全寿命周期下装配式建筑绿色发展展望

牛恒茂

(内蒙古建筑职业技术学院 建筑工程与测绘学院，内蒙古 呼和浩特 010070)

建筑产业现代化的核心是建筑工业化，建筑工业化指用现代工业生产方式制造房屋，其重要特征是采用标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修和全过程化的信息管理[1]。建筑工业化既是对传统项目建造、生产方式的改革，又是向现代工业化生产方式进行的转变。装配式建筑作为建筑工业化重要的组成部分，由于实现了资源节约与低碳减排，提升建筑品质和效率，近年来受到国家的重视和行业的支持，呈现出良好的发展态势。因此大力推广装配式建筑，是实现建筑产业转型升级的必然选择。

发展绿色建筑是转变经济发展方式的重要战略，绿色建筑已经上升为国家战略。尤其是《绿色建筑评价标准》[2]的颁布实施，绿色建筑行业开始进入快速发展阶段，发展绿色建筑已经成为社会共识。

装配式建筑是一种高效的建造模式。装配式建筑作为建筑工业化的代表，为建筑业转型升级和可持续发展提供了实现途径。在建筑的全寿命周期内，即包括前期决策、规划、设计、建造、使用维修、技术改造到最后的拆除等[3]，装配式建筑不仅要求其建造效率高，而且要保证资源的低消耗和合理的经济投入，对环境的影响降到最低，这与绿色建筑发展理念完全一致，在装配式建筑与绿色建筑在我国日益成熟的情况下，独自的向前发展，很难再发挥更多的优势。绿色建筑与装配式建筑深度融合，构建新型的建筑模式是我国未来建筑业发展的必然趋势。从项目的全寿命周期角度考虑，绿色建筑与装配式建筑融合后的规模化发展会在资源消耗，成本等关键指标上体现出巨大优势，同时也能够解决当前建筑业环境保护、劳动力减少等突出问题，是未来建筑业发展的主要方向。

1 装配式建筑绿色发展展望

1.1 装配式建筑高度集成化发展

1.1.1 建筑、结构、机电和装修的高度集成。 现阶段装配式建筑已经具备工业化生产的雏形，但是还没有像“制造业”一样具备工厂化大规模生产的状态。2020年，已启动编制《装配化装修技术体系发展指南(居住建筑)》，明确装配化装修的标准化设计、工厂化生产和装配化施工要求，全面指导各地装配化装修技术发展，引导各地加大力度开展装配化装修实践。未来装配式建筑、星级绿色建筑应形成建筑、结构、机电和装修的高度集成的发展模式，如建筑系统中外围护系统，门窗系统等，机电系统中强弱电系统，采暖空调系统等，装修系统中地面、墙面系统等。现在在市场中已经出现如装配式地面系统、装配式墙面系统、装配式吊顶系统、装配式排水系统、装配式整体卫浴系统的高度集成化的装配化装修。另外，适应于全寿命周期内运行维护考量，管线分离理念、建筑、结构和装修的一体化技术，菜单式全装修下的集成化模块化建筑装饰装修产品将普遍应用，这样大规模个性化的工厂化流水线生产的预制构件，其质量、施工精度显著提升，符合绿色建筑的发展理念。

1.1.2 装配式建筑中可再生能源利用系统和设备集成。2017年发布的《建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划》，提出全面推动绿色建筑发展，从规划、设计、建造扩展到运维管理，把节能和绿色发展理念延伸至建筑全领域、全过程以及全产业链。住房和城乡建设部办公厅2021年3月发布的《绿色建造技术导则(试行)》更是在绿色设计、绿色施工、绿色交付的具体实施层面给出了具体的要求。随着可再生能源如太阳能、风能等利用及储备技术的成熟，对于装配式建筑而言，由于其部品部件都是工厂化生产，故在建筑的外表皮可以专门设计并集成太阳能利用技术、风力发电系统和设备，服务建筑的用能。另外，随着建筑材料和工业化水平的提升，成本的逐步降低，光伏瓦、光伏幕墙、光伏薄膜等装配式安装于装配式建筑的部品部件上，既作为建筑的基本构件，也把光能源应用于建筑上。装配式建筑施工安装的过程是可再生能源利用系统和设备的安装过程，其保障了建筑运维期间的用能，体现了绿色建筑的基本内涵。

1.2 装配式建筑结构体系创新发展—新体系符合绿色发展理念

随着高性能混凝土、高强钢筋的推广及消能减震、预应力技术在建筑中的集成应用，国家逐步推进装配式科研与技术的发展，积极鼓励技术和产品创新，加快形成适合中国国情的可复制可规模推广的装配式建筑技术体系，积极引导装配式建筑技术体系优化和升级。一些符合绿色发展理念的新型装配式建筑也不断出现，如三一筑工研发的SPCS体系：工厂智能化生产空腔墙体和叠合板构件，现场通过搭接钢筋连接上下的空腔墙体，通过墙体空腔与叠合板上混凝土连续浇筑保证结构的整体性，如图1所示，该体系解决了传统装配式混凝土剪力墙结构中套筒灌浆的施工质量通病及耗费的人力、物力资源，施工更加高效，质量容易保证，而且防水性能好，实现了外墙保温装饰一体化。

图1 SPCS体系

中建科技集团研发的预制预应力干式装配框架体系(PPEFF体系)，由 “等同现浇”向“干式装配”转变，实现绿色、高效装配，而且生产、储运、安装效率高。另外，预应力技术的应用也提升了PPEFF体系的抗震性能，而且具备地震后结构自复位性能，易修复的特性，如图2所示。浙江精工钢构集团现已集成装配化的住宅、医院、公寓、学校、办公楼功能的技术性能成套技术并已推广应用。

图2 预制预应力干式装配框架体系(PPEFF体系)

1.3 装配式建筑数字化设计，工业化智能化生产与运输

我国建筑业目前信息化水平应用低，随着新型工业化建造方式的驱动，未来信息化将与工业化深度融合，装配式建筑将呈现数字化设计、工业化智能化生产与运输的产业形态，数字化设计技术基于装配式建筑系统性的特征，统筹协同建筑、结构、机电、装修设计，共享 BIM 技术的协同平台。数字化设计为后续数字化生产技术提供数据信息，完整准确的设计信息及时传递给工厂并与加工设备对接，实现设备对设计信息的识别和自动化加工，同时，利用基于 BIM 设计信息的工厂生产信息化管理技术，实现工厂生产自动排产，物料需求的信息化自动精准算量，关联物料采购的自动提醒及采购料量的自动推送，构件生产的优化排布、过程质量的信息录入，构件自动查询查找、构件库存和运输的信息化管理，为后续工业化智能化运输提供信息数据，实现了智能化、精确化的生产与运输。

同时，基于 BIM 技术的协同平台，数字化设计技术使建筑、结构、机电、绿建和装修等专业间的数据无缝衔接。这样建筑模型、结构模型、机电模型组装后自动进行碰撞检查，方便建筑、结构、机电模型同步修改，为后续绿色高效的安装施工奠定了基础[4]。

1.4 装配式建筑智能化安装与施工

装配式建筑作为绿色建筑的一种方向，其现场绿色安装与施工是区别于传统建筑重要的特征之一。未来装配式建筑在安装与施工方面突出体现智能化特征。建筑机器人，过去是为了解决行业痛点而诞生的，如地坪研磨机器人可以解决现有的作业模式研磨扬尘大、施工现场环境恶劣等问题；外墙喷涂机器人降低了高空作业坠落的安全隐患；室内喷涂机器人也让施工人员的健康问题得到了缓解，而随着智能化、绿色施工的不断推进，开发不同构件或部位的安装与施工机器人，如砌筑机器人、铺地机器人等已经是发展方向，如碧桂园集团已经开发了砌砖抹灰、内墙装饰等12个建筑机器人产品线并应用于实际工程中。还有如开发和研制智能化构件吊装设备，实现对运行状态全参数监控与故障诊断，同时在主要部品部件吊装、运输与堆放、部品部件连接等施工工艺工法上体现精益施工的理念。这些智能化安装与施工在装配式建筑上将快速发展，这降低了现场人员的使用，减少了人力所带来的本身不可避免的误差，实现了精准、高效施工，体现了装配式绿色施工的理念。

1.5 装配式建筑低碳，绿色运维

装配式建筑全寿命周期内绿色发展最核心的是运维阶段，运维阶段建筑外表皮和建筑屋顶将是未来清洁能源利用的主要场地，随着光、储、直、柔新型配电系统的研发与应用，利用可再生能源产生的电能与传统用电融合，满足实际用电需求，实现节能降耗。除了能耗之外，从广义维度来讲，在结构健康、室内环境、太阳能光伏发电、新风除尘净化等系统都需要体现绿色理念，未来装配式建筑实现真正的低碳、绿色运维，需要对以上指标实时监测并提取数据，实时掌握建筑运行情况，为建筑结构的受力状态，损伤程度、寿命预测等提供有力证据，为评估建筑的能耗状态，室内环境情况提供数据支持，从而对建筑维修养护，加固改造提供指导，对耗能设备，新风除尘净化系统进行智能控制。另外，未来装配式建筑和智能家居融合也是发展方向，装配式建筑部品部件未来在工厂化制作过程中会嵌入诸多初始化智能化模块，智能家居依靠装配式住宅的工业化生产和其嵌入的模块实体落实。将装配式建筑与智能家居采用全穿插施工管理、一体化现场装潢、信息化移动管制、人工智能化利用等技术及管理进行统一集成，实现装配式建筑全寿命周期内的低碳、绿色运维。

2 结束语

在装配式建筑产品的全寿命周期内，都要贯穿绿色发展的理念，这就需要总体统筹，在设计理念上形成一体化，工业化到智能化的设计方式，在生产原材料中大量应用绿色建材，在装配式部品部件厂，运输，施工、安装到建筑运维阶段都要把绿色的理念渗透其中。先进的设计技术，优化的管理方式必须融入才能真正实现装配式建筑在全寿命周期内的绿色发展，如建筑BIM应用贯穿于设计、生产、运输、施工，运维的建筑全寿命周期，同时需要改变我们现阶段的管理模式，推行EPC模式，这样才能推进让BIM一模到底，真正发挥BIM在各个阶段的作用。另外符合绿色发展理念的一些创新思路方法也要逐步推进，如发展装配式建筑结构新的体系，装配式建筑、结构、机电和装修的高度集成，装配式建筑部品部件与可再生能源利用系统和设备集成等设计理念等，相信随着技术的研发与进步，全寿命周期下装配式建筑绿色发展时代会很快到来。