綠色建筑理念在裝配式住宅建筑設計中的應用分析

李 光 劉 偉

(山東省建設建工(集團)有限責任公司 濟南 250014)

1 我國裝配式住宅建筑的概述

1.1 發展現狀

隨著經濟快速發展,我國建筑規模越來越大,建筑行業呈現繁榮發展狀態。在新時期,預制裝配式產業化住宅走進大眾視野中,受到人們的廣泛歡迎和喜愛[1]。很多地區的建筑都采用預制裝配式設計。裝配式住宅設計主要以預制構件為核心,把提前制作的混凝土構件用特殊的連接、裝配技術等進行處理,形成裝配式住宅。不同傳統建筑模式,預制裝配式住宅所用的生產成本更低,使用壽命更長,且社會價值更高。同時,預制件的生產模式和設備可以在有限時間內重復使用,這樣不僅大大減少資源的消耗,而且可以保護環境。

1.2 建筑原理和特點

裝配式住宅建設的優勢受到政府和社會的大力推崇,逐漸走向產業化和結構化。這為當地深化改革和政府便民政策實施奠定良好的基礎。現階段,我國建筑行業中預制裝配式生產方法中,工業方面裝配式住宅結構主要是利用工業生產相關配件,如地板、墻板、樓梯等。接著用大型運輸工具將各個配件運輸到實際施工現場中,讓施工人員進行連接和組裝。隨著工業技術的不斷發展,我國部分城市的裝配式住宅技術得到進一步突破,其實現與施工圖紙、施工維護、加工步驟等工作的量化標準一致,大大提升裝配式結構的質量,為裝配式住宅發展和開發奠定堅實的基礎。

此外,我國建筑行業蓬勃發展,所衍生的材料加工業和工藝技術研發等方面可以為裝配式建筑發展提供有力的支持,而現代化裝配式建筑創新和開發推動建筑行業的進一步發展。當前,我國裝配式建筑技術標準使用的是發達國家標準,與國際社會先進技術保持一致。并在此基礎上,結合我國實際國情,開展合理創新和改革,使之更加適合國內裝配式建筑產業發展[2]。和之前閉鎖式建筑模式相比,我國建筑設計人員對根本結構進行了創新,構建了一種開放思維建筑模式,使裝配式住宅建設呈現多元化,且有了更多的可能性。

1.3 設計局限性

由于我國裝配式住宅建筑設計起步較晚,所以在部分建筑設計方面存在一定的局限性,如建筑物層高等。對于超高層建筑,當前裝配式住宅建筑技術還無法滿足要求,設計難度較大,設計方法不合適。所以,一般超高層建筑依舊沿用的是傳統建筑模式。從整體來看,裝配式住宅建筑有著顯著的優勢,尤其在綠色環保方面。通過裝配式住宅建筑設計施工,可以有效節約施工材料,提升施工效率,增強施工效果。但是其不足之處也不容忽視。由于預埋件、結構配件、螺栓等構件大量使用,導致生產成本的節約量不多。再加上受廠家制作的模具和運輸工具尺寸限制,施工所要求的預制構件只能按照要求的尺寸生產,否則生產成本和運輸成本將大大提升,甚至無法運輸和安裝。此外,一些大型混凝土構件只能在施工現場制作,無法在廠商所在地完成。施工過程中裝配式建筑需要用到特殊的大型吊裝機械設備,并配以專業施工人員進行操作。且為了降低運輸成本,施工現場和生產廠家應保持較短的距離。如果距離過遠,則很容易造成運輸成本大于生產成本。

2 我國裝配式住宅建筑中融入綠色建筑理念的優勢

2.1 有利于節電節水

綠色建筑理念是構建資源節約型、環境友好型城市的主要理論基礎。在裝配式住宅建筑設計中融入綠色建筑理念,能夠大大節約水電,降低施工成本。綠色建筑理念下,施工過程中會逐漸減少電焊機、起重機等機械設備的使用,從而有效節約電能,合理分配資源。同時,根據照明節電理念,分開管理室內和室外的電能,從而最大化節約電能。此外,在施工過程中,采用先進技術代替固定水泵或攪拌車,從而有效節約清潔設備的水源。并減少廢水對施工現場環境的污染。還可以構建工地循環用水體系,在裝配式住宅建筑施工中,循環利用一切可利用水源,從而有效提升水資源利用效率。

2.2 減少廢棄物品,節約資源

在綠色建筑理念下,將工業混凝土技術與裝配式住宅建筑充分融合,實現兩者的最大價值,優化建設效率,提升建設速度。這樣能夠有效節約標準模板、腳手架等資源。同時,根據具體施工情況,使用起重機裝配技術來取代物力人力資源,從而實現資源的合理配置,減少資源浪費,節約其他資源。此外,在裝配式住宅建筑設計施工時,很少使用到現場澆筑混凝土等情況,所以在很大程度上減少了這些方面的資源浪費。

2.3 實現集成施工和精益施工

將綠色建筑理念融合于裝配式住宅建筑設計施工中,充分發揮精益施工和集成施工兩種模式的價值。集成施工模式指在施工現場對運輸過來的配件進行連接和組裝等,具有高效、快速、集約的優勢。同時,集成施工模式有著一定的智能化和自動化,只要設定好相應的程序,就可以自動化操作,不用人力資源。一般來說,裝配式住宅建筑施工中集成施工模式應用較為廣泛。精益施工有著較強的智能化,能夠大大降低材料使用和能源消耗。在施工過程中,裝配式住宅建筑將建筑構件、建筑裝飾需求、材料類型、機電設備等資源融合起來,實現多重功能于一體,達到精益施工效果。

3 綠色建筑理念在裝配式住宅建筑設計中的應用

3.1 在建筑選址和現場設計方面的應用

建筑選址和現場設計是建筑施工前必不可少的工作,對整體建筑質量具有重要影響。綠色建筑理念下,建筑設計必須和周圍環境充分融合,協調人與自然的關系,實現良好的居住效益和生態效益。因此,在選址方面,相關人員要開展實地考察,綜合考慮各種因素,保證施工過程中不會破壞環境和生物。同時,確定的建筑位置必須保證合理性和科學性,看其是否能夠滿足施工要求、技術要求和環境要求等。在設計方面,設計人員要結合環境、建筑類型、施工技術、建筑質量等因素綜合考慮,保證設計的有效性和合理性。同時,進行現場設計時,應將施工位置、人文情況、氣候條件等考慮在內,制定最佳施工設計方案,從而充分保證施工質量。這樣有利于為后續施工作業奠定良好的基礎。

3.2 在住宅整體設計方面的應用

裝配式住宅建筑設計中融合綠色建筑理念,需要進一步更新和完善施工技術,使其符合綠色無污染要求。通過運用新型裝配式結構,取代原來的澆筑技術,減少污染的同時提高施工效率。合理布置剪力墻結構,高效利用空間資源,并用預制作業技術減少澆筑技術的運用,從而有效降低施工成本,使建筑施工更加經濟和合理。此外,在裝配式住宅整體設計中,利用預制法讓廠商提前制作好外圍剪力墻、樓梯、墻板、樓板等,用運輸工具運到施工現場中進行下一步連接、組裝等處理工作,接著再開展混凝土澆筑工作。這樣使整個建筑結構更加受力均勻。

設計人員可以將垂直方向的剪力墻用套筒灌漿的方法進行連接,從而增強整體結構的完整性和切合性。具體而言,設計人員可以將鋼筋放入套筒中,并往其中灌入高強灌漿料,然后進行連接。這是裝配式住宅建設中常用連接方法。在綠色建筑理念下,裝配式住宅建筑施工需使用新型綠色材料和技術,減少資源消耗,從而節約資源和能源。這樣也有利于避免一些不必要的建筑垃圾產生,減少粉塵、廢水等對環境的污染。和傳統建筑相比,綠色建筑理念融合下的裝配式住宅建筑施工對環境破壞更小,資源消耗更少,且符合當下低碳生活、節能環保社會、低消耗建筑施工的需求。并且,裝配式建筑結構可以大幅度提升防火質量,起到隔音降噪、保溫隔熱的作用。

3.3 在建筑材料選擇上的應用

裝配式住宅建筑在施工材料上應貫徹綠色建筑理念,優先采用綠色節能建筑材料。相比于傳統施工材料,綠色節能施工建筑材料具有更明顯的優勢,其低污染、低能耗、高性價比、高環保型等。在裝配式住宅建筑施工過程中,可以將工業廢料轉化為混凝土材料摻加劑,節約水泥等原材料的同時增強混凝土耐久性。同時,裝配式建筑中,應用新型墻體、綠色樓梯材料等,可以大大提升建筑質量。且這些材料的安裝方式簡單,技術要求不高,所需時間也較短,可以滿足施工要求。再加上新型墻體和綠色樓梯材料等是由復合物質、纖維化物質組成,符合綠色建筑理念。有效增強建筑保溫隔熱性能,提升建筑居住價值。在裝配式住宅建筑中門窗設計不僅要有采光通風功能,還要有保溫隔熱、降聲降噪等功能。目前我國裝配式住宅建筑設計所使用的是斷橋鋁合金材料和塑鋼材料,其不僅符合成本要求,而且滿足功能需求。

3.4 在預制結構構件上的應用

混凝土結構是裝配式住宅建筑結構的基礎,通過利用BIM 技術、CAD 技術來進行混凝土設計和組織管理。工作人員可以使用CAD 技術來搭建目標建筑模型,并使用BIM 技術進行力學分析、機械結構分解、模擬仿真等。通過計算機軟件模擬操作,得出關鍵參數,并在此基礎上制定最佳施工測量。利用信息技術軟件可以充分分析混凝土構件,進而簡化結構、節約材料。等到施工建設時,使用大量預制結構構件,從而有效節約能耗,降低材料的使用。而由于生產同一批、同一型號的預制構件可以大大降低生產成本,所以在裝配式住宅建筑應盡量選擇同一型號的預制構件。而對于不同建設部位來說,所應用的預制構件不同。比如,裝配式住宅屋面位置,需要用到排水溝構件、屋面構件等,樓梯位置則需要用到樓梯構件等。此外,在使用構件時,要充分考慮其功能,保證使用價值,并盡可能減少施工程度。

對于屋面區域的施工,應用泛水構件和排水天溝構件,不僅可以有效排水疏通,而且起到裝飾和美化的作用。對于建筑施工中剛性、強度要求不高的部分,可以用大量輕型預制結構材料替換混凝土這類高耗能材料。比如,綠色真空玻璃。除了門窗和屋頂外,在核心結構中混凝土的使用也不同于傳統建筑。裝配式住宅建筑施工一般使用的是環保型混凝土,可以有效節約水泥和砂石用量,而且能夠提升住宅的綠色環保效益,對減少施工過程中的碳排放具有積極意義。

3.5 在建筑設備和技術方面的應用

建筑設備主要指照明設備、給排水設備、通風取暖設備等,綠色建筑理念下,建筑設備應符合綠色環保要求。傳統給排水設備較為重視排水功能,忽視環保功能。綠色建筑理念下,給排水設備可以應用雨水循環技術、節水器具,如節水型淋浴器、節水型水龍頭、雨水收集器等。對于建筑照明設備,可以利用太陽能進行照明,使用幕墻光伏技術、屋頂光伏技術等。尤其是在農村地區,地域遼闊,是利用太陽能的最佳場所,通過在屋頂鋪設太陽能板來收集太陽能,供應家庭用電。這樣有效節約電能,減少生活成本。在通風取暖設備中,裝配式住宅將空調通風和自然通風有機結合,會用新型取暖技術,最大程度上降低取暖能耗,減少空調的使用。主要利用當地的氣象情況,將自然風源發揮到極致,從而實現取暖通風的節能環保效果。

此外,利用循環可再生能源取代傳統電熱能源,減少不可再生能源的消耗。比如,地源熱泵技術。寒冷地區冬季運用地源熱泵技術供暖,從而降低電能消耗,減少污染物,提升資源利用效率。

4 結語

綜上所述,裝配式住宅建筑是未來建筑行業的發展方向,而綠色建筑理念的融合有利于推動裝配式住宅建筑普及社會,實現新發展。同時,綠色理念是建設資源節約型、環境友好型國家的重要理論,建筑行業作為我國基礎性行業,綠色建筑理念必須會取代傳統高耗能建筑理念。因此,要加快推進裝配式住宅綠色建筑施工,制定相應的規范和標準,給予更多的政策支持,促進整個裝配式建筑行業的進一步發展。