绿色建筑设计在装配式住宅建筑设计中的应用分析*

姜四宝 钱明光

(华商国际工程有限公司 北京 100069)

1 装配式住宅建筑发展现状

随着改革开放的深入,城市化的步伐逐步加快,建筑体系与时代潮流、理念相适应,制度体系逐步健全。可持续发展与城市人口的不断增长,对生态环境、社会资源、能源消费的需求越来越大,建筑业也在不断地进行转型与升级。2016年,政府相继出台了《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》,鼓励开发建筑,制订建筑设计、施工规范,促进技术创新;在此基础上,建议在京津冀和长三角地区试点,根据不同地区的特点,在不同地区进行装配式剪力墙、装配式框架、装配式钢结构等不同的装配式施工技术。2017年,相继发布了《建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划》和《装配式建筑示范城市管理办法》等政策法规文件,提出了要大力发展装配式建筑、加速工业化生产基地、促进企业转型、培育“设计-制造-施工”的产业链,并不断完善相关政策法规和标准体系;计划到2020年,全国新建筑的建设比例要达到15%,示范城市建设要达到50个,产业化基地、示范工程、科研基地等也要超过200个。在我国,随着装配技术的不断普及和应用,将会使我国的建筑事业步入一个新的时代,我国装配式建筑发展水平目前已呈现出较强的发展势头。

2 装配式建筑原理和特点

装配式建筑是一种以标准化生产设计,工业化生产,机械化施工安装,信息化工程管理为一体的现代化施工方法。其自身优点是绿色节能环保,统一技术标准,施工方便快捷,建筑管理规范化,构配件制造工厂化,施工机械化,管理信息化,能更有效地提升施工产出效益,减少工程周期,同时也可以提高标准化水平,减少综合投资。该建筑也是以传统的建筑形式为基石,将部分墙体、楼板、楼梯、阳台等预制建筑构件的工厂化制造、加工生产,然后通过物流运输至施工现场,然后进行现场组合吊装,最终完成建筑结构搭建。该方法可以将机械、预制构件、材料、人力资源等进行整合,并在一定的工期内进行分工,将资源最大限度地发挥出来,提高工程整体效益。在我国,尽管相对于发达国家来说,装配式建筑的发展相对滞后,但是它也将住宅的建设融入到了社会化的大生产之中,通过标准化、集约化、专业化的开发,可以促进绿色建筑的发展,推动城市化进程的转变,使建筑质量得到全方位的提升。

3 装配式建筑设计局限性

由于我国的建筑设计起步较晚,因此在某些建筑的设计中有一定的局限性,有些建筑的高度也有一些限制。针对目前的超高层建筑,目前的装配式房屋施工技术尚不能满足这种需求,存在着很大的困难和不适宜的问题。因此,大多数的超高层都会采用传统的建造方式。从总体上讲,装配式住宅具有明显的优点,特别是在绿色和环境两个方面。采用装配式住宅进行设计与施工,既能节省材料,又能提高施工效率、提高工程质量。但它的缺点也不能忽略。由于预埋件、结构配件、螺栓等构件的大量使用,使得节省下的费用并不多。由于受制造厂商制造的模具及运输工具的大小所限,所需预制件必须按规定的规格制造,否则会大幅增加制造费用及运输费用,且不能运送或安装。另外,有些大型的混凝土构件仅能在工地上加工,而不能在工厂内进行。在施工过程中,需采用专用的大型起重机械,由专业的施工人员进行作业。同时,为减少运输费用,施工场地与制造者之间应该保持一定的间距。如果距离太远,就会导致运输费用比生产费用高。

4 装配式住宅建筑中融入绿色建筑理念的优势

4.1 节约资源

4.1.1 节省水电

绿色建筑是我国建设“资源节约型”、“环境友好型”建筑的重要理论依据。在环保标准中绿色建筑评分如表1所示。建筑项目的成功实施,对地下水资源的需求很大,但有些建筑项目在建设中忽略了水资源的合理配置,使其进入下水道,导致了水资源的浪费,与绿色、可持续发展理念相背离。因此,在绿色建筑中,要注重合理地选择合理的用水设施,要加强对节能工程的设计和改造,以提高水资源的利用率,同时降低污水对建筑工地的环境影响。

表1 绿色建筑评分

4.1.2 节能

墙体是建筑外围结构的重要组成部分,因此,在进行绿色建筑时,应合理地布置墙体,以达到良好的隔热、绝热效果。特别是在建筑的墙体上,使用了玻璃棉板、聚氨酯泡沫等隔热材料,既可以达到隔热效果又可以达到保温效果,从而改善了建筑内部的热循环状况。在墙体上安装一层通风室,与外界相通,利用风压和热压的原理,将一部分热能从空气中排出,从而降低室内的热量,从而保证室内的散热和通风。选择轻质的装修材料,以降低对墙壁的吸热。与屋顶、外墙等围护结构相比,窗体的传热系数较高。门窗、室内外热交换时,存在着较大的热损失。在绿色建筑的设计中,采用了真空低辐射玻璃,从而大大减少了窗户的热损失。并将水泥聚苯板、水泥珍珠岩等材料用于屋面结构的设计,对太阳能的吸收进行了科学的控制。如铝塑复合门窗、玻璃钢门窗、木塑复合门窗、多功能镀膜玻璃等节能门窗都是绿色建筑的重要组成部分。目前,屋面节能设计主要有架空屋面、种植屋面、反射屋面等。

4.1.3 节地

由于城市建筑受到空间的限制,绿色建筑的概念已被广泛地运用于城市。在绿色建筑中,节地是指在保证绿地面积不变的情况下,尽量节省土地,以达到最大限度的使用。在城市建筑节地规划中,采用多层、高层结构、增大容积、控制建筑密度、利用地下空间建造地下停车场等是目前较为常见的方法。城市建筑的规划必须坚持可持续发展,不仅要保证绿化土地的完整性,而且要扩大居住区的生态环境面积。同时,设计者也要充分利用其所处的自然环境优势,在生态环境的保护上,运用地方性材料进行绿色建筑的设计,以达到与自然环境、生态环境相协调的目的。比如,要充分利用地下的空间,建立停车场,容纳小区内80%的汽车停放。也可以把健身和娱乐设施设在地下。

4.2 精益施工

精益施工具有高度的智能化,可以极大地减少材料的使用量和能耗。在建筑工程中,将建筑构件、装饰需求、材料类型、机电设备等多种要素有机地结合在一起,以达到建筑施工的精益化。

5 绿色建筑设计在装配式住宅建筑中的应用

5.1 在装配式住宅整体设计方面的应用

将绿色建筑设计融入到装配式住宅的建筑设计中,对其施工工艺进行改进和完善,以达到绿色、无污染的目标。采用新的组合结构代替原有的灌浆工艺,既降低了环境污染,又提高了工作效率。通过合理布置剪力墙结构、充分利用空间资源、采用预制技术、降低混凝土浇筑工艺等措施,可以有效节省工程成本。此外,在整体建筑设计中,采用了预制混凝土结构,首先对周边的剪力墙、楼梯、墙板、楼板等材料先用车辆运到工地中进行连接、组装等处理,然后再进行混凝土的浇筑。这样可以使整体的结构得到更均匀的受力。

在此基础上,通过采用套管注浆的方式将竖向剪力墙进行连接,提高了整体结构的完整性和适用性。具体地说,设计师可以在套管内插入钢筋,在套管内注入高强度的灌浆,再进行接头。这是一种常见的装配式住宅的联接方式。在绿色建筑的设计下,装配式住宅的建设必须采用新的环保材料与技术,以达到节能、降低资源消耗的目的。同时,还可以减少建筑垃圾的产生,减少粉尘、废水等对环境的影响。与传统建筑相比较,将“绿色建筑”设计应用于装配式住宅建筑,不仅减少了对环境的污染,也减少了能源消耗,而且满足了当前低碳、节能、环保、低消耗建筑建设的需要。同时,装配式建筑的防火性能得到了极大的提高,具有隔音、降噪、保温隔热的效果。

5.2 在建筑材料选择上的应用

将绿色建筑的设计运用到装配式住宅建筑,体现在对建筑的使用上。与传统建材相比,绿色节能建材具有安全、环保、变废为宝、性能优越等诸多优点。在工程建设中,将部分废弃的工业废弃料用作混凝土的有效掺合料,既能节省水泥等建材,又能增加混凝土的使用寿命。装配式结构与新型墙体、屋面材料相互兼容,这种材料具有重量轻、施工简便、施工周期短、采用纤维化、复合化材料制作,既能满足建筑的节能要求,又能提高建筑的保温隔热效果。在建筑的门窗设计中,既要达到采光、通风的作用,又要具有防火、隔声、保温隔热的作用。目前,我国门窗主要采用塑钢、断桥等材质,既能达到节能降耗,又能达到节能降耗目的。

5.3 预制结构构件的应用

混凝土结构是现代装配式建筑物的主要构件,利用CAD 技术和BIM 技术可以对其实施更高效的管理。建筑工程的工作人员可以利用计算机CAD 软件构建结构模型,利用BIM 技术进行热力学分析与模拟,并在计算机上完成仿真计算,从而得出了最优化的解决方法。通过软件分析对各结构做出了合理的结构设计,达到简化结构、节约材料的目的。在装配式住宅中大量采用预制构件,可以有效地减少建筑能源消耗,所以尽量采用相同的预制件,并按区域选用相应的预制件。此外,对预制件的作用也要充分考虑,以尽量减少以后的建设负担。屋顶部位的排水沟构件及防渗构件,既可进行排涝、疏通,它还能美化建筑,增加建筑的美感,减少工人的工作量。对强度、刚性要求不高的部件,则选用了大量节能材料,例如环保玻璃材料。由于装配式建筑对环境的要求很高,所以目前大部分建筑材料都是使用环保型混凝土,既可以节省大量的水泥,又可以利用先进的生产设备和技术,降低生产过程中产生的碳含量。

5.4 在建筑设备与技术方面的应用

建筑设备包括照明设备、排水设备、通风设备、供暖设备等。传统的给水装置更多的是强调排水的作用,而忽略了环境的作用。在绿色建筑设计下,排水装置可以采用雨水循环技术、节水型淋浴器、集水器等节水型设备。在建筑照明上,应用幕墙光伏技术,利用太阳能作为光源。在通风供暖设备方面,采用绿色建筑暖通技术,可以把空调通风与自然通风相结合,从而达到节能减排的目的;利用当地的气候条件,最大限度地利用自然风源,达到采暖和通风节能的目的。另外,采用可再生资源替代传统的电热资源,可以降低非再生能源的使用。绿色建筑设计应用于装配式建筑是未来建筑工业发展的必然趋势。为此,有关方面应该采取相应的政策措施,制订有关建材的生产规范和标准,促进我国装配式建筑事业的健康发展及建筑技术进步。