裝配式建筑在我國(guó)的發(fā)展及應(yīng)用探析

周星

中國(guó)建筑技術(shù)集團(tuán)有限公司 北京 100012

引言

人類社會(huì)的信息化建設(shè)逐漸發(fā)展，迎合未來(lái)環(huán)境保護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)，智慧城市建設(shè)已成為建筑行業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì)。為解決城市交通擁堵、住房嚴(yán)峻、土地資源緊張、環(huán)保嚴(yán)重等問題，迎合城市可持續(xù)發(fā)展理念，將裝配式建筑用于建筑行業(yè)內(nèi)，同時(shí)融入BIM技術(shù)，有利于依據(jù)建筑工業(yè)化需要，保障建筑施工質(zhì)量，提高施工效率，同時(shí)為裝配式建筑的應(yīng)用帶來(lái)更廣闊且穩(wěn)定的發(fā)展空間。

1 裝配式建筑在我國(guó)的發(fā)展概況

1.1 裝配式建筑

裝配式建筑，實(shí)際上就是以建筑工業(yè)化需求為目標(biāo)，將建筑主體結(jié)構(gòu)與所需構(gòu)件提前在工廠預(yù)制生產(chǎn)，再將構(gòu)件統(tǒng)一運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)等待安裝配置。與以往的建筑制造方式相比，裝配式建筑擁有明顯的優(yōu)勢(shì)，不僅有效減少了施工現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)量，也降低了揚(yáng)塵與噪聲對(duì)環(huán)境的影響，縮短作業(yè)周期，提高施工效率，全方位的把控成本，從而實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保的建筑理念。一般情況下，裝配式建筑的建造需要多方參與，確保各方主體相互溝通，解決任何影響工期的問題，通過(guò)對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)裝配式建筑與信息化技術(shù)的有效結(jié)合，支持建筑信息高效共享與資源統(tǒng)一調(diào)配[1]。

1.2 裝配式建筑的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)相比，裝配式建筑的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)為以下幾方面：①裝配式建筑結(jié)構(gòu)自重輕，且材料強(qiáng)度高。鋼結(jié)構(gòu)不僅強(qiáng)度高，且具有較好的抗變形能力，與混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)的密度和屈服強(qiáng)度比值較低，受力條件相同的情況下，鋼結(jié)構(gòu)截面小，重量輕，方便后續(xù)運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)快速安裝，適合用在跨度與高度比較大的大載重建筑結(jié)構(gòu)，比如高層住宅建筑。②裝配式建筑連接方式簡(jiǎn)單，以鋼結(jié)構(gòu)體系為例，焊接與栓接等連接方式工藝簡(jiǎn)單，操作便捷，節(jié)點(diǎn)作業(yè)處無(wú)須覆蓋隱蔽。③裝配式建筑應(yīng)力傳遞方式簡(jiǎn)單，具有較好的整體性能。鋼結(jié)構(gòu)拼接為建筑整體框架體系之后，由于構(gòu)件材質(zhì)比較單一，所以裝配式建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳遞方式簡(jiǎn)單，材料不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)體系造成過(guò)大的力學(xué)性能影響，整體結(jié)構(gòu)更加可靠。④提高工程施工質(zhì)量，促進(jìn)文明施工。裝配式建筑中所有構(gòu)件都要在工廠內(nèi)統(tǒng)一預(yù)制完成，確保材料入場(chǎng)之后的質(zhì)量，采用機(jī)械化加工方式，所制造出的產(chǎn)品構(gòu)件性能指標(biāo)更規(guī)范，質(zhì)量缺陷成功減少。與此同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量減少，安全管理風(fēng)險(xiǎn)降低，加強(qiáng)對(duì)材料構(gòu)件運(yùn)輸與裝配兩方面環(huán)節(jié)的安全管理，即可降低安全事故發(fā)生概率[2]。

1.3 裝配式建筑發(fā)展概況

1958年背景首次采用了裝配式建筑建造方法，1976年后各地區(qū)開始廣泛應(yīng)用裝配式建筑，但伴隨著市場(chǎng)需求的增加，整個(gè)裝配式結(jié)構(gòu)建造市場(chǎng)出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)質(zhì)量下滑、相應(yīng)配套技術(shù)發(fā)展緩慢以及防水隔音問題等，導(dǎo)致行業(yè)發(fā)展出現(xiàn)停滯。城市化發(fā)展進(jìn)程下，國(guó)家加大對(duì)裝配式建筑的資金投入，2015年各地區(qū)開始頒布相應(yīng)政策支持裝配式建筑建造方法，次年2月國(guó)務(wù)院有頒發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作若干意見》，要求爭(zhēng)取在10年左右提高裝配式建筑在新建建筑中的占有率達(dá)到30%以上。2017年，住建部倡導(dǎo)將BIM技術(shù)用于裝配式建筑中，推動(dòng)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。2018年兩會(huì)在《政府工作報(bào)告》中表示，發(fā)展裝配式建筑與鋼結(jié)構(gòu)，實(shí)施建筑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，接下來(lái)應(yīng)進(jìn)一步推廣裝配式建筑建造方式[3]。

近年來(lái)我國(guó)城市化發(fā)展進(jìn)程加快，勞動(dòng)力成本逐漸攀升，材料和預(yù)制構(gòu)件的加工水平顯著提高，裝配式施工技術(shù)不斷完善，基于政策導(dǎo)向推動(dòng)下，裝配式建筑呈現(xiàn)出高速發(fā)展的態(tài)勢(shì)。從2016至2021年，我國(guó)新建的裝配式建筑面積增長(zhǎng)率平均在55%左右，建筑類型方面，住宅建筑較多，共占比54.7%?！笆奈濉币?guī)劃中，住房與城建部特別引發(fā)了《“十四五”建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，提出預(yù)計(jì)到2025年裝配式建筑將會(huì)在市場(chǎng)中占據(jù)更大的比例，垃圾排放量也會(huì)被控制在300t/㎡以下，建筑廢棄物再利用效果明顯，新一批綠色建造示范工程產(chǎn)生，現(xiàn)階段我國(guó)建筑業(yè)的增加值的增長(zhǎng)值在每年5.1%左右。2020年建筑業(yè)總產(chǎn)值26.39萬(wàn)億元，其中裝配式建筑占比較高，裝配式建筑目前主要用于鋼結(jié)構(gòu)住宅、醫(yī)院、學(xué)校等大型公共建筑，企業(yè)加強(qiáng)對(duì)大數(shù)據(jù)與云計(jì)算等技術(shù)的應(yīng)用，促進(jìn)了裝配式建筑的信息化建設(shè)。

2 裝配式建筑在我國(guó)的應(yīng)用

2.1 裝配式建筑應(yīng)用于智慧工地

從某種意義來(lái)講，智慧工地是當(dāng)前智慧城市建設(shè)中符合建筑行業(yè)發(fā)展的技術(shù)手段，特別是工程周期管理概念。在智慧工地內(nèi)引入BIM技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)工程建設(shè)的智能化管理，裝配式建筑應(yīng)用全方位實(shí)現(xiàn)了行業(yè)節(jié)能減排與資源循環(huán)利用的發(fā)展目標(biāo)。裝配式建筑當(dāng)中的預(yù)制構(gòu)件會(huì)添加相應(yīng)的芯片，使用智能設(shè)備進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸以及安裝等環(huán)節(jié)的管控，從而監(jiān)控各個(gè)構(gòu)件的有關(guān)信息。與此同時(shí)，通過(guò)智能化設(shè)備互聯(lián)互通與消息共享，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑的智能協(xié)同生產(chǎn)。

打造裝備智能工廠，對(duì)鋼筋下料、模具拆裝以及混凝土澆筑等環(huán)節(jié)進(jìn)行智能化與自動(dòng)化改造，采用數(shù)字化與集成技術(shù)建設(shè)裝配式建筑智能制造產(chǎn)業(yè)基地，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)材料高效配送、機(jī)器人自動(dòng)焊接、機(jī)械化噴涂等。應(yīng)用智慧功能，強(qiáng)化工程建設(shè)效果，加強(qiáng)對(duì)BIM技術(shù)與大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用，依靠相應(yīng)軟件完成噪聲與揚(yáng)塵污染現(xiàn)狀的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)分析，以此更好的控制裝配式施工現(xiàn)場(chǎng)，把控施工進(jìn)度，提高施工效率。應(yīng)用智能感應(yīng)設(shè)備，監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)安全工具的使用操作情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中的異常行為。采用人工智能技術(shù)，監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與作業(yè)情況，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析安全隱患問題，科學(xué)制定裝配式建筑施工安全管理措施[4]。

2.2 裝配式建筑推進(jìn)建筑工業(yè)化

現(xiàn)如今智慧城市已成為國(guó)家建設(shè)的頂層設(shè)計(jì)，這是一種新型城市發(fā)展形態(tài)，擁有精準(zhǔn)管控與高效協(xié)同等優(yōu)勢(shì)。裝配式建筑不管是在技術(shù)應(yīng)用，還是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，都可以滿足智慧城市發(fā)展需要。和以往建筑項(xiàng)目比較，裝配式建筑在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和施工環(huán)節(jié)擁有更顯著的優(yōu)勢(shì)，人們更重視對(duì)質(zhì)量與成本的控制，將BIM技術(shù)用于預(yù)制構(gòu)件制造與施工裝修，為智慧城市建設(shè)與發(fā)展創(chuàng)造有利條件。

2.3 裝配式建筑應(yīng)用于住宅建筑

2.3.1 強(qiáng)化預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)制造。將裝配式建筑用在住宅建筑施工，實(shí)現(xiàn)對(duì)梁、柱以及墻等預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)制造。迎合當(dāng)前裝配式住宅的建設(shè)需求，對(duì)預(yù)制構(gòu)件提前設(shè)計(jì)，把控構(gòu)件材料質(zhì)量，按照生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)與施工標(biāo)準(zhǔn)，將構(gòu)件模具提前固定于套筒位置，再將構(gòu)件放入鋼籠，為接下來(lái)的混凝土澆筑施工奠定基礎(chǔ)。

2.3.2 把控外墻板高效安裝。提前做好住宅外墻板吊點(diǎn)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，在預(yù)制構(gòu)件加工完成后，做好施工質(zhì)量檢測(cè)工作。隨后完成建筑外墻板起吊與下落定點(diǎn)，使外墻板安裝順利，完成預(yù)制墻板有效支撐，再根據(jù)實(shí)際情況做好施工方式的優(yōu)化調(diào)整。墻板的吊裝通常需要使用模數(shù)吊裝梁，按照墻板吊環(huán)位置確定起吊點(diǎn)，再用卸扣提前連接鋼絲繩和外墻板預(yù)留吊環(huán)，在起吊到距離地面500mm的位置查看連接情況，確認(rèn)無(wú)誤后緩慢運(yùn)輸?shù)牡跹b，施工人員使用兩根溜繩鉤住搭鉤，緩慢下降墻板。

2.3.3 預(yù)制疊合板施工。在與地板上方距離30cm的位置安裝預(yù)制疊合板，依據(jù)相應(yīng)安裝順序，確保疊合板安裝質(zhì)量，與此同時(shí)還要在底部設(shè)置臨時(shí)托架。充分考慮預(yù)制疊合板安裝結(jié)構(gòu)，安裝上層疊合板時(shí)做好混凝土澆筑施工，等待混凝土材料凝固后開展強(qiáng)度測(cè)試，全方位保障裝配式建筑的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。預(yù)制疊合板的安裝需要經(jīng)過(guò)以下施工流程：安裝前準(zhǔn)備工作與測(cè)量放線；支設(shè)支撐體系與板接縫模板、板邊角膜；吊裝并校正疊合板的位置；布設(shè)機(jī)電管線；綁扎鋼筋；工程驗(yàn)收；混凝土澆筑。

裝配式建筑中疊合板的應(yīng)用要點(diǎn)如下：①安裝前準(zhǔn)備工作，依據(jù)圖紙做好疊合板構(gòu)件各項(xiàng)參數(shù)檢查，確定安裝位置，做好吊裝順序的編號(hào)；對(duì)外伸鋼筋存在影響的水平定位筋與暗柱箍筋及時(shí)取出，吊裝疊合板后再將此處恢復(fù)原狀。②測(cè)量放線，依據(jù)圖紙要求在裝配式建筑的樓板位置放出獨(dú)立的支撐點(diǎn)位圖，彈出墻體疊合板邊線與中心線，在剪力墻彈出+1m水平線，完成對(duì)疊合板安裝的標(biāo)高控制。③支設(shè)支撐體系，整個(gè)預(yù)制疊合板下支撐體系包含鋁合金工字梁、鋼支柱以及托座等部分，按照施工方案進(jìn)行平面布置，再依據(jù)疊合板的規(guī)格設(shè)置支撐點(diǎn)，安裝前調(diào)整設(shè)計(jì)標(biāo)高。支設(shè)板邊角膜，應(yīng)用尺寸為12mm的木膠合板，再用14#通絲螺桿對(duì)拉固定。④吊裝就位，起吊的時(shí)候減少?gòu)澗禺a(chǎn)生，應(yīng)用3m麻繩牽引；按照?qǐng)D紙中標(biāo)注的吊點(diǎn)位置進(jìn)行疊合板的吊裝，長(zhǎng)和寬在4000mm以內(nèi)的疊合板需要4個(gè)吊點(diǎn)，超過(guò)4000mm尺寸的疊合板需要6個(gè)以上吊點(diǎn)，要求吊點(diǎn)分布對(duì)稱，確保吊裝期間可以受力均勻，實(shí)現(xiàn)對(duì)疊合板的平穩(wěn)吊裝。⑤起吊時(shí)提前試吊，向吊起在距離地面50cm的位置，查看鋼絲繩受力情況，再將疊合板吊至上空，要求吊索水平夾角在60°以上，鋼絲繩的長(zhǎng)度不能低于3m。將疊合板垂直向下安裝，放下時(shí)保持平穩(wěn)，調(diào)整時(shí)墊好小木塊，防止板的邊角受到損壞。

2.4 裝配式建筑應(yīng)用于綠色建筑

綠色建筑背景下推廣裝配式建筑施工，其中的主要技術(shù)大致如下：①BIM技術(shù)，發(fā)揮BIM技術(shù)的3D可視化作用建設(shè)工程模型，提高預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量。如果施工期間存在預(yù)制梁不足的問題，人們可依靠3D模型確定預(yù)制梁的所需數(shù)量，按照要求將預(yù)制梁加工完成并運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)。這一方法可以保證材料充足，避免資源浪費(fèi)，降低成本投入。此外，應(yīng)用BIM技術(shù)可以提前了解裝配式建筑施工現(xiàn)場(chǎng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患問題，做好應(yīng)對(duì)措施，為施工創(chuàng)造有利條件。②成套裝配。預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)需要從項(xiàng)目實(shí)際需求出發(fā)，做好混合料配比工作，防止后續(xù)澆灌受到影響。采取搭積木的方法對(duì)構(gòu)件組裝，確定裝配式建筑結(jié)構(gòu)形式，搭建后混凝土對(duì)外墻與相應(yīng)構(gòu)件澆筑成型，降低對(duì)資源的投入。③門窗預(yù)制。過(guò)去建筑施工會(huì)對(duì)門窗工程進(jìn)行單獨(dú)施工，且該環(huán)節(jié)主要集中于裝修階段，門窗施工質(zhì)量與進(jìn)度會(huì)影響項(xiàng)目整體進(jìn)度與質(zhì)量，裝配式建筑施工可以簡(jiǎn)化門窗安裝流程，提前對(duì)構(gòu)件加工預(yù)制，保持建筑結(jié)構(gòu)整體性，防止后續(xù)出現(xiàn)門窗滲漏的問題。整體預(yù)制技術(shù)能夠使建筑主體結(jié)構(gòu)與門窗結(jié)構(gòu)施工一同進(jìn)行，提高施工效率。④對(duì)于裝配式建筑來(lái)說(shuō)，防水保溫工作至關(guān)重要，建筑自身的防水保溫效果將會(huì)關(guān)系到建筑實(shí)際應(yīng)用。裝配式建筑強(qiáng)調(diào)對(duì)防水保溫工作進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化施工，且屋面構(gòu)件與外墻加工可同步進(jìn)行，精簡(jiǎn)施工工藝，提高施工技術(shù)水平。⑤鋼管混凝土柱框架式裝配式建筑住宅體系優(yōu)化、鋼柱部分使用多層一節(jié)鋼管柱，其中澆灌混凝土材料，經(jīng)過(guò)鋼板與混凝土的結(jié)合，全方位保障預(yù)制構(gòu)件強(qiáng)度與框架剛度，再發(fā)揮材料性能的作用，采用焊接連接方式，最大程度上減少鋼柱吊裝施工量。梁的部分選用單跨H型鋼梁，節(jié)點(diǎn)處采用托板式栓接連接方式，降低吊裝作業(yè)難度，鋼梁的重量大約200kg，鋼柱重量大約1000kg，截面相同的情況下結(jié)構(gòu)自重將會(huì)低于常規(guī)裝配式建筑構(gòu)件。和傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)住宅建筑相比，裝配式建筑住宅的重量能夠降低30%以上，且施工作業(yè)難度降低，施工周期縮短，構(gòu)件吊裝成本下降，彰顯裝配式建筑的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，迎合BIM技術(shù)的發(fā)展優(yōu)勢(shì)，將大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)以及云計(jì)算等技術(shù)融合于裝配式建筑中，推進(jìn)智慧城市的發(fā)展建設(shè)。采用智慧化運(yùn)維管理與設(shè)計(jì)建造，強(qiáng)調(diào)建筑行業(yè)生態(tài)環(huán)保與綠色節(jié)能的發(fā)展目標(biāo)。將裝配式建筑用于住宅建筑或公共建筑，推進(jìn)建筑工業(yè)化，迎合綠色建筑發(fā)展背景，簡(jiǎn)化施工工藝，發(fā)揮預(yù)制構(gòu)件的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，降低作業(yè)難度，縮短施工周期，從而推動(dòng)建筑行業(yè)的未來(lái)發(fā)展。