綠色施工理念在裝配式鋼結(jié)構(gòu)工程中的實(shí)踐分析

吳卓峰，賈鋮成，徐萬林，姜長帥，甘福紅，陳凱杰

（1.濟(jì)南市工程質(zhì)量與安全中心，山東 濟(jì)南 250000；2.北京市市政四建設(shè)工程有限責(zé)任公司，北京 100000）

0 引言

隨著生態(tài)文明建設(shè)的深入，建筑行業(yè)也加快了對綠色施工技術(shù)的研究，綠色施工理念也得到了廣泛的應(yīng)用。與傳統(tǒng)建筑施工技術(shù)相比，綠色施工更加注重建筑過程對環(huán)境的影響。隨著房地產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和施工效率的提高，裝配式鋼結(jié)構(gòu)以其操作簡單、污染少等特點(diǎn)得以廣泛應(yīng)用，該方式將傳統(tǒng)現(xiàn)場澆筑施工轉(zhuǎn)移到工廠，工廠生產(chǎn)的構(gòu)件在工地統(tǒng)一裝配而成的建筑。預(yù)制裝配式施工方式實(shí)現(xiàn)了“四節(jié)一環(huán)保”，減少了建筑施工對環(huán)境的破壞。在此過程中通過推行綠色施工技術(shù)、加強(qiáng)施工管理，對打造生態(tài)和諧的施工體系具有較強(qiáng)的實(shí)踐意義和參考價值。

綠色施工技術(shù)是一種注重環(huán)境保護(hù)和資源利用的理念技術(shù)，該技術(shù)通過優(yōu)化建筑材料、提高能源效率和減少廢棄物等措施，實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)[1-2]。與傳統(tǒng)施工技術(shù)相比，綠色施工過程中更加注重施工過程對生態(tài)環(huán)境的影響。在綠色施工理念下遵循的是“資源有效利用、能源效率、環(huán)境保護(hù)”的原則，根據(jù)《建筑工程綠色施工評價標(biāo)準(zhǔn)》中的評價要素，綠色施工主要根據(jù)環(huán)境、材料、水資源、能源和土地資源五個方面的基礎(chǔ)要素進(jìn)行評判[3]。

近年來不少學(xué)者在綠色施工實(shí)踐的過程中總結(jié)了眾多經(jīng)驗(yàn)，也取得了顯著成效。羅海燕[4]（2021）介紹了綠色施工技術(shù)的具體應(yīng)用，并提出通過健全綠色施工管理制度和增強(qiáng)工人的環(huán)保意識促進(jìn)綠色施工技術(shù)的發(fā)展。王俊[5]（2023）從屋頂節(jié)能技術(shù)、外墻保溫技術(shù)和室內(nèi)環(huán)境綠色技術(shù)等六個方面梳理了綠色建筑中節(jié)能環(huán)保施工技術(shù)的具體應(yīng)用。王玉曉等[6]（2023）總結(jié)了建筑施工過程中施工技術(shù)常見問題和節(jié)能技術(shù)的運(yùn)用。李志棟[7]（2023）從綠色環(huán)保節(jié)能、節(jié)材提效降耗和節(jié)水節(jié)能環(huán)保三個方面總結(jié)了現(xiàn)代建筑綠色施工技術(shù)的要點(diǎn)。

此外，部分學(xué)者基于綠色施工評價指標(biāo)構(gòu)建了評價指標(biāo)體系。吳偉東等[8]（2021）從水土流失 、資源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)3個方面共17 項(xiàng)指標(biāo)建立評價指標(biāo)體系，采用不確定層次分析法和集對理論得到群眾進(jìn)而建立了綠色施工的評級指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。王海猛等[9]（2024）基于OWA 算子的專家評分權(quán)重和白化權(quán)函數(shù)灰色變權(quán)聚類評估的方法建立了一套符合區(qū)域?qū)嶋H情況的公路工程項(xiàng)目綠色公路等級評價體系。部分研究基于綠色施工理念搭建了綠色施工框架，指出從施工管理、資源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)、人員安全等方面實(shí)施與評價[10]。

也有部分學(xué)者與專家將綠色施工與施工安全、節(jié)能建筑、施工管理創(chuàng)新、BIM 技術(shù)、建筑裝修 、建筑裝飾 等內(nèi)容相結(jié)合，探討了綠色施工技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用。部分學(xué)者根據(jù)施工的過程，探討了施工前期綠色施工技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)施計劃 。

本文在此基礎(chǔ)上，梳理了施工過程中的綠色施工技術(shù)和本工程的具體應(yīng)用，提出了流態(tài)固化土填筑技術(shù)、囊式擴(kuò)體錨桿抗浮技術(shù)、鋼筋桁架樓承板支撐優(yōu)化技術(shù)、鋼結(jié)構(gòu)安裝精準(zhǔn)施工技術(shù)、深基坑支護(hù)技術(shù)等技術(shù)方式，對具有復(fù)雜水文、鋼結(jié)構(gòu)施工等特點(diǎn)的相關(guān)工程具有實(shí)際的參考意義。

1 工程概況

本文以某裝配式鋼結(jié)構(gòu)保障性租賃住房工程為例，本工程裝配率達(dá)70%，總建筑面積約10.9 萬m2，鋼用量約7 386t，共涉及8 棟高層住宅樓、地下車庫及人防結(jié)構(gòu)，按照綠色二星級建筑標(biāo)準(zhǔn)、二星級智慧工地進(jìn)行設(shè)計建造。保障性租賃住房作為本區(qū)域發(fā)展重要的一環(huán)，可為人才引進(jìn)提供居住條件，對改善民生和促進(jìn)和諧發(fā)展有積極作用，其依托裝配式鋼結(jié)構(gòu)形式，為綠色智能建造賦能，為區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)力量。工程的BIM 效果圖如圖1 所示。

圖1 BIM 效果圖

2 工程特點(diǎn)與重難點(diǎn)分析

2.1 水文地質(zhì)復(fù)雜，基礎(chǔ)及支護(hù)設(shè)計要求高

場地土層主要為粉土層、粉質(zhì)黏土層，屬中軟場地土，地形起伏較小，地勢相對較平，為典型黃河沖洪積平原地貌；場區(qū)地下水以賦存松散巖類孔隙水為主，具輕微腐蝕性，根據(jù)承壓屬性多為淺層潛水-微承壓水，地下水位高（地表下0.9m可見水），地質(zhì)條件差，同時地下二層及人防全在本標(biāo)段，人防面積18 365.3m2，開挖深度達(dá)11.3m，土護(hù)降、抗浮難度大，費(fèi)用高，復(fù)雜工況下基礎(chǔ)及基坑支護(hù)設(shè)計施工為重難點(diǎn)之一。

2.2 裝配率高，構(gòu)件形式多樣，體量多，要求高，施工內(nèi)容復(fù)雜，組織管理難度大

本工程拼裝構(gòu)件約154 368 件，構(gòu)件形式約9 600 種，安裝精度達(dá)2mm，合同工期730d，整體工期緊，工藝新，體量大，施工內(nèi)容復(fù)雜，構(gòu)件多，高空作業(yè)長期存在，且同小區(qū)相鄰標(biāo)段同步施工，場地受限，驗(yàn)收節(jié)點(diǎn)多、標(biāo)準(zhǔn)高，裝配式鋼結(jié)構(gòu)高層住宅高效施工組織及安全質(zhì)量控制為重中之重。圖2 為裝配式鋼結(jié)構(gòu)的主要節(jié)點(diǎn)示例。

圖2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)主要節(jié)點(diǎn)

2.3 基坑開挖深度大，回填方量大

該地區(qū)水文地質(zhì)復(fù)雜，基坑回填空間狹小且回填較深、回填區(qū)域夯實(shí)質(zhì)量不穩(wěn)定。本工程基坑肥槽及主樓磚模超挖區(qū)域施工空間狹小、房心回填區(qū)域不規(guī)則，采用傳統(tǒng)回填方法難以保證回填土壓實(shí)度，需采用素混凝土回填，有違經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

3 裝配式鋼結(jié)構(gòu)綠色施工關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

在本次項(xiàng)目施工過程中，施工人員不僅選取綠色建筑材料，還綜合應(yīng)用了流態(tài)固化土填筑技術(shù)、囊式擴(kuò)體錨桿抗浮技術(shù)、鋼筋桁架樓承板支撐優(yōu)化技術(shù)、鋼結(jié)構(gòu)安裝精準(zhǔn)施工技術(shù)、深基坑支護(hù)技術(shù)等技術(shù)方式，在施工過程中，加強(qiáng)施工管理，保證工程項(xiàng)目達(dá)到施工建設(shè)水平和預(yù)期目標(biāo)。

3.1 流態(tài)固化土填筑技術(shù)

施工過程中，項(xiàng)目以現(xiàn)場廣泛存在的外棄渣土作為主要原料，通過摻入與巖土特性相適應(yīng)的專用特殊膠凝材料（固化劑），以及必要的水和外加劑，通過特定的攪拌機(jī)進(jìn)行拌合均勻，形成具有自流平、自密實(shí)和自填充特點(diǎn)的固化土混合料，可采用溜槽、泵送的方式直接澆筑回填基槽，無需夯實(shí)或碾壓，經(jīng)養(yǎng)護(hù)后固化成為具有一定強(qiáng)度、水穩(wěn)定性、低滲透性和保持長期穩(wěn)定的固化土。流態(tài)固化土有極強(qiáng)的流動性和自密性，無需夯實(shí)，固化后土體密度在每立方米1.6 ～1.9g，常用強(qiáng)度在0.5 ～1.2MPa，并可根據(jù)設(shè)計要求進(jìn)行調(diào)整，具靈活性。

該技術(shù)從三個方面體現(xiàn)了綠色施工：首先，與回填灰土相比，該工藝澆筑過程為液態(tài)，避免了施工揚(yáng)塵，大大改善施工現(xiàn)場環(huán)境。其次，原材料90%為工程棄土，可實(shí)現(xiàn)就地取材，節(jié)省砂石類材料使用。最后，流態(tài)固化土回填技術(shù)更具有經(jīng)濟(jì)性。相比采用素混凝土對肥槽等難以壓實(shí)部位進(jìn)行回填可節(jié)約成本約40 萬元，實(shí)現(xiàn)了節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本、節(jié)約建筑耗材、施工周圍的環(huán)境保護(hù)。

3.2 囊式擴(kuò)體錨桿抗浮技術(shù)

針對基礎(chǔ)及支護(hù)設(shè)計要求高的施工難點(diǎn)，項(xiàng)目施工過程中采用囊式擴(kuò)體錨桿抗浮技術(shù)。該技術(shù)主要依靠擴(kuò)大頭的端壓，以及錨固段與周圍土體的粘結(jié)力、摩擦力承載，錨固力的大小與擠擴(kuò)體的端頭承載面積關(guān)系很大。

工程初期設(shè)計抗浮措施擬采用PHC500 型抗拔樁，相應(yīng)設(shè)計需22m 樁長，場地土層自地表向下15m 起為密實(shí)粉細(xì)砂層，抗拔樁無法施作。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)通過查閱資料、咨詢專家及設(shè)計單位意見、實(shí)地考察等方式，決定采用非預(yù)應(yīng)力囊式擴(kuò)體錨桿抗浮。錨桿底部錨固段設(shè)置有承壓囊袋，壓力注漿時先進(jìn)行囊袋注漿，在底部形成一個囊袋包裹的水泥結(jié)構(gòu)。后續(xù)再進(jìn)行外側(cè)錨桿孔注漿及二次壓漿，筏板施工時將錨桿固定到底板上層鋼筋網(wǎng)片上。

該技術(shù)從兩方面體現(xiàn)了綠色施工：一方面，技術(shù)簡單節(jié)約了人力投入。該技術(shù)抗浮防滑、成本低、安裝簡單。另一方面，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯。底部囊袋擴(kuò)體形式使底部混凝土承拉受荷變?yōu)槌袎菏芎?，力學(xué)性能顯著提升，經(jīng)優(yōu)化可有效降低成本約190.71 萬元。

3.3 鋼筋桁架樓承板支撐優(yōu)化技術(shù)

該技術(shù)是指鋼筋桁架樓承板通過將鋼筋加工成鋼筋桁架，將鍍鋅鋼板壓制成帶2mm 肋高的壓型鋼板，然后采用電阻電焊工藝將鋼筋桁架與壓型鋼板焊接成一體，具有剛度大、板底平整、可雙向受力、鋼板利用率高等特點(diǎn)。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)，有利于鋼筋排列間距均勻、混凝土保護(hù)層厚度一致，提高樓板的施工質(zhì)量和施工速度 。

該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了“四節(jié)一環(huán)?！钡木G色施工理念。項(xiàng)目施工過程中，通過分析鋼筋桁架樓承板的結(jié)構(gòu)受力，充分利用鋼筋桁架樓承板自承特性，對鋼筋桁架樓承板支撐架體布置進(jìn)行優(yōu)化，將原來每跨3 排優(yōu)化為每跨2 排。調(diào)整優(yōu)化后，每層節(jié)約材料1/3、節(jié)約人工3 人、節(jié)約工時2h，實(shí)現(xiàn)了“四節(jié)一環(huán)保”中的節(jié)約人力和施工耗材、節(jié)約水電等能源。

3.4 鋼結(jié)構(gòu)安裝精準(zhǔn)施工技術(shù)

項(xiàng)目施工過程中，基于ANSYS 預(yù)偏模擬修正、靶向定位精準(zhǔn)測控、首節(jié)鋼柱精準(zhǔn)定位裝置等方法，進(jìn)行施工變形控制，提高鋼構(gòu)件安裝一次合格率至90%以上，調(diào)整誤差累計值達(dá)3cm，減少二次調(diào)整糾偏及對后續(xù)AAC 墻板、二次結(jié)構(gòu)砌筑施工影響，節(jié)約工時及成本。通過優(yōu)化提出集成模塊式泡沫混凝土新型墻板及拼縫處理涂料等專用配套產(chǎn)品，將圍護(hù)體系接縫部位抵御變形能力提升至300%，整體防開裂、防滲漏能力提升約2倍，有效減少后期維修高昂費(fèi)用。采用BIM 技術(shù)與智慧工地相結(jié)合，建立一體化協(xié)同管理平臺，對鋼結(jié)構(gòu)施工過程進(jìn)行多維信息化管控，提高管理精細(xì)度，通過深化設(shè)計、碰撞檢查、工序預(yù)演、構(gòu)件編碼、高效精度控制等，減少施工誤差，提高現(xiàn)場效率，提升現(xiàn)場施工質(zhì)量。截至目前截至目前共解決圖紙碰撞248 處，并進(jìn)行凈高優(yōu)化、管線綜合優(yōu)化多處，進(jìn)行三維可視化交底10余次，降低返工成本約100 萬元，節(jié)約工期約30d。

3.5 深基坑支護(hù)技術(shù)

基于工程實(shí)踐，探討黃河沖積區(qū)基坑支護(hù)形式，總結(jié)EPC總承包模式下支護(hù)工程管控要點(diǎn)，建立EPC 模式下黃河沖積區(qū)深基坑支護(hù)方案評價體系，優(yōu)選最佳支護(hù)形式，通過優(yōu)化將原計劃采用的大放坡方式調(diào)整為鋼板樁+邊坡噴錨+土釘支護(hù)形式。圖3 是優(yōu)化后的支護(hù)平面布置圖。

圖3 優(yōu)化后支護(hù)平面布置圖

該技術(shù)從兩方面體現(xiàn)了綠色施工技術(shù)。第一是減少環(huán)境破壞，工程優(yōu)選最佳支護(hù)形式，優(yōu)化后土方開挖量減少6 208 方。第二是經(jīng)濟(jì)效益明顯，該方法共節(jié)省相應(yīng)費(fèi)用62.04 萬元，相應(yīng)方法可為類似深基坑支護(hù)設(shè)計及施工提供依據(jù)。

4 綠色施工技術(shù)的效益分析

4.1 社會效益

本工程綜合使用流態(tài)固化土填筑技術(shù)、囊式擴(kuò)體錨桿抗浮技術(shù)、鋼筋桁架樓承板支撐優(yōu)化技術(shù)、鋼結(jié)構(gòu)安裝精準(zhǔn)施工技術(shù)、深基坑支護(hù)技術(shù)等技術(shù)方式，達(dá)到了“四節(jié)一環(huán)?！钡木G色施工要求。滿足以下社會效益：第一，通過落實(shí)綠色施工技術(shù)，強(qiáng)化了施工人員的環(huán)保意識，施工人員能夠嚴(yán)格按照施工方案開展施工活動，切實(shí)提高工程的質(zhì)量，減少環(huán)境污染對周邊居民的影響。第二，本項(xiàng)目通過獲批多項(xiàng)綠色建造施工獎項(xiàng)并通過中國施工企業(yè)協(xié)會綠色建造施工水平的過程檢驗(yàn)，起到良好的社會示范效應(yīng)。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

建造過程中項(xiàng)目充分發(fā)揮EPC 模式特點(diǎn)，積極推動設(shè)計相關(guān)優(yōu)化多項(xiàng)，積極開展技術(shù)創(chuàng)新活動，從設(shè)計至施工建造全面貫徹綠色可持續(xù)發(fā)展理念，提高施工效率，提高施工質(zhì)量，減少人力、物力等直接投入同時，顯著縮短工期，節(jié)省維修返修，節(jié)約相應(yīng)管理費(fèi)用及機(jī)械租賃費(fèi)用，產(chǎn)生可觀的間接經(jīng)濟(jì)效益。同時“流態(tài)固化土填筑技術(shù)”已納入企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并形成系列固定產(chǎn)品，不斷深化應(yīng)用于多個項(xiàng)目。通過多種綠色施工技術(shù)的綜合應(yīng)用，該項(xiàng)目共節(jié)省1 600 萬元，節(jié)省人員約50 人，節(jié)省工期26d。

4.3 環(huán)境效益

本工程為裝配式鋼結(jié)構(gòu)高層住宅，建造過程中充分展現(xiàn)出揚(yáng)塵少、垃圾少、節(jié)約資源等優(yōu)勢。同時積極開展和實(shí)踐“流態(tài)固化土技術(shù)”“囊式擴(kuò)體錨桿技術(shù)”“深基坑支護(hù)方案優(yōu)選技術(shù)”“鋼筋桁架樓承板支撐優(yōu)化技術(shù)”等應(yīng)用，在建造施工過程中最大限度地節(jié)約資源、減少土地占用、保護(hù)環(huán)境，良好助力區(qū)域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展，助推新舊動能轉(zhuǎn)換。

5 結(jié)論

本文梳理和總結(jié)了某工程在施工過程中應(yīng)用的綠色施工技術(shù)和應(yīng)用綠色施工技術(shù)后的工程成效，發(fā)現(xiàn)綠色施工技術(shù)不僅達(dá)到了施工層面的“四節(jié)一環(huán)?！?，還具有顯著的社會效益和環(huán)境效益，為助力區(qū)域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展提供了技術(shù)支持，具有良好的社會示范效應(yīng)。具體而言，本文的主要結(jié)論如下：

（1）流態(tài)固化土填技術(shù)降低了工程揚(yáng)塵量，并有效利用工程棄土，改善了施工現(xiàn)場環(huán)境并節(jié)省了經(jīng)濟(jì)成本與建筑耗材，助力施工過程的綠色環(huán)保；

（2）囊式擴(kuò)體錨桿抗浮技術(shù)施工簡單、成本低，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯，該方法顯著提高承壓受荷能力，顯著提高力學(xué)性能；

（3）鋼筋桁架樓承板支撐優(yōu)化技術(shù)提高樓板的施工質(zhì)量和施工速度，明顯節(jié)約了施工耗材和水電等能源；

（4）鋼結(jié)構(gòu)安裝精準(zhǔn)施工技術(shù)通過凈高優(yōu)化、管線綜合優(yōu)化等方式顯著降低了返工成本和工程工期；

（5）深基坑支護(hù)技術(shù)通過鋼板樁+邊坡噴錨+土釘支護(hù)的形式節(jié)省施工費(fèi)用，并減少環(huán)境破壞，達(dá)到綠色施工的目標(biāo)。本工程在施工過程中不斷改革完善施工工藝，為企業(yè)節(jié)能減排新技術(shù)注入新力量，并向相關(guān)項(xiàng)目起到良好示范作用，為相關(guān)工程綠色建造施工提供技術(shù)支撐和經(jīng)驗(yàn)參考。