綠色建筑在裝配式建筑結構中的應用

李良樹

隨著我國城鎮化進程步伐加快，城鎮基礎設施和建筑設施施工呈現爆發性增長，建筑施工帶來的粉塵污染大、能源消耗多的問題日益凸現。傳統施工方式不可避免地影響周圍環境，而綠色建筑技術應用新型環保技術和生產加工工藝改變了舊時施工的模式。城市建設速度加快，高樓建筑的需求也在急速擴張，而裝配式建筑的應用加快了城市的建設速度。如何在裝配式建筑中應用更多的綠色環保技術，對于城市建設發展具有深遠影響。

1.裝配式建筑與綠色建筑概述

裝配式建筑是模塊化結構構件組裝而成，其起源于二戰戰后工業重建對于快速構建建筑物的需求。裝配式建筑的核心是預制件的規模化生產和系統化組裝。混凝土預制結構構件可以實現規模化工廠生產，然后在施工現場進行裝配化拼裝。預制構件在工廠的預制生產過程可以實現構件質量的監管和優化，對于通用結構構件來說可以使用模具進行大批量生產，從而達到節約生產成本的目的。同時，預制件的工廠化生產可以集中處理相關污染，減少施工過程的噪聲污染和粉塵污染。裝配式建筑實行模塊化組裝，通過其獨有的組裝工藝實現快速搭建過程。

綠色建筑最早源于人們對房屋節能應用的探索。1930 年，美國建筑設計師富勒利用金屬鋁材料搭建房屋外表，利用太陽能發電，該建筑實現了良好的通風性和水的循環利用功能[1]。20 世紀60年代，美國建筑師伊安·麥克哈格的《設計結合自然》書籍的出版，象征著生態建筑學的正式誕生。20 世紀70 年代的石油危機加快了太陽能、風能、地熱能等節能技術及其循環回收技術在房屋建設的推廣利用[2]。進入新時期，我國也愈加重視綠色建筑的發展。“十三五”建筑業發展規劃，強調我國綠色建筑占新建建筑的比例將從之前的20%提升為40%。綠色建筑在我國實行生態優先、綠色中國的大發展戰略背景下得到了迅猛發展。

2.綠色建筑理念在裝配式建筑中的應用

裝配式建筑利用大量預制結構構件相比傳統建筑的建造方式本身就具有一定環保節能優勢。裝配式建筑大量使用預制結構構件，通過對預制結構構件的優化和裝配工藝方法的改善可以進一步降低能耗，增加其生態綠色環保性。綠色建筑理念在裝配式建筑中的應用主要體現在預制結構構件的優化設計、材料使用、生產方法及組裝工藝上。

2.1 綠色建筑理念在預制結構構件的應用

混凝土構件（PC 構件）是構成裝配式建筑的基礎，通過使用CAD 技術、BIM 技術實現對混凝土構件及其結構的全生命周期管理。運用計算機技術，使用CAD 軟件進行模型搭建，利用基于BIM技術的軟件進行力學分析、虛擬仿真、模擬計算操作獲得最優解[3]。通過軟件分析，合理改善混凝土結構，達到簡化結構，節省材料的效果。

預制結構構件的大規模使用可以有效降低建筑施工能耗，所以整個裝配式建筑盡可能地使用了統一的預制結構構件，對于裝配式建筑的不同區域擁有其對應的統一預制結構構件。例如，裝配式建筑在屋面區域的排水天溝構件和泛水構件，房屋樓梯區域應用的樓梯預制結構構件等。同時，預制結構構件充分考慮到其它用途，可以為后續的建設任務減輕負擔。在裝配式建筑中，屋面區域大量的排水天溝構件和泛水構件被用作裝飾構件，既實現了排水疏通的作用，又美化了內部建筑，起到了裝飾作用，減低人工工作量的效果。對于強度、剛性要求不高的結構構件，預制結構構件放棄了混凝土這種高能耗材料，選擇了大量輕型環保材料，如綠色真空玻璃[4]。對于環保要求高的裝配式建筑，混凝土大多采用環保性混凝土。這種環保性混凝土節約了水泥用量，通過引進先進生產設備優化生產工藝，減少了水泥生產過程的碳含量排放。

2.2 綠色建筑理念在生產、組裝工藝上的應用

運輸大量預制結構構件需要花費較多人力和物力，為了降低能耗和物流成本，生產預制結構構件的區域距離施工區域相對較近。在生產預制件時會考慮到混凝土余料的二次利用，通過設置臨時性透水磚材料，在臨時性設置區域可以進行混凝土余料的處理工作。施工現場設置的臨時生產區域是嚴格按照建筑施工標準進行修建的。為了實現循環利用的目的，臨時生產區域通常是在下一個施工區域中，可以在修建下一個施工區域時進行轉化，達到節省生產成本，提升資源利用率的目的。在裝配式建筑修筑過程中，為了落實綠色修筑工作和契合綠色裝配的環保理念，豎向類結構預制件需使用鋁模工藝技術與疊合板工藝技術。此類相關技術可以減少相關工序數量，減低生產材料使用量和人力成本。修筑過程中模板和木方使用量的減少在很大程度上保護了森林資源，同時疊合板的工藝減少了建筑加工過程產生的噪聲和粉塵。對預制結構構件進行組裝時，支持系統由原來的鋼管材料、扣件材料變為工具化的支撐系統，改變了以往的作業環境，有利于對建筑模塊進行快速搭建。

2.3 綠色建筑理念在裝配式建筑設計上的體現

住宅需要考慮通風、光照、溫度等多種環境因素，良好的設計需要利用環境因素實現對建筑的能耗減排。例如，建筑周圍進行凹凸變化設計可以起到一定的遮陽效果，從而減輕室內受到的熱量輻射。建筑物的總體規劃影響著建筑群是否形成熱島效應，所以在設計上通常會考慮建筑熱環境和氣流流動的關系。通過對建筑物的科學設計和對周圍環境的綠化布局來降低熱島效應。

3.綠色建筑理念裝配式建筑技術的深度融合

在綠色環保理念的影響下，裝配式建筑技術得到了相關延伸，形成了相關的配套綠色施工技術措施。通過制定施工技術方案，合理運用綠色環保性的裝配式技術，進一步實現綠色建筑、環保建筑的目的。綠色施工技術措施具體有：

3.1 全鋼覆蓋集成式升降架支架

腳手架在建筑施工經常用到，傳統式腳手架需要施工人員根據施工高度進行搭建，搭建需要花費大量的時間和構建材料。集成式升降架主要是在施工區域拼裝組合而成，其結構可以實現模塊化組裝和高度的自由調節。此類腳架的大規模使用，可以有效節約人力資源和減輕勞動人員的工作強度。同時，此類升降架使用鋼材料，可以長期使用，用于以后的施工建設，具有可持續的使用特性。

3.2 大穿插施工技術的合理利用

一個完整復雜的建筑區域還包括其配屬的園林、車庫、休閑娛樂區等設施，為了提高施工速度，這些區域的施工往往是在主體施工形成大致輪廓時進行統一施工。疊加施工會帶來管理不到位，施工資源浪費的現象。合理運用大穿插施工技術，通過對建筑外圍區域實施穿插施工，做到施工的統一性，有效提升施工速度，縮短施工周期時間。

3.3 鋼筋與混凝土結構的分項設計

建筑施工應該嚴格按照施工圖紙內容進行剪力墻鋼筋的放樣試驗工作。使用CAD 軟件進行合理的構件排列，對其鋼筋的加工工作進行優化，給出優化的加工方案。混凝土的澆灌采取分區澆灌，對澆灌區域的數量、排列方式、澆灌量指標等進行相關優化。通過對鋼筋和混凝土的分項設計優化，實現精細化、具體化管理，達到節省原材料的目的。

3.4 BIM 技術深度融合裝配式建筑中

在預制件結構上使用了BIM 技術，生產制造和組裝工藝也可以對接BIM 技術，構建計算機制造集成系統，形成建筑設計到落實的全生命周期管理。利用BIM 技術構建建筑施工總體方案，通過多方研討，理論分析確定最合適的施工方案。裝配式建筑使用大量相同構件，因此，為了生產和組裝效率的提高，可以將BIM 技術運用到裝配式建筑的標注化建設中。主要在模具設計和預制件族庫上進行標注化統一，通過BIM 的信息技術優勢，形成企業標準件的生產管理運行模式。預制構件的生產運輸階段，可以通過BIM 技術對接到生產廠家，將分散的2D 圖紙集結在一個裝配模型中，實現與生產廠家的數據對接和無縫式信息交流。當今時期，利用BIM 技術的協同處理優勢可以實現構件的信息化管理，實現建筑施工的數據可視化。隨著工廠機械化和智能化的提高，只要將BIM 信息數據導入就可以快速實現自動化生產，極大地幫助裝配式建筑的推廣。

4.結語

綠色建筑與裝配式建筑的深度融合是必然趨勢，為了促進建筑產業的良性健康發展，高校和相關行業研究機構應該順應時代潮流，加大對綠色建筑技術和裝配式建筑技術的科研資金投入。同時，建筑行業應該統一相關環保指標標準，出臺相關指導文件，推動綠色建筑產業發展。