生态视角下装配式建筑发展探析

夏雪球

0 引言

在城市化水平不断提升的背景下，建筑行业发展迅速，技术革新的脚步加快。装配式建筑作为一种现代建筑形式，区别于传统建筑形式的施工方式，装配式建筑施工的过程更像是“搭积木”的过程中，将预制的混凝土构件进行彼此连接是装配式建筑主要施工特点，这一施工特点也决定了装配式建筑本身具有较强的绿色性能，通过应用连接预制构件的施工方式，不仅能够有效避免施工过程中的材料浪费，同时施工过程中产生的废弃物极少，也不会消耗大量的水资源以及电力能源，因此装配式建筑具有广阔的发展前景，能够在生态文明城市建设的过程中发挥重要作用，需要对装配式建筑的特点以及价值进行充分研究，积极推动装配式建筑的发展。

1 装配式建筑的发展历程

目前来看，装配式建筑已经是一种较为成熟的建筑形式，主要分为混凝土结构的装配式建筑、钢结构装配式建筑以及木结构的装配式建筑，其中混凝土结构的装配式建筑是应用的较为广泛的建筑类型。装配式建筑在近些年开始兴起，实际上早在二十世纪中叶就已经出现了装配式建筑，但是彼时，受限于有限的工艺水平和生产能力，装配式建筑难以获得普及。在建筑行业不断发展的过程中，大量新技术、新材料出现，相关技术的发展为装配式建筑的应用提供了基础条件，装配式建筑在施工方式上与传统建筑形式有很大的差异，施工环节更为简单，施工成本也更低，在施工建设过程中能源资源消耗少，且对周边环境的影响小，在国家大力发展低碳经济的背景下，装配式建筑因其具有较强的智慧化潜力，生态性以及灵活性，装配式建筑得以加速发展。

本世纪初，北京市就已经出台了《关于产业化住宅项目实施面积奖励等优惠措施的暂行办法》以及《关于推进本市住宅产业化的指导意见》，出台相关政策的主要目的在于推广装配式建筑，促进装配式建筑普及以及发展。在建筑行业不断发展的过程中，部分国家级的单位也积极开展对装配式建筑的研究，在这个过程中装配式建筑的技术体系获得了进一步完善，同时也出台了装配式建筑的技术标准，为装配式建筑的规范化发展创造了条件。2016 年，中央政府再次明确了装配式建筑的发展目标，计划用十年时间，使装配式建筑的普及率达到30%。

从装配式建筑的技术原理来看，主要是建筑结构分解为不同的结构部件，在工厂中预先生产规定尺寸的结构部件，再将工厂生产的结构部件运输至施工现场，通过应用吊机等起重设备将混凝土部件彼此连接，并应用浇筑混凝土以及浆锚叠合等方式，使得组装的混凝土结构具有较高的稳定性，这种建筑形式结构简单，施工流畅，能够有效提升施工的效率，且对于施工区域环境影响较小，是一种环境友好型的建筑形式。

2 装配式建筑的特点

2.1 经济性

装配式建筑与传统建筑形式最大的不同在于，装配式建筑的结构部件大部分在工厂中加工生产，不需要现场浇筑，在施工的过程中将混凝土结构部件进行组装处理，施工人员只需要进行局部连接以及固定，省去了繁琐的施工环节。因此这种建筑形式能够在很大程度上缩短施工的周期，由于建筑的建筑结构组件在工厂中生产，因此不需要在施工现场等待混凝土的浇筑与养护，这对于节约工程建设成本，加强工程成本控制具有重要的意义。

2.2 稳定性

从建筑结构稳定性上来看，装配式建筑不输于传统的建筑形式。目前装配式建筑的技术体系已经逐步成熟，通过工业化的生产方式来生产建筑的结构组件，不仅能够降低建筑成本、提升施工效率，同时在生产的过程中也能及时检测出不合格的产品，并对不合格的产品进行及时处理。整个生产过程具有较高的可回溯性，避免了传统建筑形式难以对施工缺陷进行整改的弊端。在生产混凝土构件的过程中，相关的技术人员也能严格把控混凝土构件的质量，确保构件的结构强度。在混凝土构件的组装环节，通过综合应用浇筑混凝土以及浆锚叠合等方式，能够保证混凝土部件连接的稳固性，确保建筑的质量符合国家的标准要求。

2.3 环境友好性

装配式建筑的施工周期较短，一方面能够减少施工过程中的成本支出，另一方面较高的施工效率也能降低对周围环境敏感点的影响，此外装配式建筑材料能够充分利用工业废料，通过工厂的加工处理，确保材料的性能符合建筑的质量标准。由于在施工现场仅需要进行结构部件的组装，因此在施工的过程中对于水资源以及电力能源的消耗也比较少，具有比较明显的低能耗优势，符合现代绿色建筑的发展方向。

2.4 工业化

装配式建筑具有较为明显的工业化特征，通过工业生产的方式制造建筑的结构部件，实现了建筑工程领域的变革，这种工业化的生产方式，极大地降低了建筑工程的成本，以及建筑施工过程中对于人力资源的需求。一方面能够让房屋的价格回归到合理的区间，另一方面也能促进优化社会分工，解放更多的生产力。

3 生态绿色理念在装配式建筑中的体现

3.1 设计层面上的体现

环境友好型的建筑，在设计的过程中，需要充分考虑到建筑周边光照、通风以及温度等因素，合理地应用环境资源，实现节能减排的目标。在装配式建筑中能够在工厂定制建筑结构组件的材料，从而更好地实现设计方案，比如对建筑周围进行凹凸变化的设计能够起到一定的遮阳效果，降低室内的热辐射，通过应用保温的建筑材料，能够有效防止室内温度散发，一方面有利于建筑保温，一方面提升建筑的隔热能力，从而降低建筑的能源消耗。

3.2 预制件设计过程中的体现

装配式建筑是一种组装式的建筑结构，在装配式建筑中，混凝土构件是基础材料。在设计的过程中，通过应用CAD 技术、BIM 技术等能够实现对混凝土构件的全生命周期管理。结合设计的方案以及设计的要求应用CAD 技术对混凝土结构进行建模处理，再利用BIM 对所建立的模型进行力学分析，对设计方案进行碰撞检查，从而实现对设计方案的优化，在科学合理的结构设计方案下，在建筑施工过程中对于材料的消耗明显降低。通过对混凝土构件进行标准化的工厂生产，提高不同混凝土构件之间的适配性，不仅能够降低现场施工的难度，同时也能减少用于混凝土部件组装的能源消耗。在施工实践中统一的混凝土预制部件已经得到了广泛的应用，比如装配式建筑在屋面区域的排水天沟构件和泛水构件，房屋楼梯区域应用的楼梯预制结构构件等。在建筑结构中，部分位置对于材料的强度以及刚性要求不强，因此可以灵活地应用其他的轻型环保材料来代替高能耗的混凝土材料，相关材料的应用能够有效减少工程建设中对于混凝土的使用，且有利于优化生产工艺。

3.3 在生产组装方面的体现

工厂在生产混凝土预制件的过程中，可以根据材料强度的要求，灵活地应用混凝土余料，在生产现场可以设置临时的透水砖材料，在设置的临时区域可以进行混凝土余料的处理。在组装混凝土预制件的环节中，需要严格地按照施工标准来设置临时生产区域，防止不规范的场地设置影响施工的质量，并对环境造成影响，在施工的过程中临时生产区域也能循环利用，起到节约资源的目的。装配式建筑的组装遵循绿色环保的装配理念，竖向类结构预制件需使用铝模工艺技术与叠合板工艺技术，这种装配技术不仅能够简化施工的环节，也能降低装配过程中的材料消耗，由于在施工的过程中不需要使用大量的模板以及木方，因此也利于森林资源的保护。

4 装配式建筑的发展现状

目前我国正在大力推动引导装配式建筑的发展，国内的装配式建筑已经进入到了全新的发展阶段。装配式建筑在城市建筑中的比例稳步提升，且我国装配式建筑技术也得到了很大的发展，在国际领域我国100m 以下的装配式建筑具有较强的竞争力，无论是在发展理念方面，还是在技术体系方面，都处于国际领先水平。装配式建筑的发展受区域发展水平以及区域政策的影响，因此装配式建筑在各地有不同的发展水平，其中南昌，赣州以及香港是装配式建筑发展较为迅速的区域。在2020年江西省在南昌建立了省内首个国家级装配式建筑产业园区，产业园区的总产值超过100 亿元，早在2017 年南昌市就已经提出了装配式建筑的发展计划，将装配式建筑与绿色建筑理念相结合，并实现了与安置房项目对接等成果，为生态城市的发展提供了有利的条件；赣州市在2016 年提出了装配式建筑的发展规划，并积极出台相关政策，扶植装配式建筑产业的发展，并在2019 年实施了首个装配式建筑项目，在发展装配式建筑产业的过程中，赣州市政府投入了大量的资金，在赣州市现有的装配式项目中，政府投资的项目占到了50%；香港特别行政区是发展装配式建筑较早的区域之一，香港在发展装配式建设的过程中，结合区位特色，利用已有的垂直堆叠模式将建筑分为基本单元，相关建筑单位在工厂中制作，随后组装搭建。随着香港人力资源成本逐渐增加，以及对于生态保护要求不断提高，装配式建筑在香港的应用也更加广泛。

我国装配式建筑的快速发展始于2012 年，彼时我国劳动力成本上升，绿色建筑的理念开始在建筑工程领域传播，受此影响装配式建筑也获得了较大的发展。2015 年有关推动装配式建筑发展的各项政策法规出台，使得装配式建筑产业迎来了新一轮的发展，2017 年我国新建装配式建筑面积为15 425 万m到了2019 年则猛增到19 874 万m，目前装配式建筑在我国仍处于高速发展期。

5 装配式建筑的生态效益

5.1 减少建筑垃圾

传统的现浇施工技术，在施工的过程中往往会使用较多的水资源，并且会对施工现场周边的水源以及植被产生影响，在浇筑以及原料运输过程中产生的建筑垃圾往往难以处理。而装配式建筑在施工的过程中能够降低建筑垃圾的产生，且施工过程中的噪声比较小，在施工的过程中仅需少量的机械设备以及人力资源就能完成预制件的装配。目前来看，针对施工过程中产生的建筑垃圾，往往采取掩埋或者堆放的方式处理，堆放的垃圾处理方式，会导致尘土大规模扩散，而掩埋的方式则会污染土壤以及地下水源，对于生态文明城市的建设会产生很大的影响。而装配式建筑在生产的过程中，也可以回收利用一部分建筑垃圾，实现资源的循环应用，并促进垃圾处理问题的解决。装配式建筑在施工的过程中所产生的噪声污染以及光污染较少，污水排放以及扬尘几乎可以忽略，因此能够大大降低对周边环境的影响，并提高施工的效率。确保较强的施工整体性，并降低20%左右的工程成本，有利于绿色环保理念在工程建设中的落实。

5.2 推进建筑领域的工业化发展

传统建筑行业属于劳动力密集型行业，在施工的过程中需要大量的人力资源作为支撑，而随着现代社会人力成本不断提高，传统需要大量人工操作的施工方式已经难以维持建筑行业的持续发展。装配式建筑是一种工业化的建筑生产方式，将浇筑的结构组件的生产环节转移到了专业的工厂，能够大幅度提高混凝土构件的制作效率。组装式的施工方式，在很大程度上变革了传统的施工方式，使得施工现场对于人力资源的需求大大降低，有利于建筑行业形成工业生产模式的新业态。

5.3 实现经济效益与社会效益的统一

装配式建筑模式是一种具有较强一体化水平的建筑模式，在模式下，建筑设计、材料准备以及现场施工有了更高的集中度以及分工水平，较高的施工效率，能够保证施工单位在项目建设中获得更多的经济效益，降低施工的成本。而这种建筑形式本身的施工方式也决定了在施工的过程中不会产生太多的建筑垃圾，对环境的影响极小，因此能够实现经济效益与社会效益的统一。从施工实践来看，与现浇式施工方式相比，装配式建筑能够节省大约20%的材料消耗，以及80%的建筑垃圾，在施工的过程中对于水资源以及电力能源的需求也会大幅度降低，对于建筑工程行业的绿色化发展，以及生态文明城市的建设具有重要的意义。