裝配式建筑在我國的發展及應用探析

周星

中國建筑技術集團有限公司 北京 100012

引言

人類社會的信息化建設逐漸發展，迎合未來環境保護的發展趨勢，智慧城市建設已成為建筑行業發展的重要趨勢。為解決城市交通擁堵、住房嚴峻、土地資源緊張、環保嚴重等問題，迎合城市可持續發展理念，將裝配式建筑用于建筑行業內，同時融入BIM技術，有利于依據建筑工業化需要，保障建筑施工質量，提高施工效率，同時為裝配式建筑的應用帶來更廣闊且穩定的發展空間。

1 裝配式建筑在我國的發展概況

1.1 裝配式建筑

裝配式建筑，實際上就是以建筑工業化需求為目標，將建筑主體結構與所需構件提前在工廠預制生產，再將構件統一運輸到施工現場等待安裝配置。與以往的建筑制造方式相比，裝配式建筑擁有明顯的優勢，不僅有效減少了施工現場濕作業量，也降低了揚塵與噪聲對環境的影響，縮短作業周期，提高施工效率，全方位的把控成本，從而實現綠色環保的建筑理念。一般情況下，裝配式建筑的建造需要多方參與，確保各方主體相互溝通，解決任何影響工期的問題，通過對BIM技術的應用實現裝配式建筑與信息化技術的有效結合，支持建筑信息高效共享與資源統一調配[1]。

1.2 裝配式建筑的應用優勢

與傳統建筑結構相比，裝配式建筑的應用優勢主要體現為以下幾方面：①裝配式建筑結構自重輕，且材料強度高。鋼結構不僅強度高，且具有較好的抗變形能力，與混凝土結構相比，鋼結構的密度和屈服強度比值較低，受力條件相同的情況下，鋼結構截面小，重量輕，方便后續運輸到現場快速安裝，適合用在跨度與高度比較大的大載重建筑結構，比如高層住宅建筑。②裝配式建筑連接方式簡單，以鋼結構體系為例，焊接與栓接等連接方式工藝簡單，操作便捷，節點作業處無須覆蓋隱蔽。③裝配式建筑應力傳遞方式簡單，具有較好的整體性能。鋼結構拼接為建筑整體框架體系之后，由于構件材質比較單一，所以裝配式建筑結構應力傳遞方式簡單，材料不會對結構體系造成過大的力學性能影響，整體結構更加可靠。④提高工程施工質量，促進文明施工。裝配式建筑中所有構件都要在工廠內統一預制完成，確保材料入場之后的質量，采用機械化加工方式，所制造出的產品構件性能指標更規范，質量缺陷成功減少。與此同時，現場作業量減少，安全管理風險降低，加強對材料構件運輸與裝配兩方面環節的安全管理，即可降低安全事故發生概率[2]。

1.3 裝配式建筑發展概況

1958年背景首次采用了裝配式建筑建造方法，1976年后各地區開始廣泛應用裝配式建筑，但伴隨著市場需求的增加，整個裝配式結構建造市場出現了結構質量下滑、相應配套技術發展緩慢以及防水隔音問題等，導致行業發展出現停滯。城市化發展進程下，國家加大對裝配式建筑的資金投入，2015年各地區開始頒布相應政策支持裝配式建筑建造方法，次年2月國務院有頒發了《關于進一步加強城市規劃建設管理工作若干意見》，要求爭取在10年左右提高裝配式建筑在新建建筑中的占有率達到30%以上。2017年，住建部倡導將BIM技術用于裝配式建筑中，推動建筑行業的可持續發展。2018年兩會在《政府工作報告》中表示，發展裝配式建筑與鋼結構，實施建筑行業標準化建設，接下來應進一步推廣裝配式建筑建造方式[3]。

近年來我國城市化發展進程加快，勞動力成本逐漸攀升，材料和預制構件的加工水平顯著提高，裝配式施工技術不斷完善，基于政策導向推動下，裝配式建筑呈現出高速發展的態勢。從2016至2021年，我國新建的裝配式建筑面積增長率平均在55%左右，建筑類型方面，住宅建筑較多，共占比54.7%。“十四五”規劃中，住房與城建部特別引發了《“十四五”建筑業發展規劃》，提出預計到2025年裝配式建筑將會在市場中占據更大的比例，垃圾排放量也會被控制在300t/㎡以下，建筑廢棄物再利用效果明顯，新一批綠色建造示范工程產生，現階段我國建筑業的增加值的增長值在每年5.1%左右。2020年建筑業總產值26.39萬億元，其中裝配式建筑占比較高，裝配式建筑目前主要用于鋼結構住宅、醫院、學校等大型公共建筑，企業加強對大數據與云計算等技術的應用，促進了裝配式建筑的信息化建設。

2 裝配式建筑在我國的應用

2.1 裝配式建筑應用于智慧工地

從某種意義來講，智慧工地是當前智慧城市建設中符合建筑行業發展的技術手段，特別是工程周期管理概念。在智慧工地內引入BIM技術，可實現對工程建設的智能化管理，裝配式建筑應用全方位實現了行業節能減排與資源循環利用的發展目標。裝配式建筑當中的預制構件會添加相應的芯片，使用智能設備進行預制構件生產、運輸以及安裝等環節的管控，從而監控各個構件的有關信息。與此同時，通過智能化設備互聯互通與消息共享，實現裝配式建筑的智能協同生產。

打造裝備智能工廠，對鋼筋下料、模具拆裝以及混凝土澆筑等環節進行智能化與自動化改造，采用數字化與集成技術建設裝配式建筑智能制造產業基地，實現施工現場材料高效配送、機器人自動焊接、機械化噴涂等。應用智慧功能，強化工程建設效果，加強對BIM技術與大數據技術的應用，依靠相應軟件完成噪聲與揚塵污染現狀的動態監測分析，以此更好的控制裝配式施工現場，把控施工進度，提高施工效率。應用智能感應設備，監測現場人員對安全工具的使用操作情況，及時發現其中的異常行為。采用人工智能技術，監控現場設備與作業情況，通過大數據分析安全隱患問題，科學制定裝配式建筑施工安全管理措施[4]。

2.2 裝配式建筑推進建筑工業化

現如今智慧城市已成為國家建設的頂層設計，這是一種新型城市發展形態，擁有精準管控與高效協同等優勢。裝配式建筑不管是在技術應用，還是未來發展趨勢，都可以滿足智慧城市發展需要。和以往建筑項目比較，裝配式建筑在設計環節和施工環節擁有更顯著的優勢，人們更重視對質量與成本的控制，將BIM技術用于預制構件制造與施工裝修，為智慧城市建設與發展創造有利條件。

2.3 裝配式建筑應用于住宅建筑

2.3.1 強化預制構件生產制造。將裝配式建筑用在住宅建筑施工，實現對梁、柱以及墻等預制構件的生產制造。迎合當前裝配式住宅的建設需求，對預制構件提前設計，把控構件材料質量，按照生產標準與施工標準，將構件模具提前固定于套筒位置，再將構件放入鋼籠，為接下來的混凝土澆筑施工奠定基礎。

2.3.2 把控外墻板高效安裝。提前做好住宅外墻板吊點的規劃設計，在預制構件加工完成后，做好施工質量檢測工作。隨后完成建筑外墻板起吊與下落定點，使外墻板安裝順利，完成預制墻板有效支撐，再根據實際情況做好施工方式的優化調整。墻板的吊裝通常需要使用模數吊裝梁，按照墻板吊環位置確定起吊點，再用卸扣提前連接鋼絲繩和外墻板預留吊環，在起吊到距離地面500mm的位置查看連接情況，確認無誤后緩慢運輸的吊裝，施工人員使用兩根溜繩鉤住搭鉤，緩慢下降墻板。

2.3.3 預制疊合板施工。在與地板上方距離30cm的位置安裝預制疊合板，依據相應安裝順序，確保疊合板安裝質量，與此同時還要在底部設置臨時托架。充分考慮預制疊合板安裝結構，安裝上層疊合板時做好混凝土澆筑施工，等待混凝土材料凝固后開展強度測試，全方位保障裝配式建筑的整體結構穩定性。預制疊合板的安裝需要經過以下施工流程：安裝前準備工作與測量放線；支設支撐體系與板接縫模板、板邊角膜；吊裝并校正疊合板的位置；布設機電管線；綁扎鋼筋；工程驗收；混凝土澆筑。

裝配式建筑中疊合板的應用要點如下：①安裝前準備工作，依據圖紙做好疊合板構件各項參數檢查，確定安裝位置，做好吊裝順序的編號；對外伸鋼筋存在影響的水平定位筋與暗柱箍筋及時取出，吊裝疊合板后再將此處恢復原狀。②測量放線，依據圖紙要求在裝配式建筑的樓板位置放出獨立的支撐點位圖，彈出墻體疊合板邊線與中心線，在剪力墻彈出+1m水平線，完成對疊合板安裝的標高控制。③支設支撐體系，整個預制疊合板下支撐體系包含鋁合金工字梁、鋼支柱以及托座等部分，按照施工方案進行平面布置，再依據疊合板的規格設置支撐點，安裝前調整設計標高。支設板邊角膜，應用尺寸為12mm的木膠合板，再用14#通絲螺桿對拉固定。④吊裝就位，起吊的時候減少彎矩產生，應用3m麻繩牽引；按照圖紙中標注的吊點位置進行疊合板的吊裝，長和寬在4000mm以內的疊合板需要4個吊點，超過4000mm尺寸的疊合板需要6個以上吊點，要求吊點分布對稱，確保吊裝期間可以受力均勻，實現對疊合板的平穩吊裝。⑤起吊時提前試吊，向吊起在距離地面50cm的位置，查看鋼絲繩受力情況，再將疊合板吊至上空，要求吊索水平夾角在60°以上，鋼絲繩的長度不能低于3m。將疊合板垂直向下安裝，放下時保持平穩，調整時墊好小木塊，防止板的邊角受到損壞。

2.4 裝配式建筑應用于綠色建筑

綠色建筑背景下推廣裝配式建筑施工，其中的主要技術大致如下：①BIM技術，發揮BIM技術的3D可視化作用建設工程模型，提高預制構件質量。如果施工期間存在預制梁不足的問題，人們可依靠3D模型確定預制梁的所需數量，按照要求將預制梁加工完成并運輸到施工現場。這一方法可以保證材料充足，避免資源浪費，降低成本投入。此外，應用BIM技術可以提前了解裝配式建筑施工現場，及時發現隱患問題，做好應對措施，為施工創造有利條件。②成套裝配。預制構件生產需要從項目實際需求出發，做好混合料配比工作，防止后續澆灌受到影響。采取搭積木的方法對構件組裝，確定裝配式建筑結構形式，搭建后混凝土對外墻與相應構件澆筑成型，降低對資源的投入。③門窗預制。過去建筑施工會對門窗工程進行單獨施工，且該環節主要集中于裝修階段，門窗施工質量與進度會影響項目整體進度與質量，裝配式建筑施工可以簡化門窗安裝流程，提前對構件加工預制，保持建筑結構整體性，防止后續出現門窗滲漏的問題。整體預制技術能夠使建筑主體結構與門窗結構施工一同進行，提高施工效率。④對于裝配式建筑來說，防水保溫工作至關重要，建筑自身的防水保溫效果將會關系到建筑實際應用。裝配式建筑強調對防水保溫工作進行標準化施工，且屋面構件與外墻加工可同步進行，精簡施工工藝，提高施工技術水平。⑤鋼管混凝土柱框架式裝配式建筑住宅體系優化、鋼柱部分使用多層一節鋼管柱，其中澆灌混凝土材料，經過鋼板與混凝土的結合，全方位保障預制構件強度與框架剛度，再發揮材料性能的作用，采用焊接連接方式，最大程度上減少鋼柱吊裝施工量。梁的部分選用單跨H型鋼梁，節點處采用托板式栓接連接方式，降低吊裝作業難度，鋼梁的重量大約200kg，鋼柱重量大約1000kg，截面相同的情況下結構自重將會低于常規裝配式建筑構件。和傳統混凝土結構住宅建筑相比，裝配式建筑住宅的重量能夠降低30%以上，且施工作業難度降低，施工周期縮短，構件吊裝成本下降，彰顯裝配式建筑的應用優勢。

3 結束語

總而言之，迎合BIM技術的發展優勢，將大數據、物聯網以及云計算等技術融合于裝配式建筑中，推進智慧城市的發展建設。采用智慧化運維管理與設計建造，強調建筑行業生態環保與綠色節能的發展目標。將裝配式建筑用于住宅建筑或公共建筑，推進建筑工業化，迎合綠色建筑發展背景，簡化施工工藝，發揮預制構件的應用優勢，降低作業難度，縮短施工周期，從而推動建筑行業的未來發展。