既有建筑改造綠色施工與管理分析

唐勝中，陳江峰，朱立江

（中國建筑第二工程局有限公司，北京 100160）

1 引言

20 世紀(jì)90 年代后期，綠色施工模式正式傳入我國，在我國歷經(jīng)了3 個(gè)發(fā)展階段，即理論研究階段、深化研究階段以及快速發(fā)展階段。綠色施工在我國發(fā)展至今，已經(jīng)取得了極大的成就。本文將基于原有綠色施工模式的基礎(chǔ)上充分融入BIM技術(shù)，以此最大限度地提升綠色施工的質(zhì)量。

2 案例概況

某公共辦公樓始建于20 世紀(jì)90 年代末期，總體建筑面積約為4 000 m2，辦公樓主體框架為5 層，總建筑高度約為18 m，屬于典型的建筑高度不超過24 m 的普通公共建筑，建筑1 層為辦公樓的門廳以及會(huì)議室，2 層為辦公區(qū)以及會(huì)客室，3 層為中層領(lǐng)導(dǎo)辦公室以及會(huì)客室，4 層以及5 層為辦公區(qū)域。該辦公樓改建項(xiàng)目主要是將原始建筑改建成為公寓。

原始辦公樓使用散熱器進(jìn)行采暖，散熱器的供水溫度為70～95 ℃，由校園內(nèi)部的鍋爐房進(jìn)行供暖。夏季散熱方式為使用空調(diào)，建筑內(nèi)部的消防系統(tǒng)沒有自動(dòng)滅火功能，全部采用消防栓滅火設(shè)備，照明系統(tǒng)為熒光照明。

3 改造施工難點(diǎn)分析

1）在實(shí)際改造施工中，施工人員需要對公共辦公樓1 層的樓梯進(jìn)行改造更新，樓梯一共有兩個(gè)休息平臺(tái)，施工時(shí)，需要對其進(jìn)行一次性澆筑完成，樓梯的部分位置會(huì)隨著高度呈現(xiàn)出螺旋上升的變化趨勢，在施工中無法對其平面以及剖面進(jìn)行水平坐標(biāo)的展示，進(jìn)而導(dǎo)致當(dāng)前施工現(xiàn)場出現(xiàn)了識(shí)圖難題，同時(shí)施工作業(yè)空間也相對不足，對其搭建支撐設(shè)施的難度也相對較大，使用常規(guī)的模擬軟件來對支撐方案進(jìn)行模擬的難度相對較大。

2）原始建筑的外圍結(jié)構(gòu)由于建設(shè)時(shí)間過于久遠(yuǎn)，整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)松動(dòng)，并且導(dǎo)致辦公樓的整體保溫性能下降，同時(shí)在辦公樓的南向還有弧形幕墻，其設(shè)計(jì)復(fù)雜，工程構(gòu)件多，導(dǎo)致施工人員在實(shí)際施工過程中會(huì)存在諸多的交叉作業(yè)情況。

4 基于BI M技術(shù)的綠色施工與管理

4.1 基于BI M技術(shù)的綠色施工技術(shù)分析

4.1.1 樓梯改造分析

樓梯改造工程位于當(dāng)前公共辦公樓的1 層，樓梯所使用的模板以及鋼筋都是弧形，改造方案要求其一次性進(jìn)行澆筑。

施工技術(shù)人員可以借助BIM 技術(shù)構(gòu)建該建筑的三維模型，對其搭建過程進(jìn)行模擬，并對改造施工的可行性進(jìn)行驗(yàn)證。首先，施工人員可以在螺旋樓梯的平面圓心位置安裝定位鋼管，并將樓梯進(jìn)行空間劃分，在平面模型上將其分成40 個(gè)小格，其中每12 度為一格，每一小格都要搭設(shè)一段水平鋼管作為其龍骨使用，底模龍骨垂直方向的間距要控制在160 mm。并且所有的鋼管都需要進(jìn)行連接，之后按照樓梯的施工圖，在每根底模的龍骨位置安裝定位支架，最后，技術(shù)人員可以借助三維尺寸加工完成底模的拼裝。

經(jīng)過技術(shù)人員的實(shí)際論證，使用BIM 技術(shù)對樓梯支撐模型進(jìn)行完善，利用模擬軟件進(jìn)行施工模擬，對施工人員開展可視化的技術(shù)交底，可以最大限度地提升綠色施工的效率以及質(zhì)量，切實(shí)滿足當(dāng)前改造施工的具體要求。

4.1.2 建筑外圍結(jié)構(gòu)改造分析

施工人員需要在原始建筑外墻的基礎(chǔ)上新增聚苯板，并對其進(jìn)行保溫隔熱處理。先在原始外墻上涂抹厚度為5 mm 的聚合物抗裂砂漿，并使膠黏劑將錨栓與聚苯板進(jìn)行連接，并將其固定到原始外墻上，在其外側(cè)涂抹厚度為20 mm 的泥砂漿作為保溫層的保護(hù)層，同時(shí)與窗戶相接觸的部分，施工人員需要采用聚氨酯對其進(jìn)行密封填充，以此有效提升當(dāng)前公共辦公樓的保溫隔熱性。

由于原始建筑的窗戶已經(jīng)年老失修，危險(xiǎn)系數(shù)相對較高，所以，在本次的改造更新過程中，施工技術(shù)人員需要將以往的老式窗戶更新成為當(dāng)前的節(jié)能窗戶，節(jié)能窗戶具有雙層抗輻射性能，其傳熱系數(shù)約為2.4 W/（m2·K），整體材質(zhì)為鋁合金。

針對原始公共辦公樓的建筑屋面改造更新，主要是圍繞其保溫層進(jìn)行。改造前，技術(shù)人員借助BIM 技術(shù)對當(dāng)前的屋面改造進(jìn)行可視化的模擬設(shè)計(jì)，并由此制訂翔實(shí)的施工技術(shù)方案。施工技術(shù)人員需要使用一些高分子防水建材來充當(dāng)其保溫層，鋪設(shè)厚度為1.5 mm，水泥凝膠的鋪設(shè)厚度為2 mm，聚氨酯層的鋪設(shè)厚度設(shè)計(jì)為65 mm。泡沫混凝土厚度要控制在30 mm 左右，在實(shí)際的施工中，施工技術(shù)人員需要保證屋面表面干燥、整潔，在對保溫材料進(jìn)行鋪設(shè)時(shí)，需要使保溫材料牢牢地貼近屋面，中間不得存在氣孔，在分層鋪設(shè)過程中，其板塊的上下層連接處需要錯(cuò)開，板縫需要使用材質(zhì)相同的填充料來對其進(jìn)行密封填實(shí)。在改造施工中，原辦公樓的外墻構(gòu)造厚度為300 mm，其結(jié)構(gòu)為空心磚雙面抹灰，實(shí)際傳熱系數(shù)為1.40 W/（m2·K），熱阻值為0.713 m2·K/W。由此技術(shù)人員要明確原始建筑外圍結(jié)構(gòu)最小熱阻的公式原理：

式中，R0.min為建筑圍護(hù)的最小熱阻值，m2·K/W；ti為冬季室內(nèi)溫度，℃；te為冬季室外溫度,℃；n為季室內(nèi)外溫度的溫差修正系數(shù)；Ri為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面熱阻，m2·K/W；Δt為室內(nèi)溫度與圍護(hù)表面溫度之間的溫差，℃。在對其進(jìn)行改造的過程中，施工人員需要借助BIM 技術(shù)對其進(jìn)行校核。

4.1.3 照明及通風(fēng)改造分析

公共辦公樓作為公共場所，需要使用的用電量是非常巨大的，因此，需要使用節(jié)能光源來降低能耗，技術(shù)人員需要借助BIM 模擬技術(shù)對其用電量進(jìn)行計(jì)量以及動(dòng)態(tài)化的監(jiān)管。另外，由于公共辦公樓中有大量的師生，因此，其空調(diào)通風(fēng)設(shè)備的能耗非常巨大，需要施工技術(shù)人員借助BIM 技術(shù)來對其補(bǔ)償控制系統(tǒng)進(jìn)行模擬，并對其離心式冷水機(jī)組進(jìn)行更換，從而最大限度地降低其使用能耗。

既有建筑的改造工作不能對周圍的環(huán)境造成不良影響，所以，需要在其施工過程中切實(shí)落實(shí)綠色施工技術(shù)以及管理理念。在確保施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，有效節(jié)約資源，降低施工對周圍環(huán)境的影響，借助BIM 技術(shù)制定節(jié)水、節(jié)能以及節(jié)約建材的施工策略。

4.2 基于BI M技術(shù)的管理分析

為保證改造施工的順利進(jìn)行，施工管理人員借助BIM 技術(shù)構(gòu)建并完善了綠色施工信息化管理體系。在BIM 技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)上，對改造施工的各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行明確，并按照施工方案確定人員安排以及工作程序，從而有效構(gòu)建完備的BIM 應(yīng)用管理流程，其應(yīng)用流程管理圖如圖1 所示。

圖1 基于BI M技術(shù)的應(yīng)用管理流程圖

5 基于BI M技術(shù)的綠色施工效果分析

借助BIM 技術(shù)中的軟件模擬以及測量計(jì)算方法對改造項(xiàng)目的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。該項(xiàng)目使用Sketchup+Openstudio軟件進(jìn)行綠色施工模擬，按照能源賬單分析法，將其統(tǒng)一換算成為煤炭的節(jié)約量對綠色施工進(jìn)行評價(jià)，計(jì)算公式為：

式中，E為節(jié)約能量；m為既定項(xiàng)目的賬單編號(hào)；Ebj代表著第j月的基本能耗；Evj代表著第j月的既定能耗，ΔE為當(dāng)前的能耗修正值。

其節(jié)能率推算公式為：

式中，e為實(shí)際節(jié)能率，%；E為節(jié)約能量；Eb為基本的能耗。同時(shí)，1 kW·h 的電可以折算為0.298 kg 標(biāo)準(zhǔn)煤，1 m3天然氣可以折算1.214 3 kg 標(biāo)準(zhǔn)煤。

原始建筑的基本能耗為201.33 kW·h/m2，在對其進(jìn)行改造更新后，降為171.3 kW·h/m2，若折合成為標(biāo)準(zhǔn)煤，其基準(zhǔn)能耗約為395 t，每年可以節(jié)約近60 t 標(biāo)準(zhǔn)煤，其整體節(jié)能率約為51%。借助對公共教育樓一些節(jié)能設(shè)備的更新，每年為其節(jié)能1 250 322 kW·h，折合成標(biāo)準(zhǔn)煤為536 t，節(jié)能率約為33%。

綠色施工的充分應(yīng)用有效提升了該項(xiàng)目的質(zhì)量與效率，并在環(huán)境、建材以及能源等方面取得了良好的成績，其實(shí)踐效果見表1～表3。

表1 綠色施工環(huán)境效果

表3 綠色施工能源效果kW·h

通過表格數(shù)據(jù)可以看出，在對辦公樓的改造施工中，施工人員充分利用了基于BIM 技術(shù)的綠色施工技術(shù)以及管理方式，在保證施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，保護(hù)施工環(huán)境、降低了施工能耗以及建材使用資源，滿足了當(dāng)前節(jié)能環(huán)保的社會(huì)需求。

表2 綠色施工建材效果

6 結(jié)語

綠色施工可以最大限度地提升施工資源利用率，減少施工對周圍環(huán)境的污染，符合當(dāng)前四節(jié)一環(huán)保的社會(huì)發(fā)展理念。因此，需要建筑施工單位在施工中充分落實(shí)綠色施工技術(shù)以及綠色施工理念，推動(dòng)建筑施工的可持續(xù)發(fā)展。