装配式建筑在我国的发展及应用探析

周星

中国建筑技术集团有限公司 北京 100012

引言

人类社会的信息化建设逐渐发展，迎合未来环境保护的发展趋势，智慧城市建设已成为建筑行业发展的重要趋势。为解决城市交通拥堵、住房严峻、土地资源紧张、环保严重等问题，迎合城市可持续发展理念，将装配式建筑用于建筑行业内，同时融入BIM技术，有利于依据建筑工业化需要，保障建筑施工质量，提高施工效率，同时为装配式建筑的应用带来更广阔且稳定的发展空间。

1 装配式建筑在我国的发展概况

1.1 装配式建筑

装配式建筑，实际上就是以建筑工业化需求为目标，将建筑主体结构与所需构件提前在工厂预制生产，再将构件统一运输到施工现场等待安装配置。与以往的建筑制造方式相比，装配式建筑拥有明显的优势，不仅有效减少了施工现场湿作业量，也降低了扬尘与噪声对环境的影响，缩短作业周期，提高施工效率，全方位的把控成本，从而实现绿色环保的建筑理念。一般情况下，装配式建筑的建造需要多方参与，确保各方主体相互沟通，解决任何影响工期的问题，通过对BIM技术的应用实现装配式建筑与信息化技术的有效结合，支持建筑信息高效共享与资源统一调配[1]。

1.2 装配式建筑的应用优势

与传统建筑结构相比，装配式建筑的应用优势主要体现为以下几方面：①装配式建筑结构自重轻，且材料强度高。钢结构不仅强度高，且具有较好的抗变形能力，与混凝土结构相比，钢结构的密度和屈服强度比值较低，受力条件相同的情况下，钢结构截面小，重量轻，方便后续运输到现场快速安装，适合用在跨度与高度比较大的大载重建筑结构，比如高层住宅建筑。②装配式建筑连接方式简单，以钢结构体系为例，焊接与栓接等连接方式工艺简单，操作便捷，节点作业处无须覆盖隐蔽。③装配式建筑应力传递方式简单，具有较好的整体性能。钢结构拼接为建筑整体框架体系之后，由于构件材质比较单一，所以装配式建筑结构应力传递方式简单，材料不会对结构体系造成过大的力学性能影响，整体结构更加可靠。④提高工程施工质量，促进文明施工。装配式建筑中所有构件都要在工厂内统一预制完成，确保材料入场之后的质量，采用机械化加工方式，所制造出的产品构件性能指标更规范，质量缺陷成功减少。与此同时，现场作业量减少，安全管理风险降低，加强对材料构件运输与装配两方面环节的安全管理，即可降低安全事故发生概率[2]。

1.3 装配式建筑发展概况

1958年背景首次采用了装配式建筑建造方法，1976年后各地区开始广泛应用装配式建筑，但伴随着市场需求的增加，整个装配式结构建造市场出现了结构质量下滑、相应配套技术发展缓慢以及防水隔音问题等，导致行业发展出现停滞。城市化发展进程下，国家加大对装配式建筑的资金投入，2015年各地区开始颁布相应政策支持装配式建筑建造方法，次年2月国务院有颁发了《关于进一步加强城市规划建设管理工作若干意见》，要求争取在10年左右提高装配式建筑在新建建筑中的占有率达到30%以上。2017年，住建部倡导将BIM技术用于装配式建筑中，推动建筑行业的可持续发展。2018年两会在《政府工作报告》中表示，发展装配式建筑与钢结构，实施建筑行业标准化建设，接下来应进一步推广装配式建筑建造方式[3]。

近年来我国城市化发展进程加快，劳动力成本逐渐攀升，材料和预制构件的加工水平显著提高，装配式施工技术不断完善，基于政策导向推动下，装配式建筑呈现出高速发展的态势。从2016至2021年，我国新建的装配式建筑面积增长率平均在55%左右，建筑类型方面，住宅建筑较多，共占比54.7%。“十四五”规划中，住房与城建部特别引发了《“十四五”建筑业发展规划》，提出预计到2025年装配式建筑将会在市场中占据更大的比例，垃圾排放量也会被控制在300t/㎡以下，建筑废弃物再利用效果明显，新一批绿色建造示范工程产生，现阶段我国建筑业的增加值的增长值在每年5.1%左右。2020年建筑业总产值26.39万亿元，其中装配式建筑占比较高，装配式建筑目前主要用于钢结构住宅、医院、学校等大型公共建筑，企业加强对大数据与云计算等技术的应用，促进了装配式建筑的信息化建设。

2 装配式建筑在我国的应用

2.1 装配式建筑应用于智慧工地

从某种意义来讲，智慧工地是当前智慧城市建设中符合建筑行业发展的技术手段，特别是工程周期管理概念。在智慧工地内引入BIM技术，可实现对工程建设的智能化管理，装配式建筑应用全方位实现了行业节能减排与资源循环利用的发展目标。装配式建筑当中的预制构件会添加相应的芯片，使用智能设备进行预制构件生产、运输以及安装等环节的管控，从而监控各个构件的有关信息。与此同时，通过智能化设备互联互通与消息共享，实现装配式建筑的智能协同生产。

打造装备智能工厂，对钢筋下料、模具拆装以及混凝土浇筑等环节进行智能化与自动化改造，采用数字化与集成技术建设装配式建筑智能制造产业基地，实现施工现场材料高效配送、机器人自动焊接、机械化喷涂等。应用智慧功能，强化工程建设效果，加强对BIM技术与大数据技术的应用，依靠相应软件完成噪声与扬尘污染现状的动态监测分析，以此更好的控制装配式施工现场，把控施工进度，提高施工效率。应用智能感应设备，监测现场人员对安全工具的使用操作情况，及时发现其中的异常行为。采用人工智能技术，监控现场设备与作业情况，通过大数据分析安全隐患问题，科学制定装配式建筑施工安全管理措施[4]。

2.2 装配式建筑推进建筑工业化

现如今智慧城市已成为国家建设的顶层设计，这是一种新型城市发展形态，拥有精准管控与高效协同等优势。装配式建筑不管是在技术应用，还是未来发展趋势，都可以满足智慧城市发展需要。和以往建筑项目比较，装配式建筑在设计环节和施工环节拥有更显著的优势，人们更重视对质量与成本的控制，将BIM技术用于预制构件制造与施工装修，为智慧城市建设与发展创造有利条件。

2.3 装配式建筑应用于住宅建筑

2.3.1 强化预制构件生产制造。将装配式建筑用在住宅建筑施工，实现对梁、柱以及墙等预制构件的生产制造。迎合当前装配式住宅的建设需求，对预制构件提前设计，把控构件材料质量，按照生产标准与施工标准，将构件模具提前固定于套筒位置，再将构件放入钢笼，为接下来的混凝土浇筑施工奠定基础。

2.3.2 把控外墙板高效安装。提前做好住宅外墙板吊点的规划设计，在预制构件加工完成后，做好施工质量检测工作。随后完成建筑外墙板起吊与下落定点，使外墙板安装顺利，完成预制墙板有效支撑，再根据实际情况做好施工方式的优化调整。墙板的吊装通常需要使用模数吊装梁，按照墙板吊环位置确定起吊点，再用卸扣提前连接钢丝绳和外墙板预留吊环，在起吊到距离地面500mm的位置查看连接情况，确认无误后缓慢运输的吊装，施工人员使用两根溜绳钩住搭钩，缓慢下降墙板。

2.3.3 预制叠合板施工。在与地板上方距离30cm的位置安装预制叠合板，依据相应安装顺序，确保叠合板安装质量，与此同时还要在底部设置临时托架。充分考虑预制叠合板安装结构，安装上层叠合板时做好混凝土浇筑施工，等待混凝土材料凝固后开展强度测试，全方位保障装配式建筑的整体结构稳定性。预制叠合板的安装需要经过以下施工流程：安装前准备工作与测量放线；支设支撑体系与板接缝模板、板边角膜；吊装并校正叠合板的位置；布设机电管线；绑扎钢筋；工程验收；混凝土浇筑。

装配式建筑中叠合板的应用要点如下：①安装前准备工作，依据图纸做好叠合板构件各项参数检查，确定安装位置，做好吊装顺序的编号；对外伸钢筋存在影响的水平定位筋与暗柱箍筋及时取出，吊装叠合板后再将此处恢复原状。②测量放线，依据图纸要求在装配式建筑的楼板位置放出独立的支撑点位图，弹出墙体叠合板边线与中心线，在剪力墙弹出+1m水平线，完成对叠合板安装的标高控制。③支设支撑体系，整个预制叠合板下支撑体系包含铝合金工字梁、钢支柱以及托座等部分，按照施工方案进行平面布置，再依据叠合板的规格设置支撑点，安装前调整设计标高。支设板边角膜，应用尺寸为12mm的木胶合板，再用14#通丝螺杆对拉固定。④吊装就位，起吊的时候减少弯矩产生，应用3m麻绳牵引；按照图纸中标注的吊点位置进行叠合板的吊装，长和宽在4000mm以内的叠合板需要4个吊点，超过4000mm尺寸的叠合板需要6个以上吊点，要求吊点分布对称，确保吊装期间可以受力均匀，实现对叠合板的平稳吊装。⑤起吊时提前试吊，向吊起在距离地面50cm的位置，查看钢丝绳受力情况，再将叠合板吊至上空，要求吊索水平夹角在60°以上，钢丝绳的长度不能低于3m。将叠合板垂直向下安装，放下时保持平稳，调整时垫好小木块，防止板的边角受到损坏。

2.4 装配式建筑应用于绿色建筑

绿色建筑背景下推广装配式建筑施工，其中的主要技术大致如下：①BIM技术，发挥BIM技术的3D可视化作用建设工程模型，提高预制构件质量。如果施工期间存在预制梁不足的问题，人们可依靠3D模型确定预制梁的所需数量，按照要求将预制梁加工完成并运输到施工现场。这一方法可以保证材料充足，避免资源浪费，降低成本投入。此外，应用BIM技术可以提前了解装配式建筑施工现场，及时发现隐患问题，做好应对措施，为施工创造有利条件。②成套装配。预制构件生产需要从项目实际需求出发，做好混合料配比工作，防止后续浇灌受到影响。采取搭积木的方法对构件组装，确定装配式建筑结构形式，搭建后混凝土对外墙与相应构件浇筑成型，降低对资源的投入。③门窗预制。过去建筑施工会对门窗工程进行单独施工，且该环节主要集中于装修阶段，门窗施工质量与进度会影响项目整体进度与质量，装配式建筑施工可以简化门窗安装流程，提前对构件加工预制，保持建筑结构整体性，防止后续出现门窗渗漏的问题。整体预制技术能够使建筑主体结构与门窗结构施工一同进行，提高施工效率。④对于装配式建筑来说，防水保温工作至关重要，建筑自身的防水保温效果将会关系到建筑实际应用。装配式建筑强调对防水保温工作进行标准化施工，且屋面构件与外墙加工可同步进行，精简施工工艺，提高施工技术水平。⑤钢管混凝土柱框架式装配式建筑住宅体系优化、钢柱部分使用多层一节钢管柱，其中浇灌混凝土材料，经过钢板与混凝土的结合，全方位保障预制构件强度与框架刚度，再发挥材料性能的作用，采用焊接连接方式，最大程度上减少钢柱吊装施工量。梁的部分选用单跨H型钢梁，节点处采用托板式栓接连接方式，降低吊装作业难度，钢梁的重量大约200kg，钢柱重量大约1000kg，截面相同的情况下结构自重将会低于常规装配式建筑构件。和传统混凝土结构住宅建筑相比，装配式建筑住宅的重量能够降低30%以上，且施工作业难度降低，施工周期缩短，构件吊装成本下降，彰显装配式建筑的应用优势。

3 结束语

总而言之，迎合BIM技术的发展优势，将大数据、物联网以及云计算等技术融合于装配式建筑中，推进智慧城市的发展建设。采用智慧化运维管理与设计建造，强调建筑行业生态环保与绿色节能的发展目标。将装配式建筑用于住宅建筑或公共建筑，推进建筑工业化，迎合绿色建筑发展背景，简化施工工艺，发挥预制构件的应用优势，降低作业难度，缩短施工周期，从而推动建筑行业的未来发展。