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新型建筑工业化的发展与探索

时间:2021-03-28

                                                    新型建筑工业化的发展与探索 

 

                                                    张子彦 卢圣涛 王国威 高星磊 (国舜绿建科技有限公司)


1 国家新型建筑工业化 新型建筑工业化是通过新一代信息技术驱动,运用 现代工业化组织手段,对建筑全生命周期内各生产要素 的系统集成和资源优化。在研发、设计、生产、施工、 营销、运维等过程中,形成有序的流水化作业和有机的 产业链,通过整合工程全产业链、价值链和创新链,实 现建设工程高效益、高质量、低能耗、低排放的建筑工 业化,从而全面提升建设工程的设计系统集成化、部品 部件标准化、生产自动化、施工精益化。实现在可持续 发展的理念指导下,建筑与自然的和谐共生目标,最终 达到碳中和的要求。 纵观国际新型工业化建筑的发展,一场从现场化建 造业向工厂化制造业转变的建筑业革命正在进行。在信 息化技术的引领下,以标准化、量产化、模数化装配式 为手段,通过环保、节能、创能、被动式技术的应用, 百年建筑的目标正在逐步实现。

2 国家的政策与引导 近年来,在国家政策的大力推广下,新型工业化建 筑正在快速发展。《国务院办公厅关于大力发展装配式 建筑的指导意见》(国办发〔201671 号)印发实施以来, 以装配式建筑为代表的新型工业化建筑快速推进,建造 水平和建筑品质明显提高。各省市也相应出台了系列政 , 全面贯彻建筑业新发展理念及推动城乡建设绿色发 展和高质量发展。以新型工业化建筑带动建筑业全面转 型升级,打造具有国际竞争力的“中国建造”品牌,已 经成为行业的共识。2020 8 月,住房和城乡建设部 等相关部委联合发布《关于大力加快新型建筑工业化发 展的若干意见》。回首“十三五”,在“中国制造 2025”新一轮科 技革命和产业变革的背景下,建筑业已初步转型迈向新 型建筑工业化时代。但相对而言,工业化钢结构建筑的 发展还是比较缓慢的 [1],如图 1 所示。 展望“十四五”,当今世界科技革命还在不断发展 演进,技术的改革创新依旧是产业转型升级的关键。特 别是去年,我国已经庄严地向国际社会承诺“2030 达峰,2060 碳中和”目标。这对于建筑领域来说,绿 色集约、降本增效、智慧建造等新型建造理念,是行业 转型发展的必然选择,势在必行。BIM、装配式、智能 建造、钢结构等新型工业化建造方式,必将使工业化钢 结构建筑成为“十四五”时期建筑领域的最强风口。

3 新型工业化建筑探索 新型建筑工业化,需坚持引进、吸收、消化的研发 创新发展模式。总结多年国内外钢结构建筑体系的设计、 生产、施工经验,结合欧美、日本相关国际成熟工业化 建筑做法,严格按照国家相关设计、施工规范标准,形 成设计、研发、生产、施工、运维为一体的工业化钢结 构建筑体系。建筑体系协同环保、节能、创能技术体系 的同步推进,确保了建筑的高品质设计、建造与使用。首先,运用 BIM 技术对工业化建筑的设计、生产、 施工、运维各个场景的工况条件进行梳理,形成企业钢 结构建筑体系研发的指导意向与目标要求其次,搭建标准化、量产化、模数化的钢结构自动 化生产体系与精细化施工体系。通过研究分析国内的住 宅功能要求,对标国际新型建筑工业化的设计、生产、 施工、运维技术要求,结合国家的发展现状,筛选当前 国内可以应用的生产施工技术,予以集成研发并设计落 地,形成研发技术成果。在工业化钢结构建筑结构系统、 外围护系统、内装SI系统、SI管线设备系统四大系统中, 重点针对当前国内高层钢结构住宅钢框架 - 支撑系统存 在的技术难关,参照《钢结构住宅主要构件尺寸指南》[2]通过合理的节点域设计与工艺加工分析,优先解决钢结 构系统的可标准化、量产化、模数化的自动化生产体系 与精细化施工体系。通过对日本与韩国的生产设备进行 技术整合,形成具有独立知识产权的钢结构构件自动化 生产线,整个体系 80% 的钢构件可实现工业化建筑的 标准化、量产化生产要求,为下一步工业化钢结构建筑 的模数化生产,打下了良好基础。除此之外,超低能耗被动式技术体系、清洁能源, 以及创能技术体系、低碳生产技术体系、绿色碳汇技术 体系,经过合理的集成研发设计,也在工业园示范区中 充分展示运用,参考如下。 3.1 超低能耗被动式技术体系 3.1.1 先进的墙板围护保温技术体系 采用高性能真石漆 +ALC 干挂 + 岩棉内保温的方 [3],确保了外墙的整体性能,并采用日本先进的关联 工法确保防水性、气密性与断热保温得到完美解决,同 时解决了高层住宅外墙保温材料脱落隐患。3.1.2 高性能外窗及遮阳技术 门窗在整个建筑中所占面积比例约为 30%,但通 过门窗损失的热量却占到整个建筑物热量损失的 50%因此,节能保温门窗是关键。 3.1.3 高效能热回收新风及被动式通风技术 采用先进的全热高效新风系统,24 小时进行室内 外空气置换,过滤污染、杂质、PM2.5,并在过程中回 收空气热量,保持室内清新、舒适、恒温。高效新风系 统功率仅是空调的六分之一,功能却是空调的五倍,实 现了恒温、恒湿、恒氧、恒静、除霾的功能。另外,过 渡季节或早晚时间,通过被动式建筑技术合理利用自然 通风装置,形成室内自然通风效应,降低建筑整体能耗。 3.1.4 节能节水措施 围护结构热工性能提高 20%,严寒和寒冷地区住 宅建筑外窗传热系数降低 20%(基准均为国家现行相关 建筑节能设计标准的要求),全部卫生洁具及其他的用 水器具,均采用节水型。 3.1.5 建筑热桥阻断设计 从设计阶段就充分考虑热桥问题,并且针对阳台、 空调板等采用独特的热桥阻断设计,保证了内外温差条 件下的建筑能耗降低。 3.2 清洁能源以及创能技术体系 3.2.1 地源、空气源热泵供暖技术体系 在应用被动式建筑技术打造超低能耗建筑体系的同 时,选择配用地源热泵、空气源热泵技术,利用浅层地 热能源或空气热能,满足超低能耗状态下,建筑本身较 低的夏季供冷、冬季供暖需求。 3.2.2 太阳能光伏发电技术体系系统 屋顶设置安装太阳能光伏发电系统,为厂区内建筑 提供清洁电力,多余电能上网向外输送。 3.2.3 太阳能室外路灯、景观照明技术系统 室外路灯、景观照明均采用太阳能系统。利用白天 的太阳能提供夜间的室外照明。 3.2.4 太阳能热水技术系统 利用太阳能集热器,为建筑提供部分生产和生活用 热水,减少热水供应的能源消费。 3.2.5 绿色厂房地热新风利用系统 厂房通风将计划采用“新风地热利用技术”。通风 管道将穿过地下建筑。新风进入管道后,将利用地热(夏 季降温、冬季升温)实现新风的地道预热(冷),降低 厂房内夏季供冷、冬季供暖的能源需求。3.2.6 厨余垃圾循环利用技术系统 采用厨余垃圾回收系统,从厨余垃圾中提取含有较 高的有机质(10% 20%)和蛋白质、脂肪、糖类等 有机营养成分,用于生产饲料、有机肥料等(或转化生 成有机燃料生产生活热水)。 3.2.7 中水回用系统 区内污水、雨水收集处理后,可进行中水回用,用 于景观浇灌用水,大幅减少新水用量,从而在洁净水资 源的制备、输送全生命过程中减少能源浪费,降低温室 气体排放。 3.2.8 绿色交通出行系统 配有新能源大巴车作为公共交通工具,接送距离较 远的员工上下班。同时,区内将安装充足的新能源汽车 充电桩,鼓励员工购买新能源汽车,配合“1 公里低碳 生活圈”,实现全覆盖的低碳交通出行。

4 低碳生产技术体系 4.1 一体化、智能化生产线工艺 “装配式钢结构住宅梁、柱一体化、智能化生产线” 采用日本、韩国先进的一体化、智能化技术,实现了工 序间的自动流转,减少厂内吊装行车的应用,大幅降低 了行车电力消耗,同时大幅提高生产效率,节约大量人 工、占地等。 4.2 以等离子切割、激光切割替代传统丙烷切割工艺 厂内钢结构部件采用等离子切割、激光切割技术, 代替了传统的丙烷切割技术,减少了丙烷燃烧过程中所 产生的大量 CO24.3 自动焊接替代人工焊接工艺 将钢结构自动焊接纳入到一体化生产线中,代替传 统的人工焊接,在大幅提高生产效率的同时,以工业化 的焊接精度,减少焊接过程中的能源浪费。 

5 绿色碳汇技术体系 5.1 屋顶设施性“鱼菜共生”农业系统 在示范区内三层厂房的屋顶打造 40 亩地的“鱼菜 共生”系统,以有机设施性农业的高效产出实现有效的 农业碳汇;同时,对厂房屋顶的高效利用,还可有效解 决工业和农业用地的占补指标平衡的问题。 5.2 区内步行景观绿化碳汇系统 示范区内,在与南部居民区的方向设置步行景观区。景观区、住宅区及其他厂内空置区域将大幅提高绿化率, 以适宜当地种植的树木,实现“城市森林碳汇”,以自 然碳汇推进区内碳中和的实现。 5.3 第四代住宅体系 将室内空间外延的设计手段,结构无热桥保温处理, 实现绿化空间的立体效果。通过适宜的花木种植,不扩 展住户的室外活动空间,增加了社区和城市绿化。同时 实现城市森林碳汇工作。 在上述技术研发应用基础上,根据我国碳计算方式, 通过对产业示范区强化现有节能、创能、碳汇技术并用, 可实现碳减排约 90%,再加上 CCS 技术,可实现区域 的碳中和

6 未来前景 新型建筑工业化可以促进我国住房和城乡建设领域 的技术进步和产业升级,摆脱传统依赖劳动密集型的发 展模式,不仅有助于促进整个行业的技术进步,而且有 助于研发、设计、开发、生产、施工、运维等各个方面 的目标明确、协调行动,进而推动整个行业的生产方式 标准化、社会化,达到整个社会低碳排放发展,建筑生 产与自然的和谐共生


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