“雙碳”目標下裝配式建筑技術發展研究

汪 盛（上海市建設工程安全質量監督總站，上海 200030）

2020 年 9 月，我國提出了“雙碳”減排目標，即二氧化碳排放力爭于 2030 年達到峰值，努力爭取 2060 年實現碳中和。碳減排、碳達峰和碳中和是我國的國家戰略，各行各業都要積極響應。建筑行業作為碳排放大戶更是要主動尋求改變。裝配式建筑作為建筑工業化的發展路徑之一，是建筑業“雙碳目標”的主要手段，本文僅就裝配式建筑碳達峰和碳中的技術路徑進行初步探討。

1 裝配式建筑的技術特點

1.1 裝配式建筑概述

在工廠生產混凝土構件（預制梁、疊合板、預制柱等），通過交通工具運送至項目現場存放，將構件采用可靠的連接方式進行安裝，此類把現澆建造方式的部分工作放在工廠生產的建筑稱作裝配式建筑[1]。現澆混凝土建筑與裝配式混凝土建筑是同時代發展的，但到上世紀中葉，由于起重設備和鋼制模具的大規模應用，裝配式建筑進入了專業化建造階段。疊合板是最容易實現工業化生產的構件，預制構件生產線的普及進一步加速了裝配式建筑的發展速度。

自第一條混凝土預制梁起，裝配式混凝土建筑發展已經超過 100 a。裝配式混凝土結構目前在西歐、北美、東亞工業及民用建筑得到廣泛應用，發達國家的裝配式混凝土結構占全部建筑工程的比例約在 35% 左右[2]。我國的預制混凝土技術雖經過了近 10 a 的快速發展，裝配式建筑占新開工項目的比也提高到 了 20% 左右。

1950 年我國開始裝配式混凝土建筑的應用，到 1980年，廣泛應用于建筑工程中。新建建筑中應用裝配式空心樓板的比例超過 70%。但那時我國預制混凝土技術是非常不成熟的，設計與施工水平均不能滿足安全、穩定要求。因為沒有進行抗震性能設計，許多裝配式建筑在唐山大地震中損壞嚴重，裝配式建筑在我國的發展進入低谷。20 世紀 90 年代，現澆混凝土建筑已經代替了預制裝配式建筑，只有部分單層廠房依然是預制結構。

隨著我國工業化的趨勢，節能減排的要求，裝配式混凝土趁著建筑產業現代化的東風又飛速發展。現階段裝配式混凝土結構的國家標準和行業標準都已推出，各地的標準也有條不紊的出版，基本覆蓋了裝配式混凝土結構的設計、生產、施工、驗收全產業鏈條。

1.2 裝配式建筑技術體系

通用結構體系和專用結構體系是裝配式混凝土結構的兩大體系，專用結構體系一般在通用結構體系的基礎上，根據具體的建筑功能需要與性能要求演化而來。

1.2.1 通用結構體系

目前的裝配式混凝土結構完全滿足現行國家標準（包括抗震規范）的要求，具有較好的安全性、適用性和耐久性。框架結構體系、剪力墻結構體系和框架-現澆剪力墻結構體系是裝配式混凝土結構的三大類[3]。根據具體工程的高度、體量、抗震等級、烈度和功能要求來選擇結構體系。

裝配式框架結構仍然是按照等同現澆進行設計的，全部或部分梁、柱采用 PC 構件。目前在上海城建集團開發的保障性住房中已廣泛應用，預制率達 70%，成為國內預制化率最高的高層住宅。若選用預制外掛墻板作為維護結構，主體結構幾乎可以實現 100% 的預制率。

全預制剪力墻結構、部分預制剪力墻結構是裝配式剪力墻結構的兩種方式。全部剪力墻采用預制構件裝配是全預制剪力墻結構。全預制裝配整體式剪力墻結構在一般叫做 FPC體系，豎向構件（如電梯井、剪力墻等）采用預制構件，水平構件（如梁、板等）采用預制疊合構件。部分預制剪力墻結構是部分采用預制構件的裝配式結構，在承重墻部分選擇適用于拆解的構件進行預制。上述全預制和部分預制剪力墻結構體系中，預制剪力墻可采用整體預制墻板和預制疊合墻板。其中，預制疊合板應在地震區優先使用。

1.2.2 專用結構體系

根據不同地域地震等級、建筑造型、經濟發展、施工水平和預制率要求，研究開發的結構體系成為專用結構體系。專用結構體系，能夠針對性的提高預制構件標準化程度，和整體預制率，可以幫助施工企業提高施工效率，幫助建設單位縮短工期、降低建造成本。

許多經濟發展水平高的國家針對自身需求與發展程度開發了不同的裝配式建筑的專用結構體系，如表 1 所示。我國裝配式混凝土單層工業廠房和住宅用多層裝配式剪力墻結構體系即裝配式大板建筑體系等也屬于特種結構體系的范疇。在過去的 10 a 中，我們的專家開發了一系列新的預制混凝土結構體系，如預制混凝土框架預埋垂直縫預制混凝土墻板結構體系、鋼支撐—預制混凝土框架結構體系等。一般來說，裝配式混凝土建筑的專用體系的適用性、經濟性相對較高。

表1 專用結構體系

2 “雙碳”目標下裝配式建筑的技術發展

目前，建筑工程施工的大部分的項目仍然沿用傳統的現澆施工技術，現澆施工技術工序多，施工現場復雜，對周邊的環境影響大，施工工期長，滿足不了開發商快速周轉的需求。故在房屋建筑的策劃階段，就要合理選擇設計方案。基于“雙碳”目標，選擇合理的裝配式建筑結構形式，合理應用裝配式建筑技術，是減少建筑工程項目的全壽命周期能耗的關鍵。具體來說，裝配式建筑的技術發展有以下幾個方向。

2.1 提高裝配式建筑的圍護墻結構熱工性能

裝配式建筑圍護結構的熱工性能是建筑節能的關鍵，需要滿足我國相關的設計標準，并按照熱工性能指標進行節能評價。設計裝配式外圍護結構時，需全面考慮建筑結構采暖和制冷總負荷的影響。為提高圍護結構的熱工性能可以在外墻內側，需額外的設置 XPS 板，XPS 板常規厚度為 21 mm。XPS 板通過射釘固定在建筑外墻板的內側。此外，外墻的外側和這塊墻的隔層之間填充一塊棉保溫板，棉保溫板可以進一步增加建筑的保溫效果。

2.2 發展裝配式建筑在屋面與外窗節能的應用

一般來說，裝配式建筑屋面結構采用的形式有保溫層面板、屋面瓦面板、EPS-復合保溫面板以及防水面板。此類屋面是直接固定在建筑墻面上的，為了保護屋面保溫層，通常會將在屋面上涂一層大約 25 mm 厚的水泥砂漿。為達到節能效果，一般采用塑鋼作為外窗的框架，采用雙層中空玻璃作為面板，這種雙層玻璃能夠有效地起到保溫的作用[8]。裝配式建筑的地面在進行處理的時候通常按照自上至下的順序來進行的。建筑的地面面層的厚度為 20 mm，可以利用水泥砂漿來找平層，建筑的地面面層的厚度 ＞60 mm，應該使用復合式的保溫面層。

2.3 構建有效的綠色裝配式建筑技術標準體系

構建綠色裝配式建筑技術標準體系，可以強化綠色裝配式建筑技術的發展潛力，對于發展起步較為緩慢的產業而言，內部完善的標準體系可優化各項工作流程，為綠色裝配式建筑發展提供相應的技術支持。因此，構建完善的綠色裝配式建筑技術標準體系，非常重要。首先，相關企業可針對市場經濟發展動態，和行業內部的經濟行情，結合技術特征優勢，努力開發涵蓋裝配設施、維護手段、產業結構的建筑體系標準，逐步提高綠色裝配式建筑標準化水平，重點打造出一系列配套化技術標準體系；其次，應進一步完善綠色裝配式建筑和部件之間的模數體系，重點研究和開發符合建筑工業化生產要求的綠色裝配式結構體系，實現裝配式構建產品成套集成，有利于推進我國綠色裝配式建筑結構體系協調統一發展。此外，還應在完善自身技術標準體系的同時，利用先進的網絡信息技術與互聯網平臺，時刻關注上下游各個類型企業的發展情況。并針對市場形勢變動，及時對內部管理模式進行更新與完善，進一步提高自身管理力度。再通過建立產業內部的激勵制度，以共同發展共贏互利為目標，建立創新技術和工作理念的研發團隊，最大化實現綠色裝配式建筑資源優化配置。

3 結 語

在當前的“雙碳”目標背景下，建筑業作為碳排放的主要來源之一，必須要使用新的的施工技術和施工材料來減少建筑的碳排放量。裝配式建筑施工技術是建筑業中推廣十項新技術，要充分利用裝配式建筑技術的優勢，減少工期，降低資源消耗和環境污染。此外，還要根據目前與裝配式建筑的發展水平，提高裝配式建筑的圍護墻熱工性能、發展裝配式建筑在屋面與外窗的應用，構建有效的綠色裝配式建筑技術標準，進一步發揮裝配式建筑技術的優勢，促進建筑業完成碳達峰和碳中和目標。