裝配式建筑關(guān)鍵技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用

孫松夫

當(dāng)前，隨著我國(guó)可持續(xù)發(fā)展、低碳理念的提出，人們對(duì)于節(jié)能減排的重視程度也越來(lái)越高，出于綠色環(huán)保與節(jié)約資金成本的考量，原有的粗放式傳統(tǒng)施工技術(shù)被逐漸淘汰，而具有生態(tài)環(huán)保、綠色節(jié)能以及質(zhì)量可靠等優(yōu)點(diǎn)的綠色裝配式建筑關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在提倡環(huán)保生態(tài)理念的當(dāng)下，以建筑與自然和諧共生為發(fā)展理念的綠色建筑日益發(fā)展壯大，并受到了全社會(huì)的廣泛關(guān)注。裝配式建筑關(guān)鍵技術(shù)正是實(shí)現(xiàn)綠色建筑與自然環(huán)境和諧相處的重要抓手，因此探討其在綠色建筑中的應(yīng)用，并逐步構(gòu)建起完善的裝配式建筑施工技術(shù)體系，顯得尤為必要。

1 綠色建筑概述

綠色建筑是以現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)成果為基礎(chǔ)，綜合運(yùn)用現(xiàn)代化的建筑技術(shù)、生態(tài)環(huán)保技術(shù)、智能化技術(shù)等，將建筑打造成為一個(gè)小型的生態(tài)系統(tǒng)，使人與自然和諧相處，從而為住戶(hù)提供一個(gè)節(jié)能環(huán)保、綠色生態(tài)的人居環(huán)境。由此可以看出，綠色建筑中所指的綠色并非通常意義上所講的園區(qū)綠化、植樹(shù)種草等，而是對(duì)于生活環(huán)境的一種無(wú)害化處理。在進(jìn)行建筑施工的過(guò)程中，應(yīng)盡量采用各種綠色技術(shù)和綠色建材，以避免對(duì)周?chē)纳鷳B(tài)環(huán)境造成破壞。

綠色建筑的本質(zhì)是一個(gè)具有良好生態(tài)的閉環(huán)式物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有生態(tài)無(wú)污染、開(kāi)放程度較高等優(yōu)點(diǎn)，所使用的能源、水和空氣等資源都可以與生態(tài)環(huán)境和諧共生。此外，得益于綠色建筑的科技感和生態(tài)化，還使得其具有一定的教育屬性和生態(tài)文化內(nèi)涵。綜上，綠色建筑具體指的是在不破壞生態(tài)系統(tǒng)的前提下，充分利用各種自然資源和現(xiàn)代技術(shù)建造的一種現(xiàn)代化建筑，也可以稱(chēng)之為環(huán)境共生建筑。

綠色建筑不僅對(duì)生態(tài)環(huán)境較為友好，同時(shí)也有利于住戶(hù)的身體健康，站在綠色建筑設(shè)計(jì)和建造的角度來(lái)看，其主要有以下幾點(diǎn)顯著的特征：首先，綠色建筑對(duì)周邊的自然環(huán)境有著較高的要求，如土壤中的有毒有害物質(zhì)不能超標(biāo)、地表溫度應(yīng)適宜、水資源應(yīng)純凈無(wú)雜質(zhì)；其次，綠色建筑應(yīng)盡量使用天然的木材、礦石等材料來(lái)進(jìn)行建造，在使用前還應(yīng)對(duì)這些建筑材料進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)，以確保其質(zhì)量達(dá)標(biāo)；最后，綠色建筑應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件來(lái)使用太陽(yáng)能、風(fēng)能等清潔能源，以盡量減少對(duì)能源的消耗和對(duì)環(huán)境造成的污染。

從發(fā)展的角度上看，現(xiàn)階段我國(guó)綠色建筑存在數(shù)量少、分布不均、區(qū)域不平衡的特點(diǎn)，但是隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)對(duì)于綠色建筑的建設(shè)也越來(lái)越重視，投入了大量的人力、物力，在技術(shù)研究、系統(tǒng)建設(shè)、政策法規(guī)建設(shè)等方面都取得了很大的成就，為綠色建筑的快速均衡發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

2 裝配式建筑的相關(guān)概念

現(xiàn)階段，我國(guó)在宏觀政策下一直大力推動(dòng)裝配式建筑和綠色建筑的快速發(fā)展。裝配式建筑有2 層含義：一是由工廠生產(chǎn)裝配式構(gòu)件并在工廠完成組裝的建筑物；二是在裝配式理念下，將建筑所采用的大部分構(gòu)件，如結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管道、室內(nèi)裝飾、外圍防護(hù)等在對(duì)應(yīng)工廠內(nèi)進(jìn)行高質(zhì)高效的生產(chǎn)，然后再將這些構(gòu)件運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝，根據(jù)裝配式建筑的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行施工[1]。裝配式建筑因其技術(shù)特點(diǎn)，很大程度上能夠緩解能源、水源和建材方面的浪費(fèi)，建筑垃圾也相應(yīng)的大幅度減少，這是保護(hù)自然環(huán)境的有力舉措。

此外，在裝配式建筑技術(shù)大力發(fā)展的背景下，工程建設(shè)的發(fā)展模式將隨之改變，能源資源配置的垂直約束將被打破，建筑領(lǐng)域的廢水排放也將因此減少，為最終實(shí)現(xiàn)碳中和打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

綠色建筑的概念相對(duì)寬泛，是未來(lái)建筑業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，而裝配式建筑則是綠色建筑理念的典型代表，是實(shí)現(xiàn)綠色建筑的過(guò)程和手段，其本質(zhì)與綠色建筑相同，是綠色環(huán)保理念的體現(xiàn)，二者雖然在具體含義上存在一定的差異，但它們相互關(guān)聯(lián)，有明確的交叉點(diǎn)。

3 裝配式建筑關(guān)鍵技術(shù)

3.1 裝配式集成衛(wèi)生間技術(shù)

裝配式集成衛(wèi)生間，由工廠化預(yù)制的一體化防水底盤(pán)、墻板、天花板構(gòu)成整體框架，在現(xiàn)場(chǎng)拼裝，配上各種功能的潔具及配件，具有工廠標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、快速安裝、防漏水等優(yōu)點(diǎn)。目前，我國(guó)的裝配式集成衛(wèi)生間根據(jù)排水方式主要分為3 種：異層排水、降板同層排水、不降板同層排水。這種先進(jìn)的裝配式建筑技術(shù)不僅可以有效解決衛(wèi)生間層高受限的問(wèn)題，而且也能夠解決衛(wèi)生間存在的地面滲漏、異味等問(wèn)題。

3.2 施工技術(shù)

裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系之間存在一定程度的差異性，不同的施工方法是應(yīng)對(duì)不同結(jié)構(gòu)體系的有效途徑。就裝配式混凝土建筑而言，部分采用后澆段或鋼筋連接技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)組裝而成的裝配式構(gòu)件具有整體性的優(yōu)點(diǎn)，在很大程度上減少了實(shí)際施工過(guò)程中對(duì)模板工程、混凝土工程、鋼筋工程以及運(yùn)輸、吊裝等環(huán)節(jié)的依賴(lài)性[2]。在裝配式結(jié)構(gòu)的具體施工過(guò)程中，施工工藝同樣重要，我國(guó)對(duì)此的關(guān)注程度還存在一定的不足，具體表現(xiàn)為：一是初步設(shè)計(jì)或深化設(shè)計(jì)缺乏對(duì)施工過(guò)程的全方位考量；二是在具體安裝過(guò)程中，工人缺少施工標(biāo)準(zhǔn)，難以執(zhí)行安裝到位的控制規(guī)范。

3.3 外墻板接縫及門(mén)窗防水技術(shù)

裝配式建筑的外墻銜接處以及門(mén)窗均為防水的關(guān)鍵點(diǎn)，這就對(duì)接縫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了很高的要求。首先，在外墻板接縫的銜接處，采用線(xiàn)性結(jié)構(gòu)或橫切空間通道的方式來(lái)排除墻體滲水，防止雨水滲漏到室內(nèi)[3]。其次，在外墻板的橫縫處以樓層作為間隔單位，每2 ～3 個(gè)間隔單位的距離設(shè)置一條排水管線(xiàn)，用于對(duì)積水進(jìn)行處理，并安裝氣密封條防止水內(nèi)滲。在門(mén)窗的上方設(shè)有垂直接縫時(shí)，應(yīng)在上部設(shè)置引水和排水管。最后，預(yù)制外墻板的連接點(diǎn)應(yīng)滿(mǎn)足防火、保溫、防水及隔聲要求，所使用的密封膠應(yīng)具有良好的相容性，同時(shí)還具有防火、防水、防霉、耐候性等特性。門(mén)窗洞口的安裝必須要保證其連接可靠性、密閉性以及安全性。

3.4 集成技術(shù)

在集成技術(shù)的作用下促使產(chǎn)品呈現(xiàn)出完整性和可操性。集成技術(shù)的應(yīng)用需要通過(guò)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)與合作實(shí)現(xiàn)，如建筑結(jié)構(gòu)與建筑室內(nèi)的集成設(shè)計(jì)、建筑室內(nèi)與設(shè)備及管道的集成設(shè)計(jì)、設(shè)備與管道的一體化設(shè)計(jì)、管道與建筑結(jié)構(gòu)的分離設(shè)計(jì)等。在這個(gè)過(guò)程中不僅要加強(qiáng)各學(xué)科間的合作，同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)設(shè)計(jì)階段施工、設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)等各方之間的聯(lián)系與協(xié)調(diào)，滿(mǎn)足合理的工業(yè)生產(chǎn)和建設(shè)要求。

綜上，在裝配式建筑具體的實(shí)施過(guò)程中，其構(gòu)件技術(shù)的一體化程度越高，后期的建筑施工就越直觀化和簡(jiǎn)單化，這種發(fā)展趨勢(shì)將會(huì)成為未來(lái)建設(shè)施工的主方向[4]。因此，當(dāng)建筑師將這種集成化的建筑技術(shù)應(yīng)用到立面設(shè)計(jì)時(shí)，將會(huì)大大減少部件的種類(lèi)，而多元化的組合方式則會(huì)在最大程度上滿(mǎn)足部件的立體組合，最終實(shí)現(xiàn)在降低成本的同時(shí)呈現(xiàn)出多樣化和人性化的設(shè)計(jì)效果。

4 裝配式建筑關(guān)鍵技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

從《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的具體內(nèi)容可以看出，裝配式建筑技術(shù)完全能夠滿(mǎn)足該標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于綠色建筑在安全、實(shí)用、節(jié)材、降能、綠色以及創(chuàng)新等方面的要求。

4.1 提升綠色建筑的適變性

建筑師在裝配式建筑設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)建筑的整體布局進(jìn)行全方位考慮，使用空間的規(guī)模、大小、周期以及對(duì)空間的適應(yīng)程度都應(yīng)納入考慮范圍，以便能滿(mǎn)足人們的實(shí)際需求[5]。大多的平面設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)重點(diǎn)考慮可使用的結(jié)構(gòu)空間，在此基礎(chǔ)上在對(duì)建筑進(jìn)行科學(xué)且合理的設(shè)計(jì)，并保證各組成部分的定位尺寸能夠和平面功能及模塊之間具有較高的協(xié)調(diào)性。此外，在大型室內(nèi)空間設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)功能需求設(shè)置輕質(zhì)隔墻，還可在隔墻內(nèi)設(shè)置設(shè)備和管道，以便維護(hù)與改造。

4.2 提升綠色建筑產(chǎn)品的耐久性

建筑質(zhì)量的高低往往體現(xiàn)在建筑的耐久性方面，而裝配式建筑質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)基于建筑的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行制定。重點(diǎn)關(guān)注構(gòu)件結(jié)構(gòu)、外體防護(hù)、內(nèi)飾裝潢以及管線(xiàn)設(shè)置等指標(biāo)的設(shè)立，并將設(shè)計(jì)、建材、施工等環(huán)節(jié)的尺寸協(xié)調(diào)指標(biāo)全部納入驗(yàn)收范圍。最終的驗(yàn)收將是各個(gè)規(guī)范化功能模塊的相互組合，形成多種形式的功能效果，以實(shí)現(xiàn)建筑的多元化設(shè)計(jì)。

4.3 提升綠色裝配建筑的美觀性

利用功能組件的立面光影效果，改善建筑較為單調(diào)的造型。它可以充分利用陽(yáng)臺(tái)、空調(diào)板以及空調(diào)百葉窗等功能組件，形成豐富的光影關(guān)系，實(shí)現(xiàn)“光”之美[6]。通過(guò)顏色和紋理的差異化，實(shí)現(xiàn)建筑立面設(shè)計(jì)的多樣化和構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化，盡量減少外墻的種類(lèi)，立面裝飾效果及材質(zhì)應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，可采用無(wú)機(jī)預(yù)涂、裝飾材料、肌理混凝土等裝飾生產(chǎn)工藝于一體的施工技術(shù)，使建筑立面具有統(tǒng)一、簡(jiǎn)潔、節(jié)奏感的效果。

5 裝配式建筑關(guān)鍵技術(shù)在綠色建筑中的發(fā)展方向

5.1 混凝土3D 打印技術(shù)

混凝土3D 打印技術(shù)得益于無(wú)模施工、節(jié)省人力、節(jié)材環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，迅速獲得了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，并取得了飛速成長(zhǎng)。通常來(lái)講，裝配式建筑的混凝土3D 打印技術(shù)主要包含材料制備、確定打印參數(shù)以及3D 打印混凝土硬化等幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

針對(duì)混凝土打印成型建模技術(shù)的研究是以目前公開(kāi)的裝配式建筑關(guān)鍵技術(shù)研究成果為基礎(chǔ)，主要針對(duì)混凝土3D 打印技術(shù)中的材料可打印性能、材料結(jié)構(gòu)、3D 打印參數(shù)、打印過(guò)程控制以及打印混凝土硬化性能等方面進(jìn)行了深入的分析和研究，為在裝配式建筑中進(jìn)行混凝土3D 打印奠定了良好基礎(chǔ)。

相比于工業(yè)產(chǎn)品其他材料的打印，混凝土3D 打印顯得較為特別，尤其表現(xiàn)在3D 打印模型建模方面。在進(jìn)行裝配式建筑施工過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合打印混凝土材料的性能以及打印工藝參數(shù)，主要針對(duì)3D 混凝土打印工藝參數(shù)以及混凝土成型質(zhì)量間的關(guān)系及其規(guī)律進(jìn)行深入研究[7]。與此同時(shí)，還應(yīng)采用數(shù)學(xué)模型來(lái)優(yōu)化混凝土3D 打印技術(shù)，結(jié)合打印混凝土材料性能及打印工藝參數(shù)來(lái)開(kāi)展優(yōu)化工作，并在對(duì)混凝土打印工藝參數(shù)與成型質(zhì)量間關(guān)系規(guī)律進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出適用于裝配式建筑施工的混凝土打印成型建模方法。

5.2 全熔透焊接工藝技術(shù)

當(dāng)前，越來(lái)越多的正交異性鋼箱梁正向著采用U 肋全熔透、U 肋內(nèi)焊等方向發(fā)展。通常來(lái)講，一般設(shè)計(jì)熔透要求為U 肋板厚的75%～80%，但隨著科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，U 肋內(nèi)焊、全熔透必定是以后發(fā)展的趨勢(shì)。全熔透焊接工藝技術(shù)以?xún)?nèi)焊為前提，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)U 肋試件進(jìn)行全熔透焊接。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，電流大小的不同、焊接參數(shù)的調(diào)整都會(huì)對(duì)U 肋角焊縫有著直接的影響。因此，在實(shí)際的裝配式建筑施工過(guò)程中，應(yīng)通過(guò)觀察焊縫成型，對(duì)比不同試驗(yàn)件的焊縫金屬拉伸、宏觀金相、硬度等不同特性，逐漸對(duì)全熔透焊接工藝技術(shù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，并最終得到適合于U 肋全熔透焊接的工藝參數(shù)。

5.3 焊接機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)

裝配式建筑對(duì)建筑構(gòu)件質(zhì)量有著較高的要求，未來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在裝配式建筑鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)以及施工過(guò)程中采用機(jī)器人焊接技術(shù)已經(jīng)成為了該行業(yè)的一個(gè)主要發(fā)展趨勢(shì)。而采用機(jī)器人焊接技術(shù)與在線(xiàn)質(zhì)量控制技術(shù)相結(jié)合的方式能夠有效解決裝配式建筑鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)效率較低、構(gòu)件質(zhì)量不穩(wěn)定以及節(jié)點(diǎn)質(zhì)量差等問(wèn)題，進(jìn)而從整體上提升我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件制造行業(yè)的技術(shù)水平。相關(guān)研究表明，采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的方式能夠在最大程度上提高焊接機(jī)器人的效率和質(zhì)量，并同時(shí)提升角焊縫焊接技術(shù)的成熟度，使得一次性焊接成形的概率得到大大提升。

采用焊接機(jī)器人技術(shù)來(lái)焊接厚板的對(duì)接焊縫時(shí)具有不小的難度，主要原因是其對(duì)于裝配精度有著較高的要求，在裝配間隙較大的情況下，容易出現(xiàn)焊接縫不符合標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題。因此，為了使焊接機(jī)器人能夠滿(mǎn)足裝配式建筑生產(chǎn)工藝的要求，應(yīng)不斷充實(shí)焊接機(jī)器人數(shù)據(jù)庫(kù)，并同時(shí)加強(qiáng)對(duì)焊接機(jī)器人的研究力度。

6 結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)今提倡綠色環(huán)保和節(jié)能降耗的社會(huì)發(fā)展理念下，綠色建筑要想實(shí)現(xiàn)其全生命周期內(nèi)的建筑與自然和諧共生，就必須要加大裝配式建筑關(guān)鍵技術(shù)在綠色建筑內(nèi)的應(yīng)用范圍，結(jié)合實(shí)際施工條件，采用科學(xué)、合理的措施實(shí)現(xiàn)裝配式建筑關(guān)鍵技術(shù)和綠色建筑的有機(jī)融合，如此不僅可以解決綠色建筑全生命周期內(nèi)的生態(tài)環(huán)保問(wèn)題，而且還能夠大大提升綠色建筑的質(zhì)量和美化效果，從而提升綠色建筑的綜合品質(zhì)。