裝配式建筑技術(shù)在綠色建造中的綜合應(yīng)用

摘 要：當(dāng)前，推進(jìn)倡導(dǎo)“碳達(dá)峰、碳中和”已成為我國建筑業(yè)關(guān)注的焦點，裝配式建筑技術(shù)是實現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵策略。本文以某地創(chuàng)意設(shè)計總部大廈項目為例，該項目建設(shè)過程涵蓋了結(jié)構(gòu)工程、機電工程與裝飾工程三大領(lǐng)域。結(jié)構(gòu)工程中廣泛運用混凝土及裝配式鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)，提高建筑靈活性與強度；機電工程使用機房、支架、風(fēng)管等預(yù)制模塊；而在裝飾工程中，則運用了單元體幕墻、裝配式裝修及綠植模塊等創(chuàng)新技術(shù)。通過這些裝配式技術(shù)的應(yīng)用，顯著提升了建設(shè)效率，確保了安全文明施工的實施，并進(jìn)一步提升了建筑的整體品質(zhì)，這充分證明了裝配式建筑技術(shù)在實現(xiàn)綠色建造目標(biāo)中的重要作用，并為此類技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用提供了有力支撐和實踐依據(jù)。

關(guān)鍵詞：裝配式；綠色建造；建筑工程；裝配率；建筑信息模型；施工技術(shù)

1 前言

隨著我國建筑工程行業(yè)的迅猛發(fā)展，工程建設(shè)活動所帶來的環(huán)境與能源負(fù)擔(dān)問題日益凸顯。在此背景下，綠色建筑理念應(yīng)運而生，旨在減少環(huán)境破壞與能源浪費，推動建筑與自然的和諧共生。裝配式建筑憑借其快速高效且環(huán)保的優(yōu)勢，逐漸成為建筑工程行業(yè)中的新型技術(shù)趨勢。如何將綠色建筑的核心理念與裝配式建筑的結(jié)構(gòu)施工過程相結(jié)合，成為一個亟待探討的問題，這對于推動整個行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

2項目概況

某地視頻文創(chuàng)產(chǎn)業(yè)園的創(chuàng)意設(shè)計總部大廈項目建筑面積達(dá)10.29萬平方米，總投資約5億元，該項目展示了現(xiàn)代建筑技術(shù)的運用，包含預(yù)制建筑、綠色施工、建筑信息模型（BIM）技術(shù)、以建筑師為核心的責(zé)任制度，以及智能建筑運維等，致力于實現(xiàn)環(huán)境友好和高效生產(chǎn)的建造過程。該項目引入自主研發(fā)與管理體系，使建造活動更加綠色、工業(yè)化、信息化、集約化和產(chǎn)業(yè)化。本文將重點討論其在裝配式建筑技術(shù)方面的廣泛應(yīng)用。

該大廈群由A、B、C三棟主體建筑組成，涵蓋酒店和辦公空間，在這項設(shè)計工程中，A棟樓作為酒店用途，因其卓越的混凝土裝配式設(shè)計而吸睛，設(shè)計上達(dá)到了59.55米的高度，同時這棟樓還被認(rèn)定為綠色建筑的二級標(biāo)準(zhǔn)，裝配率達(dá)到了79%。此項目的A棟堪稱省內(nèi)混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑中裝配率最高的代表之一。此外，A棟樓內(nèi)部的連廊設(shè)計，采用環(huán)保的膠合木結(jié)構(gòu)體系，不僅技術(shù)先進(jìn)，也為環(huán)境做出了考慮。相較之下，B棟樓為寫字樓，采用了既實用又能承受力量的鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)，高度為99.15米。C棟樓展示了一種全鋼結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計，中心支撐體系與鋼框架結(jié)構(gòu)的完美結(jié)合，具備94.8米的高度和綠色建筑的三級標(biāo)準(zhǔn)，其裝配率高達(dá)84%，在本省乃至全國同類建筑中均屬領(lǐng)軍。

該項目在機電和裝飾工程中均廣泛運用了裝配式技術(shù)，展現(xiàn)了現(xiàn)代建筑技術(shù)在不同領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用和發(fā)展?jié)摿1]。

3結(jié)構(gòu)工程裝配式技術(shù)

3.1混凝土結(jié)構(gòu)裝配式技術(shù)

在創(chuàng)意大廈項目中，結(jié)構(gòu)工程裝配式技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，包括傳統(tǒng)裝配柱和預(yù)制樓梯在內(nèi)的各類構(gòu)件。同時，科研團隊研究了包含共軸承插型衛(wèi)生間和層疊式電梯井等預(yù)制件在內(nèi)的創(chuàng)新模組化技術(shù)。結(jié)果表明，這些新技術(shù)與傳統(tǒng)建造方法的結(jié)合有效地提高了施工效率，并促進(jìn)了建筑行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。在工廠實現(xiàn)預(yù)制生產(chǎn)的共軸承插型一體化衛(wèi)生間，集結(jié)構(gòu)、管線、裝飾和保溫層于一體，采用雙重防水和雙重排水系統(tǒng)，確保了其穩(wěn)定性能和使用可靠性?，F(xiàn)場施工人員通過共軸和插接技術(shù)的運用，顯著提升了建筑質(zhì)量與效率，優(yōu)化了空間利用，克服了傳統(tǒng)施工現(xiàn)場常見的缺陷。傳統(tǒng)的設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方式常常面臨諸多挑戰(zhàn)，如結(jié)構(gòu)精細(xì)度難以提升、外觀品質(zhì)不盡如人意以及整體美觀程度下滑等。針對這些問題，創(chuàng)意大廈項目采用了預(yù)制混凝土技術(shù)，對設(shè)備基礎(chǔ)周邊進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計，使之成為標(biāo)準(zhǔn)化模塊尺寸，以便更好地融入整體設(shè)計中。這種方式通過使用鋼模在工廠中完成預(yù)制，運輸?shù)浆F(xiàn)場后僅需要進(jìn)行干式拼接并固定，配合中心部位的混凝土澆筑，大幅縮短了建筑周期，降低了人工與安全風(fēng)險，同時解決了傳統(tǒng)施工過程中的質(zhì)量控制難題和濕作業(yè)頻繁的問題。該種裝配式技術(shù)的應(yīng)用，顯示出在現(xiàn)代建筑工程實踐中，預(yù)制混凝土構(gòu)件化生產(chǎn)模式越發(fā)成熟，為行業(yè)提供了新的建筑技術(shù)和方法的啟示。完成效果見圖1。

在對建筑外觀進(jìn)行設(shè)計時，預(yù)制混凝土地面板能夠被定制成與設(shè)計風(fēng)格相契合的外觀造型和色彩。整個創(chuàng)作流程包括：解析建筑效果圖，借鑒立面所用材質(zhì)與象征性圖案，進(jìn)一步提取出建筑特色元素；在模擬立體幾何圖形及考慮觀賞效果的基礎(chǔ)上，確定細(xì)節(jié)像素；預(yù)制具有特定設(shè)計的混凝土地面板。具體設(shè)計應(yīng)用在創(chuàng)意大廈時，面板尺寸定為1800毫米×2000毫米×200毫米。在施工現(xiàn)場，地面由下而上依次鋪設(shè)剛性層、穩(wěn)定層與預(yù)制混凝土地面板，且在面板中預(yù)置套筒螺母；施工隊安裝面板后，利用螺栓對預(yù)制板進(jìn)行固定，對板材間的縫隙進(jìn)行相應(yīng)處理[2]。

3.2鋼結(jié)構(gòu)裝配式技術(shù)

鋼結(jié)構(gòu)裝配式技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用在創(chuàng)意大廈B與C棟建設(shè)中取得了顯著成就，這項技術(shù)的使用使得該建筑項目耗鋼量約為6400噸，標(biāo)志著鋼結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。然而，工程在實際操作中遇到了挑戰(zhàn)，包括制作精度、節(jié)點連接、柱標(biāo)高及垂直度控制，以及吊裝安全等問題。為應(yīng)對這些問題，工程人員運用了一系列先進(jìn)措施。例如，通過Tekla軟件的深化設(shè)計能力，對整個建筑模型進(jìn)行深化設(shè)計，轉(zhuǎn)化成詳盡的構(gòu)件加工圖、結(jié)構(gòu)安裝布置圖和詳盡的報表清單；5250個二維碼的嵌入技術(shù)則被研發(fā)出來，以保證施工現(xiàn)場每個構(gòu)件的精確定位及安裝。通過鋼箱柱與混凝土的巧妙結(jié)合，結(jié)構(gòu)的承重能力得到了提升，截面尺寸也得到了優(yōu)化；鋼-混凝土組合梁技術(shù)的應(yīng)用，增強了混合材料的承載特性。創(chuàng)新的焊接技術(shù)和智能測量技術(shù)，如雙絲埋弧焊、電渣焊以及免清根的單坡口加襯墊焊接技術(shù)，極大地促進(jìn)了工作效率和施工質(zhì)量的提升。在BIM技術(shù)的支撐下，設(shè)計階段實現(xiàn)了跨專業(yè)之間的協(xié)同工作，施工階段也實現(xiàn)了工序管理上的協(xié)同性，進(jìn)而有效提高了施工管理的效率和質(zhì)量。最終，輕鋼模網(wǎng)與聚苯顆?；炷翉?fù)合墻體的綜合應(yīng)用成果得以實現(xiàn)，不僅實現(xiàn)了阻熱橋的環(huán)保效果，還確保了結(jié)構(gòu)自保溫、免抹灰和優(yōu)良的防火性能[3]。

4機電工程裝配式技術(shù)

4.1裝配式機房技術(shù)

在機房內(nèi)部的設(shè)施布局以及管道和閥門的銜接過程中，對設(shè)備布置方案進(jìn)行了一系列綜合對比分析。因此，現(xiàn)在采納了對水泵和板式換熱器集成為一體的模塊化設(shè)計方案，作為實現(xiàn)過程中的最優(yōu)選項。這種設(shè)計策略的核心是將設(shè)備按照模塊化原則進(jìn)行拆分，使其分解為若干個具有標(biāo)準(zhǔn)化特征的單一元素，隨后進(jìn)行精細(xì)化生產(chǎn)。例如，水泵被細(xì)分為進(jìn)出水管、泵體和基礎(chǔ)以及金屬支架四個子系統(tǒng)；同時，水質(zhì)處理設(shè)備也被分解為底座、相關(guān)管道附件以及支架三個主要部分。通過工廠中對精密的數(shù)控加工設(shè)備以及自動化焊接機器人進(jìn)行定制生產(chǎn)，確保毫厘不差的制造精度。借助于三維BIM仿真技術(shù)，模擬各單體設(shè)備在安裝現(xiàn)場的就位過程，從而挑選出最佳施工路徑。相關(guān)模塊被運至安裝現(xiàn)場后，按照二維碼標(biāo)識系統(tǒng)，借助易于快速組裝的管段和螺栓，實現(xiàn)了無用電焊接的現(xiàn)場拼裝。這一做法不僅提高了現(xiàn)場拼裝的精確度和嚴(yán)密性，同時也確保了管道系統(tǒng)的整體美觀，并且在承壓測試中展示了絕對的密封性，兼顧了精致且可靠的應(yīng)用效果。

4.2裝配式支架技術(shù)

在創(chuàng)意大廈建造過程中，工程團隊選擇了裝配式支架技術(shù)以優(yōu)化建設(shè)過程。傳統(tǒng)的型鋼支架方法通常伴隨著高噪聲、材料浪費、火花飛濺、碎渣產(chǎn)生以及光污染和有害氣體排放等問題，而新采用的技術(shù)特點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

首先，標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)工藝保證了質(zhì)量的統(tǒng)一性與穩(wěn)定性。其次，施工安全性得到提升。由于不需要進(jìn)行電焊作業(yè)打磨除銹或現(xiàn)場油漆，避免了相關(guān)危險因素。最后，從精細(xì)化建模到綜合優(yōu)化，再到模型評審以及支架的定位與固定方式的確立，整個過程涉及機電專業(yè)的一系列步驟，不但顯著減小了勞動強度，也極大緩解了施工帶來的環(huán)境污染。

裝配式支架技術(shù)的核心工程細(xì)分成多個環(huán)節(jié)，包括：機電領(lǐng)域的精確仿真、管道布局的全局優(yōu)化、綜合模型的詳盡審核，以及對裝配支架的具體布置和固型手段的準(zhǔn)確定義。該流程還融入了負(fù)載分析，并在生產(chǎn)階段投入了諸如二向連接件、角形連接件、梁夾C型鋼以及V型加勁結(jié)構(gòu)等不需焊接的部件，這些不僅組成了裝配式支架技術(shù)的骨架，還顯著提升了建造工作的效率和環(huán)境友好性，并契合了現(xiàn)代建筑行業(yè)的發(fā)展方向。

4.3裝配式風(fēng)管技術(shù)

針對創(chuàng)意大廈風(fēng)管系統(tǒng)，專業(yè)團隊通過使用BIM技術(shù)，對風(fēng)管管段進(jìn)行精細(xì)化分解與唯一編碼管理，這一過程涵蓋了從機電專業(yè)建模到風(fēng)管管段編碼輸出的整個環(huán)節(jié)，其中包含了變徑管、三通管以及彎頭等多樣的管道設(shè)計元素。設(shè)計團隊首先運用BIM軟件建立機電專業(yè)模型，并在此基礎(chǔ)上對機電管線進(jìn)行綜合優(yōu)化，其次進(jìn)行一次詳盡的機電模型評審。一旦模型達(dá)到要求，便著手對風(fēng)管管段進(jìn)行精細(xì)分解，并為每一個管段分配唯一的編碼。最后，相關(guān)風(fēng)管信息被完整導(dǎo)出，形成清單供后期使用[4]。

5裝飾工程裝配式技術(shù)

創(chuàng)意大廈的幕墻工程面積超過53500平方米，其設(shè)計涵蓋了玻璃幕墻、構(gòu)件式玻璃幕墻、地彈門、百葉窗以及上懸窗等多項元素，通過采納具有斷熱功能的鋁合金型材和配有三層高品質(zhì)銀膜的超白玻璃，顯著減少了熱量傳遞和太陽輻射的穿透。該項目在現(xiàn)場采用了現(xiàn)代化的單元式幕墻施工方法，注重智能化設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、機械化搬運以及精確安裝，這一過程既提高了施工效率，又保證了工程質(zhì)量。施工過程中包含若干關(guān)鍵性操作步驟，例如，安裝特殊的轉(zhuǎn)接件、將幕墻板塊穩(wěn)吊至指定位置、對幕墻單元板塊進(jìn)行三維精細(xì)調(diào)節(jié)、布置水槽料以及在層間進(jìn)行防火封堵等環(huán)節(jié)，這些步驟確保了整體施工的精確性和可靠性。創(chuàng)意大廈的室內(nèi)裝修工程也采用了裝配式技術(shù)，施工面積約70000平方米，涵蓋了客房、走道、電梯廳等多種空間區(qū)域，并運用了BIM技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化排版，實現(xiàn)了設(shè)計思路至生產(chǎn)和施工端的無縫對接，這種高效的施工方法不僅保障了加工精準(zhǔn)度，而且在現(xiàn)場可以實現(xiàn)快速精確的安裝，為節(jié)能節(jié)材、綠色環(huán)保、施工便捷與后期維護提供了堅實的保證。廣泛采納的創(chuàng)新技術(shù)，尤其是綠植模塊科技，已顯著提升了建筑物的環(huán)境品質(zhì)并有效降低了能耗。以創(chuàng)意大廈為例，其幕墻設(shè)計巧妙融合了多個模塊化設(shè)計元素，如設(shè)置合理的單元體載物平臺與爬架系統(tǒng)，并通過有效地運用排水系統(tǒng)，綜合提升了整體建筑的功能性和能耗經(jīng)濟性，這為攀爬類植物提供了理想的生長環(huán)境（圖2），這些技術(shù)的應(yīng)用旨在實現(xiàn)建筑與環(huán)境和諧共生，增強建筑功能性與生態(tài)美學(xué)相結(jié)合的效益。

6結(jié)論

裝配式建筑技術(shù)在工程建設(shè)中漸顯關(guān)鍵作用，它顯著提升建設(shè)效率，降低人力需求，并解決現(xiàn)場質(zhì)量問題。技術(shù)創(chuàng)新為建筑工業(yè)化提供核心動力，我國工程實踐已取得顯著成績，以創(chuàng)意大廈為例，建筑裝配率超過76%。推進(jìn)BIM技術(shù)支持，推動裝配式建筑技術(shù)拓展至整個工程建設(shè)領(lǐng)域，旨在降低成本、提升綜合效益。此外，專業(yè)人才培養(yǎng)和跨學(xué)科創(chuàng)新將是技術(shù)深化應(yīng)用、深入擴散的關(guān)鍵，確保裝配式建筑技術(shù)在經(jīng)濟發(fā)展中的成功落地。

參考文獻(xiàn)

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