装配式建筑关键技术在绿色建筑中的应用

孙松夫

当前，随着我国可持续发展、低碳理念的提出，人们对于节能减排的重视程度也越来越高，出于绿色环保与节约资金成本的考量，原有的粗放式传统施工技术被逐渐淘汰，而具有生态环保、绿色节能以及质量可靠等优点的绿色装配式建筑关键技术的应用越来越广泛。在提倡环保生态理念的当下，以建筑与自然和谐共生为发展理念的绿色建筑日益发展壮大，并受到了全社会的广泛关注。装配式建筑关键技术正是实现绿色建筑与自然环境和谐相处的重要抓手，因此探讨其在绿色建筑中的应用，并逐步构建起完善的装配式建筑施工技术体系，显得尤为必要。

1 绿色建筑概述

绿色建筑是以现代科学技术成果为基础，综合运用现代化的建筑技术、生态环保技术、智能化技术等，将建筑打造成为一个小型的生态系统，使人与自然和谐相处，从而为住户提供一个节能环保、绿色生态的人居环境。由此可以看出，绿色建筑中所指的绿色并非通常意义上所讲的园区绿化、植树种草等，而是对于生活环境的一种无害化处理。在进行建筑施工的过程中，应尽量采用各种绿色技术和绿色建材，以避免对周围的生态环境造成破坏。

绿色建筑的本质是一个具有良好生态的闭环式物质循环系统，该系统具有生态无污染、开放程度较高等优点，所使用的能源、水和空气等资源都可以与生态环境和谐共生。此外，得益于绿色建筑的科技感和生态化，还使得其具有一定的教育属性和生态文化内涵。综上，绿色建筑具体指的是在不破坏生态系统的前提下，充分利用各种自然资源和现代技术建造的一种现代化建筑，也可以称之为环境共生建筑。

绿色建筑不仅对生态环境较为友好，同时也有利于住户的身体健康，站在绿色建筑设计和建造的角度来看，其主要有以下几点显著的特征：首先，绿色建筑对周边的自然环境有着较高的要求，如土壤中的有毒有害物质不能超标、地表温度应适宜、水资源应纯净无杂质；其次，绿色建筑应尽量使用天然的木材、矿石等材料来进行建造，在使用前还应对这些建筑材料进行严格的检验，以确保其质量达标；最后，绿色建筑应结合当地气候条件来使用太阳能、风能等清洁能源，以尽量减少对能源的消耗和对环境造成的污染。

从发展的角度上看，现阶段我国绿色建筑存在数量少、分布不均、区域不平衡的特点，但是随着社会经济和科学技术的不断发展，我国对于绿色建筑的建设也越来越重视，投入了大量的人力、物力，在技术研究、系统建设、政策法规建设等方面都取得了很大的成就，为绿色建筑的快速均衡发展奠定了良好的基础。

2 装配式建筑的相关概念

现阶段，我国在宏观政策下一直大力推动装配式建筑和绿色建筑的快速发展。装配式建筑有2 层含义：一是由工厂生产装配式构件并在工厂完成组装的建筑物；二是在装配式理念下，将建筑所采用的大部分构件，如结构、设备、管道、室内装饰、外围防护等在对应工厂内进行高质高效的生产，然后再将这些构件运送至施工现场进行安装，根据装配式建筑的特点来进行施工[1]。装配式建筑因其技术特点，很大程度上能够缓解能源、水源和建材方面的浪费，建筑垃圾也相应的大幅度减少，这是保护自然环境的有力举措。

此外，在装配式建筑技术大力发展的背景下，工程建设的发展模式将随之改变，能源资源配置的垂直约束将被打破，建筑领域的废水排放也将因此减少，为最终实现碳中和打下坚实基础。

绿色建筑的概念相对宽泛，是未来建筑业的发展趋势，而装配式建筑则是绿色建筑理念的典型代表，是实现绿色建筑的过程和手段，其本质与绿色建筑相同，是绿色环保理念的体现，二者虽然在具体含义上存在一定的差异，但它们相互关联，有明确的交叉点。

3 装配式建筑关键技术

3.1 装配式集成卫生间技术

装配式集成卫生间，由工厂化预制的一体化防水底盘、墙板、天花板构成整体框架，在现场拼装，配上各种功能的洁具及配件，具有工厂标准化生产、快速安装、防漏水等优点。目前，我国的装配式集成卫生间根据排水方式主要分为3 种：异层排水、降板同层排水、不降板同层排水。这种先进的装配式建筑技术不仅可以有效解决卫生间层高受限的问题，而且也能够解决卫生间存在的地面渗漏、异味等问题。

3.2 施工技术

装配式建筑结构体系之间存在一定程度的差异性，不同的施工方法是应对不同结构体系的有效途径。就装配式混凝土建筑而言，部分采用后浇段或钢筋连接技术在现场组装而成的装配式构件具有整体性的优点，在很大程度上减少了实际施工过程中对模板工程、混凝土工程、钢筋工程以及运输、吊装等环节的依赖性[2]。在装配式结构的具体施工过程中，施工工艺同样重要，我国对此的关注程度还存在一定的不足，具体表现为：一是初步设计或深化设计缺乏对施工过程的全方位考量；二是在具体安装过程中，工人缺少施工标准，难以执行安装到位的控制规范。

3.3 外墙板接缝及门窗防水技术

装配式建筑的外墙衔接处以及门窗均为防水的关键点，这就对接缝的结构设计提出了很高的要求。首先，在外墙板接缝的衔接处，采用线性结构或横切空间通道的方式来排除墙体渗水，防止雨水渗漏到室内[3]。其次，在外墙板的横缝处以楼层作为间隔单位，每2 ～3 个间隔单位的距离设置一条排水管线，用于对积水进行处理，并安装气密封条防止水内渗。在门窗的上方设有垂直接缝时，应在上部设置引水和排水管。最后，预制外墙板的连接点应满足防火、保温、防水及隔声要求，所使用的密封胶应具有良好的相容性，同时还具有防火、防水、防霉、耐候性等特性。门窗洞口的安装必须要保证其连接可靠性、密闭性以及安全性。

3.4 集成技术

在集成技术的作用下促使产品呈现出完整性和可操性。集成技术的应用需要通过专业设计与合作实现，如建筑结构与建筑室内的集成设计、建筑室内与设备及管道的集成设计、设备与管道的一体化设计、管道与建筑结构的分离设计等。在这个过程中不仅要加强各学科间的合作，同时还应加强设计阶段施工、设计以及生产等各方之间的联系与协调，满足合理的工业生产和建设要求。

综上，在装配式建筑具体的实施过程中，其构件技术的一体化程度越高，后期的建筑施工就越直观化和简单化，这种发展趋势将会成为未来建设施工的主方向[4]。因此，当建筑师将这种集成化的建筑技术应用到立面设计时，将会大大减少部件的种类，而多元化的组合方式则会在最大程度上满足部件的立体组合，最终实现在降低成本的同时呈现出多样化和人性化的设计效果。

4 装配式建筑关键技术在绿色建筑中的应用优势

从《绿色建筑评价标准》的具体内容可以看出，装配式建筑技术完全能够满足该标准中关于绿色建筑在安全、实用、节材、降能、绿色以及创新等方面的要求。

4.1 提升绿色建筑的适变性

建筑师在装配式建筑设计时要对建筑的整体布局进行全方位考虑，使用空间的规模、大小、周期以及对空间的适应程度都应纳入考虑范围，以便能满足人们的实际需求[5]。大多的平面设计中，首先应重点考虑可使用的结构空间，在此基础上在对建筑进行科学且合理的设计，并保证各组成部分的定位尺寸能够和平面功能及模块之间具有较高的协调性。此外，在大型室内空间设计时，可根据功能需求设置轻质隔墙，还可在隔墙内设置设备和管道，以便维护与改造。

4.2 提升绿色建筑产品的耐久性

建筑质量的高低往往体现在建筑的耐久性方面，而装配式建筑质量的标准应基于建筑的类型和结构特点来进行制定。重点关注构件结构、外体防护、内饰装潢以及管线设置等指标的设立，并将设计、建材、施工等环节的尺寸协调指标全部纳入验收范围。最终的验收将是各个规范化功能模块的相互组合，形成多种形式的功能效果，以实现建筑的多元化设计。

4.3 提升绿色装配建筑的美观性

利用功能组件的立面光影效果，改善建筑较为单调的造型。它可以充分利用阳台、空调板以及空调百叶窗等功能组件，形成丰富的光影关系，实现“光”之美[6]。通过颜色和纹理的差异化，实现建筑立面设计的多样化和构件的标准化，尽量减少外墙的种类，立面装饰效果及材质应符合设计要求，可采用无机预涂、装饰材料、肌理混凝土等装饰生产工艺于一体的施工技术，使建筑立面具有统一、简洁、节奏感的效果。

5 装配式建筑关键技术在绿色建筑中的发展方向

5.1 混凝土3D 打印技术

混凝土3D 打印技术得益于无模施工、节省人力、节材环保等优势，迅速获得了社会各界的广泛关注，并取得了飞速成长。通常来讲，装配式建筑的混凝土3D 打印技术主要包含材料制备、确定打印参数以及3D 打印混凝土硬化等几个关键环节。

针对混凝土打印成型建模技术的研究是以目前公开的装配式建筑关键技术研究成果为基础，主要针对混凝土3D 打印技术中的材料可打印性能、材料结构、3D 打印参数、打印过程控制以及打印混凝土硬化性能等方面进行了深入的分析和研究，为在装配式建筑中进行混凝土3D 打印奠定了良好基础。

相比于工业产品其他材料的打印，混凝土3D 打印显得较为特别，尤其表现在3D 打印模型建模方面。在进行装配式建筑施工过程中，应结合打印混凝土材料的性能以及打印工艺参数，主要针对3D 混凝土打印工艺参数以及混凝土成型质量间的关系及其规律进行深入研究[7]。与此同时，还应采用数学模型来优化混凝土3D 打印技术，结合打印混凝土材料性能及打印工艺参数来开展优化工作，并在对混凝土打印工艺参数与成型质量间关系规律进行分析的基础上，提出适用于装配式建筑施工的混凝土打印成型建模方法。

5.2 全熔透焊接工艺技术

当前，越来越多的正交异性钢箱梁正向着采用U 肋全熔透、U 肋内焊等方向发展。通常来讲，一般设计熔透要求为U 肋板厚的75%～80%，但随着科技的不断发展和进步，U 肋内焊、全熔透必定是以后发展的趋势。全熔透焊接工艺技术以内焊为前提，来实现对U 肋试件进行全熔透焊接。经过研究发现，电流大小的不同、焊接参数的调整都会对U 肋角焊缝有着直接的影响。因此，在实际的装配式建筑施工过程中，应通过观察焊缝成型，对比不同试验件的焊缝金属拉伸、宏观金相、硬度等不同特性，逐渐对全熔透焊接工艺技术参数进行调节，并最终得到适合于U 肋全熔透焊接的工艺参数。

5.3 焊接机器人应用技术

装配式建筑对建筑构件质量有着较高的要求，未来随着科学技术的不断发展，在装配式建筑钢结构生产以及施工过程中采用机器人焊接技术已经成为了该行业的一个主要发展趋势。而采用机器人焊接技术与在线质量控制技术相结合的方式能够有效解决装配式建筑钢结构生产效率较低、构件质量不稳定以及节点质量差等问题，进而从整体上提升我国钢结构构件制造行业的技术水平。相关研究表明，采用标准化设计的方式能够在最大程度上提高焊接机器人的效率和质量，并同时提升角焊缝焊接技术的成熟度，使得一次性焊接成形的概率得到大大提升。

采用焊接机器人技术来焊接厚板的对接焊缝时具有不小的难度，主要原因是其对于装配精度有着较高的要求，在装配间隙较大的情况下，容易出现焊接缝不符合标准的问题。因此，为了使焊接机器人能够满足装配式建筑生产工艺的要求，应不断充实焊接机器人数据库，并同时加强对焊接机器人的研究力度。

6 结语

在当今提倡绿色环保和节能降耗的社会发展理念下，绿色建筑要想实现其全生命周期内的建筑与自然和谐共生，就必须要加大装配式建筑关键技术在绿色建筑内的应用范围，结合实际施工条件，采用科学、合理的措施实现装配式建筑关键技术和绿色建筑的有机融合，如此不仅可以解决绿色建筑全生命周期内的生态环保问题，而且还能够大大提升绿色建筑的质量和美化效果，从而提升绿色建筑的综合品质。