力爭取 2060 年實現(xiàn)碳中和。碳減排、碳達(dá)峰和碳中和是我國的國家戰(zhàn)略，各行各業(yè)都要積極響應(yīng)。建筑行業(yè)作為碳排放大戶更是要主動尋求改變。裝配式建筑作為建筑工業(yè)化的發(fā)展路徑之一，是建筑業(yè)“雙碳目標(biāo)”的主要手段，本文僅就裝配式建筑碳達(dá)峰和碳中的技術(shù)路徑進行初步探討。

1 裝配式建筑的技術(shù)特點

1.1 裝配式建筑概述

在工廠生產(chǎn)混凝土構(gòu)件（預(yù)制梁、疊合板、預(yù)制柱等），通過交通工具運送至項目現(xiàn)場存放，將構(gòu)件采用可靠的連接方式進行安裝，此類把現(xiàn)澆建造方式的部分工作放在工廠生產(chǎn)的建筑稱作裝配式建筑[1]?，F(xiàn)澆混凝土建筑與裝配式混凝土建筑是同時代發(fā)展的，但到上世紀(jì)中葉，由于起重設(shè)備和鋼制模具的大規(guī)模應(yīng)用，裝配式建筑進入了專業(yè)化建造階段。疊合板是最容易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的構(gòu)件，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)線的普及進一步加速了裝配式建筑的發(fā)展速度。

自第一條混凝土預(yù)制梁起，裝配式混凝土建筑發(fā)展已經(jīng)超過 100 a。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)目前在西歐、北美、東亞工業(yè)及民用建筑得到廣泛應(yīng)用，發(fā)達(dá)國家的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)占全部建筑工程的比例約在 35% 左右[2]。我國的預(yù)制混凝土技術(shù)雖經(jīng)過了近 10 a 的快速發(fā)展，裝配式建筑占新開工項目的比也提高到 了 20% 左右。

1950 年我國開始裝配式混凝土建筑的應(yīng)用，到 1980年，廣泛應(yīng)用于建筑工程中。新建建筑中應(yīng)用裝配式空心樓板的比例超過 70%。但那時我國預(yù)制混凝土技術(shù)是非常不成熟的，設(shè)計與施工水平均不能滿足安全、穩(wěn)定要求。因為沒有進行抗震性能設(shè)計，許多裝配式建筑在唐山大地震中損壞嚴(yán)重，裝配式建筑在我國的發(fā)展進入低谷。20 世紀(jì) 90 年代，現(xiàn)澆混凝土建筑已經(jīng)代替了預(yù)制裝配式建筑，只有部分單層廠房依然是預(yù)制結(jié)構(gòu)。

隨著我國工業(yè)化的趨勢，節(jié)能減排的要求，裝配式混凝土趁著建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的東風(fēng)又飛速發(fā)展?，F(xiàn)階段裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都已推出，各地的標(biāo)準(zhǔn)也有條不紊的出版，基本覆蓋了裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計、生產(chǎn)、施工、驗收全產(chǎn)業(yè)鏈條。

1.2 裝配式建筑技術(shù)體系

通用結(jié)構(gòu)體系和專用結(jié)構(gòu)體系是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的兩大體系，專用結(jié)構(gòu)體系一般在通用結(jié)構(gòu)體系的基礎(chǔ)上，根據(jù)具體的建筑功能需要與性能要求演化而來。

1.2.1 通用結(jié)構(gòu)體系

目前的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)完全滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)（包括抗震規(guī)范）的要求，具有較好的安全性、適用性和耐久性?？蚣芙Y(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系和框架-現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)體系是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的三大類[3]。根據(jù)具體工程的高度、體量、抗震等級、烈度和功能要求來選擇結(jié)構(gòu)體系。

裝配式框架結(jié)構(gòu)仍然是按照等同現(xiàn)澆進行設(shè)計的，全部或部分梁、柱采用 PC 構(gòu)件。目前在上海城建集團開發(fā)的保障性住房中已廣泛應(yīng)用，預(yù)制率達(dá) 70%，成為國內(nèi)預(yù)制化率最高的高層住宅。若選用預(yù)制外掛墻板作為維護結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)幾乎可以實現(xiàn) 100% 的預(yù)制率。

全預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)、部分預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)是裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的兩種方式。全部剪力墻采用預(yù)制構(gòu)件裝配是全預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)。全預(yù)制裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)在一般叫做 FPC體系，豎向構(gòu)件（如電梯井、剪力墻等）采用預(yù)制構(gòu)件，水平構(gòu)件（如梁、板等）采用預(yù)制疊合構(gòu)件。部分預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)是部分采用預(yù)制構(gòu)件的裝配式結(jié)構(gòu)，在承重墻部分選擇適用于拆解的構(gòu)件進行預(yù)制。上述全預(yù)制和部分預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)體系中，預(yù)制剪力墻可采用整體預(yù)制墻板和預(yù)制疊合墻板。其中，預(yù)制疊合板應(yīng)在地震區(qū)優(yōu)先使用。

1.2.2 專用結(jié)構(gòu)體系

根據(jù)不同地域地震等級、建筑造型、經(jīng)濟發(fā)展、施工水平和預(yù)制率要求，研究開發(fā)的結(jié)構(gòu)體系成為專用結(jié)構(gòu)體系。專用結(jié)構(gòu)體系，能夠針對性的提高預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化程度，和整體預(yù)制率，可以幫助施工企業(yè)提高施工效率，幫助建設(shè)單位縮短工期、降低建造成本。

許多經(jīng)濟發(fā)展水平高的國家針對自身需求與發(fā)展程度開發(fā)了不同的裝配式建筑的專用結(jié)構(gòu)體系，如表 1 所示。我國裝配式混凝土單層工業(yè)廠房和住宅用多層裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系即裝配式大板建筑體系等也屬于特種結(jié)構(gòu)體系的范疇。在過去的 10 a 中，我們的專家開發(fā)了一系列新的預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)體系，如預(yù)制混凝土框架預(yù)埋垂直縫預(yù)制混凝土墻板結(jié)構(gòu)體系、鋼支撐—預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)體系等。一般來說，裝配式混凝土建筑的專用體系的適用性、經(jīng)濟性相對較高。

表1 專用結(jié)構(gòu)體系

2 “雙碳”目標(biāo)下裝配式建筑的技術(shù)發(fā)展

目前，建筑工程施工的大部分的項目仍然沿用傳統(tǒng)的現(xiàn)澆施工技術(shù)，現(xiàn)澆施工技術(shù)工序多，施工現(xiàn)場復(fù)雜，對周邊的環(huán)境影響大，施工工期長，滿足不了開發(fā)商快速周轉(zhuǎn)的需求。故在房屋建筑的策劃階段，就要合理選擇設(shè)計方案?；凇半p碳”目標(biāo)，選擇合理的裝配式建筑結(jié)構(gòu)形式，合理應(yīng)用裝配式建筑技術(shù)，是減少建筑工程項目的全壽命周期能耗的關(guān)鍵。具體來說，裝配式建筑的技術(shù)發(fā)展有以下幾個方向。

2.1 提高裝配式建筑的圍護墻結(jié)構(gòu)熱工性能

裝配式建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能是建筑節(jié)能的關(guān)鍵，需要滿足我國相關(guān)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，并按照熱工性能指標(biāo)進行節(jié)能評價。設(shè)計裝配式外圍護結(jié)構(gòu)時，需全面考慮建筑結(jié)構(gòu)采暖和制冷總負(fù)荷的影響。為提高圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能可以在外墻內(nèi)側(cè)，需額外的設(shè)置 XPS 板，XPS 板常規(guī)厚度為 21 mm。XPS 板通過射釘固定在建筑外墻板的內(nèi)側(cè)。此外，外墻的外側(cè)和這塊墻的隔層之間填充一塊棉保溫板，棉保溫板可以進一步增加建筑的保溫效果。

2.2 發(fā)展裝配式建筑在屋面與外窗節(jié)能的應(yīng)用

一般來說，裝配式建筑屋面結(jié)構(gòu)采用的形式有保溫層面板、屋面瓦面板、EPS-復(fù)合保溫面板以及防水面板。此類屋面是直接固定在建筑墻面上的，為了保護屋面保溫層，通常會將在屋面上涂一層大約 25 mm 厚的水泥砂漿。為達(dá)到節(jié)能效果，一般采用塑鋼作為外窗的框架，采用雙層中空玻璃作為面板，這種雙層玻璃能夠有效地起到保溫的作用[8]。裝配式建筑的地面在進行處理的時候通常按照自上至下的順序來進行的。建筑的地面面層的厚度為 20 mm，可以利用水泥砂漿來找平層，建筑的地面面層的厚度 ＞60 mm，應(yīng)該使用復(fù)合式的保溫面層。

2.3 構(gòu)建有效的綠色裝配式建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系

構(gòu)建綠色裝配式建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，可以強化綠色裝配式建筑技術(shù)的發(fā)展?jié)摿?，對于發(fā)展起步較為緩慢的產(chǎn)業(yè)而言，內(nèi)部完善的標(biāo)準(zhǔn)體系可優(yōu)化各項工作流程，為綠色裝配式建筑發(fā)展提供相應(yīng)的技術(shù)支持。因此，構(gòu)建完善的綠色裝配式建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，非常重要。首先，相關(guān)企業(yè)可針對市場經(jīng)濟發(fā)展動態(tài)，和行業(yè)內(nèi)部的經(jīng)濟行情，結(jié)合技術(shù)特征優(yōu)勢，努力開發(fā)涵蓋裝配設(shè)施、維護手段、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的建筑體系標(biāo)準(zhǔn)，逐步提高綠色裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)化水平，重點打造出一系列配套化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系；其次，應(yīng)進一步完善綠色裝配式建筑和部件之間的模數(shù)體系，重點研究和開發(fā)符合建筑工業(yè)化生產(chǎn)要求的綠色裝配式結(jié)構(gòu)體系，實現(xiàn)裝配式構(gòu)建產(chǎn)品成套集成，有利于推進我國綠色裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系協(xié)調(diào)統(tǒng)一發(fā)展。此外，還應(yīng)在完善自身技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的同時，利用先進的網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)平臺，時刻關(guān)注上下游各個類型企業(yè)的發(fā)展情況。并針對市場形勢變動，及時對內(nèi)部管理模式進行更新與完善，進一步提高自身管理力度。再通過建立產(chǎn)業(yè)內(nèi)部的激勵制度，以共同發(fā)展共贏互利為目標(biāo)，建立創(chuàng)新技術(shù)和工作理念的研發(fā)團隊，最大化實現(xiàn)綠色裝配式建筑資源優(yōu)化配置。

3 結(jié) 語

在當(dāng)前的“雙碳”目標(biāo)背景下，建筑業(yè)作為碳排放的主要來源之一，必須要使用新的的施工技術(shù)和施工材料來減少建筑的碳排放量。裝配式建筑施工技術(shù)是建筑業(yè)中推廣十項新技術(shù)，要充分利用裝配式建筑技術(shù)的優(yōu)勢，減少工期，降低資源消耗和環(huán)境污染。此外，還要根據(jù)目前與裝配式建筑的發(fā)展水平，提高裝配式建筑的圍護墻熱工性能、發(fā)展裝配式建筑在屋面與外窗的應(yīng)用，構(gòu)建有效的綠色裝配式建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，進一步發(fā)揮裝配式建筑技術(shù)的優(yōu)勢，促進建筑業(yè)完成碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)。