装配式建筑技术在绿色建造中的综合应用

摘 要：当前，推进倡导“碳达峰、碳中和”已成为我国建筑业关注的焦点，装配式建筑技术是实现这一目标的关键策略。本文以某地创意设计总部大厦项目为例，该项目建设过程涵盖了结构工程、机电工程与装饰工程三大领域。结构工程中广泛运用混凝土及装配式钢结构、木结构，提高建筑灵活性与强度；机电工程使用机房、支架、风管等预制模块；而在装饰工程中，则运用了单元体幕墙、装配式装修及绿植模块等创新技术。通过这些装配式技术的应用，显著提升了建设效率，确保了安全文明施工的实施，并进一步提升了建筑的整体品质，这充分证明了装配式建筑技术在实现绿色建造目标中的重要作用，并为此类技术的进一步发展和应用提供了有力支撑和实践依据。

关键词：装配式；绿色建造；建筑工程；装配率；建筑信息模型；施工技术

1 前言

随着我国建筑工程行业的迅猛发展，工程建设活动所带来的环境与能源负担问题日益凸显。在此背景下，绿色建筑理念应运而生，旨在减少环境破坏与能源浪费，推动建筑与自然的和谐共生。装配式建筑凭借其快速高效且环保的优势，逐渐成为建筑工程行业中的新型技术趋势。如何将绿色建筑的核心理念与装配式建筑的结构施工过程相结合，成为一个亟待探讨的问题，这对于推动整个行业的可持续发展具有重要的现实意义。

2项目概况

某地视频文创产业园的创意设计总部大厦项目建筑面积达10.29万平方米，总投资约5亿元，该项目展示了现代建筑技术的运用，包含预制建筑、绿色施工、建筑信息模型（BIM）技术、以建筑师为核心的责任制度，以及智能建筑运维等，致力于实现环境友好和高效生产的建造过程。该项目引入自主研发与管理体系，使建造活动更加绿色、工业化、信息化、集约化和产业化。本文将重点讨论其在装配式建筑技术方面的广泛应用。

该大厦群由A、B、C三栋主体建筑组成，涵盖酒店和办公空间，在这项设计工程中，A栋楼作为酒店用途，因其卓越的混凝土装配式设计而吸睛，设计上达到了59.55米的高度，同时这栋楼还被认定为绿色建筑的二级标准，装配率达到了79%。此项目的A栋堪称省内混凝土结构高层建筑中装配率最高的代表之一。此外，A栋楼内部的连廊设计，采用环保的胶合木结构体系，不仅技术先进，也为环境做出了考虑。相较之下，B栋楼为写字楼，采用了既实用又能承受力量的钢-混凝土混合结构，高度为99.15米。C栋楼展示了一种全钢结构的创新设计，中心支撑体系与钢框架结构的完美结合，具备94.8米的高度和绿色建筑的三级标准，其装配率高达84%，在本省乃至全国同类建筑中均属领军。

该项目在机电和装饰工程中均广泛运用了装配式技术，展现了现代建筑技术在不同领域的创新应用和发展潜力[1]。

3结构工程装配式技术

3.1混凝土结构装配式技术

在创意大厦项目中，结构工程装配式技术得到了广泛应用，包括传统装配柱和预制楼梯在内的各类构件。同时，科研团队研究了包含共轴承插型卫生间和层叠式电梯井等预制件在内的创新模组化技术。结果表明，这些新技术与传统建造方法的结合有效地提高了施工效率，并促进了建筑行业的技术进步。在工厂实现预制生产的共轴承插型一体化卫生间，集结构、管线、装饰和保温层于一体，采用双重防水和双重排水系统，确保了其稳定性能和使用可靠性。现场施工人员通过共轴和插接技术的运用，显著提升了建筑质量与效率，优化了空间利用，克服了传统施工现场常见的缺陷。传统的设备基础设施建设方式常常面临诸多挑战，如结构精细度难以提升、外观品质不尽如人意以及整体美观程度下滑等。针对这些问题，创意大厦项目采用了预制混凝土技术，对设备基础周边进行了创新设计，使之成为标准化模块尺寸，以便更好地融入整体设计中。这种方式通过使用钢模在工厂中完成预制，运输到现场后仅需要进行干式拼接并固定，配合中心部位的混凝土浇筑，大幅缩短了建筑周期，降低了人工与安全风险，同时解决了传统施工过程中的质量控制难题和湿作业频繁的问题。该种装配式技术的应用，显示出在现代建筑工程实践中，预制混凝土构件化生产模式越发成熟，为行业提供了新的建筑技术和方法的启示。完成效果见图1。

在对建筑外观进行设计时，预制混凝土地面板能够被定制成与设计风格相契合的外观造型和色彩。整个创作流程包括：解析建筑效果图，借鉴立面所用材质与象征性图案，进一步提取出建筑特色元素；在模拟立体几何图形及考虑观赏效果的基础上，确定细节像素；预制具有特定设计的混凝土地面板。具体设计应用在创意大厦时，面板尺寸定为1800毫米×2000毫米×200毫米。在施工现场，地面由下而上依次铺设刚性层、稳定层与预制混凝土地面板，且在面板中预置套筒螺母；施工队安装面板后，利用螺栓对预制板进行固定，对板材间的缝隙进行相应处理[2]。

3.2钢结构装配式技术

钢结构装配式技术的创新应用在创意大厦B与C栋建设中取得了显著成就，这项技术的使用使得该建筑项目耗钢量约为6400吨，标志着钢结构在建筑领域的应用日益广泛。然而，工程在实际操作中遇到了挑战，包括制作精度、节点连接、柱标高及垂直度控制，以及吊装安全等问题。为应对这些问题，工程人员运用了一系列先进措施。例如，通过Tekla软件的深化设计能力，对整个建筑模型进行深化设计，转化成详尽的构件加工图、结构安装布置图和详尽的报表清单；5250个二维码的嵌入技术则被研发出来，以保证施工现场每个构件的精确定位及安装。通过钢箱柱与混凝土的巧妙结合，结构的承重能力得到了提升，截面尺寸也得到了优化；钢-混凝土组合梁技术的应用，增强了混合材料的承载特性。创新的焊接技术和智能测量技术，如双丝埋弧焊、电渣焊以及免清根的单坡口加衬垫焊接技术，极大地促进了工作效率和施工质量的提升。在BIM技术的支撑下，设计阶段实现了跨专业之间的协同工作，施工阶段也实现了工序管理上的协同性，进而有效提高了施工管理的效率和质量。最终，轻钢模网与聚苯颗粒混凝土复合墙体的综合应用成果得以实现，不仅实现了阻热桥的环保效果，还确保了结构自保温、免抹灰和优良的防火性能[3]。

4机电工程装配式技术

4.1装配式机房技术

在机房内部的设施布局以及管道和阀门的衔接过程中，对设备布置方案进行了一系列综合对比分析。因此，现在采纳了对水泵和板式换热器集成为一体的模块化设计方案，作为实现过程中的最优选项。这种设计策略的核心是将设备按照模块化原则进行拆分，使其分解为若干个具有标准化特征的单一元素，随后进行精细化生产。例如，水泵被细分为进出水管、泵体和基础以及金属支架四个子系统；同时，水质处理设备也被分解为底座、相关管道附件以及支架三个主要部分。通过工厂中对精密的数控加工设备以及自动化焊接机器人进行定制生产，确保毫厘不差的制造精度。借助于三维BIM仿真技术，模拟各单体设备在安装现场的就位过程，从而挑选出最佳施工路径。相关模块被运至安装现场后，按照二维码标识系统，借助易于快速组装的管段和螺栓，实现了无用电焊接的现场拼装。这一做法不仅提高了现场拼装的精确度和严密性，同时也确保了管道系统的整体美观，并且在承压测试中展示了绝对的密封性，兼顾了精致且可靠的应用效果。

4.2装配式支架技术

在创意大厦建造过程中，工程团队选择了装配式支架技术以优化建设过程。传统的型钢支架方法通常伴随着高噪声、材料浪费、火花飞溅、碎渣产生以及光污染和有害气体排放等问题，而新采用的技术特点主要体现在以下几个方面：

首先，标准化的生产工艺保证了质量的统一性与稳定性。其次，施工安全性得到提升。由于不需要进行电焊作业打磨除锈或现场油漆，避免了相关危险因素。最后，从精细化建模到综合优化，再到模型评审以及支架的定位与固定方式的确立，整个过程涉及机电专业的一系列步骤，不但显著减小了劳动强度，也极大缓解了施工带来的环境污染。

装配式支架技术的核心工程细分成多个环节，包括：机电领域的精确仿真、管道布局的全局优化、综合模型的详尽审核，以及对装配支架的具体布置和固型手段的准确定义。该流程还融入了负载分析，并在生产阶段投入了诸如二向连接件、角形连接件、梁夹C型钢以及V型加劲结构等不需焊接的部件，这些不仅组成了装配式支架技术的骨架，还显著提升了建造工作的效率和环境友好性，并契合了现代建筑行业的发展方向。

4.3装配式风管技术

针对创意大厦风管系统，专业团队通过使用BIM技术，对风管管段进行精细化分解与唯一编码管理，这一过程涵盖了从机电专业建模到风管管段编码输出的整个环节，其中包含了变径管、三通管以及弯头等多样的管道设计元素。设计团队首先运用BIM软件建立机电专业模型，并在此基础上对机电管线进行综合优化，其次进行一次详尽的机电模型评审。一旦模型达到要求，便着手对风管管段进行精细分解，并为每一个管段分配唯一的编码。最后，相关风管信息被完整导出，形成清单供后期使用[4]。

5装饰工程装配式技术

创意大厦的幕墙工程面积超过53500平方米，其设计涵盖了玻璃幕墙、构件式玻璃幕墙、地弹门、百叶窗以及上悬窗等多项元素，通过采纳具有断热功能的铝合金型材和配有三层高品质银膜的超白玻璃，显著减少了热量传递和太阳辐射的穿透。该项目在现场采用了现代化的单元式幕墙施工方法，注重智能化设计、标准化生产、机械化搬运以及精确安装，这一过程既提高了施工效率，又保证了工程质量。施工过程中包含若干关键性操作步骤，例如，安装特殊的转接件、将幕墙板块稳吊至指定位置、对幕墙单元板块进行三维精细调节、布置水槽料以及在层间进行防火封堵等环节，这些步骤确保了整体施工的精确性和可靠性。创意大厦的室内装修工程也采用了装配式技术，施工面积约70000平方米，涵盖了客房、走道、电梯厅等多种空间区域，并运用了BIM技术进行优化排版，实现了设计思路至生产和施工端的无缝对接，这种高效的施工方法不仅保障了加工精准度，而且在现场可以实现快速精确的安装，为节能节材、绿色环保、施工便捷与后期维护提供了坚实的保证。广泛采纳的创新技术，尤其是绿植模块科技，已显著提升了建筑物的环境品质并有效降低了能耗。以创意大厦为例，其幕墙设计巧妙融合了多个模块化设计元素，如设置合理的单元体载物平台与爬架系统，并通过有效地运用排水系统，综合提升了整体建筑的功能性和能耗经济性，这为攀爬类植物提供了理想的生长环境（图2），这些技术的应用旨在实现建筑与环境和谐共生，增强建筑功能性与生态美学相结合的效益。

6结论

装配式建筑技术在工程建设中渐显关键作用，它显著提升建设效率，降低人力需求，并解决现场质量问题。技术创新为建筑工业化提供核心动力，我国工程实践已取得显著成绩，以创意大厦为例，建筑装配率超过76%。推进BIM技术支持，推动装配式建筑技术拓展至整个工程建设领域，旨在降低成本、提升综合效益。此外，专业人才培养和跨学科创新将是技术深化应用、深入扩散的关键，确保装配式建筑技术在经济发展中的成功落地。

参考文献

[1]王江营，陈浩，刘国庆，等.装配式建筑技术在绿色建造中的综合应用[J].施工技术（中英文），2022，51（16）：73-77.

[2]田华.装配式建筑技术在绿色建造中的综合应用[J].全文版：工程技术，2022（8）：42-44.

[3]彭鹏，张文文.基于BIM技术的装配式建筑在绿色建造中的应用研究[J].住宅与房地产，2023（35）：52-54.

[4]赵波.绿色施工技术在装配式建筑工程中的应用[J].门窗，2023（9）：37-39.