生態(tài)視角下裝配式建筑發(fā)展探析

夏雪球

0 引言

在城市化水平不斷提升的背景下，建筑行業(yè)發(fā)展迅速，技術(shù)革新的腳步加快。裝配式建筑作為一種現(xiàn)代建筑形式，區(qū)別于傳統(tǒng)建筑形式的施工方式，裝配式建筑施工的過程更像是“搭積木”的過程中，將預(yù)制的混凝土構(gòu)件進(jìn)行彼此連接是裝配式建筑主要施工特點(diǎn)，這一施工特點(diǎn)也決定了裝配式建筑本身具有較強(qiáng)的綠色性能，通過應(yīng)用連接預(yù)制構(gòu)件的施工方式，不僅能夠有效避免施工過程中的材料浪費(fèi)，同時(shí)施工過程中產(chǎn)生的廢棄物極少，也不會(huì)消耗大量的水資源以及電力能源，因此裝配式建筑具有廣闊的發(fā)展前景，能夠在生態(tài)文明城市建設(shè)的過程中發(fā)揮重要作用，需要對(duì)裝配式建筑的特點(diǎn)以及價(jià)值進(jìn)行充分研究，積極推動(dòng)裝配式建筑的發(fā)展。

1 裝配式建筑的發(fā)展歷程

目前來看，裝配式建筑已經(jīng)是一種較為成熟的建筑形式，主要分為混凝土結(jié)構(gòu)的裝配式建筑、鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑以及木結(jié)構(gòu)的裝配式建筑，其中混凝土結(jié)構(gòu)的裝配式建筑是應(yīng)用的較為廣泛的建筑類型。裝配式建筑在近些年開始興起，實(shí)際上早在二十世紀(jì)中葉就已經(jīng)出現(xiàn)了裝配式建筑，但是彼時(shí)，受限于有限的工藝水平和生產(chǎn)能力，裝配式建筑難以獲得普及。在建筑行業(yè)不斷發(fā)展的過程中，大量新技術(shù)、新材料出現(xiàn)，相關(guān)技術(shù)的發(fā)展為裝配式建筑的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)條件，裝配式建筑在施工方式上與傳統(tǒng)建筑形式有很大的差異，施工環(huán)節(jié)更為簡單，施工成本也更低，在施工建設(shè)過程中能源資源消耗少，且對(duì)周邊環(huán)境的影響小，在國家大力發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的背景下，裝配式建筑因其具有較強(qiáng)的智慧化潛力，生態(tài)性以及靈活性，裝配式建筑得以加速發(fā)展。

本世紀(jì)初，北京市就已經(jīng)出臺(tái)了《關(guān)于產(chǎn)業(yè)化住宅項(xiàng)目實(shí)施面積獎(jiǎng)勵(lì)等優(yōu)惠措施的暫行辦法》以及《關(guān)于推進(jìn)本市住宅產(chǎn)業(yè)化的指導(dǎo)意見》，出臺(tái)相關(guān)政策的主要目的在于推廣裝配式建筑，促進(jìn)裝配式建筑普及以及發(fā)展。在建筑行業(yè)不斷發(fā)展的過程中，部分國家級(jí)的單位也積極開展對(duì)裝配式建筑的研究，在這個(gè)過程中裝配式建筑的技術(shù)體系獲得了進(jìn)一步完善，同時(shí)也出臺(tái)了裝配式建筑的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為裝配式建筑的規(guī)范化發(fā)展創(chuàng)造了條件。2016 年，中央政府再次明確了裝配式建筑的發(fā)展目標(biāo)，計(jì)劃用十年時(shí)間，使裝配式建筑的普及率達(dá)到30%。

從裝配式建筑的技術(shù)原理來看，主要是建筑結(jié)構(gòu)分解為不同的結(jié)構(gòu)部件，在工廠中預(yù)先生產(chǎn)規(guī)定尺寸的結(jié)構(gòu)部件，再將工廠生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)部件運(yùn)輸至施工現(xiàn)場，通過應(yīng)用吊機(jī)等起重設(shè)備將混凝土部件彼此連接，并應(yīng)用澆筑混凝土以及漿錨疊合等方式，使得組裝的混凝土結(jié)構(gòu)具有較高的穩(wěn)定性，這種建筑形式結(jié)構(gòu)簡單，施工流暢，能夠有效提升施工的效率，且對(duì)于施工區(qū)域環(huán)境影響較小，是一種環(huán)境友好型的建筑形式。

2 裝配式建筑的特點(diǎn)

2.1 經(jīng)濟(jì)性

裝配式建筑與傳統(tǒng)建筑形式最大的不同在于，裝配式建筑的結(jié)構(gòu)部件大部分在工廠中加工生產(chǎn)，不需要現(xiàn)場澆筑，在施工的過程中將混凝土結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行組裝處理，施工人員只需要進(jìn)行局部連接以及固定，省去了繁瑣的施工環(huán)節(jié)。因此這種建筑形式能夠在很大程度上縮短施工的周期，由于建筑的建筑結(jié)構(gòu)組件在工廠中生產(chǎn)，因此不需要在施工現(xiàn)場等待混凝土的澆筑與養(yǎng)護(hù)，這對(duì)于節(jié)約工程建設(shè)成本，加強(qiáng)工程成本控制具有重要的意義。

2.2 穩(wěn)定性

從建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性上來看，裝配式建筑不輸于傳統(tǒng)的建筑形式。目前裝配式建筑的技術(shù)體系已經(jīng)逐步成熟，通過工業(yè)化的生產(chǎn)方式來生產(chǎn)建筑的結(jié)構(gòu)組件，不僅能夠降低建筑成本、提升施工效率，同時(shí)在生產(chǎn)的過程中也能及時(shí)檢測出不合格的產(chǎn)品，并對(duì)不合格的產(chǎn)品進(jìn)行及時(shí)處理。整個(gè)生產(chǎn)過程具有較高的可回溯性，避免了傳統(tǒng)建筑形式難以對(duì)施工缺陷進(jìn)行整改的弊端。在生產(chǎn)混凝土構(gòu)件的過程中，相關(guān)的技術(shù)人員也能嚴(yán)格把控混凝土構(gòu)件的質(zhì)量，確保構(gòu)件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。在混凝土構(gòu)件的組裝環(huán)節(jié)，通過綜合應(yīng)用澆筑混凝土以及漿錨疊合等方式，能夠保證混凝土部件連接的穩(wěn)固性，確保建筑的質(zhì)量符合國家的標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3 環(huán)境友好性

裝配式建筑的施工周期較短，一方面能夠減少施工過程中的成本支出，另一方面較高的施工效率也能降低對(duì)周圍環(huán)境敏感點(diǎn)的影響，此外裝配式建筑材料能夠充分利用工業(yè)廢料，通過工廠的加工處理，確保材料的性能符合建筑的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。由于在施工現(xiàn)場僅需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)部件的組裝，因此在施工的過程中對(duì)于水資源以及電力能源的消耗也比較少，具有比較明顯的低能耗優(yōu)勢，符合現(xiàn)代綠色建筑的發(fā)展方向。

2.4 工業(yè)化

裝配式建筑具有較為明顯的工業(yè)化特征，通過工業(yè)生產(chǎn)的方式制造建筑的結(jié)構(gòu)部件，實(shí)現(xiàn)了建筑工程領(lǐng)域的變革，這種工業(yè)化的生產(chǎn)方式，極大地降低了建筑工程的成本，以及建筑施工過程中對(duì)于人力資源的需求。一方面能夠讓房屋的價(jià)格回歸到合理的區(qū)間，另一方面也能促進(jìn)優(yōu)化社會(huì)分工，解放更多的生產(chǎn)力。

3 生態(tài)綠色理念在裝配式建筑中的體現(xiàn)

3.1 設(shè)計(jì)層面上的體現(xiàn)

環(huán)境友好型的建筑，在設(shè)計(jì)的過程中，需要充分考慮到建筑周邊光照、通風(fēng)以及溫度等因素，合理地應(yīng)用環(huán)境資源，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。在裝配式建筑中能夠在工廠定制建筑結(jié)構(gòu)組件的材料，從而更好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案，比如對(duì)建筑周圍進(jìn)行凹凸變化的設(shè)計(jì)能夠起到一定的遮陽效果，降低室內(nèi)的熱輻射，通過應(yīng)用保溫的建筑材料，能夠有效防止室內(nèi)溫度散發(fā)，一方面有利于建筑保溫，一方面提升建筑的隔熱能力，從而降低建筑的能源消耗。

3.2 預(yù)制件設(shè)計(jì)過程中的體現(xiàn)

裝配式建筑是一種組裝式的建筑結(jié)構(gòu)，在裝配式建筑中，混凝土構(gòu)件是基礎(chǔ)材料。在設(shè)計(jì)的過程中，通過應(yīng)用CAD 技術(shù)、BIM 技術(shù)等能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)混凝土構(gòu)件的全生命周期管理。結(jié)合設(shè)計(jì)的方案以及設(shè)計(jì)的要求應(yīng)用CAD 技術(shù)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模處理，再利用BIM 對(duì)所建立的模型進(jìn)行力學(xué)分析，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行碰撞檢查，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化，在科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案下，在建筑施工過程中對(duì)于材料的消耗明顯降低。通過對(duì)混凝土構(gòu)件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的工廠生產(chǎn)，提高不同混凝土構(gòu)件之間的適配性，不僅能夠降低現(xiàn)場施工的難度，同時(shí)也能減少用于混凝土部件組裝的能源消耗。在施工實(shí)踐中統(tǒng)一的混凝土預(yù)制部件已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，比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。在建筑結(jié)構(gòu)中，部分位置對(duì)于材料的強(qiáng)度以及剛性要求不強(qiáng)，因此可以靈活地應(yīng)用其他的輕型環(huán)保材料來代替高能耗的混凝土材料，相關(guān)材料的應(yīng)用能夠有效減少工程建設(shè)中對(duì)于混凝土的使用，且有利于優(yōu)化生產(chǎn)工藝。

3.3 在生產(chǎn)組裝方面的體現(xiàn)

工廠在生產(chǎn)混凝土預(yù)制件的過程中，可以根據(jù)材料強(qiáng)度的要求，靈活地應(yīng)用混凝土余料，在生產(chǎn)現(xiàn)場可以設(shè)置臨時(shí)的透水磚材料，在設(shè)置的臨時(shí)區(qū)域可以進(jìn)行混凝土余料的處理。在組裝混凝土預(yù)制件的環(huán)節(jié)中，需要嚴(yán)格地按照施工標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)置臨時(shí)生產(chǎn)區(qū)域，防止不規(guī)范的場地設(shè)置影響施工的質(zhì)量，并對(duì)環(huán)境造成影響，在施工的過程中臨時(shí)生產(chǎn)區(qū)域也能循環(huán)利用，起到節(jié)約資源的目的。裝配式建筑的組裝遵循綠色環(huán)保的裝配理念，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)，這種裝配技術(shù)不僅能夠簡化施工的環(huán)節(jié)，也能降低裝配過程中的材料消耗，由于在施工的過程中不需要使用大量的模板以及木方，因此也利于森林資源的保護(hù)。

4 裝配式建筑的發(fā)展現(xiàn)狀

目前我國正在大力推動(dòng)引導(dǎo)裝配式建筑的發(fā)展，國內(nèi)的裝配式建筑已經(jīng)進(jìn)入到了全新的發(fā)展階段。裝配式建筑在城市建筑中的比例穩(wěn)步提升，且我國裝配式建筑技術(shù)也得到了很大的發(fā)展，在國際領(lǐng)域我國100m 以下的裝配式建筑具有較強(qiáng)的競爭力，無論是在發(fā)展理念方面，還是在技術(shù)體系方面，都處于國際領(lǐng)先水平。裝配式建筑的發(fā)展受區(qū)域發(fā)展水平以及區(qū)域政策的影響，因此裝配式建筑在各地有不同的發(fā)展水平，其中南昌，贛州以及香港是裝配式建筑發(fā)展較為迅速的區(qū)域。在2020年江西省在南昌建立了省內(nèi)首個(gè)國家級(jí)裝配式建筑產(chǎn)業(yè)園區(qū)，產(chǎn)業(yè)園區(qū)的總產(chǎn)值超過100 億元，早在2017 年南昌市就已經(jīng)提出了裝配式建筑的發(fā)展計(jì)劃，將裝配式建筑與綠色建筑理念相結(jié)合，并實(shí)現(xiàn)了與安置房項(xiàng)目對(duì)接等成果，為生態(tài)城市的發(fā)展提供了有利的條件；贛州市在2016 年提出了裝配式建筑的發(fā)展規(guī)劃，并積極出臺(tái)相關(guān)政策，扶植裝配式建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并在2019 年實(shí)施了首個(gè)裝配式建筑項(xiàng)目，在發(fā)展裝配式建筑產(chǎn)業(yè)的過程中，贛州市政府投入了大量的資金，在贛州市現(xiàn)有的裝配式項(xiàng)目中，政府投資的項(xiàng)目占到了50%；香港特別行政區(qū)是發(fā)展裝配式建筑較早的區(qū)域之一，香港在發(fā)展裝配式建設(shè)的過程中，結(jié)合區(qū)位特色，利用已有的垂直堆疊模式將建筑分為基本單元，相關(guān)建筑單位在工廠中制作，隨后組裝搭建。隨著香港人力資源成本逐漸增加，以及對(duì)于生態(tài)保護(hù)要求不斷提高，裝配式建筑在香港的應(yīng)用也更加廣泛。

我國裝配式建筑的快速發(fā)展始于2012 年，彼時(shí)我國勞動(dòng)力成本上升，綠色建筑的理念開始在建筑工程領(lǐng)域傳播，受此影響裝配式建筑也獲得了較大的發(fā)展。2015 年有關(guān)推動(dòng)裝配式建筑發(fā)展的各項(xiàng)政策法規(guī)出臺(tái)，使得裝配式建筑產(chǎn)業(yè)迎來了新一輪的發(fā)展，2017 年我國新建裝配式建筑面積為15 425 萬m到了2019 年則猛增到19 874 萬m，目前裝配式建筑在我國仍處于高速發(fā)展期。

5 裝配式建筑的生態(tài)效益

5.1 減少建筑垃圾

傳統(tǒng)的現(xiàn)澆施工技術(shù)，在施工的過程中往往會(huì)使用較多的水資源，并且會(huì)對(duì)施工現(xiàn)場周邊的水源以及植被產(chǎn)生影響，在澆筑以及原料運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的建筑垃圾往往難以處理。而裝配式建筑在施工的過程中能夠降低建筑垃圾的產(chǎn)生，且施工過程中的噪聲比較小，在施工的過程中僅需少量的機(jī)械設(shè)備以及人力資源就能完成預(yù)制件的裝配。目前來看，針對(duì)施工過程中產(chǎn)生的建筑垃圾，往往采取掩埋或者堆放的方式處理，堆放的垃圾處理方式，會(huì)導(dǎo)致塵土大規(guī)模擴(kuò)散，而掩埋的方式則會(huì)污染土壤以及地下水源，對(duì)于生態(tài)文明城市的建設(shè)會(huì)產(chǎn)生很大的影響。而裝配式建筑在生產(chǎn)的過程中，也可以回收利用一部分建筑垃圾，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)應(yīng)用，并促進(jìn)垃圾處理問題的解決。裝配式建筑在施工的過程中所產(chǎn)生的噪聲污染以及光污染較少，污水排放以及揚(yáng)塵幾乎可以忽略，因此能夠大大降低對(duì)周邊環(huán)境的影響，并提高施工的效率。確保較強(qiáng)的施工整體性，并降低20%左右的工程成本，有利于綠色環(huán)保理念在工程建設(shè)中的落實(shí)。

5.2 推進(jìn)建筑領(lǐng)域的工業(yè)化發(fā)展

傳統(tǒng)建筑行業(yè)屬于勞動(dòng)力密集型行業(yè)，在施工的過程中需要大量的人力資源作為支撐，而隨著現(xiàn)代社會(huì)人力成本不斷提高，傳統(tǒng)需要大量人工操作的施工方式已經(jīng)難以維持建筑行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。裝配式建筑是一種工業(yè)化的建筑生產(chǎn)方式，將澆筑的結(jié)構(gòu)組件的生產(chǎn)環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)移到了專業(yè)的工廠，能夠大幅度提高混凝土構(gòu)件的制作效率。組裝式的施工方式，在很大程度上變革了傳統(tǒng)的施工方式，使得施工現(xiàn)場對(duì)于人力資源的需求大大降低，有利于建筑行業(yè)形成工業(yè)生產(chǎn)模式的新業(yè)態(tài)。

5.3 實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的統(tǒng)一

裝配式建筑模式是一種具有較強(qiáng)一體化水平的建筑模式，在模式下，建筑設(shè)計(jì)、材料準(zhǔn)備以及現(xiàn)場施工有了更高的集中度以及分工水平，較高的施工效率，能夠保證施工單位在項(xiàng)目建設(shè)中獲得更多的經(jīng)濟(jì)效益，降低施工的成本。而這種建筑形式本身的施工方式也決定了在施工的過程中不會(huì)產(chǎn)生太多的建筑垃圾，對(duì)環(huán)境的影響極小，因此能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的統(tǒng)一。從施工實(shí)踐來看，與現(xiàn)澆式施工方式相比，裝配式建筑能夠節(jié)省大約20%的材料消耗，以及80%的建筑垃圾，在施工的過程中對(duì)于水資源以及電力能源的需求也會(huì)大幅度降低，對(duì)于建筑工程行業(yè)的綠色化發(fā)展，以及生態(tài)文明城市的建設(shè)具有重要的意義。