綠色建筑設計在裝配式住宅建筑設計中的應用分析*

姜四寶 錢明光

(華商國際工程有限公司 北京 100069)

1 裝配式住宅建筑發展現狀

隨著改革開放的深入,城市化的步伐逐步加快,建筑體系與時代潮流、理念相適應,制度體系逐步健全。可持續發展與城市人口的不斷增長,對生態環境、社會資源、能源消費的需求越來越大,建筑業也在不斷地進行轉型與升級。2016年,政府相繼出臺了《關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》,鼓勵開發建筑,制訂建筑設計、施工規范,促進技術創新;在此基礎上,建議在京津冀和長三角地區試點,根據不同地區的特點,在不同地區進行裝配式剪力墻、裝配式框架、裝配式鋼結構等不同的裝配式施工技術。2017年,相繼發布了《建筑節能與綠色建筑發展“十三五”規劃》和《裝配式建筑示范城市管理辦法》等政策法規文件,提出了要大力發展裝配式建筑、加速工業化生產基地、促進企業轉型、培育“設計-制造-施工”的產業鏈,并不斷完善相關政策法規和標準體系;計劃到2020年,全國新建筑的建設比例要達到15%,示范城市建設要達到50個,產業化基地、示范工程、科研基地等也要超過200個。在我國,隨著裝配技術的不斷普及和應用,將會使我國的建筑事業步入一個新的時代,我國裝配式建筑發展水平目前已呈現出較強的發展勢頭。

2 裝配式建筑原理和特點

裝配式建筑是一種以標準化生產設計,工業化生產,機械化施工安裝,信息化工程管理為一體的現代化施工方法。其自身優點是綠色節能環保,統一技術標準,施工方便快捷,建筑管理規范化,構配件制造工廠化,施工機械化,管理信息化,能更有效地提升施工產出效益,減少工程周期,同時也可以提高標準化水平,減少綜合投資。該建筑也是以傳統的建筑形式為基石,將部分墻體、樓板、樓梯、陽臺等預制建筑構件的工廠化制造、加工生產,然后通過物流運輸至施工現場,然后進行現場組合吊裝,最終完成建筑結構搭建。該方法可以將機械、預制構件、材料、人力資源等進行整合,并在一定的工期內進行分工,將資源最大限度地發揮出來,提高工程整體效益。在我國,盡管相對于發達國家來說,裝配式建筑的發展相對滯后,但是它也將住宅的建設融入到了社會化的大生產之中,通過標準化、集約化、專業化的開發,可以促進綠色建筑的發展,推動城市化進程的轉變,使建筑質量得到全方位的提升。

3 裝配式建筑設計局限性

由于我國的建筑設計起步較晚,因此在某些建筑的設計中有一定的局限性,有些建筑的高度也有一些限制。針對目前的超高層建筑,目前的裝配式房屋施工技術尚不能滿足這種需求,存在著很大的困難和不適宜的問題。因此,大多數的超高層都會采用傳統的建造方式。從總體上講,裝配式住宅具有明顯的優點,特別是在綠色和環境兩個方面。采用裝配式住宅進行設計與施工,既能節省材料,又能提高施工效率、提高工程質量。但它的缺點也不能忽略。由于預埋件、結構配件、螺栓等構件的大量使用,使得節省下的費用并不多。由于受制造廠商制造的模具及運輸工具的大小所限,所需預制件必須按規定的規格制造,否則會大幅增加制造費用及運輸費用,且不能運送或安裝。另外,有些大型的混凝土構件僅能在工地上加工,而不能在工廠內進行。在施工過程中,需采用專用的大型起重機械,由專業的施工人員進行作業。同時,為減少運輸費用,施工場地與制造者之間應該保持一定的間距。如果距離太遠,就會導致運輸費用比生產費用高。

4 裝配式住宅建筑中融入綠色建筑理念的優勢

4.1 節約資源

4.1.1 節省水電

綠色建筑是我國建設“資源節約型”、“環境友好型”建筑的重要理論依據。在環保標準中綠色建筑評分如表1所示。建筑項目的成功實施,對地下水資源的需求很大,但有些建筑項目在建設中忽略了水資源的合理配置,使其進入下水道,導致了水資源的浪費,與綠色、可持續發展理念相背離。因此,在綠色建筑中,要注重合理地選擇合理的用水設施,要加強對節能工程的設計和改造,以提高水資源的利用率,同時降低污水對建筑工地的環境影響。

表1 綠色建筑評分

4.1.2 節能

墻體是建筑外圍結構的重要組成部分,因此,在進行綠色建筑時,應合理地布置墻體,以達到良好的隔熱、絕熱效果。特別是在建筑的墻體上,使用了玻璃棉板、聚氨酯泡沫等隔熱材料,既可以達到隔熱效果又可以達到保溫效果,從而改善了建筑內部的熱循環狀況。在墻體上安裝一層通風室,與外界相通,利用風壓和熱壓的原理,將一部分熱能從空氣中排出,從而降低室內的熱量,從而保證室內的散熱和通風。選擇輕質的裝修材料,以降低對墻壁的吸熱。與屋頂、外墻等圍護結構相比,窗體的傳熱系數較高。門窗、室內外熱交換時,存在著較大的熱損失。在綠色建筑的設計中,采用了真空低輻射玻璃,從而大大減少了窗戶的熱損失。并將水泥聚苯板、水泥珍珠巖等材料用于屋面結構的設計,對太陽能的吸收進行了科學的控制。如鋁塑復合門窗、玻璃鋼門窗、木塑復合門窗、多功能鍍膜玻璃等節能門窗都是綠色建筑的重要組成部分。目前,屋面節能設計主要有架空屋面、種植屋面、反射屋面等。

4.1.3 節地

由于城市建筑受到空間的限制,綠色建筑的概念已被廣泛地運用于城市。在綠色建筑中,節地是指在保證綠地面積不變的情況下,盡量節省土地,以達到最大限度的使用。在城市建筑節地規劃中,采用多層、高層結構、增大容積、控制建筑密度、利用地下空間建造地下停車場等是目前較為常見的方法。城市建筑的規劃必須堅持可持續發展,不僅要保證綠化土地的完整性,而且要擴大居住區的生態環境面積。同時,設計者也要充分利用其所處的自然環境優勢,在生態環境的保護上,運用地方性材料進行綠色建筑的設計,以達到與自然環境、生態環境相協調的目的。比如,要充分利用地下的空間,建立停車場,容納小區內80%的汽車停放。也可以把健身和娛樂設施設在地下。

4.2 精益施工

精益施工具有高度的智能化,可以極大地減少材料的使用量和能耗。在建筑工程中,將建筑構件、裝飾需求、材料類型、機電設備等多種要素有機地結合在一起,以達到建筑施工的精益化。

5 綠色建筑設計在裝配式住宅建筑中的應用

5.1 在裝配式住宅整體設計方面的應用

將綠色建筑設計融入到裝配式住宅的建筑設計中,對其施工工藝進行改進和完善,以達到綠色、無污染的目標。采用新的組合結構代替原有的灌漿工藝,既降低了環境污染,又提高了工作效率。通過合理布置剪力墻結構、充分利用空間資源、采用預制技術、降低混凝土澆筑工藝等措施,可以有效節省工程成本。此外,在整體建筑設計中,采用了預制混凝土結構,首先對周邊的剪力墻、樓梯、墻板、樓板等材料先用車輛運到工地中進行連接、組裝等處理,然后再進行混凝土的澆筑。這樣可以使整體的結構得到更均勻的受力。

在此基礎上,通過采用套管注漿的方式將豎向剪力墻進行連接,提高了整體結構的完整性和適用性。具體地說,設計師可以在套管內插入鋼筋,在套管內注入高強度的灌漿,再進行接頭。這是一種常見的裝配式住宅的聯接方式。在綠色建筑的設計下,裝配式住宅的建設必須采用新的環保材料與技術,以達到節能、降低資源消耗的目的。同時,還可以減少建筑垃圾的產生,減少粉塵、廢水等對環境的影響。與傳統建筑相比較,將“綠色建筑”設計應用于裝配式住宅建筑,不僅減少了對環境的污染,也減少了能源消耗,而且滿足了當前低碳、節能、環保、低消耗建筑建設的需要。同時,裝配式建筑的防火性能得到了極大的提高,具有隔音、降噪、保溫隔熱的效果。

5.2 在建筑材料選擇上的應用

將綠色建筑的設計運用到裝配式住宅建筑,體現在對建筑的使用上。與傳統建材相比,綠色節能建材具有安全、環保、變廢為寶、性能優越等諸多優點。在工程建設中,將部分廢棄的工業廢棄料用作混凝土的有效摻合料,既能節省水泥等建材,又能增加混凝土的使用壽命。裝配式結構與新型墻體、屋面材料相互兼容,這種材料具有重量輕、施工簡便、施工周期短、采用纖維化、復合化材料制作,既能滿足建筑的節能要求,又能提高建筑的保溫隔熱效果。在建筑的門窗設計中,既要達到采光、通風的作用,又要具有防火、隔聲、保溫隔熱的作用。目前,我國門窗主要采用塑鋼、斷橋等材質,既能達到節能降耗,又能達到節能降耗目的。

5.3 預制結構構件的應用

混凝土結構是現代裝配式建筑物的主要構件,利用CAD 技術和BIM 技術可以對其實施更高效的管理。建筑工程的工作人員可以利用計算機CAD 軟件構建結構模型,利用BIM 技術進行熱力學分析與模擬,并在計算機上完成仿真計算,從而得出了最優化的解決方法。通過軟件分析對各結構做出了合理的結構設計,達到簡化結構、節約材料的目的。在裝配式住宅中大量采用預制構件,可以有效地減少建筑能源消耗,所以盡量采用相同的預制件,并按區域選用相應的預制件。此外,對預制件的作用也要充分考慮,以盡量減少以后的建設負擔。屋頂部位的排水溝構件及防滲構件,既可進行排澇、疏通,它還能美化建筑,增加建筑的美感,減少工人的工作量。對強度、剛性要求不高的部件,則選用了大量節能材料,例如環保玻璃材料。由于裝配式建筑對環境的要求很高,所以目前大部分建筑材料都是使用環保型混凝土,既可以節省大量的水泥,又可以利用先進的生產設備和技術,降低生產過程中產生的碳含量。

5.4 在建筑設備與技術方面的應用

建筑設備包括照明設備、排水設備、通風設備、供暖設備等。傳統的給水裝置更多的是強調排水的作用,而忽略了環境的作用。在綠色建筑設計下,排水裝置可以采用雨水循環技術、節水型淋浴器、集水器等節水型設備。在建筑照明上,應用幕墻光伏技術,利用太陽能作為光源。在通風供暖設備方面,采用綠色建筑暖通技術,可以把空調通風與自然通風相結合,從而達到節能減排的目的;利用當地的氣候條件,最大限度地利用自然風源,達到采暖和通風節能的目的。另外,采用可再生資源替代傳統的電熱資源,可以降低非再生能源的使用。綠色建筑設計應用于裝配式建筑是未來建筑工業發展的必然趨勢。為此,有關方面應該采取相應的政策措施,制訂有關建材的生產規范和標準,促進我國裝配式建筑事業的健康發展及建筑技術進步。