碳中和导向的装配式建筑整体设计关键要素研究

霍伟

（山西省安装集团股份有限公司，山西 太原 030001）

新形势下，装配式建筑已经成为了国内建筑施工行业的关键组成要素，而装配式建筑的推广应用也是实现国内建筑施工行业转型升级的重要路径。“十三五”以来，在上级部门的引导和支持之下装配式建筑行业也迎来了全新的发展机遇。就目前国内的环保以及碳排放形势分析，其实完全可以利用装配式建筑来解决建筑施工行业普遍存在的能耗过高、能源浪费相对严重等问题，最终实现建筑施工行业的转型发展并且为城市化进程的有序推进打好基础。

1 装配式建筑的发展现状分析

近几年，上级部门正在大力推广装配式建筑，这在很大程度上推动了装配式建筑行业的转型发展。2016年，国务院等部门针对装配式建筑的转型发展问题提出了一系列扶持政策和优化改革措施，用于指导装配式建筑行业的转型发展。在此基础上，各省市也在通过出台地方性政策或是管理办法的方式规范本区域内装配式建筑行业的转型发展。有学者曾专门进行过统计，目前相关方面的政策管理细则主要以行业发展指导意见、行业标准为主，因此行业法规、激励政策正处在仍需进一步完善的阶段。

全新的行业发展形势之下，各级政府部门为了落实政策要求，也在尝试制定各类行业指导意见以及具体的实施细则，力求实现装配式建筑行业的转型发展。以此为前提，各大建筑设计研究所也在开始尝试开展装配式建筑技术标准和设计图集的绘制工作，进而在设计环节把控好装配式建筑的技术难点、推动其标准化的设计进程。最后各类建筑施工单位也在尝试依托装配式建筑的技术要求推动标准化图集的编制与推广应用，核心在于按照集成技术系统化的思路推动各项细节工作的创新改革[1]。

在各方的共同努力之下，近几年涌现了一大批装配式建筑示范项目，这方面的变化为装配式建筑的转型发展积累下了宝贵的经验，并且进一步提升了装配式建筑的工业化水平。装配式建筑的差异主要体现在建筑结构以及装配体系之上。雄安市民服务中心是近几年备受关注的装配式建筑项目（如下图1），项目的板材和门窗结构均采用的是标准化的生产制造模式。而外墙则采用的是夹心保温一体板，整体部品装配率已经达到了90%。该项目于2017年开始规划建设，实际工期为6个月，因此在保证施工质量的基础之上极大节省了施工成本。随着节能环保理念在建筑行业的应用实践，以木质结构为主导的装配式建筑效果也正在走入公众的日常生活。贵安清控人居科技示范楼便是这类装配式建筑项目中的重要代表。该项目的主体结构以胶合木材和轻钢箱式框架结构为主，各个结构之间基本已经达到了相互独立、互不干扰的效果（如下图2）。在此基础上，项目建设方还按照内装与外装施工协同推进的工作原则出现了工期的进一步压缩，因此在保证施工质量的基础之上进一步提高了施工效率。

图1 雄安市民服务中心剪影

图2 贵安清控人居科技示范楼剪影

在碳中和发展目标的引导之下，建筑施工行业的能耗问题已经成为了必须要重点关注的核心问题，而装配式建筑则为相关问题的顺利解决带来了全新的思路。综合各个环节的因素分析，如果想要让装配式建筑行业能够在碳中和目标的引导之下实现自身的转型发展，那就必须要在整合各方技术资源的基础之上推动各环节细节工作的创新升级。其核心在于重点关注过去单一化的发展模式被忽视掉的问题，进而通过更加系统立体化的构件生产制造与施工管理流程为装配式建筑的创新转型升级注入新活力。相关环节的改革实践之中，还需要注意解放设计师的创新创造能力，让其在准确领会装配式建筑内涵的基础之上用更加高效简洁以及充满人情味的设计语言全方位满足公众对于建筑物的实际需求。关注上述问题之余，还应当重点关注建筑物在后续使用阶段的能耗和碳排放问题，从而推动装配式建筑向着长周期性能导向的方向发展。在此基础上，还应当在相关环节的改革实践之中关注到装配式建筑体系在后续使用阶段可能会造成的设施耐久性不足的问题，进而通过相关技术的转型升级提高装配式建筑的可靠性并且赢得公众的支持及认可。模块化思维是装配式建筑的重要立足点，后期建议将模块化思维融入装配式建筑的设计理念，真正实现建筑施工行业的节能降耗并且为民众创造出更加低碳环保的居住和生活空间。例如，可以在相关环节的设计实践之中推动建筑材料的再生及二次利用，并且需要在推广应用装配式建筑之余重视太阳能或风能等清洁能源的应用实践，为民众创造出更加舒适宜居亲近自然的建筑工程。

新形势下，建筑施工行业的转型升级已迫在眉睫，而能否让装配式建筑及其所代表的建筑行业发展模式成为推动建筑施工行业转型发展的新动力则需要每一位建筑从业者为之付出努力。

2 碳融合目标引导下装配式建筑整体设计的关键要素分析

2.1 推广落实协同发展式的设计理念

首先需要在设计师负责制度的背景之下搭建齐全新的设计工作机制。设计师负责制是目前相对主流的建筑设计工作模式。在装配式建筑的设计之中，需要以设计师负责制为前提推动各专业工作人员的协调配合，进而让其在整体化思维的引导之下统筹把控好相关环节的细节问题，营造出全新的建筑设计工作格局。相关环节的改革实践之中，设计师首先要坚守明确本职工作，之后还需要主动参与到其他环节的细节工作之中并且对实际工作情况进行监督把控，以保证整体设计效果。在装配式建筑的设计之中，设计师还需要直接参与到有关构件的生产制造之中，并且需要在后续安装施工环节对实际施工质量进行必要的监督管控。

其次需要按照数字化工作思路完成施工组织设计以及各个细节层面的运营维护工作。数字化工作思路的核心在于利用数字化的工作思维对建筑设计、构建生产制造以及现场安装施工和运营维护等环节的细节工作进行优化整合，目的在于以保证工作质量为前提提高工作效率[2]。这一环节的改革实践需要用到计算机集成制造式的工作思维，重点在于在计算机系统的引导之下对各个环节的工作流程进行拆分整合，进而通过多品种、小批量式的生产以及施工管理模式实现对于实际工作情况的精准把控，最终提高装配式建筑设计以及后续施工的智能化程度。与传统建筑施工模式相比，装配式建筑对于有关构件以及原材料的精度要求要更为严格，再加上装配式建筑的设计风格往往更加新颖，因此单靠传统的设计工作模式可能无法实现对于各环节细节问题的精准把控。在整体化设计理念的引导之下，设计人员完全可以利用数字化式的设计工具完成不同设计需求之下的模型演示、优化调整，进而实现整体设计工作的针对性。面对规格不一、功能各异的装配式建筑构件，设计人员也可以通过计算机软件进行动态模拟的方式提前了解相关建筑构件的组装效果，并且根据实际需要对构件的参数进行优化调整。建筑施工生产环节，设计师也可以在计算机系统的辅助之下实现对于各环节细节工作的精准把控，进而在保证生产质量的基础之上提高生产效率并且实现对于各环节细节问题的精准把控。

2.2 推广应用长周期可持续式的性能设计策略

首先需要重视被动优先式的整体设计策略。现有的文献资料已经能够证实，建筑设计阶段所作出的设计决策会对建筑物后续使用阶段的能耗问题产生直接影响，因此需要通过被动优先式的设计策略降低装配式建筑的整体能耗。首先需要在设计阶段规划好建筑物的空间布局、外形并且需要根据建筑物的所在区域对这一系列的细节内容进行优化调整。必要时，应当配合绿化水体景观优化建筑物内外的冷热循环，并且需要通过调整建筑物标高尺寸的方式延长其在寒冷季节的日照时长。立足于上述改革实践，还需要针对具体的环境气候特点完成围护结构的参数调整工作，以确保能够在寒冷季节实现围护结构传热系数、单位供热负荷以及外窗太阳能得到系数的最优化。为了在高温季节提高装配式建筑的舒适度，还需要根据建筑物所在区域最热月的温度数值对外窗导热系数和屋面传热系数进行优化调整，并且需要优化一次能源的消耗总量、外窗太阳能得到系数、地面传热系数、外墙传热系数，从而优化建筑物内外的冷热交换。关注上述问题之余，还需要重点关注装配式建筑的节点设计工作[3]。其核心在于通过对于水密或气密构件的重点把控来提高装配式建筑的密封性能，进而延长装配式建筑的使用周期。其中需要重点关注的主要以门窗和板材安装拼接所产生的缝隙为主，可以通过添加辅助材料的方式来降低这部分细节对于建筑物整体使用效能以及居住舒适度所造成的负面影响，进而提高装配式建筑的整体水准。

其次需要在相关环节的设计工作之中重视可再生能源的整合利用。碳中和目标的引导之下，建筑物对于可再生能源的整合利用已经成为了实现重点关注的热点话题，因此在装配式建筑的设计之中也必须要提高对于这类问题的关注度。现阶段，光伏建筑一体化技术已经成为了建筑施工领域可再生能源整合利用的重要代表，其实也可以将其引入装配式建筑领域，进而从源头降低装配式建筑的能源消耗问题。这一环节的改革实践之中，需要设计师能够根据实际场地情况以及建筑物的所在区域选择对应的可再生能源利用技术。期间，要注意考虑到可再生能源利用技术可能会对建筑物所在区域自然环境所造成的影响、设备本身的成本以及后期的运营维护难度。如非必要，不能因为可再生能源利用设备而影响到建筑物的外观结构、围护结构以及建筑物内部的空间布局，这需要设计人通过设计语言的分析把控让其变为建筑物的固定组成部分。综合相关环节的实践经验和理论研究现状分析，目前太阳能是人类利用最为充分的清洁能源。后期既需要总结梳理先前涉及到的应用实践经验，又需要根据这方面的经验进一步做好其他清洁能源的开发利用。虽说这一环节的改革实践可能需要各方工作人员共同努力，并且需要投入不够的人力物力资源，但从长远来看还是应当坚持下去。立足于上述改革实践，还应当重视本土可回收材料在装配式建筑设计规划建设施工中的应用实践。其核心在于利用本土材料和可回收材料可获得性较强的特点来降低前期规划建设以及后续施工过程中的能源消耗问题，并且在装配式建筑走向终点时避免产生其他建筑垃圾，真正将建筑施工行业节能降碳的转型发展目标落实到位[4]。

2.3 重点攻克材料关，提升装配式建筑体系的能量和底蕴

结合实际工作现状分析，应当在全生命周期理论的指导之下完成这一环节的改革实践，并且立足于前文提及的本土材料和可回收材料营造出全新的装配式建筑发展格局。其重点在于发挥出本土材料的优势，利用本土建筑材料的可获得性以及低碳、低排放特点为碳中和视角下装配式建筑行业的转型发展注入新动力。在此基础上，还应当在相关环节的改革实践之中重点关注建筑材料的耐久性以及分离难度。近几年，进行拆除处理的建筑工程主体结构正在不断增多，而建筑材料的处置问题也成为了目前必须要重视的一部分工作。鉴于上述情况，其实应当从设计阶段着手提前规划好建筑材料的拆除以及回收处理工作。对于装配式建筑而言，需要重点关注材料的分离难度，应当从建构措施、空间形态、细部质感等环节着手完成好相关环节的规划设计。以埃因霍温公共展馆的临建项目为例，前期规划设计阶段立足于临时性特点以及可持续理念将该项目的主体结构设置成了可全部拆除以及可重复回收使用的结构体系。该项目的主体结构、维护界面、构造节点设计均在最小干预材料的承受范围之内完成，之后还利用胶粘、钻孔、切割等传统建筑施工技术完成了该项目的主体框架。进一步分析可知，该项目的上半部分采用的是标准尺寸、未进行创平处理的组合木梁，之后借助于标准铁箍完成了各个细节环节的组装工作。后期，完全可以将其拆除后对木材进行二次出售。该项目的屋顶部分使用的是温室大棚的通用产品模块，后期也可以将其拆除之后作为温室大棚模块进行二次利用。其首层的玻璃幕墙材料主要来源于BOL公司总部经过翻新处理的剩余产品，而具体用到的立面色彩塑料砖则由当地居民处回收所得。后期，如果需要拆除处理，也可以将其应用到居民住宅建筑项目的装饰装修施工之中。如果可以按照上述步骤完成好相关环节的改革实践，便能够进一步降低装配式建筑的能力消耗、提高其能量和底蕴。相关环节的改革实践之中，还需要重点关注系统的最优解，不能只将关注重点放在单相最优之上。例如，轻质建筑材料的保温蓄热性能通常要落后于重质材料，因此如果不能准确把控装配式建筑的保温隔热需求并且盲目选择建筑材料，则会有可能抬高建筑工程的总能耗。在此基础上，如果对于装配式建筑的使用寿命拥有特殊要求，也应当在材料选择环节下足功夫[5]。

3 结语

碳中和目标的引导之下，装配式建筑正在成为国内建筑施工行业转型发展的新趋势，因此需要在相关环节的改革实践之中正确认识装配式建筑整体设计工作的重要性并且梳理清楚具体的整体设计关键要素。以此为前提，才能够让装配式建筑焕发出别样的光彩并且推动国内建筑施工行业的转型升级。前文中笔者立足于实际工作经验针对这部分问题进行了讨论分析，希望能够推动各项细节工作的创新改革。