王江營，陳 浩，劉國慶，陽 凡，曹文貴

(1.湖南大學土木工程學院，湖南 長沙 410082；2.湖南建工集團有限公司，湖南 長沙 410004；3.湖南省第六工程有限公司，湖南 長沙 410015；4.新疆天一建工投資集團有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830002)

0 引言

2015年以來，國務院、住房和城鄉(xiāng)建設部、科技部等部委先后出臺了《促進綠色建材生產(chǎn)和應用行動方案》《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》《關于在民用建筑工程中推進建筑師負責制的指導意見(征求意見稿)》《關于加快推進綠色建材產(chǎn)品認證及生產(chǎn)應用的通知》《綠色建造技術導則(試行)》等一系列政策文件，旨在貫徹落實綠色發(fā)展理念，推進綠色建造，提升建筑品質(zhì)，推動建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，節(jié)約資源，保護環(huán)境，滿足人民日益增長的美好生活需求。

肖緒文等[1-3]認為，建筑垃圾減量化是推進綠色建造的重要工作，需針對包括工程立項策劃、設計和施工階段在內(nèi)的建筑產(chǎn)品生產(chǎn)全過程采取針對性的減量化措施，其關鍵在于技術創(chuàng)新和管理水平提升；而綠色建造要求所有建造參與者積極承擔社會責任，著眼于工程全生命周期，堅持以人為本，實現(xiàn)資源節(jié)約、環(huán)境友好、過程安全、品質(zhì)保證的建造目標。黃寧[4]分析了歐美發(fā)達國家在綠色建造領域政策法規(guī)、標準規(guī)范、組織方式、技術體系、產(chǎn)業(yè)鏈、人才培養(yǎng)等方面的成功經(jīng)驗。鞏利軍[5]指出綠色建筑技術的一些應用方式，并分析其在建筑工程中的發(fā)展。姚良云等[6]認為BIM技術是綠色建造項目的重難點之一，并結合具體工程分析其應用措施。何昌杰等[7]結合長沙冰雪世界項目實施過程中的各種技術難題，介紹了相應的綠色建造技術。樊則森[8]認為，建筑業(yè)要逐步向制造業(yè)看齊，采用工業(yè)化的模式促進綠色建造邁上新的臺階。孫文[9]認為，當前部分企業(yè)或項目缺少綠色建造理念，缺失相應的管理制度，應不斷改善現(xiàn)場管理、提升綠色建造水平。

綜上所述，在“碳達峰、碳中和”的大背景下，綠色建造將是我國建筑業(yè)當下和未來的發(fā)展重點。眾所周知，裝配式建筑技術具有節(jié)約資源、綠色環(huán)保、性能優(yōu)異、質(zhì)量可靠、施工效率高等優(yōu)點，可作為助力綠色建造項目順利實施的重要支撐。

1 項目概況

湖南創(chuàng)意設計總部大廈項目(以下簡稱“創(chuàng)意大廈”)坐落于國家級文化產(chǎn)業(yè)園——馬欄山(長沙)視頻文創(chuàng)產(chǎn)業(yè)園，總建筑面積10.29萬m2，其中地上7.09萬m2，地下3.20萬m2，工程造價約5億元。本項目采用自主策劃、設計、施工、綠色交付、自主運維，通過綜合應用裝配式建筑技術、綠色施工技術、BIM技術、建筑師負責制、智能運維技術，實現(xiàn)了建造活動綠色化、建造方式工業(yè)化、建造手段信息化、建造管理集約化、建造過程產(chǎn)業(yè)化。鑒于篇幅，本文僅針對裝配式建筑技術進行闡述。

創(chuàng)意大廈共有A，B，C 3棟主樓，A棟建筑功能為酒店，B，C棟為寫字樓。A棟為混凝土裝配式建筑，高59.55m，綠色建筑二星級，裝配率79%，是湖南省目前裝配率最高的混凝土高層建筑；B棟為鋼-混結構裝配式(混凝土核心筒+鋼框架)建筑，高99.15m，綠色建筑二星級，裝配率76%；C棟為鋼結構裝配式(中心支撐結構體系+鋼框架)建筑，高94.80m，綠色建筑三星級，裝配率84%；建筑間連廊采用膠合木結構體系。除在結構工程中運用混凝土、鋼結構、木結構等裝配式技術，本項目在機電工程和裝飾工程中也采用了裝配式技術。

2 結構工程裝配式技術

2.1 混凝土結構裝配式技術

創(chuàng)意大廈采用的常規(guī)裝配式部品部件有疊合梁、疊合板、預制柱、預制樓梯、ALC條板等，除此之外，自主研發(fā)了共軸承插型預制一體化衛(wèi)生間、層疊式預制混凝土電梯井(設備管道井)、預制混凝土設備基礎、預制混凝土地面板等新型模塊化裝配式部品部件，并在創(chuàng)意大廈中成功應用。

共軸承插型預制一體化衛(wèi)生間[10]在工廠制作成型(見圖1)，可實現(xiàn)“結構、管線、裝飾、保溫”四位一體，具有三重防水系統(tǒng)和兩重排水系統(tǒng)，現(xiàn)場施工時采用“共軸”和“承插”技術，不僅質(zhì)量可靠、施工效率高，還可做到面積全利用、空間零浪費，有效解決傳統(tǒng)施工方法存在的缺棱掉角、漏漿空洞、滲水積臭、建筑垃圾多等問題。

圖1 施工完成后的一體化衛(wèi)生間

層疊式預制混凝土電梯井和設備管道井[11]基本原理較相似，二者根據(jù)不同的建筑需求，可設計成相應的結構形式；在側壁中合理設置聚苯板，以達到減重、隔聲的效果。其中，層疊式預制電梯井用于框架結構中非承重電梯井道，即利用預制構件替代傳統(tǒng)磚砌井道，不參與結構整體受力，其落在樓面框架梁上，由樓面框架梁承受預制電梯井所產(chǎn)生的荷載。因預制構件剛度比磚砌體剛度大，為減小其對主體結構剛度的影響，電梯井、設備管道井與其底部樓板、頂部梁間采用全干式柔性連接，無套筒灌漿，不傳遞水平地震力，對結構整體剛度影響較小。該技術可取代現(xiàn)場電梯井和設備管道井砌體工程，減少人工、節(jié)省工序、降低安全風險，有效解決傳統(tǒng)施工中質(zhì)量難控制、濕作業(yè)多、施工工效低、操作空間小等問題。

設備基礎傳統(tǒng)做法采用現(xiàn)場支模、現(xiàn)澆混凝土制作而成，通常存在精細度不夠、外觀質(zhì)量不理想、美觀度差等問題。創(chuàng)意大廈采用預制混凝土設備基礎技術，在設備基礎周邊設計一定規(guī)格的標準模塊，在工廠采用鋼模預制，現(xiàn)場只需對預制混凝土標準模塊進行干式拼裝、連接固定，再澆筑設備基礎中心部位混凝土，從而形成完整的設備基礎(見圖2)。其中，標準模塊分為L形和一字形，L形模塊位于設備基礎四角，一字形模塊位于基礎四邊中部，各標準模塊間通過企口和螺栓進行水平連接。該技術無需裝模，自帶線條，可大幅度減少木工、泥工、粉刷等工作。

圖2 施工完成的混凝土設備基礎

預制混凝土地面板可根據(jù)建筑外觀設計成與之相匹配的造型、花色，基本流程為：分析建筑效果圖→引用立面材質(zhì)與符號→提取建筑元素→模擬立體幾何+觀影效果→確定像素→預制混凝土地面板。創(chuàng)意大廈采用的預制混凝土地面板尺寸為 1 800mm×2 000mm×200mm。現(xiàn)場鋪裝時，自下而上分別為剛性層、水穩(wěn)層、預制混凝土地面板，并預埋套筒螺母，鋪裝后采用螺栓固定預制混凝土地面板，同時對板縫進行處理，施工完成的預制混凝土地面板如圖3所示。

圖3 施工完成的預制混凝土地面板

2.2 鋼結構裝配式技術

創(chuàng)意大廈B，C棟采用鋼結構裝配式技術，其鋼柱主要為箱形鋼柱，鋼梁主要為H型鋼梁，采用鋼筋桁架樓承板，累計用鋼量約6 400t?，F(xiàn)場施工重難點包括：①標準鋼構件加工制作精度要求高；②鋼柱與混凝土鋼筋連接節(jié)點復雜；③柱標高及垂直度的控制難度大；④吊裝工作量大，安全風險高。

為解決上述問題，現(xiàn)場采用如下技術。

1)鋼結構深化設計與二維碼技術 使用TEKLA軟件對全樓鋼結構建模，轉化成零構件加工圖、結構安裝布置圖及報表清單；根據(jù)深化結果制作5 250個二維碼，各桿件均有唯一編號，便于現(xiàn)場構件清點與安裝。

2)鋼-混組合結構技術 豎向結構柱采用鋼箱柱+內(nèi)灌混凝土，以提高承載力、減小截面尺寸，部分鋼梁采用鋼-混組合梁，以充分發(fā)揮鋼結構與混凝土各自的受力性能。

3)鋼結構高效焊接技術 箱體柱及H型鋼梁采用雙絲埋弧焊、電渣焊制作，現(xiàn)場鋼柱對接焊接采用單坡口+襯墊免清根焊接技術，以提升工作效率、確保工程質(zhì)量。

4)垂直度控制與智能測量技術 在深化設計時確定好所有鋼柱柱頂標高及鋼梁安裝坐標，并在構件中心線及標高標識處貼反光感應片，全站儀可利用無線傳輸技術直接將數(shù)據(jù)發(fā)送至計算機終端，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集分析自動化、智能化。

5)基于BIM的現(xiàn)場施工管理信息技術 設計階段，依托BIM技術各專業(yè)協(xié)同設計，減少缺漏碰撞；施工階段，各管理崗位、各工序、工種的協(xié)同工作，場地布置管理、安裝方案可視化交底，顯著提升了施工和管理效率。

6)輕鋼模網(wǎng)聚苯顆?；炷翉秃蠅w 該墻體采用雙排輕鋼龍骨做支撐骨架，內(nèi)、外側面分別采用水泥纖維板、輕鋼模網(wǎng)做免拆模板，中間空腔現(xiàn)場澆筑聚苯顆?；炷翝{料，待漿料凝固后即形成“面層+芯層+面層”3層夾心墻體，可阻斷熱橋，具有結構牢固、自保溫、免抹灰、防水防火性能好等優(yōu)點。

2.3 木結構裝配式技術

創(chuàng)意大廈A，B，C 3棟建筑間設有交通連廊，連廊采用膠合木結構，如圖4所示。

圖4 創(chuàng)意大廈膠木結構連廊

3 機電工程裝配式技術

創(chuàng)意大廈機電工程中，機房、支架、風管采用裝配式技術。其中，B，C棟地下1層換熱機房設備共計24套，3棟各類成品支架共計21 946套，各系統(tǒng)風管面積共計36 557m2，現(xiàn)場施工具有以下難點。

1)工程量大、工期緊 安裝工程總造價1.2億，施工工期僅120d。

2)設備機房面積小 設備多、管線復雜，布置空間緊湊，現(xiàn)場加工與安裝難度大。

3)H型鋼梁支架安裝難度大 B，C棟采用鋼結構、H型鋼梁，支架安裝時，不能在型鋼上進行焊接和打孔作業(yè)。

4)施工場地、加工區(qū)域面積小 風管制作量大，現(xiàn)場預制加工、存放占用場地面積大。

3.1 裝配式機房技術

對于機房，綜合考慮設備和管道閥門連接、管道內(nèi)介質(zhì)流動阻力等因素，對設備與管道布置方案進行對比，確定板式換熱器和水泵集成化、模塊化設計為最優(yōu)方案。首先，采用模塊化設計思路，將獨立模塊拆分成單元進行標準化設計與生產(chǎn)，如水泵拆分為進水立管、出水立管、水泵與基礎、型鋼支架等4個子模塊，水處理設備拆分為設備與基礎、管道及附件、型鋼支架等3個子模塊；其次，工廠根據(jù)深化后的加工圖采用全自動數(shù)控設備、自動焊接機器人進行加工制作，構件精度控制在0.5mm內(nèi)；然后，利用BIM技術模擬設備現(xiàn)場就位過程，選擇最佳路徑；最后，模塊運至現(xiàn)場后，安裝人員根據(jù)裝配圖和二維碼標識系統(tǒng)，利用管段和螺栓組裝各模塊，全程無電焊作業(yè)，現(xiàn)場拼裝嚴密、精確，管道一次成型，壓力試驗無泄漏，排布美觀，高度、間距統(tǒng)一。安裝完成后的機房如圖5所示。

圖5 安裝完成后的機房

3.2 裝配式支架技術

傳統(tǒng)型鋼支架需切割、焊接、噴涂油漆，存在噪聲大、浪費材料，易產(chǎn)生火花、碎渣、光污染、有毒有害氣體等不足。為此，創(chuàng)意大廈采用裝配式支架技術，具有以下特點。

1)標準化 標準化生產(chǎn)工藝，質(zhì)量穩(wěn)定。

2)施工安全 無電焊作業(yè)，無打磨除銹，無需現(xiàn)場刷油漆。

3)安裝便捷 操作簡易、高效，可明顯降低勞動強度和施工污染。

裝配式支架實施過程分為機電各專業(yè)建模、管道綜合優(yōu)化、綜合模型評審、支吊架初步定位、支架固定形式確定、受力分析、導出平面及大樣圖等7個步驟，最終形成二維連接件、直角連接件、梁夾、C型鋼免焊接底座、V形加勁裝置、C型槽鋼等產(chǎn)品。裝配式支架如圖6所示。

圖6 裝配式支架

3.3 裝配式風管技術

運用BIM技術對創(chuàng)意大廈風管管段進行分解并編碼，其分解流程為：機電專業(yè)建模→機電管線綜合優(yōu)化→機電綜合模型評審→風管管段分解→風管編碼→導出風管清單。具體風管分段設計包括變徑管、三通管、彎頭等設計。然后，將風管管段信息錄入加工廠數(shù)據(jù)庫，進行全自動化加工，現(xiàn)場按編號拼裝。

4 裝飾工程裝配式技術

4.1 幕墻工程

創(chuàng)意大廈幕墻工程面積共53 578m2，幕墻范圍包括玻璃幕墻、構件式玻璃幕墻、地彈門、百葉窗、上懸窗、造型穿孔鋁單板、鋁單板幕墻、輕鋼雨篷、室外玻璃欄桿。其中，鋁合金型材采用隔熱斷橋，傳熱系數(shù)≤5.8W/(m2·K)，玻璃采用鋼化中空三銀Low-E超白玻璃，傳熱系數(shù)為1.1W/(m2·K)，遮陽系數(shù)Sc=0.2。

現(xiàn)場采用單元式幕墻技術，其具有智能化設計、標準化生產(chǎn)、機械化運輸、精準化安裝等優(yōu)點，具體施工環(huán)節(jié)為：安裝轉接件→吊裝幕墻單元板塊→單元板塊三維調(diào)節(jié)→安裝水槽料→層間防火封堵。創(chuàng)意大廈A棟采用PC構件預埋技術，其工序裝配率提高至95%，精準度大幅度提升。創(chuàng)意大廈幕墻外觀如圖7所示。

圖7 創(chuàng)意大廈幕墻外觀

4.2 室內(nèi)裝修工程

創(chuàng)意大廈室內(nèi)裝修工程約7萬m2，包括客房、走道、電梯廳、報告廳、會議室、貴賓室、辦公室，其中，隔墻、墻板、吊頂、樓地面等采用裝配式技術。

室內(nèi)裝修工程中，均采用BIM技術優(yōu)化排版，將設計思路流轉至生產(chǎn)端及施工端；進行工廠數(shù)字化生產(chǎn)，保障加工精準度；現(xiàn)場可快速精確安裝，具有節(jié)能節(jié)材、綠色環(huán)保、施工便捷、品質(zhì)可靠、便于維護整改等優(yōu)點。

4.3 綠植模塊技術

為進一步降低建筑能耗、提升使用環(huán)境質(zhì)量，創(chuàng)意大廈采用綠植模塊技術。通過合理設計，在幕墻上科學布置單元體載物平臺、爬架系統(tǒng)和給排水系統(tǒng)，可種植攀爬類植物(見圖8)。

圖8 綠植模塊結構

5 結語

1)合理運用裝配式建筑技術，可解決施工現(xiàn)場常見質(zhì)量問題，減少用工，提升建設效率、安全文明程度和建筑品質(zhì)。

2)通過自主研發(fā)應用裝配式新技術，可為建筑工業(yè)化提供技術支撐，能從根本上提高建筑裝配率，創(chuàng)意大廈在未考慮綠植模塊、預制設備基礎、裝配式路面板的情況下，建筑裝配率均超過76%。

3)要進一步培養(yǎng)裝配式建筑技術專業(yè)團隊，通過與BIM技術有機結合，在工程建設中逐步實現(xiàn)全專業(yè)、全領域裝配式技術應用，不斷降低建設成本、提升綜合效益。