绿色建筑理念在装配式住宅建筑设计中的应用分析

李 光 刘 伟

(山东省建设建工(集团)有限责任公司 济南 250014)

1 我国装配式住宅建筑的概述

1.1 发展现状

随着经济快速发展,我国建筑规模越来越大,建筑行业呈现繁荣发展状态。在新时期,预制装配式产业化住宅走进大众视野中,受到人们的广泛欢迎和喜爱[1]。很多地区的建筑都采用预制装配式设计。装配式住宅设计主要以预制构件为核心,把提前制作的混凝土构件用特殊的连接、装配技术等进行处理,形成装配式住宅。不同传统建筑模式,预制装配式住宅所用的生产成本更低,使用寿命更长,且社会价值更高。同时,预制件的生产模式和设备可以在有限时间内重复使用,这样不仅大大减少资源的消耗,而且可以保护环境。

1.2 建筑原理和特点

装配式住宅建设的优势受到政府和社会的大力推崇,逐渐走向产业化和结构化。这为当地深化改革和政府便民政策实施奠定良好的基础。现阶段,我国建筑行业中预制装配式生产方法中,工业方面装配式住宅结构主要是利用工业生产相关配件,如地板、墙板、楼梯等。接着用大型运输工具将各个配件运输到实际施工现场中,让施工人员进行连接和组装。随着工业技术的不断发展,我国部分城市的装配式住宅技术得到进一步突破,其实现与施工图纸、施工维护、加工步骤等工作的量化标准一致,大大提升装配式结构的质量,为装配式住宅发展和开发奠定坚实的基础。

此外,我国建筑行业蓬勃发展,所衍生的材料加工业和工艺技术研发等方面可以为装配式建筑发展提供有力的支持,而现代化装配式建筑创新和开发推动建筑行业的进一步发展。当前,我国装配式建筑技术标准使用的是发达国家标准,与国际社会先进技术保持一致。并在此基础上,结合我国实际国情,开展合理创新和改革,使之更加适合国内装配式建筑产业发展[2]。和之前闭锁式建筑模式相比,我国建筑设计人员对根本结构进行了创新,构建了一种开放思维建筑模式,使装配式住宅建设呈现多元化,且有了更多的可能性。

1.3 设计局限性

由于我国装配式住宅建筑设计起步较晚,所以在部分建筑设计方面存在一定的局限性,如建筑物层高等。对于超高层建筑,当前装配式住宅建筑技术还无法满足要求,设计难度较大,设计方法不合适。所以,一般超高层建筑依旧沿用的是传统建筑模式。从整体来看,装配式住宅建筑有着显著的优势,尤其在绿色环保方面。通过装配式住宅建筑设计施工,可以有效节约施工材料,提升施工效率,增强施工效果。但是其不足之处也不容忽视。由于预埋件、结构配件、螺栓等构件大量使用,导致生产成本的节约量不多。再加上受厂家制作的模具和运输工具尺寸限制,施工所要求的预制构件只能按照要求的尺寸生产,否则生产成本和运输成本将大大提升,甚至无法运输和安装。此外,一些大型混凝土构件只能在施工现场制作,无法在厂商所在地完成。施工过程中装配式建筑需要用到特殊的大型吊装机械设备,并配以专业施工人员进行操作。且为了降低运输成本,施工现场和生产厂家应保持较短的距离。如果距离过远,则很容易造成运输成本大于生产成本。

2 我国装配式住宅建筑中融入绿色建筑理念的优势

2.1 有利于节电节水

绿色建筑理念是构建资源节约型、环境友好型城市的主要理论基础。在装配式住宅建筑设计中融入绿色建筑理念,能够大大节约水电,降低施工成本。绿色建筑理念下,施工过程中会逐渐减少电焊机、起重机等机械设备的使用,从而有效节约电能,合理分配资源。同时,根据照明节电理念,分开管理室内和室外的电能,从而最大化节约电能。此外,在施工过程中,采用先进技术代替固定水泵或搅拌车,从而有效节约清洁设备的水源。并减少废水对施工现场环境的污染。还可以构建工地循环用水体系,在装配式住宅建筑施工中,循环利用一切可利用水源,从而有效提升水资源利用效率。

2.2 减少废弃物品,节约资源

在绿色建筑理念下,将工业混凝土技术与装配式住宅建筑充分融合,实现两者的最大价值,优化建设效率,提升建设速度。这样能够有效节约标准模板、脚手架等资源。同时,根据具体施工情况,使用起重机装配技术来取代物力人力资源,从而实现资源的合理配置,减少资源浪费,节约其他资源。此外,在装配式住宅建筑设计施工时,很少使用到现场浇筑混凝土等情况,所以在很大程度上减少了这些方面的资源浪费。

2.3 实现集成施工和精益施工

将绿色建筑理念融合于装配式住宅建筑设计施工中,充分发挥精益施工和集成施工两种模式的价值。集成施工模式指在施工现场对运输过来的配件进行连接和组装等,具有高效、快速、集约的优势。同时,集成施工模式有着一定的智能化和自动化,只要设定好相应的程序,就可以自动化操作,不用人力资源。一般来说,装配式住宅建筑施工中集成施工模式应用较为广泛。精益施工有着较强的智能化,能够大大降低材料使用和能源消耗。在施工过程中,装配式住宅建筑将建筑构件、建筑装饰需求、材料类型、机电设备等资源融合起来,实现多重功能于一体,达到精益施工效果。

3 绿色建筑理念在装配式住宅建筑设计中的应用

3.1 在建筑选址和现场设计方面的应用

建筑选址和现场设计是建筑施工前必不可少的工作,对整体建筑质量具有重要影响。绿色建筑理念下,建筑设计必须和周围环境充分融合,协调人与自然的关系,实现良好的居住效益和生态效益。因此,在选址方面,相关人员要开展实地考察,综合考虑各种因素,保证施工过程中不会破坏环境和生物。同时,确定的建筑位置必须保证合理性和科学性,看其是否能够满足施工要求、技术要求和环境要求等。在设计方面,设计人员要结合环境、建筑类型、施工技术、建筑质量等因素综合考虑,保证设计的有效性和合理性。同时,进行现场设计时,应将施工位置、人文情况、气候条件等考虑在内,制定最佳施工设计方案,从而充分保证施工质量。这样有利于为后续施工作业奠定良好的基础。

3.2 在住宅整体设计方面的应用

装配式住宅建筑设计中融合绿色建筑理念,需要进一步更新和完善施工技术,使其符合绿色无污染要求。通过运用新型装配式结构,取代原来的浇筑技术,减少污染的同时提高施工效率。合理布置剪力墙结构,高效利用空间资源,并用预制作业技术减少浇筑技术的运用,从而有效降低施工成本,使建筑施工更加经济和合理。此外,在装配式住宅整体设计中,利用预制法让厂商提前制作好外围剪力墙、楼梯、墙板、楼板等,用运输工具运到施工现场中进行下一步连接、组装等处理工作,接着再开展混凝土浇筑工作。这样使整个建筑结构更加受力均匀。

设计人员可以将垂直方向的剪力墙用套筒灌浆的方法进行连接,从而增强整体结构的完整性和切合性。具体而言,设计人员可以将钢筋放入套筒中,并往其中灌入高强灌浆料,然后进行连接。这是装配式住宅建设中常用连接方法。在绿色建筑理念下,装配式住宅建筑施工需使用新型绿色材料和技术,减少资源消耗,从而节约资源和能源。这样也有利于避免一些不必要的建筑垃圾产生,减少粉尘、废水等对环境的污染。和传统建筑相比,绿色建筑理念融合下的装配式住宅建筑施工对环境破坏更小,资源消耗更少,且符合当下低碳生活、节能环保社会、低消耗建筑施工的需求。并且,装配式建筑结构可以大幅度提升防火质量,起到隔音降噪、保温隔热的作用。

3.3 在建筑材料选择上的应用

装配式住宅建筑在施工材料上应贯彻绿色建筑理念,优先采用绿色节能建筑材料。相比于传统施工材料,绿色节能施工建筑材料具有更明显的优势,其低污染、低能耗、高性价比、高环保型等。在装配式住宅建筑施工过程中,可以将工业废料转化为混凝土材料掺加剂,节约水泥等原材料的同时增强混凝土耐久性。同时,装配式建筑中,应用新型墙体、绿色楼梯材料等,可以大大提升建筑质量。且这些材料的安装方式简单,技术要求不高,所需时间也较短,可以满足施工要求。再加上新型墙体和绿色楼梯材料等是由复合物质、纤维化物质组成,符合绿色建筑理念。有效增强建筑保温隔热性能,提升建筑居住价值。在装配式住宅建筑中门窗设计不仅要有采光通风功能,还要有保温隔热、降声降噪等功能。目前我国装配式住宅建筑设计所使用的是断桥铝合金材料和塑钢材料,其不仅符合成本要求,而且满足功能需求。

3.4 在预制结构构件上的应用

混凝土结构是装配式住宅建筑结构的基础,通过利用BIM 技术、CAD 技术来进行混凝土设计和组织管理。工作人员可以使用CAD 技术来搭建目标建筑模型,并使用BIM 技术进行力学分析、机械结构分解、模拟仿真等。通过计算机软件模拟操作,得出关键参数,并在此基础上制定最佳施工测量。利用信息技术软件可以充分分析混凝土构件,进而简化结构、节约材料。等到施工建设时,使用大量预制结构构件,从而有效节约能耗,降低材料的使用。而由于生产同一批、同一型号的预制构件可以大大降低生产成本,所以在装配式住宅建筑应尽量选择同一型号的预制构件。而对于不同建设部位来说,所应用的预制构件不同。比如,装配式住宅屋面位置,需要用到排水沟构件、屋面构件等,楼梯位置则需要用到楼梯构件等。此外,在使用构件时,要充分考虑其功能,保证使用价值,并尽可能减少施工程度。

对于屋面区域的施工,应用泛水构件和排水天沟构件,不仅可以有效排水疏通,而且起到装饰和美化的作用。对于建筑施工中刚性、强度要求不高的部分,可以用大量轻型预制结构材料替换混凝土这类高耗能材料。比如,绿色真空玻璃。除了门窗和屋顶外,在核心结构中混凝土的使用也不同于传统建筑。装配式住宅建筑施工一般使用的是环保型混凝土,可以有效节约水泥和砂石用量,而且能够提升住宅的绿色环保效益,对减少施工过程中的碳排放具有积极意义。

3.5 在建筑设备和技术方面的应用

建筑设备主要指照明设备、给排水设备、通风取暖设备等,绿色建筑理念下,建筑设备应符合绿色环保要求。传统给排水设备较为重视排水功能,忽视环保功能。绿色建筑理念下,给排水设备可以应用雨水循环技术、节水器具,如节水型淋浴器、节水型水龙头、雨水收集器等。对于建筑照明设备,可以利用太阳能进行照明,使用幕墙光伏技术、屋顶光伏技术等。尤其是在农村地区,地域辽阔,是利用太阳能的最佳场所,通过在屋顶铺设太阳能板来收集太阳能,供应家庭用电。这样有效节约电能,减少生活成本。在通风取暖设备中,装配式住宅将空调通风和自然通风有机结合,会用新型取暖技术,最大程度上降低取暖能耗,减少空调的使用。主要利用当地的气象情况,将自然风源发挥到极致,从而实现取暖通风的节能环保效果。

此外,利用循环可再生能源取代传统电热能源,减少不可再生能源的消耗。比如,地源热泵技术。寒冷地区冬季运用地源热泵技术供暖,从而降低电能消耗,减少污染物,提升资源利用效率。

4 结语

综上所述,装配式住宅建筑是未来建筑行业的发展方向,而绿色建筑理念的融合有利于推动装配式住宅建筑普及社会,实现新发展。同时,绿色理念是建设资源节约型、环境友好型国家的重要理论,建筑行业作为我国基础性行业,绿色建筑理念必须会取代传统高耗能建筑理念。因此,要加快推进装配式住宅绿色建筑施工,制定相应的规范和标准,给予更多的政策支持,促进整个装配式建筑行业的进一步发展。