綠色低碳環保背景下的裝配式建筑技術探討

文／張繼合、王相 山東省建筑設計研究院有限公司 山東濟南 250010

引言：

中國高速發展的經濟狀態已經緩慢的降低為中速發展狀態，綠色低碳環保是一個通過擴大內需，拉動經濟增長的重要手段，也是每個國家發展到一定程度所必須經歷的過程。然而，由于部分人對綠色低碳環保的概念把握不清晰及推行措施落實不到位、管控不嚴等問題，造成了綠色低碳環保的發展遠遠落后于工業化發展。為了解決綠色低碳環保遺留下來的問題，加快建設基礎建設與以人為本、高質量及可持續發展的理念并行，明顯可以發現，傳統建造方式所采用的現場澆筑混凝土的方式，具有施工粗放、質量保證難、施工工期長、環境污染嚴重等問題，已經不利于綠色低碳環保建設。因此，需要推出一門新的、符合新型綠色低碳環保建設理念的建造方式——裝配式建筑。裝配式建筑以其質量可監控、性能可保證、施工環境安全、建造效率快、節能環保低碳的優點，成為了中國建筑業中首推的建造方式。

在綠色低碳環保背景下，要推行裝配式建筑發展，除了要解決發展裝配式建筑的主要阻礙——成本問題，還要解決建筑業所面臨的勞動力和技術工人短缺問題。只有解決了這兩個問題，裝配式建筑才可以健康長遠的發展。

1、國內的研究現狀

國內在新型綠色低碳環保和裝配式建筑相比,裝配式建筑發展現狀及其在理念、技術、管理成本中遇到的問題，提出重點從裝配式建筑在理念、技術、管理、成本等方面入手解決阻礙裝配式建筑的突出問題，為發展裝配式建筑、促進新型綠色低碳環保發展裝配式建筑的發展在提高建筑數量和質量、加快產業轉型升級、引導農民工技能提升、促進綠色低碳環保可持續發展的四個方面中表現出獨特優勢，有利于加快新型綠色低碳環保的推行。

通過研究建筑業勞動力與建筑業發展的關系，證實建筑業從業人數與建筑業的發展具有相互影響的關系，故建筑業的農民工數量對建筑業的發展的影響至關重要，要解決建筑業勞動力短缺問題，單純靠增加建筑業勞動力數量是遠遠不夠的，主要還是要留住農民工，發展農民工，提升他們素質和技術，提高勞動生產率，為建筑業的長遠健康發展提供保障。

2、裝配式建筑的特點

2.1 裝配式建筑的內涵

裝配式建筑是一種通過對建筑構件的預制，進而運輸到施工現象進行組裝的建筑產品。雖然其表述十分簡單，但其對比于傳統建筑，其建造過程的參與的企業單位要比傳統建筑更多，因此在信息交流的復雜性，而導致裝配式建筑的成本升高。裝配式建造過程的參與的企業單位與傳統建筑對比表，如表1所示。

表1 裝配式建筑與傳統建筑參與主體對比

在技術層面上，裝配式建筑是采用標準化設計、工廠化生產、裝配化施工、信息化管理、智能化應用，把傳統建造方式中的大量現場作業轉移到工廠進行的現代工業化生產方式，是推動中國建筑業轉型升級、實現新型綠色低碳環保發展、踐行節能減排戰略的重要舉措。

2.2 裝配式建筑的發展歷程

中國的裝配式建筑的發展起源于20世紀50年代。因當時候中國向蘇聯學習，故裝配式建筑也緊跟蘇聯腳步，再加上，1957年北京所開展的八天時間建造四層樓的裝配式 建筑的展示，讓中國制造業感受到裝配式建筑的優勢，中國因此而開啟了裝配式建筑的發展。

國務院辦公廳《關于大力發展裝配式建筑的指導意見》（國辦發「2016」71 號）文件明確提出發展裝配式建筑，我國裝配式建筑進入快速發展階段，裝配式建筑是有一個系統工程，由結構系統、外圍護系統、設備與管線系統、內裝系統四大系統組成，是將預制部品部件通過模數協調、模塊組合、接口連接、節點構造和施工工法等集成裝配而成的，在工地高效、可靠裝配并做到主體結構、建筑圍護、機電裝修一體化的建筑。

裝配式建筑是我國建筑結構發展的重要方向之一，它有利于我國建筑工業化的發展，提高生產效率節約能源，發展綠色環保建筑，并且有利于提高和保證建筑工程質量。與現澆施工工法相比，裝配式結構有利于綠色施工，因為裝配式施工更能符合綠色施工的節地、節能、節材、節水和環境保護等要求，降低對環境的負面影響，包括降低噪音、防止揚塵、減少環境污染、清潔運輸、減少場地干擾、節約水、電、材料等資源和能源，遵循可持續發展的原則。裝配式混凝土建筑宜采用建筑信息模型（BIM）技術，實現全專業、全過程的信息化管理。

2.3 裝配式建筑與傳統建筑對比

正是國家經濟需要快速發展的時候，大量的農民進城，對住宅需求量大，雖然原現澆式建筑的發展已經較為成熟，但因其的建造速度慢，遠遠不能滿足市場對建筑的需求。同時，裝配式建筑正處于探索階段，其成本的控制難度遠遠大于現有的成熟的現澆式建筑，故建筑企業的前期轉型意愿積極性不高，但為了經濟的發展，政府只能大膽推行甚至強制推行裝配式建筑。政府通過政策的完善、經濟補貼、設立專門的咨詢和研究部門，并且還加大研究力度，不斷出臺相關規范，嚴格要求按標準規范生產與施工。

裝配式建筑主要特點是標準化，標準化可以使預制構件的拆分、設計和生產的效率更快，避免因為構件的錯誤拆分、深化設計而導致模具的多種多樣，有利于生產效率的提高。模數化使構件與構件之間的通用性增強。模數技術的提升，有利于提高裝配式建筑建造的施工效率，從而提高裝配式建筑的經濟效益。

裝配式建筑屬于產業信息交互較高的建筑方式，裝配式建筑企業供應鏈是指以總承包商為核心，由總承包商、供應商、制造分包商、施工分包商和業主圍繞建設工程項目構成的一個主要涵蓋設計、制造、裝配關鍵過程的建設網絡。若是其材料的制造、構件配供應、現場建造、建筑裝修等都形成了工業化生產，其大批量的材料工廠化生產、生產線的生產管理、標準化設計以及室內生產不受天氣影響等優勢不僅降低了裝配式建筑構件的采購成本，而且還降低了生產成本及時間成本。

裝配式建筑是我國國情發展所需，雖有不足但是隨著國家政策扶持，技術的不斷進步，裝配式應用比例也逐年提高，不斷凸顯其優勢。

2.4 門窗預制

在傳統的建筑施工過程中，通常是將門窗工程作為一個獨立的分包工程，且都是在主體施工完成之后，在裝修階段才開展門窗的施工，在傳統的施工流程當中，門窗的施工進度及施工質量會對建筑整體項目的施工進度及質量產生影響。而在應用裝配式建筑技術之后，能夠有效的簡化門窗的安裝過程，建筑構件的預制加工過程中，可以進行整體的門窗加工，這樣整個建筑結構的整體性得以提升，能夠有效防止出現門窗滲漏等質量問題，且整體預制技術可以同步門窗施工及建筑主體施工，使得整個建筑項目建設速度得以提升，在保證質量的基礎上能夠有效縮短施工工期。

2.5 成套裝配

在實際的開展裝配式建筑施工的過程中，可以根據用戶的實際需求，在生產車間中就對一些構件進行預制，所有混合料的配比是根據實際施工要求來確定，能夠保證構件的質量滿足客戶的實際需求，從而有效避免因構件不合格所導致的質量問題。且在施工現場開展施工時，主要是對這些構件進行組裝，能夠大大提升施工效率，降低施工難度。對于客戶來說，可以在樣板間中挑選合適的構件，之后由工廠的流水線負責相關構件的生產，這能夠很好的滿足客戶的人性化需求，具有施工效率高、速度快、且施工費用低等諸多的優點。

2.6 防水保溫

傳統的建筑施工方式當中，建筑工程的防水與保溫會直接對施工質量及運行質量產生影響，而采用裝配式建筑技術，不管是建筑的防水還是保溫都是在工廠中流水線標準化生產，且在建筑外墻及屋面構件的加工過程中能夠同時將保溫層與防水層加工，這樣防水層與保溫層與建筑主體結構具有良好的完整性，那么建筑物的防水保溫效果能夠有效提升。此外，整體式的加工方法能夠有效簡化后期施工工藝，促使后期施工速度的有效提升，這對于建筑業的綠色低碳化發展是非常有利的。

2.7 管線預埋施工注意要點

在裝配式建筑結構施工圖紙設計過程中，技術人員應對裝配式建筑結構的使用需求有全面的了解，具體選擇何種類型的構件應考慮到不同的受力情況。尤其是在管線預埋的施工過程中，應確保所安裝的管線構件滿足工程建設標準，并要強化與生產工程的溝通，保證生產工廠以及相關技術人員能夠嚴格按照實際生產需求來調整構件，盡可能的降低施工誤差，確保預制構件的整體性。此外，裝配式建筑結構的主體受力應保持均勻，盡可能的確保管線預埋的合理性。在設計設計階段就得確保電氣、水管洞口等預留的點位、槽盒等正確無誤。

2.8 鋼結構施工注意要點

為了能夠有效提升裝配式建筑結構的承載力與穩定性，在開展相關設計方案的設計過程中，應對鋼結構施工因素予以充分的考慮，對裝配式建筑結構開展施工階段驗算，防止施工過程中發生側向彎矩失穩等問題，并要對各個支撐點的距離進行計算，對側向支撐點予以科學設置。尤其是在鋼結構節點的設置過程中，應對裝配式結構自身所承受的風荷載與地震荷載予以充分考慮，以便于選擇科學合理的銜接方式將各個結構組裝起來。

2.9 混凝土構件施工要點

在裝配式建筑結構設計過程中，應對混凝土預制與澆筑范圍、構件承載力等予以綜合考慮，結合實際施工要求對精準定位各個構件的銜接部位。在拆分裝配式剪力墻結構的設計過程中，為了確保墻體拆解過程中墻體規整化，通常會將剪力墻設置為T 形，從而有效降低拆解難度，并能夠有效防止各類突發事件。此外，還需要充分考慮構件安裝環境、存儲環境、運輸環境等方面的問題，確保后續施工能夠順利開展。

2.10 外墻腳手架對于構件的要求

在裝配式建筑結構開展施工的過程中，所必不可少的一項安全措施就是外墻腳手架，常用的腳手架類型有懸挑架、落地架、附著式升降架等，在多層建筑開展施工過程中，最為常用的是落地腳手架，通常不會對建筑構件造成影響。在高層級建筑施工過程中，最為常用的是懸挑架，附著式升降架在各類工程中都具有良好的應用，能夠為工程施工提供良好的附著受力點。在開展裝配式建筑結構單件及連接點設計的過程中，應對不同作用力大小及方向予以綜合判斷，防止為后續施工留下安全隱患。尤其是需要考慮腳手架作用力對于裝配式建筑結構預制構件造成的影響，防止因腳手架的附著力導致預制構件的變形或者是直接破壞。此外，在實際開展施工的過程中，若是應用到其中機械、塔吊等大型設備，若裝配式建筑結構的高度大于設備最大承受高度，就需要應用附著架將裝配式結構與垂直運輸設備聯系起來，這也提示在開展裝配式建筑結構設計時，應對其中器械附著處強度予以綜合考慮。

3、綠色低碳環保背景下關于裝配式建筑發展的建議

3.1 政府方面

政策上，完善裝配式建筑推行的政策制度及經濟激勵措施。因為我國裝配式建筑都發展得較晚，在政策推行過程中，由于地方政府缺乏實踐經驗，難以找到適合自身特點的裝配式建筑推廣政策，所以需要地方政府從自身特點出發，完善其城市的裝配式建筑推行的政策制度。同時，也因為是在裝配式建筑發展初期，技術體系不成熟，構件的生產、運輸、安裝成本所受到的影響因素較多從而導致裝配式建筑的成本過高，可以通過土地、財政、金融及稅收等方面進行經濟性的激勵政策推行。

措施上，引導企業實行總承包模式發展，避免因設計、構件生產、運輸、安裝之間的脫節，而造成大量的人力物力的浪費，從而達到節約資源，降低成本的目的；完善標準規范，加大科研投入，研發成熟通用的技術體系；通過建立專門的咨詢及監督機構，對裝配式建筑的質量進行把控；整合裝配式建筑產業鏈資源，培育一批集裝配式建筑設計、生產、施工一體化的龍頭企業，加速對科研成果的轉化能力，帶動裝配式建筑發展。

3.2 社會方面

提高消費者對裝配式建筑的認知，讓他們感受到裝配式建筑更能滿足他們對住宅的舒適度、美觀、空間優化等要求，并且其通過合理的設計及對構件質量的嚴格把控，能減少光、熱能源的消耗，除此之外，其建筑材料的使用也滿足綠色、低碳的生態可持續發展要求。

3.3 企業方面

優化預制構件設計、生產環節。根據國家出臺的構件的標準化文件規定，合理拆分構件，避免因構件的拆分不合理，而增加構件的安裝難度，建筑質量達不到要求，從而影響到成本的控制。在預制構件深化設計中，通過BIM 技術的可視化及預制構件的模擬施工，減少設計過程中的錯誤、缺失、碰撞出現的概率，提高設計的速度及質量，降低設計成本及項目時間成本。在生產過程中，根據生產線的生產特點和生產合理安排構件的生產順序，提高機械及模板的利用率，從而達到降低成本的目的。

科學合理規劃運輸工具及路線，降低構件運輸成本。由前文可知，運輸距離、運輸設備的而選擇與二次搬運是影響構件運輸成本的主要因素，故可以通過選擇項目較近的構件生產工廠和選擇最優路線及運輸時間點，避免交通及施工場所問題所引起的時間成本及二次搬運費的產生來減少構件運距的費用。此外，根據構件的尺寸、數量、類型等科學合理的選用運輸工具，可以減低該項目租用運輸設備的價格，從而降低構件在運輸成本的投入。

引進先進的管理技術，降低構件安裝成本。在裝配式建筑安裝過程中可以通過引入先進的管理技術，例如BIM 技術，通過該技術的可視化來進行構件安裝的模擬施工，避免出現實際施工中構件安裝次序混亂和安全隱患等問題，有利于構件安裝效率的提高以及對施工人員人身安全的保護。

提高建筑業對勞動力的吸引力和穩定性。提高農民工的生活、工作環境質量及社會保障，注重其專業培訓。目前，建筑業已經出現了明顯的勞動力缺失問題，前文已經通過對建筑業的行業特點及農民工的擇業意愿分析，了解到農民工對生活、生產環境的需求。因此，必須要對建筑業的生活、工作環境社會保障進行改善是吸引農民工選擇進入建筑業的前提，通過加強對農民工的專業培訓，不僅能提高他們的自身文化素質，提高其自身的競爭力，而且還能提高其在構件生產和安裝工作的安全性和施工質量以及勞動效率。故注重對農民工的專業培訓有利于提高建筑業勞動力的穩定性及經濟效益。

結語：

綜上所述，在推行新型綠色低碳環保發展的背景下，建筑業的供給側結構性轉型已經十分緊迫，裝配式建筑的發展是必然的。目前裝配式建筑在發展中遇到的成本問題阻礙及建筑業勞動力缺失問題，可以通過政府政策的出臺及行動上的任務的、社會消費者對裝配式建筑的認知、企業對構件的設計、生產、運輸、安裝和勞動力進行了相應的措施建議，實現裝配式建筑及建筑業的長遠穩定發展，從而推動新型綠色低碳環保的發展。