裝配式建筑關鍵技術在綠色建筑中的應用

孫松夫

當前，隨著我國可持續發展、低碳理念的提出，人們對于節能減排的重視程度也越來越高，出于綠色環保與節約資金成本的考量，原有的粗放式傳統施工技術被逐漸淘汰，而具有生態環保、綠色節能以及質量可靠等優點的綠色裝配式建筑關鍵技術的應用越來越廣泛。在提倡環保生態理念的當下，以建筑與自然和諧共生為發展理念的綠色建筑日益發展壯大，并受到了全社會的廣泛關注。裝配式建筑關鍵技術正是實現綠色建筑與自然環境和諧相處的重要抓手，因此探討其在綠色建筑中的應用，并逐步構建起完善的裝配式建筑施工技術體系，顯得尤為必要。

1 綠色建筑概述

綠色建筑是以現代科學技術成果為基礎，綜合運用現代化的建筑技術、生態環保技術、智能化技術等，將建筑打造成為一個小型的生態系統，使人與自然和諧相處，從而為住戶提供一個節能環保、綠色生態的人居環境。由此可以看出，綠色建筑中所指的綠色并非通常意義上所講的園區綠化、植樹種草等，而是對于生活環境的一種無害化處理。在進行建筑施工的過程中，應盡量采用各種綠色技術和綠色建材，以避免對周圍的生態環境造成破壞。

綠色建筑的本質是一個具有良好生態的閉環式物質循環系統，該系統具有生態無污染、開放程度較高等優點，所使用的能源、水和空氣等資源都可以與生態環境和諧共生。此外，得益于綠色建筑的科技感和生態化，還使得其具有一定的教育屬性和生態文化內涵。綜上，綠色建筑具體指的是在不破壞生態系統的前提下，充分利用各種自然資源和現代技術建造的一種現代化建筑，也可以稱之為環境共生建筑。

綠色建筑不僅對生態環境較為友好，同時也有利于住戶的身體健康，站在綠色建筑設計和建造的角度來看，其主要有以下幾點顯著的特征：首先，綠色建筑對周邊的自然環境有著較高的要求，如土壤中的有毒有害物質不能超標、地表溫度應適宜、水資源應純凈無雜質；其次，綠色建筑應盡量使用天然的木材、礦石等材料來進行建造，在使用前還應對這些建筑材料進行嚴格的檢驗，以確保其質量達標；最后，綠色建筑應結合當地氣候條件來使用太陽能、風能等清潔能源，以盡量減少對能源的消耗和對環境造成的污染。

從發展的角度上看，現階段我國綠色建筑存在數量少、分布不均、區域不平衡的特點，但是隨著社會經濟和科學技術的不斷發展，我國對于綠色建筑的建設也越來越重視，投入了大量的人力、物力，在技術研究、系統建設、政策法規建設等方面都取得了很大的成就，為綠色建筑的快速均衡發展奠定了良好的基礎。

2 裝配式建筑的相關概念

現階段，我國在宏觀政策下一直大力推動裝配式建筑和綠色建筑的快速發展。裝配式建筑有2 層含義：一是由工廠生產裝配式構件并在工廠完成組裝的建筑物；二是在裝配式理念下，將建筑所采用的大部分構件，如結構、設備、管道、室內裝飾、外圍防護等在對應工廠內進行高質高效的生產，然后再將這些構件運送至施工現場進行安裝，根據裝配式建筑的特點來進行施工[1]。裝配式建筑因其技術特點，很大程度上能夠緩解能源、水源和建材方面的浪費，建筑垃圾也相應的大幅度減少，這是保護自然環境的有力舉措。

此外，在裝配式建筑技術大力發展的背景下，工程建設的發展模式將隨之改變，能源資源配置的垂直約束將被打破，建筑領域的廢水排放也將因此減少，為最終實現碳中和打下堅實基礎。

綠色建筑的概念相對寬泛，是未來建筑業的發展趨勢，而裝配式建筑則是綠色建筑理念的典型代表，是實現綠色建筑的過程和手段，其本質與綠色建筑相同，是綠色環保理念的體現，二者雖然在具體含義上存在一定的差異，但它們相互關聯，有明確的交叉點。

3 裝配式建筑關鍵技術

3.1 裝配式集成衛生間技術

裝配式集成衛生間，由工廠化預制的一體化防水底盤、墻板、天花板構成整體框架，在現場拼裝，配上各種功能的潔具及配件，具有工廠標準化生產、快速安裝、防漏水等優點。目前，我國的裝配式集成衛生間根據排水方式主要分為3 種：異層排水、降板同層排水、不降板同層排水。這種先進的裝配式建筑技術不僅可以有效解決衛生間層高受限的問題，而且也能夠解決衛生間存在的地面滲漏、異味等問題。

3.2 施工技術

裝配式建筑結構體系之間存在一定程度的差異性，不同的施工方法是應對不同結構體系的有效途徑。就裝配式混凝土建筑而言，部分采用后澆段或鋼筋連接技術在現場組裝而成的裝配式構件具有整體性的優點，在很大程度上減少了實際施工過程中對模板工程、混凝土工程、鋼筋工程以及運輸、吊裝等環節的依賴性[2]。在裝配式結構的具體施工過程中，施工工藝同樣重要，我國對此的關注程度還存在一定的不足，具體表現為：一是初步設計或深化設計缺乏對施工過程的全方位考量；二是在具體安裝過程中，工人缺少施工標準，難以執行安裝到位的控制規范。

3.3 外墻板接縫及門窗防水技術

裝配式建筑的外墻銜接處以及門窗均為防水的關鍵點，這就對接縫的結構設計提出了很高的要求。首先，在外墻板接縫的銜接處，采用線性結構或橫切空間通道的方式來排除墻體滲水，防止雨水滲漏到室內[3]。其次，在外墻板的橫縫處以樓層作為間隔單位，每2 ～3 個間隔單位的距離設置一條排水管線，用于對積水進行處理，并安裝氣密封條防止水內滲。在門窗的上方設有垂直接縫時，應在上部設置引水和排水管。最后，預制外墻板的連接點應滿足防火、保溫、防水及隔聲要求，所使用的密封膠應具有良好的相容性，同時還具有防火、防水、防霉、耐候性等特性。門窗洞口的安裝必須要保證其連接可靠性、密閉性以及安全性。

3.4 集成技術

在集成技術的作用下促使產品呈現出完整性和可操性。集成技術的應用需要通過專業設計與合作實現，如建筑結構與建筑室內的集成設計、建筑室內與設備及管道的集成設計、設備與管道的一體化設計、管道與建筑結構的分離設計等。在這個過程中不僅要加強各學科間的合作，同時還應加強設計階段施工、設計以及生產等各方之間的聯系與協調，滿足合理的工業生產和建設要求。

綜上，在裝配式建筑具體的實施過程中，其構件技術的一體化程度越高，后期的建筑施工就越直觀化和簡單化，這種發展趨勢將會成為未來建設施工的主方向[4]。因此，當建筑師將這種集成化的建筑技術應用到立面設計時，將會大大減少部件的種類，而多元化的組合方式則會在最大程度上滿足部件的立體組合，最終實現在降低成本的同時呈現出多樣化和人性化的設計效果。

4 裝配式建筑關鍵技術在綠色建筑中的應用優勢

從《綠色建筑評價標準》的具體內容可以看出，裝配式建筑技術完全能夠滿足該標準中關于綠色建筑在安全、實用、節材、降能、綠色以及創新等方面的要求。

4.1 提升綠色建筑的適變性

建筑師在裝配式建筑設計時要對建筑的整體布局進行全方位考慮，使用空間的規模、大小、周期以及對空間的適應程度都應納入考慮范圍，以便能滿足人們的實際需求[5]。大多的平面設計中，首先應重點考慮可使用的結構空間，在此基礎上在對建筑進行科學且合理的設計，并保證各組成部分的定位尺寸能夠和平面功能及模塊之間具有較高的協調性。此外，在大型室內空間設計時，可根據功能需求設置輕質隔墻，還可在隔墻內設置設備和管道，以便維護與改造。

4.2 提升綠色建筑產品的耐久性

建筑質量的高低往往體現在建筑的耐久性方面，而裝配式建筑質量的標準應基于建筑的類型和結構特點來進行制定。重點關注構件結構、外體防護、內飾裝潢以及管線設置等指標的設立，并將設計、建材、施工等環節的尺寸協調指標全部納入驗收范圍。最終的驗收將是各個規范化功能模塊的相互組合，形成多種形式的功能效果，以實現建筑的多元化設計。

4.3 提升綠色裝配建筑的美觀性

利用功能組件的立面光影效果，改善建筑較為單調的造型。它可以充分利用陽臺、空調板以及空調百葉窗等功能組件，形成豐富的光影關系，實現“光”之美[6]。通過顏色和紋理的差異化，實現建筑立面設計的多樣化和構件的標準化，盡量減少外墻的種類，立面裝飾效果及材質應符合設計要求，可采用無機預涂、裝飾材料、肌理混凝土等裝飾生產工藝于一體的施工技術，使建筑立面具有統一、簡潔、節奏感的效果。

5 裝配式建筑關鍵技術在綠色建筑中的發展方向

5.1 混凝土3D 打印技術

混凝土3D 打印技術得益于無模施工、節省人力、節材環保等優勢，迅速獲得了社會各界的廣泛關注，并取得了飛速成長。通常來講，裝配式建筑的混凝土3D 打印技術主要包含材料制備、確定打印參數以及3D 打印混凝土硬化等幾個關鍵環節。

針對混凝土打印成型建模技術的研究是以目前公開的裝配式建筑關鍵技術研究成果為基礎，主要針對混凝土3D 打印技術中的材料可打印性能、材料結構、3D 打印參數、打印過程控制以及打印混凝土硬化性能等方面進行了深入的分析和研究，為在裝配式建筑中進行混凝土3D 打印奠定了良好基礎。

相比于工業產品其他材料的打印，混凝土3D 打印顯得較為特別，尤其表現在3D 打印模型建模方面。在進行裝配式建筑施工過程中，應結合打印混凝土材料的性能以及打印工藝參數，主要針對3D 混凝土打印工藝參數以及混凝土成型質量間的關系及其規律進行深入研究[7]。與此同時，還應采用數學模型來優化混凝土3D 打印技術，結合打印混凝土材料性能及打印工藝參數來開展優化工作，并在對混凝土打印工藝參數與成型質量間關系規律進行分析的基礎上，提出適用于裝配式建筑施工的混凝土打印成型建模方法。

5.2 全熔透焊接工藝技術

當前，越來越多的正交異性鋼箱梁正向著采用U 肋全熔透、U 肋內焊等方向發展。通常來講，一般設計熔透要求為U 肋板厚的75%～80%，但隨著科技的不斷發展和進步，U 肋內焊、全熔透必定是以后發展的趨勢。全熔透焊接工藝技術以內焊為前提，來實現對U 肋試件進行全熔透焊接。經過研究發現，電流大小的不同、焊接參數的調整都會對U 肋角焊縫有著直接的影響。因此，在實際的裝配式建筑施工過程中，應通過觀察焊縫成型，對比不同試驗件的焊縫金屬拉伸、宏觀金相、硬度等不同特性，逐漸對全熔透焊接工藝技術參數進行調節，并最終得到適合于U 肋全熔透焊接的工藝參數。

5.3 焊接機器人應用技術

裝配式建筑對建筑構件質量有著較高的要求，未來隨著科學技術的不斷發展，在裝配式建筑鋼結構生產以及施工過程中采用機器人焊接技術已經成為了該行業的一個主要發展趨勢。而采用機器人焊接技術與在線質量控制技術相結合的方式能夠有效解決裝配式建筑鋼結構生產效率較低、構件質量不穩定以及節點質量差等問題，進而從整體上提升我國鋼結構構件制造行業的技術水平。相關研究表明，采用標準化設計的方式能夠在最大程度上提高焊接機器人的效率和質量，并同時提升角焊縫焊接技術的成熟度，使得一次性焊接成形的概率得到大大提升。

采用焊接機器人技術來焊接厚板的對接焊縫時具有不小的難度，主要原因是其對于裝配精度有著較高的要求，在裝配間隙較大的情況下，容易出現焊接縫不符合標準的問題。因此，為了使焊接機器人能夠滿足裝配式建筑生產工藝的要求，應不斷充實焊接機器人數據庫，并同時加強對焊接機器人的研究力度。

6 結語

在當今提倡綠色環保和節能降耗的社會發展理念下，綠色建筑要想實現其全生命周期內的建筑與自然和諧共生，就必須要加大裝配式建筑關鍵技術在綠色建筑內的應用范圍，結合實際施工條件，采用科學、合理的措施實現裝配式建筑關鍵技術和綠色建筑的有機融合，如此不僅可以解決綠色建筑全生命周期內的生態環保問題，而且還能夠大大提升綠色建筑的質量和美化效果，從而提升綠色建筑的綜合品質。