綠色建筑設(shè)計在裝配式住宅建筑設(shè)計中的應(yīng)用分析*

姜四寶 錢明光

(華商國際工程有限公司 北京 100069)

1 裝配式住宅建筑發(fā)展現(xiàn)狀

隨著改革開放的深入,城市化的步伐逐步加快,建筑體系與時代潮流、理念相適應(yīng),制度體系逐步健全?？沙掷m(xù)發(fā)展與城市人口的不斷增長,對生態(tài)環(huán)境、社會資源、能源消費的需求越來越大,建筑業(yè)也在不斷地進行轉(zhuǎn)型與升級。2016年,政府相繼出臺了《關(guān)于進一步加強城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》,鼓勵開發(fā)建筑,制訂建筑設(shè)計、施工規(guī)范,促進技術(shù)創(chuàng)新;在此基礎(chǔ)上,建議在京津冀和長三角地區(qū)試點,根據(jù)不同地區(qū)的特點,在不同地區(qū)進行裝配式剪力墻、裝配式框架、裝配式鋼結(jié)構(gòu)等不同的裝配式施工技術(shù)。2017年,相繼發(fā)布了《建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展“十三五”規(guī)劃》和《裝配式建筑示范城市管理辦法》等政策法規(guī)文件,提出了要大力發(fā)展裝配式建筑、加速工業(yè)化生產(chǎn)基地、促進企業(yè)轉(zhuǎn)型、培育“設(shè)計-制造-施工”的產(chǎn)業(yè)鏈,并不斷完善相關(guān)政策法規(guī)和標準體系;計劃到2020年,全國新建筑的建設(shè)比例要達到15%,示范城市建設(shè)要達到50個,產(chǎn)業(yè)化基地、示范工程、科研基地等也要超過200個。在我國,隨著裝配技術(shù)的不斷普及和應(yīng)用,將會使我國的建筑事業(yè)步入一個新的時代,我國裝配式建筑發(fā)展水平目前已呈現(xiàn)出較強的發(fā)展勢頭。

2 裝配式建筑原理和特點

裝配式建筑是一種以標準化生產(chǎn)設(shè)計,工業(yè)化生產(chǎn),機械化施工安裝,信息化工程管理為一體的現(xiàn)代化施工方法。其自身優(yōu)點是綠色節(jié)能環(huán)保,統(tǒng)一技術(shù)標準,施工方便快捷,建筑管理規(guī)范化,構(gòu)配件制造工廠化,施工機械化,管理信息化,能更有效地提升施工產(chǎn)出效益,減少工程周期,同時也可以提高標準化水平,減少綜合投資。該建筑也是以傳統(tǒng)的建筑形式為基石,將部分墻體、樓板、樓梯、陽臺等預(yù)制建筑構(gòu)件的工廠化制造、加工生產(chǎn),然后通過物流運輸至施工現(xiàn)場,然后進行現(xiàn)場組合吊裝,最終完成建筑結(jié)構(gòu)搭建。該方法可以將機械、預(yù)制構(gòu)件、材料、人力資源等進行整合,并在一定的工期內(nèi)進行分工,將資源最大限度地發(fā)揮出來,提高工程整體效益。在我國,盡管相對于發(fā)達國家來說,裝配式建筑的發(fā)展相對滯后,但是它也將住宅的建設(shè)融入到了社會化的大生產(chǎn)之中,通過標準化、集約化、專業(yè)化的開發(fā),可以促進綠色建筑的發(fā)展,推動城市化進程的轉(zhuǎn)變,使建筑質(zhì)量得到全方位的提升。

3 裝配式建筑設(shè)計局限性

由于我國的建筑設(shè)計起步較晚,因此在某些建筑的設(shè)計中有一定的局限性,有些建筑的高度也有一些限制。針對目前的超高層建筑,目前的裝配式房屋施工技術(shù)尚不能滿足這種需求,存在著很大的困難和不適宜的問題。因此,大多數(shù)的超高層都會采用傳統(tǒng)的建造方式。從總體上講,裝配式住宅具有明顯的優(yōu)點,特別是在綠色和環(huán)境兩個方面。采用裝配式住宅進行設(shè)計與施工,既能節(jié)省材料,又能提高施工效率、提高工程質(zhì)量。但它的缺點也不能忽略。由于預(yù)埋件、結(jié)構(gòu)配件、螺栓等構(gòu)件的大量使用,使得節(jié)省下的費用并不多。由于受制造廠商制造的模具及運輸工具的大小所限,所需預(yù)制件必須按規(guī)定的規(guī)格制造,否則會大幅增加制造費用及運輸費用,且不能運送或安裝。另外,有些大型的混凝土構(gòu)件僅能在工地上加工,而不能在工廠內(nèi)進行。在施工過程中,需采用專用的大型起重機械,由專業(yè)的施工人員進行作業(yè)。同時,為減少運輸費用,施工場地與制造者之間應(yīng)該保持一定的間距。如果距離太遠,就會導(dǎo)致運輸費用比生產(chǎn)費用高。

4 裝配式住宅建筑中融入綠色建筑理念的優(yōu)勢

4.1 節(jié)約資源

4.1.1 節(jié)省水電

綠色建筑是我國建設(shè)“資源節(jié)約型”、“環(huán)境友好型”建筑的重要理論依據(jù)。在環(huán)保標準中綠色建筑評分如表1所示。建筑項目的成功實施,對地下水資源的需求很大,但有些建筑項目在建設(shè)中忽略了水資源的合理配置,使其進入下水道,導(dǎo)致了水資源的浪費,與綠色、可持續(xù)發(fā)展理念相背離。因此,在綠色建筑中,要注重合理地選擇合理的用水設(shè)施,要加強對節(jié)能工程的設(shè)計和改造,以提高水資源的利用率,同時降低污水對建筑工地的環(huán)境影響。

表1 綠色建筑評分

4.1.2 節(jié)能

墻體是建筑外圍結(jié)構(gòu)的重要組成部分,因此,在進行綠色建筑時,應(yīng)合理地布置墻體,以達到良好的隔熱、絕熱效果。特別是在建筑的墻體上,使用了玻璃棉板、聚氨酯泡沫等隔熱材料,既可以達到隔熱效果又可以達到保溫效果,從而改善了建筑內(nèi)部的熱循環(huán)狀況。在墻體上安裝一層通風(fēng)室,與外界相通,利用風(fēng)壓和熱壓的原理,將一部分熱能從空氣中排出,從而降低室內(nèi)的熱量,從而保證室內(nèi)的散熱和通風(fēng)。選擇輕質(zhì)的裝修材料,以降低對墻壁的吸熱。與屋頂、外墻等圍護結(jié)構(gòu)相比,窗體的傳熱系數(shù)較高。門窗、室內(nèi)外熱交換時,存在著較大的熱損失。在綠色建筑的設(shè)計中,采用了真空低輻射玻璃,從而大大減少了窗戶的熱損失。并將水泥聚苯板、水泥珍珠巖等材料用于屋面結(jié)構(gòu)的設(shè)計,對太陽能的吸收進行了科學(xué)的控制。如鋁塑復(fù)合門窗、玻璃鋼門窗、木塑復(fù)合門窗、多功能鍍膜玻璃等節(jié)能門窗都是綠色建筑的重要組成部分。目前,屋面節(jié)能設(shè)計主要有架空屋面、種植屋面、反射屋面等。

4.1.3 節(jié)地

由于城市建筑受到空間的限制,綠色建筑的概念已被廣泛地運用于城市。在綠色建筑中,節(jié)地是指在保證綠地面積不變的情況下,盡量節(jié)省土地,以達到最大限度的使用。在城市建筑節(jié)地規(guī)劃中,采用多層、高層結(jié)構(gòu)、增大容積、控制建筑密度、利用地下空間建造地下停車場等是目前較為常見的方法。城市建筑的規(guī)劃必須堅持可持續(xù)發(fā)展,不僅要保證綠化土地的完整性,而且要擴大居住區(qū)的生態(tài)環(huán)境面積。同時,設(shè)計者也要充分利用其所處的自然環(huán)境優(yōu)勢,在生態(tài)環(huán)境的保護上,運用地方性材料進行綠色建筑的設(shè)計,以達到與自然環(huán)境、生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)的目的。比如,要充分利用地下的空間,建立停車場,容納小區(qū)內(nèi)80%的汽車停放。也可以把健身和娛樂設(shè)施設(shè)在地下。

4.2 精益施工

精益施工具有高度的智能化,可以極大地減少材料的使用量和能耗。在建筑工程中,將建筑構(gòu)件、裝飾需求、材料類型、機電設(shè)備等多種要素有機地結(jié)合在一起,以達到建筑施工的精益化。

5 綠色建筑設(shè)計在裝配式住宅建筑中的應(yīng)用

5.1 在裝配式住宅整體設(shè)計方面的應(yīng)用

將綠色建筑設(shè)計融入到裝配式住宅的建筑設(shè)計中,對其施工工藝進行改進和完善,以達到綠色、無污染的目標。采用新的組合結(jié)構(gòu)代替原有的灌漿工藝,既降低了環(huán)境污染,又提高了工作效率。通過合理布置剪力墻結(jié)構(gòu)、充分利用空間資源、采用預(yù)制技術(shù)、降低混凝土澆筑工藝等措施,可以有效節(jié)省工程成本。此外,在整體建筑設(shè)計中,采用了預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu),首先對周邊的剪力墻、樓梯、墻板、樓板等材料先用車輛運到工地中進行連接、組裝等處理,然后再進行混凝土的澆筑。這樣可以使整體的結(jié)構(gòu)得到更均勻的受力。

在此基礎(chǔ)上,通過采用套管注漿的方式將豎向剪力墻進行連接,提高了整體結(jié)構(gòu)的完整性和適用性。具體地說,設(shè)計師可以在套管內(nèi)插入鋼筋,在套管內(nèi)注入高強度的灌漿,再進行接頭。這是一種常見的裝配式住宅的聯(lián)接方式。在綠色建筑的設(shè)計下,裝配式住宅的建設(shè)必須采用新的環(huán)保材料與技術(shù),以達到節(jié)能、降低資源消耗的目的。同時,還可以減少建筑垃圾的產(chǎn)生,減少粉塵、廢水等對環(huán)境的影響。與傳統(tǒng)建筑相比較,將“綠色建筑”設(shè)計應(yīng)用于裝配式住宅建筑,不僅減少了對環(huán)境的污染,也減少了能源消耗,而且滿足了當(dāng)前低碳、節(jié)能、環(huán)保、低消耗建筑建設(shè)的需要。同時,裝配式建筑的防火性能得到了極大的提高,具有隔音、降噪、保溫隔熱的效果。

5.2 在建筑材料選擇上的應(yīng)用

將綠色建筑的設(shè)計運用到裝配式住宅建筑,體現(xiàn)在對建筑的使用上。與傳統(tǒng)建材相比,綠色節(jié)能建材具有安全、環(huán)保、變廢為寶、性能優(yōu)越等諸多優(yōu)點。在工程建設(shè)中,將部分廢棄的工業(yè)廢棄料用作混凝土的有效摻合料,既能節(jié)省水泥等建材,又能增加混凝土的使用壽命。裝配式結(jié)構(gòu)與新型墻體、屋面材料相互兼容,這種材料具有重量輕、施工簡便、施工周期短、采用纖維化、復(fù)合化材料制作,既能滿足建筑的節(jié)能要求,又能提高建筑的保溫隔熱效果。在建筑的門窗設(shè)計中,既要達到采光、通風(fēng)的作用,又要具有防火、隔聲、保溫隔熱的作用。目前,我國門窗主要采用塑鋼、斷橋等材質(zhì),既能達到節(jié)能降耗,又能達到節(jié)能降耗目的。

5.3 預(yù)制結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)用

混凝土結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代裝配式建筑物的主要構(gòu)件,利用CAD 技術(shù)和BIM 技術(shù)可以對其實施更高效的管理。建筑工程的工作人員可以利用計算機CAD 軟件構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型,利用BIM 技術(shù)進行熱力學(xué)分析與模擬,并在計算機上完成仿真計算,從而得出了最優(yōu)化的解決方法。通過軟件分析對各結(jié)構(gòu)做出了合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計,達到簡化結(jié)構(gòu)、節(jié)約材料的目的。在裝配式住宅中大量采用預(yù)制構(gòu)件,可以有效地減少建筑能源消耗,所以盡量采用相同的預(yù)制件,并按區(qū)域選用相應(yīng)的預(yù)制件。此外,對預(yù)制件的作用也要充分考慮,以盡量減少以后的建設(shè)負擔(dān)。屋頂部位的排水溝構(gòu)件及防滲構(gòu)件,既可進行排澇、疏通,它還能美化建筑,增加建筑的美感,減少工人的工作量。對強度、剛性要求不高的部件,則選用了大量節(jié)能材料,例如環(huán)保玻璃材料。由于裝配式建筑對環(huán)境的要求很高,所以目前大部分建筑材料都是使用環(huán)保型混凝土,既可以節(jié)省大量的水泥,又可以利用先進的生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù),降低生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的碳含量。

5.4 在建筑設(shè)備與技術(shù)方面的應(yīng)用

建筑設(shè)備包括照明設(shè)備、排水設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備、供暖設(shè)備等。傳統(tǒng)的給水裝置更多的是強調(diào)排水的作用,而忽略了環(huán)境的作用。在綠色建筑設(shè)計下,排水裝置可以采用雨水循環(huán)技術(shù)、節(jié)水型淋浴器、集水器等節(jié)水型設(shè)備。在建筑照明上,應(yīng)用幕墻光伏技術(shù),利用太陽能作為光源。在通風(fēng)供暖設(shè)備方面,采用綠色建筑暖通技術(shù),可以把空調(diào)通風(fēng)與自然通風(fēng)相結(jié)合,從而達到節(jié)能減排的目的;利用當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件,最大限度地利用自然風(fēng)源,達到采暖和通風(fēng)節(jié)能的目的。另外,采用可再生資源替代傳統(tǒng)的電熱資源,可以降低非再生能源的使用。綠色建筑設(shè)計應(yīng)用于裝配式建筑是未來建筑工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。為此,有關(guān)方面應(yīng)該采取相應(yīng)的政策措施,制訂有關(guān)建材的生產(chǎn)規(guī)范和標準,促進我國裝配式建筑事業(yè)的健康發(fā)展及建筑技術(shù)進步。