綠色建筑理念下的裝配式建筑設(shè)計探析

摘 要：建筑行業(yè)是我國經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)之一。傳統(tǒng)建筑施工過程中資源消耗多，環(huán)境污染嚴重，因此國家大力推動綠色建筑、節(jié)能建筑的發(fā)展。裝配式建筑有著設(shè)計一體化、生產(chǎn)標準化、施工規(guī)范化的特點，符合國家對于建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的期望。為此，就綠色建筑理念下的裝配式建筑設(shè)計展開探討，以期推動相關(guān)領(lǐng)域的進一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：綠色建筑；裝配式建筑；建筑設(shè)計

隨著社會的發(fā)展，經(jīng)濟水平不斷提高，建筑行業(yè)各環(huán)節(jié)標準不斷提升，人們對于建筑的追求已經(jīng)從滿足基礎(chǔ)居住需求開始轉(zhuǎn)向滿足綠色、節(jié)能、環(huán)保方面的需要。裝配式建筑具有設(shè)計一體化、生產(chǎn)工業(yè)化、施工標準化的鮮明特點，能夠大幅提升施工效率，減少對于資源、能源的浪費，因此裝配式建筑是最符合綠色建筑理念的建筑形式。目前，國家大力扶持裝配式建筑的發(fā)展，但在裝配式建筑設(shè)計中綠色建筑理念的體現(xiàn)相對不足，因此有必要通過多種途徑促進綠色建筑理念與裝配式建筑設(shè)計的融合。

一、綠色建筑理念的內(nèi)涵與特點

（一）綠色建筑的內(nèi)涵

綠色建筑是指在建筑的全生命周期內(nèi)，在確保人們舒適性和建筑實用性的前提下，最大限度地節(jié)約資源（如節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材），保護環(huán)境，減少污染，為人們提供健康、適用、高效的使用空間，是與自然和諧共生的建筑。

項目選址、能源利用、材料選擇等均是綠色建筑建設(shè)中重點關(guān)注的環(huán)節(jié)。在綠色建筑設(shè)計中，會大量應(yīng)用對環(huán)境危害小、可回收的建筑材料。綠色建筑能為人們提供宜居、環(huán)保的居住環(huán)境，同時也在推動建筑行業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展，通過多種方式的結(jié)合，降低建筑能源消耗。

當今世界環(huán)境問題日益凸顯，需要各個行業(yè)、各個領(lǐng)域共同協(xié)作，加強環(huán)境保護，減少資源浪費。傳統(tǒng)建筑施工過程會造成大量的資源浪費和環(huán)境污染，因此綠色建筑設(shè)計以減少負面影響為主要的考量標準，要求從規(guī)劃、設(shè)計到施工等各個環(huán)節(jié)充分控制資源消耗與環(huán)境污染。綠色建筑通過優(yōu)化設(shè)計和采用高效節(jié)能技術(shù)，降低能源消耗，節(jié)約資源，降低成本。如充分利用自然采光、通風等自然資源，以及太陽能、風能等可再生能源，推動建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展（圖1）。

（二）綠色建筑的特點

綠色建筑具有較顯著的地域性特點。我國幅員遼闊，不同的地域環(huán)境對綠色建筑設(shè)計的要求有很大區(qū)別。要符合社會發(fā)展的趨勢，利用新興理念與新型建造技術(shù)對建筑展開多種結(jié)構(gòu)的設(shè)計，同時居民可根據(jù)自身需求選擇不同結(jié)構(gòu)和環(huán)境的建筑。每一座城市都有其獨特的魅力，不同的自然環(huán)境也會影響建筑風格，建筑區(qū)與休閑區(qū)的建設(shè)在設(shè)計風格和技術(shù)要求上存在很大差異[1]。這就要求設(shè)計師綜合考量項目所在地的環(huán)境條件、民族風俗等，充分利用地域優(yōu)勢制定設(shè)計策略。綠色建筑設(shè)計還要重點考量建筑的節(jié)能與環(huán)保特性，但不能一味地追求形式上的綠色節(jié)能，而忽略最終的成本問題。要通過設(shè)計，真正實現(xiàn)減少資源浪費、降低能源消耗，在節(jié)能減排與成本控制間保持平衡。同時，綠色建筑設(shè)計理念應(yīng)貫穿項目建設(shè)的全過程。

二、裝配式建筑概述

隨著我國開始強調(diào)加強生態(tài)文明建設(shè)、堅持綠色發(fā)展理念，裝配式建筑在建筑行業(yè)得到了快速發(fā)展。與現(xiàn)澆式建筑相比，裝配式建筑的建造是一項更為復雜的，需要統(tǒng)籌兼顧多主體、多目標和多元素的系統(tǒng)性工程[2]。在裝配式建筑中，其梁、板、柱、墻等構(gòu)件均是在工廠完成生產(chǎn)，之后運輸至現(xiàn)場完成安裝。由此，裝配式建筑能顯著縮短現(xiàn)場施工周期，且構(gòu)件在工廠實現(xiàn)標準化生產(chǎn)有利于提高質(zhì)量，同時能夠減少施工廢棄物和能源消耗，優(yōu)化資源利用效果，降低成本。

我國目前大力推動裝配式建筑發(fā)展，主要原因就是裝配式建筑從設(shè)計、生產(chǎn)到施工環(huán)節(jié)均符合國家對于綠色建筑的要求。裝配式建筑的發(fā)展是實現(xiàn)我國建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型的重要一環(huán)。雖然裝配式建筑在我國建筑中的占比不斷提升，但較其他國家仍有一些差距，因此裝配式建筑在我國還有巨大的發(fā)展空間。裝配式建筑的發(fā)展得益于國家政策的支持，且國家的支持大大推動了裝配式建筑設(shè)計的創(chuàng)新，為建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型開辟了新的道路。

三、綠色建筑理念在裝配式建筑設(shè)計中的體現(xiàn)

（一）綠色建筑理念下裝配式建筑的選址

在我國，建設(shè)項目有著鮮明的地域色彩，不同地區(qū)的建筑風格不盡相同。為了充分實現(xiàn)綠色建筑理念與裝配式建筑設(shè)計的融合，科學選擇項目地址至關(guān)重要。選址應(yīng)充分考慮周邊自然環(huán)境，選擇具有良好自然條件的地段，如充足的采光、通風，以減少對能源的依賴。同時，選址應(yīng)充分考慮周邊地形地貌，以便建筑建造時可利用地形優(yōu)勢，如坡度適宜，則可實現(xiàn)自然采光和通風。選址還應(yīng)充分考慮周邊氣候條件，關(guān)注風向、風速、溫度等對建筑能耗的影響。在太陽光照充足地區(qū)，可以通過設(shè)置光伏屋面加強對太陽能的利用，從而減少能源消耗。

（二）綠色建筑理念下裝配式建筑的選材

能源浪費、環(huán)境污染是傳統(tǒng)建筑施工過程中經(jīng)常遇到的問題，隨著綠色建筑的發(fā)展，人們對于建筑施工環(huán)節(jié)的節(jié)能環(huán)保特性愈加重視。

裝配式建筑設(shè)計應(yīng)從圍護結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，使用高性能的保溫材料，提高墻體、屋面和地面的保溫性能，減少熱量散失。設(shè)計環(huán)節(jié)應(yīng)注重提高外墻的保溫性能，從而減少室內(nèi)與室外的熱交換，降低室外環(huán)境對室內(nèi)的影響。裝配式建筑結(jié)構(gòu)、裝飾、保溫一體化外墻板技術(shù)又稱為三明治保溫外墻板技術(shù)，其是裝配式建筑常采用的外墻做法，此種墻體中間為保溫層，保溫層受內(nèi)外層混凝土防護，能夠有效提升保溫節(jié)能效率，延長保溫壽命，同時解決保溫層的防火問題。

門窗是裝配式建筑設(shè)計中體現(xiàn)綠色建筑理念的關(guān)鍵部分，其是造成室內(nèi)與室外熱交換的主要因素，因此在裝配式建筑設(shè)計環(huán)節(jié)應(yīng)高度重視門窗設(shè)計，有效提高門窗的氣密性，減少熱交換。在選擇窗戶型材時，工作人員需要考慮其熱傳導性能，因為使用熱傳導性能低的窗戶型材可以有效降低建筑室外環(huán)境對室內(nèi)環(huán)境的影響，例如采用Low-E玻璃、在玻璃的夾層空腔中充入稀有氣體等[3]。

裝配式建筑的構(gòu)件均是在工廠生產(chǎn)，因此構(gòu)件生產(chǎn)所用的原材料能夠得到更加精準的控制，且工廠批量生產(chǎn)相比于現(xiàn)場施工，更有利于節(jié)約資源，降低人力成本。流水線生產(chǎn)構(gòu)件能夠有效提高制作精度，以便現(xiàn)場施工，從而實現(xiàn)對資源的有效利用。在裝配式建筑的材料選擇中，除了要求環(huán)保外，運輸與存放環(huán)節(jié)也是應(yīng)高度重視的內(nèi)容。要充分考慮構(gòu)件的運輸成本和存放條件，因為運輸距離過遠將大大增加資源浪費，存放條件不符合要求也將造成構(gòu)件損壞，產(chǎn)生資源浪費。

裝配式建筑的材料選擇需注重材料的節(jié)能環(huán)保，會用到大量可循環(huán)利用的材料，比如鋼材、木材、環(huán)保建材、新型建筑材料等。綠色建筑理念下裝配式建筑的材料選擇較傳統(tǒng)建筑更注重環(huán)保，有利于材料的二次利用和建筑的可持續(xù)發(fā)展。

（三）綠色建筑理念下裝配式建筑的戶外施工

裝配式建筑采用的是數(shù)字化設(shè)計和工廠化制造相結(jié)合的施工手段，在其施工過程中要加強對節(jié)能環(huán)保技術(shù)的應(yīng)用，盡量減少材料浪費和資源消耗。裝配式建筑的構(gòu)件生產(chǎn)在工廠進行，這樣能夠顯著減少模板等建筑材料的消耗。在現(xiàn)場施工過程中，應(yīng)用灌漿等連接手段可減少現(xiàn)場濕作業(yè)，能夠有效改善現(xiàn)場施工環(huán)境。

為了提高裝配式建筑的現(xiàn)場施工效率，在構(gòu)件制作環(huán)節(jié)就可以將大量的預埋件置入構(gòu)件中，如管道、插座等。這樣能夠有效縮短現(xiàn)場裝配安裝時間，有效避免人力資源的浪費。提前在工廠預埋構(gòu)件，能夠減少后期現(xiàn)場布線的安裝時間。裝配式建筑的現(xiàn)場施工與傳統(tǒng)建筑相比，現(xiàn)場澆筑混凝土量更少，部分節(jié)點采用灌漿等方式連接，因此具有清潔和無塵的顯著優(yōu)勢，且現(xiàn)場施工控制標準更高，能夠有效減少現(xiàn)場廢物排放，有利于保護生態(tài)環(huán)境。

（四）綠色建筑理念下裝配式建筑的室內(nèi)施工

給排水設(shè)計是裝配式建筑室內(nèi)施工過程中的重點環(huán)節(jié)，為了避免傳統(tǒng)施工方式中存在的問題，設(shè)計人員應(yīng)重點考慮對環(huán)境的影響。例如在傳統(tǒng)施工環(huán)節(jié)，給水泵房設(shè)備產(chǎn)生的噪聲會對周邊環(huán)境造成影響，因此在設(shè)計環(huán)節(jié)應(yīng)考慮采用橡膠隔震墊等降噪措施。建筑中存在大量的排水管道，設(shè)計人員應(yīng)選擇噪聲較小的排水器具，并通過適當調(diào)整水箱高度等方式達到降噪的目的。

在通風設(shè)計和供暖設(shè)計方面，暖通系統(tǒng)是關(guān)鍵部分，尤其是在北方地區(qū)，設(shè)計人員應(yīng)采取有效措施增強建筑保溫性能，減少室內(nèi)外熱交換，合理布置室內(nèi)供暖管線，降低供暖損耗。另外，應(yīng)充分利用項目周邊環(huán)境，合理布置窗戶的朝向，以調(diào)整室內(nèi)外溫差，減少對于能源的依賴，并有效利用自然通風條件，減少對于空調(diào)的需求。

在照明設(shè)計方面，應(yīng)充分發(fā)揮裝配式建筑的模塊化特點，考慮建筑模塊的組合和拆分，確保照明系統(tǒng)的靈活性和可重復性。同時，結(jié)合裝配式建筑的特點，將照明系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)集成設(shè)計，提高現(xiàn)場施工效率。選擇高效、節(jié)能的燈具和光源，降低能耗。最大限度地利用自然采光，減少對人工照明的依賴。采用智能照明控制系統(tǒng)，實現(xiàn)燈光的靈活調(diào)節(jié)和節(jié)能管理。為了充分提高實際照明效果，設(shè)計階段可以通過采光模擬軟件優(yōu)化照明設(shè)計，提高能效。

（五）綠色建筑理念下裝配式建筑的模塊化設(shè)計

模塊化設(shè)計是裝配式建筑設(shè)計中的關(guān)鍵，其指將整體建筑結(jié)構(gòu)拆分為數(shù)個模塊，并將模塊在構(gòu)件加工廠完成生產(chǎn)，在現(xiàn)場裝配安裝。此種設(shè)計方法能夠有效提高現(xiàn)場施工效率，降低人工成本，縮短工期。模塊化設(shè)計構(gòu)件能夠大幅提升構(gòu)件的標準化程度和質(zhì)量，較傳統(tǒng)施工過程，能夠減少人工差異對于建筑質(zhì)量的影響。裝配式建筑的模塊化設(shè)計，便于調(diào)整、擴展和改造，然而，其也面臨一些問題。其中一個重要的問題是設(shè)計復雜度高，預制組件的制造具有嚴格的精度標準，這對設(shè)計師的能力提出了更高的要求[4]。

四、綠色建筑理念下裝配式建筑設(shè)計的創(chuàng)新發(fā)展

在國家大力推動發(fā)展裝配式建筑的同時，信息化、數(shù)字化技術(shù)的研發(fā)也如火如荼地開展起來。目前，在從結(jié)構(gòu)構(gòu)件到精裝修的精細化設(shè)計全流程中，一些企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)了BIM技術(shù)的推廣應(yīng)用。在以往的設(shè)計過程中，經(jīng)常會遇到這樣一種情況，即業(yè)主提出一個很普通的方案修改要求，但前后幾萬個建筑構(gòu)件全部要改。同時，傳統(tǒng)方式都是手工修改圖紙，設(shè)計師通宵趕圖亦是常態(tài)。那么怎樣才能便捷地實現(xiàn)多工廠、多項目的協(xié)同呢？這就需要用到信息化技術(shù)[5]。

在裝配式建筑設(shè)計中應(yīng)用BIM技術(shù)體現(xiàn)了數(shù)字化的特點，通過建立三維模型，從而在設(shè)計、生產(chǎn)、施工等環(huán)節(jié)提高效率。項目之初，可以依靠BIM模型，對材料、人工等成本開展預測，對每個階段的成本進行預估，從而達到精確控制成本的目的。在設(shè)計階段，BIM技術(shù)可以將各個專業(yè)有機融合，各專業(yè)設(shè)計人員在相同模型上進行處理，可以減少溝通障礙，有利于項目推進。設(shè)計人員可以充分利用BIM技術(shù)優(yōu)化設(shè)計、修改模型，從而指導對構(gòu)件的調(diào)整。在構(gòu)件加工階段，設(shè)計人員可以和工廠生產(chǎn)人員通過BIM技術(shù)的應(yīng)用及時溝通構(gòu)件的優(yōu)化方案，從而為施工環(huán)節(jié)打下基礎(chǔ)，同時也有利于提升構(gòu)件標準化程度，提高生產(chǎn)質(zhì)量。在施工過程中，BIM模型能顯示施工技術(shù)和進度，能對施工環(huán)節(jié)進行模擬，以便提前發(fā)現(xiàn)問題，減少施工過程中的弊端?？梢?，在裝配式建筑設(shè)計中結(jié)合BIM技術(shù)能夠有效提高施工效率，減少能源浪費，縮短工期，這是裝配式建筑設(shè)計與綠色建筑理念有機融合的體現(xiàn)。

綜上所述，綠色建筑理念在裝配式建筑中的應(yīng)用可以實現(xiàn)節(jié)能減排、提高居住質(zhì)量、保護環(huán)境等目標，在綠色建筑理念的引導下，裝配式建筑可以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。綠色建筑、節(jié)能建筑是我國建筑行業(yè)發(fā)展的重要方向，在此理念指導下，設(shè)計人員應(yīng)加大力度，從選址、選材、戶外施工、室內(nèi)施工等各個方面促進綠色建筑理念與裝配式建筑設(shè)計的深度融合，從而有效提升施工效率，節(jié)約資源能源，促進建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

[1]廖子良.綠色建筑理念下建筑設(shè)計發(fā)展趨勢[J].散裝水泥，2023（2）：166-168.

[2]周建晶.基于BIM的裝配式建筑精益建造研究[J].建筑經(jīng)濟，2021（3）：41-46.

[3]趙靜，孫慧斌，孫曉麗，等.綠色生態(tài)理念下被動式超低能耗裝配式建筑關(guān)鍵技術(shù)的研究[J].房地產(chǎn)世界，2021（23）：13-15.

[4]許惠，唐曉琪.預制裝配式建筑設(shè)計實踐及相關(guān)問題的探討[J].居舍，2022（35）：122-124.

[5]蔣博雅，劉少瑜.綠色裝配式建筑及其BIM技術(shù)應(yīng)用的思考[J].西部人居環(huán)境學刊，2020（6）：10-16.