裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的發(fā)展趨勢研究

楊帥，陳臻澤，王嘉樂，趙明亮，范軍飛

（中國建筑第二工程局有限公司，北京 101101）

1 引言

隨著居民對居住環(huán)境品質(zhì)要求的日益提高，開發(fā)商在滿足這些需求的同時，施工進度逐漸減緩，建設(shè)項目的投資周期也不斷延長，這些問題成為目前建筑業(yè)發(fā)展的一個重要瓶頸。為解決這些問題，本文探討混凝土裝配式施工技術(shù)的發(fā)展趨勢。通過研究，力求提高施工效率、減少資源消耗，同時滿足居民對于建筑品質(zhì)的要求，并且推動我國建筑業(yè)朝著更加可持續(xù)、高效和環(huán)保的方向發(fā)展。

2 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的基本原理和特點

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)簡稱裝配式施工，是通過在工廠或生產(chǎn)場地中預制混凝土構(gòu)件，然后將其運送到施工現(xiàn)場，最終在現(xiàn)場進行組裝和安裝，從而構(gòu)建建筑結(jié)構(gòu)。其原理在于將建筑的不同組成部分分別制造，從而實現(xiàn)模塊化施工。這意味著墻體、柱體和樓板等構(gòu)件都在受控的工廠環(huán)境中制造，通過工程設(shè)備和技術(shù)精確測量和制作，以確保構(gòu)件的高質(zhì)量和一致性。因大部分施工工作在工廠內(nèi)完成，施工現(xiàn)場的任務(wù)主要是組裝和安裝，從而縮短了項目的施工周期，降低了工程成本。

另一個特點是可以提高建筑質(zhì)量。在受控環(huán)境中生產(chǎn)的構(gòu)件通常比在施工現(xiàn)場制作得更精確，減少了施工中的誤差和缺陷，因此，提高了建筑的質(zhì)量和耐久性。另外，裝配式施工還有助于減少施工現(xiàn)場的環(huán)境影響，能夠減少噪聲、粉塵和廢棄物。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)代表了現(xiàn)代建筑領(lǐng)域的進步，通過模塊化、高效、高質(zhì)和環(huán)保等特點，為建筑工程提供了更可行、可持續(xù)的解決方案。

3 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的現(xiàn)狀

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)目前在全球建筑行業(yè)中處于快速發(fā)展階段，已經(jīng)成為眾多大型建筑項目的首選方法。這種技術(shù)在高層建筑、住宅、商業(yè)建筑和工業(yè)建筑等領(lǐng)域得到廣泛應用。許多國際大都市中的地標建筑都采用了裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，以加快工程進度和提高質(zhì)量。且隨著技術(shù)的不斷進步，裝配式施工已經(jīng)越來越多地涵蓋了不同類型的混凝土構(gòu)件，包括墻體、梁、柱子以及樓板等，使該技術(shù)適用于各種建筑設(shè)計和需求，從而促進了技術(shù)的普及。此外，環(huán)境可持續(xù)性也成為當前裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的重要關(guān)注點。采用可再生材料、節(jié)能設(shè)計和減少廢棄物的做法，使得這種技術(shù)更加符合可持續(xù)發(fā)展的要求，減少了對自然資源的依賴。然而，裝配式施工也面臨一些挑戰(zhàn)，如需要精密的工廠制造和物流安排，以及需要培訓高技能工人。盡管如此，由于其在提高施工效率、質(zhì)量和可持續(xù)性方面的明顯優(yōu)勢，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)預計將繼續(xù)在未來取得進一步的發(fā)展和應用。

4 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的優(yōu)劣式分析

采用預制混凝土拼裝技術(shù)可以節(jié)約能源、縮短工時、減少勞動力、節(jié)約生產(chǎn)，保證工程的質(zhì)量，并且具有優(yōu)良的工程性能和良好的隔聲性能。另外，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工中因簡化了復雜的開孔和輔助框架工序，可直接進行周邊封閉而縮短工期2 個月，從而為室內(nèi)裝修贏得了時間，創(chuàng)造了條件。并且由于各部件均預先裝配成孔，免去了鉆孔埋件煩瑣的工序，可節(jié)省了1 個多月的工期。

5 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的發(fā)展趨勢

5.1 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的技術(shù)創(chuàng)新

5.1.1 施工工藝創(chuàng)新

1）模塊化的設(shè)計和組件的預制。模塊化設(shè)計是將建筑物分為若干個標準的模塊。采用模塊化的裝配方式實現(xiàn)構(gòu)件的預制、裝配，從而縮短建造周期、降低了人工費用，提高建造效率。

2）自動施工裝備。通過引進機械臂、自動化攪拌車、自動化澆筑機等自動化施工設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)混凝土的自動輸送、澆筑和振搗，從而降低人工的作業(yè)難度，提升施工的速度和精度。

5.1.2 新材料應用

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)的革新還涉及新材料的運用，如使用高強度、高耐久性的混凝土，采用纖維加固，以改善建筑物的抗震性能；新型保溫隔音材料，可提高建筑節(jié)能和環(huán)境保護能力。

5.1.3 數(shù)字化設(shè)計與仿真

利用BIM 與計算機模擬技術(shù)，可實現(xiàn)混凝土組合結(jié)構(gòu)的數(shù)字化設(shè)計與模擬分析，在此基礎(chǔ)上，便于及時對工程中存在的問題進行分析，提出相應的解決方案，從而保證工程的質(zhì)量與安全。

5.1.4 輕型和高強度構(gòu)件設(shè)計

輕型和高強度構(gòu)件設(shè)計是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工領(lǐng)域的一項重要技術(shù)創(chuàng)新。這種設(shè)計方法注重減少構(gòu)件的自重，同時提高構(gòu)件的抗壓和抗彎強度。通過使用先進的材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計，輕型高強度構(gòu)件能夠在保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的同時降低材料消耗和運輸成本。這種創(chuàng)新不僅減輕了建筑的負荷，還加快了施工進度，提高了建筑的可持續(xù)性，同時也降低了項目的整體成本，使裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工更具競爭力。

5.1.5 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測和維護技術(shù)

采用結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測和維護技術(shù)允許對建筑結(jié)構(gòu)進行實時監(jiān)測，可以及早檢測和修復潛在問題，確保建筑的安全性和可靠性。通過傳感器、數(shù)據(jù)分析和遠程監(jiān)控系統(tǒng)，可以監(jiān)測結(jié)構(gòu)的應力、變形、溫度等參數(shù)，以及疲勞和損傷情況，有助于延長建筑的使用壽命，降低維護成本，并提高建筑的整體性能。

5.2 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的工藝優(yōu)化

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工的工藝優(yōu)化，是對拼裝施工中的作業(yè)方式與流程進行優(yōu)化，從而提高施工效率、降低成本，確保施工質(zhì)量。比如：（1）流程規(guī)劃與優(yōu)化。在施工之前，進行詳細的流程規(guī)劃，確定施工順序、時間和協(xié)調(diào)措施。（2）精密化制造及規(guī)范化設(shè)計。引進自動化裝備及現(xiàn)代流水線，實現(xiàn)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)制造工藝的工業(yè)化及精密化，利用BIM 技術(shù)進行零件的規(guī)范化設(shè)計，保證了零件的尺寸準確性，降低了裝配的誤差。（3）預裝配。利用預裝配、集中裝配的方式，將零件在廠里組裝好，然后運送到工地。在工廠進行預裝，調(diào)試，確保零件的質(zhì)量及尺寸精度，縮短組裝調(diào)試時間。（4）工具優(yōu)選。選用適當?shù)墓ぞ撸绨惭b吊籃、履帶式吊車等，可使施工安全、高效，同時，采用智能儀器、傳感器等對施工過程進行監(jiān)控，以便及時發(fā)現(xiàn)問題，及時做出修正。

5.3 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與定制化

5.3.1 構(gòu)件形狀與尺寸設(shè)計

在混凝土組合件的設(shè)計和定制中，構(gòu)件的外形和尺寸的確定是一個很關(guān)鍵的步驟。將構(gòu)件的外形與尺寸進行精細設(shè)計，既能滿足工程需要，又能提高其強度與穩(wěn)定性。同時，在滿足建筑設(shè)計需求的同時，還能兼顧材料和工藝的適用性，促進裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工業(yè)向數(shù)字化、智能化、可持續(xù)發(fā)展。

5.3.2 材料選擇與優(yōu)化

在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的發(fā)展中，選材將主要考慮如下方面：（1）強度與耐久性。依據(jù)混凝土組合構(gòu)件的應力狀態(tài)與服役環(huán)境，選取有足夠強度與耐久性的材料，采用高強混凝土或加入纖維材料，以提高構(gòu)件的強度和抗裂性，選用耐堿的玻璃纖維或碳纖維，以加強構(gòu)件的耐久性。（2）可持續(xù)發(fā)展的考量，對建筑材料的可持續(xù)發(fā)展及對環(huán)境的影響有一定的關(guān)注，選用環(huán)境友好的再生混凝土、高性能再生骨料等，降低了對環(huán)境的影響。在使用過程中，要注意選用符合有關(guān)標準、規(guī)范的建材，以保證產(chǎn)品的環(huán)境質(zhì)量。（3）助劑的選用。適當?shù)厥褂弥鷦軌蚋纳苹炷恋母黜椥阅埽鰪娖淇沽研浴⒖節(jié)B性及耐久性。例如，采用緩凝劑控制混凝土的硬化時間，使其與組裝過程相匹配，加入減水劑、增稠劑提高其流動性、可施工性等。（4）對項目的環(huán)境適應能力。在工程建設(shè)中，由于其所處的施工環(huán)境、氣象條件等因素的影響，其性能及服役壽命都有很大的差異。所以在選材時，應根據(jù)施工環(huán)境的特性，選用對施工環(huán)境有較強適應性的選材，如在海洋工程、嚴寒地區(qū)等工程中，必須選用耐鹽堿腐蝕、耐低溫的材料。

5.3.3 信息化設(shè)計與協(xié)同工作

1）組件化設(shè)計

（1）對建筑物的功能要求進行分析，根據(jù)功能將構(gòu)件分為各個單獨的構(gòu)件，如墻壁、梁、柱、地板等。（2）獨立地設(shè)計各部件。各構(gòu)件的外形、尺寸、材質(zhì)、連接形式等均應依據(jù)建筑設(shè)計要求、結(jié)構(gòu)計算及施工技術(shù)確定。（3）在構(gòu)件的設(shè)計過程中，注重構(gòu)件的通用性與規(guī)范化。即使是在不同的工程中，相同的部件之間也可以實現(xiàn)重復使用，從而提高生產(chǎn)效率，降低成本。

2）模塊化組合

（1）確定模塊組裝的原理與規(guī)律。為保證各部件間的相容性與穩(wěn)定性，制定連接方法、尺寸規(guī)格及裝配順序等。（2）根據(jù)模塊的原理，對不同的構(gòu)件進行組裝。采取工廠化的生產(chǎn)模式，在工廠中裝配好各部件，然后根據(jù)設(shè)計的要求在現(xiàn)場裝配。（3）在工程規(guī)模較大的情況下，可以將整個工程分為若干個模塊，采用模塊化的方法來進行建設(shè)，這樣既能提高建設(shè)速度，又能保證工程的質(zhì)量。

5.4 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展

5.4.1 提高施工效率

傳統(tǒng)的混凝土都是在現(xiàn)場砌筑，施工過程復雜、工期長。而裝配式混凝土結(jié)構(gòu)由于具有預制構(gòu)件的特點，可以在工廠中大批量地制造，從而極大地提高了建造效率。以下是能提升建造效率的幾種方式：（1）工廠化制造。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)使用預制構(gòu)件，并在工廠中實現(xiàn)規(guī)模制造，這樣能實現(xiàn)流水線作業(yè)，使工序規(guī)范化，從而提高生產(chǎn)率。該設(shè)備的工作環(huán)境相對穩(wěn)定，不會受到氣候變化的影響，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)、高效率的生產(chǎn)。（2）并聯(lián)建造。在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中，多個建造過程可以在同一時間內(nèi)完成。在預制件制作過程中可以進行地基建設(shè)，這不僅能節(jié)約時間，還能加速工程的進度。（3）整體設(shè)計與建造。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)提倡整體設(shè)計與建造。通過將設(shè)計、制造、施工3 個環(huán)節(jié)進行整合，降低了信息傳輸與協(xié)作的費用，從而提高了施工的效率。

5.4.2 推動建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型升級

混凝土裝配工業(yè)的發(fā)展，既能提升工程建設(shè)的效率與質(zhì)量，又能促進建筑業(yè)的轉(zhuǎn)型與升級。這不僅是對建筑技術(shù)、設(shè)備、管理方式等方面的革新，也是對建筑行業(yè)智能化、數(shù)字化、信息化發(fā)展的一種有力推動。同時，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工業(yè)化對建筑業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)化與整合，促進建筑業(yè)供應鏈協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。各部門合作更加密切，綜合效益和競爭能力得到了進一步提升。

6 結(jié)語

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)房屋建造工藝相對于傳統(tǒng)建造工藝具有更為明顯的優(yōu)越性，能夠有效降低建造費用、減少材料的浪費、縮短建設(shè)時間。它不僅可以減少對環(huán)境的污染，而且還可以改善房屋的使用功能，保障房屋的施工質(zhì)量。因此，應加強裝配式混凝土建筑施工技術(shù)的革新與優(yōu)化，使其在建筑中得到更好的運用非常必要。