綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑可持續(xù)發(fā)展路徑分析

汪暉

華電重工股份有限公司 北京 100070

1 建筑裝配式鋼結(jié)構(gòu)的基本概念

裝配式的鋼結(jié)構(gòu)主要以裝配式構(gòu)件的形式施工，經(jīng)過改造，將建筑、發(fā)展、建造及大廈管理一體化，以訂立不同的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步提高建筑的生產(chǎn)力和質(zhì)素，確保建筑的循環(huán)再用。這是一種節(jié)能環(huán)保的建筑，其設(shè)計涵蓋了整個施工過程，同時利用信息技術(shù)實現(xiàn)信息平臺，將傳統(tǒng)的建筑設(shè)計和施工改造為“工業(yè)化、自動化”的形式，不僅符合先進(jìn)的建筑發(fā)展理念，也符合“綠色建筑”的發(fā)展理念。在裝配式鋼結(jié)構(gòu)中，每一個結(jié)構(gòu)元素都是靈活的，可根據(jù)用戶需求自由設(shè)計，不影響整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。裝配式鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)不僅可以大大節(jié)省勞動力，而且可以減少材料損失，減少污染，提高經(jīng)濟(jì)和社會效益?，F(xiàn)代科技的進(jìn)步有利于建筑業(yè)的發(fā)展，隨著中國城市化的發(fā)展，建筑質(zhì)量越來越受到重視，與傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)相比，裝配式鋼結(jié)構(gòu)使施工工業(yè)化，減少了資源消耗，使施工更環(huán)保。因此，鋼結(jié)構(gòu)在最近幾年變得很普遍。目前，裝配式鋼結(jié)構(gòu)是一種非常重要的施工形式。將綠色概念融入裝配式鋼結(jié)構(gòu)，建立綠色裝配式體系，對中國建筑業(yè)的發(fā)展具有重要作用。裝配式建筑是在建筑產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的建筑形式。在裝配式構(gòu)件方面，每件建筑構(gòu)件必須按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)制造，然后進(jìn)行裝配和現(xiàn)場制造；裝配式鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計體系在設(shè)計上較為成熟，但其技術(shù)體系尚未完善，這也是“綠色”裝配式鋼結(jié)構(gòu)和應(yīng)用研發(fā)的核心內(nèi)容之一[1]。

2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑類型特點

2.1 基本類型

城市化背景下，綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工數(shù)量不斷增加，該類型建筑在改變傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計、應(yīng)用模式的基礎(chǔ)上，有效地提升了建筑施工效率與質(zhì)量，并且實現(xiàn)了項目節(jié)能與減排的有機(jī)統(tǒng)一。從綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑施工應(yīng)用過程來看，其大致可分為三種類型。其一，模塊化新型建筑體系；該結(jié)構(gòu)體系包含可活動型房、模塊化箱型房兩種模式，這兩種建筑多采用輕鋼結(jié)構(gòu)，能實現(xiàn)建筑空間的有效分配。其二，創(chuàng)新維護(hù)體系；傳統(tǒng)建筑施工模式下，鋼結(jié)構(gòu)布局與鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)布局并無較大差異，而在綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)下，通過創(chuàng)新與維護(hù)，實現(xiàn)了傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用形式的有效優(yōu)化，在一定程度上，實現(xiàn)了建筑實用性和美觀性的統(tǒng)一。其三，工業(yè)化結(jié)構(gòu)建筑體系；在工業(yè)建筑施工中，傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)形式在長期使用后容易出現(xiàn)裂縫等質(zhì)量問題，而在綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑下，通過鋼構(gòu)件連接形成骨架，再采用混凝土進(jìn)行澆筑形成承重結(jié)構(gòu)，有效地提升了工業(yè)建筑的承載能力，確保了工業(yè)建筑的穩(wěn)定性、安全性。

2.2 主要特點

基于突出的性能優(yōu)勢，裝配式鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程中的應(yīng)用不斷廣泛，其有效地滿足了新時期的建筑施工需要，提升了工程項目建設(shè)的綜合效益。首先，從建筑材料層面來看，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑本身具有良好的抗壓與抗拉性能，尤其是在一些具有較大跨度的建筑中，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用優(yōu)勢更加明顯，即能在保證建筑結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，達(dá)到簡化布置方式的作用，有效地滿足了人們對居住空間的個性化布置需要。其次，在傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)建筑施工中，項目施工過程的環(huán)境污染問題較為突出。新時期，實施綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工，能有效提升工程項目的環(huán)保效益。而且在后期拆建中，部分材料可回收進(jìn)行循環(huán)利用，這在減少施工碳排放的基礎(chǔ)上，有效地節(jié)約了建筑能源資源，促進(jìn)了建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展能力。最后，在具體施工中，選擇裝配式的施工方式有效減少了對周圍居民的影響，具有良好的生態(tài)文明效益[2]。

3 裝配式建筑技術(shù)的優(yōu)勢和特點

3.1 綠色環(huán)保

裝配式建筑需要的各種構(gòu)件都是在工廠生產(chǎn)，繼而在現(xiàn)場來展開裝配工作，使用裝配建筑技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)建筑施工模式，能夠減少勞動力支出和成本以及工作的負(fù)擔(dān)壓力，使污染物排放量大大降低。裝配式建筑在施工的過程中都不用泵送混凝土，避免在施工過程中產(chǎn)生過多的噪音污染，同時裝配式建筑也不在夜晚進(jìn)行施工，因而避免了夜間施工給周邊居民帶來的不利影響。并且，裝配式建筑被拆除之后，大部分的構(gòu)件還可以繼續(xù)使用，不但可以有效節(jié)省資源，同時還能保護(hù)周邊的環(huán)境。

3.2 提升建筑物的各種性能

裝配式施工可以處理預(yù)制構(gòu)件預(yù)應(yīng)力技術(shù)和高強(qiáng)度混凝土出現(xiàn)的缺陷和不足，從結(jié)構(gòu)方面而言，它的抗震性比混凝土建筑要好很多。對于防火來說，預(yù)制件材料沒有達(dá)到相關(guān)燃點，就可以防止火災(zāi)的擴(kuò)散，使建筑防火能力得到顯著提升和增強(qiáng)。

3.3 提高設(shè)計精細(xì)化，達(dá)到功能多樣化

現(xiàn)階段建筑形式和相關(guān)功能變得越來越多且逐漸復(fù)雜多樣，而且對于建筑靈活性也提出了非常高的要求，這就要求建筑物要有一定適應(yīng)能力，裝配式建筑里面內(nèi)隔墻系統(tǒng)能夠移動，可以防止裝修導(dǎo)致房屋結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損害，同時裝修改造方面也有了一定的自由，能夠按照具體需求進(jìn)行個性化改造，研究出各種各樣的相關(guān)功能，讓枯燥的空間變得豐富起來，優(yōu)化建筑居住性能，給空間的多樣化發(fā)展帶來無限的可能[3]。

4 綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)在建筑體系中的具體應(yīng)用

4.1 住宅建筑應(yīng)用

伴隨著城市化的發(fā)展及城市人口的急劇增加，住宅建筑的施工數(shù)量不斷增加。在全新化的工程建設(shè)模式下，住宅建筑的施工技術(shù)逐漸城市，建筑結(jié)構(gòu)體系也逐漸多樣。綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)是住宅建筑施工的重要形式，使用該結(jié)構(gòu)后，有效地擴(kuò)大了建筑的應(yīng)用空間，促進(jìn)了建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。結(jié)合施工實際可知，使用綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)后，住宅建筑梁梁柱剛度不足的問題得到了有效優(yōu)化和處理。譬如在住宅家住施工中，人們多會使用一種鋼管構(gòu)件，此類構(gòu)件多是通過標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的模式生產(chǎn)的，其本身具有良好的剛度，裝配這些鋼構(gòu)件后再進(jìn)行混凝土澆筑，建筑的承重能力得到極大提升，這在一定程度上提升了住宅建筑的結(jié)構(gòu)性能，為住宅建筑的高效使用創(chuàng)造了良好條件。

4.2 鋼柱定位

鋼結(jié)構(gòu)框架應(yīng)能保證鋼柱第一部分的精確布置，使鋼柱的后續(xù)布置不致產(chǎn)生顯著的偏差。在兩個初始終端進(jìn)行類似試驗時，初始位置必須準(zhǔn)確，應(yīng)根據(jù)安裝條件選擇適當(dāng)?shù)奈恢米鳛榈诙c。應(yīng)盡可能選擇不能損壞的位置和視野，以便通過封閉法合法地確定鋼柱方向各點的對應(yīng)值。為此，需要使用適當(dāng)?shù)钠脚_支撐安全帶。平臺設(shè)計必須合理，提供非常穩(wěn)定的周邊支座，并應(yīng)防止混凝土澆筑及其他類似工程。應(yīng)使用適當(dāng)?shù)氖侄未_定鋼柱中心的適當(dāng)方向，并在錨柱周圍布置適當(dāng)?shù)木€。線路示意圖必須準(zhǔn)確，偏差必須在規(guī)定范圍內(nèi)；在設(shè)置錨點時，應(yīng)使用整個點來顯示正確的方向。如有錯誤，應(yīng)及時糾正。調(diào)整后再進(jìn)行復(fù)查，確保導(dǎo)數(shù)準(zhǔn)確無誤。

4.3 在圍護(hù)墻體和構(gòu)造中的應(yīng)用

綠色建筑市施工中，裝配式鋼結(jié)構(gòu)在圍護(hù)墻體和構(gòu)造中也有廣泛應(yīng)用；在實際施工中，借助交叉式的方式，可對傳統(tǒng)的圍護(hù)墻體和構(gòu)造進(jìn)行優(yōu)化，這不僅提升了圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的整體性能，而且有效地提升了建筑整體的穩(wěn)定性。譬如，在建筑外墻施工中，人們會在綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，借鑒幕墻利用粘接層和保溫裝飾成品板的方式組成外墻，這實現(xiàn)了建筑外墻保溫與裝飾的有機(jī)統(tǒng)一。值得注意的是，在建筑外墻中使用裝配式鋼結(jié)構(gòu)時，應(yīng)認(rèn)識到這種粘接結(jié)合式的外墻受環(huán)境影響較大，對施工技術(shù)要求較高，對此應(yīng)在考慮地域差異的基礎(chǔ)上，合理進(jìn)行施工方案設(shè)計，并且需自動化、精準(zhǔn)化的進(jìn)行裝配生產(chǎn)，以此來提升建筑的應(yīng)用效果。

4.4 科學(xué)地設(shè)計吊裝方案

為了充分保證起重系統(tǒng)的安全，要合理建立整個節(jié)點的運行技術(shù)體系，合理利用各種技術(shù)。為了優(yōu)化系統(tǒng)，必須結(jié)合實際情況，精心選擇合適的塔式起重機(jī)進(jìn)行科學(xué)安裝，確保建筑完全安全，并盡量減少或防止工傷事故。在使用塔式起重機(jī)時，必須嚴(yán)格限制貨物區(qū)，嚴(yán)密保護(hù)環(huán)境，確保覆蓋范圍充分。所選用的吊車或起重機(jī)必須在分析零件重量的基礎(chǔ)上選擇，使其具有良好的功能，以達(dá)到吊裝要求，為避免影響后續(xù)設(shè)計，并合理提升構(gòu)造高度，提升功能應(yīng)在控制區(qū)內(nèi)進(jìn)行，以確保安全施工[4]。

5 基于綠色可持續(xù)發(fā)展理念的裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展路徑

5.1 創(chuàng)新裝配式鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系

系統(tǒng)完善的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系能為裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑施工提供參考。可持續(xù)發(fā)展理念下，要促進(jìn)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的進(jìn)一步發(fā)展，還應(yīng)完善相關(guān)政策，確保裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系規(guī)范。一方面，在政策體系建設(shè)中，應(yīng)在發(fā)揮市場導(dǎo)向作用的基礎(chǔ)上，注重市場化運作，同時應(yīng)注重土地供給、科技研發(fā)、資金配套等層面的政策扶持，這樣能為裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑覺得發(fā)展創(chuàng)造良好條件。另一方面，在裝配式鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展中，還應(yīng)注重監(jiān)管體制的創(chuàng)新，要求在《標(biāo)準(zhǔn)》指導(dǎo)下，結(jié)合具體項目實際，從項目規(guī)劃、設(shè)計、生產(chǎn)、施工等環(huán)節(jié)開展監(jiān)督管理，提升裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)應(yīng)用水平及管理水平。

5.2 基于信息技術(shù)加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)協(xié)作

加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)協(xié)作是裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求。傳統(tǒng)施工模式，鋼結(jié)構(gòu)建筑施工各環(huán)節(jié)的關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，這使得項目鋼構(gòu)件在后期安裝中存在誤差較大等諸多問題。新時期，在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑施工中應(yīng)深化信息技術(shù)應(yīng)用，在信息技術(shù)支撐下，構(gòu)建一體化的是施工技術(shù)與項目管理瓶體，實現(xiàn)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑產(chǎn)品研發(fā)、技術(shù)推廣、成果轉(zhuǎn)化的有機(jī)統(tǒng)一。譬如，在新時期，可從項目設(shè)計、施工等諸多環(huán)節(jié)使用BIM技術(shù)，依托該技術(shù)加強(qiáng)部門協(xié)作，進(jìn)行項目物資、成本、質(zhì)量、工期的系統(tǒng)管理，確保項目技術(shù)應(yīng)用、相關(guān)聯(lián)的高效性、靈活性。

5.3 推動綠色材料的應(yīng)用

在對建筑工程進(jìn)行施工的時候，通過應(yīng)用裝配式技術(shù)，能夠有效推動綠色材料的科學(xué)使用。這是由于裝配式技術(shù)和別的鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)以及鋼筋混凝土技術(shù)不一樣，其是借助預(yù)制加工以及現(xiàn)場安裝等施工手段進(jìn)行施工。加工施工材料的過程中，基于具體的安裝需求，可選擇綠色且環(huán)保的材料展開施工，比如裝配式施工過程中，可用鋼結(jié)構(gòu)施工，由于鋼有著非常不錯的性能，同時在拆除裝配式建筑的過程中，鋼結(jié)構(gòu)還能夠重復(fù)利用，使得資源利用率大大提高。

5.4 構(gòu)建多元人才培養(yǎng)機(jī)制

要推動裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的可持續(xù)發(fā)展，還應(yīng)組合注重創(chuàng)新型人才的有效培養(yǎng)。對于工程建設(shè)單位而言，其應(yīng)充分認(rèn)識到人才培養(yǎng)是一個長期性的工程，在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展中，不僅注重專業(yè)資格認(rèn)證、技術(shù)考核體系的建設(shè)，而且應(yīng)重視建設(shè)人員職業(yè)技能的培養(yǎng)，滿足裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑施工需要。另外，在現(xiàn)代工程建設(shè)模式下，還應(yīng)加大建筑機(jī)器人的研發(fā)讓機(jī)器人代替人力進(jìn)行生產(chǎn)、施工和檢測。值得注意的是，為滿足裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑對人才的需要，還需要重視校企融合模式的應(yīng)用，通過協(xié)同育人模式培育高素質(zhì)人才，推動裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的健康發(fā)展。

6 結(jié)束語

綜上所述，在現(xiàn)階段，裝配式鋼結(jié)構(gòu)及建筑系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于建造業(yè)，不但大大提高建筑工程的穩(wěn)定性及安全性，還降低了建筑成本，縮短了施工周期，取得了非常積極的社會和經(jīng)濟(jì)成果。同時，鋼結(jié)構(gòu)是裝配式建筑系統(tǒng)的核心，對其過程和管理措施的驗證和分析具有重要意義。在實際工作過程中，有關(guān)技術(shù)人員和操作人員應(yīng)注意鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計和管理措施，以實現(xiàn)促進(jìn)工業(yè)發(fā)展的最終目標(biāo)。