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      用數據說話,裝配式建筑到底有多好!

      發布時間:2019-12-6 15:33:06      點擊次數:1514

        用數據說話:裝配式建筑到底有多好?


        裝配式建筑

      用數據說話:裝配式建筑到底有多好?


        住宅建設不僅投資數額大、參與主體多、施工周期長,而且消耗大量的資源能源,造成環境和生態影響。據國家統計資料顯示,我國住宅建設耗用鋼材占全國用鋼量的20%,耗用水泥占比17.6%,城市建成區30%用地用于住宅建設,城市水資源的32%在住宅中消耗。住宅能耗約占全國總能耗的20%左右。


        本文結合國際能源署研究框架協議之終端用能:建筑與社區節能ANNEX57《建筑構造過程能耗及碳排放評價》課題成果,對預制裝配與現澆兩種模式的節能減排進行比較研究,研究測算對象和框架,擬定研究模型,并在分析測算數據基礎上提出建議。


        1、兩類住宅測評


        方案針對預制裝配式和現澆方式住宅項目,對預制構件生產廠、商品混凝土攪拌站、預制裝配式住宅施工現場和現澆住宅施工現場等環節,收集建筑工程材料和能源的消耗數據,對數據進行分類統計和對比研究,從資源消耗、生態破壞方面進行分析,得出兩類住宅綜合環境效益比較結論。


        測評項目概況


        選擇京投萬科新里程二期項目,本項目位于房山區長陽鎮水碾屯村10-03-21地塊。地塊總用地面積為40603㎡,容積率為2.0,地上總建筑面積81206m2。其中1#、2#、4#、5#、7#、8#六棟為產業化住宅,地上總建筑面積為59424㎡。1#樓地上建筑面積8413㎡,地上13層,建筑高度36.4m;2#、4#、5#樓地上建筑面積9243㎡,地上12層,建筑高度33.6m;7#、8#樓地上建筑面積11641㎡,地上15層,建筑高度42m。1#、2#、4#、5#、7#、8#樓采用裝配整體式剪力墻結構體系,抗震等級為二級。外墻板采用預制夾心保溫外墻板,保溫板為50厚阻燃型擠塑聚苯板。鋼筋豎向連接方式采用鋼筋套筒灌漿連接。


        本文研究的數據及其監測針對該項目多個標準層的構件生產、運輸、吊裝施工安裝過程。該項目產業化部分與現澆部分各方參建單位均相同,在同一施工現場內,避免由于管理措施、技術水平和材料供應的差異造成數據影響。

      微信圖片_20191206151405.jpg


        測評內容


        將預制裝配式和現澆住宅在制作方式、施工工藝上存在差異的部件作為比較對象,包括外墻、樓板、樓梯、陽臺、飄窗、空調板和陽臺裝飾板。確定預制裝配式住宅評價范圍包括預制構件生產環節、施工安裝。現澆住宅評價范圍包括材料加工過程(如商品混凝土攪拌)和現場施工安裝過程。


        測評數據分析


        設計方和施工方對住宅施工影響責任有所不同。各類主要建筑材料由設計方決定,施工方決定影響因素包括:非投入結構的鋼材、木材、水資源等施工輔助材料;施工機械設備運行消耗的汽油、柴油、電等能源消耗;施工過程產生的各類固體廢棄物。上述兩部分構成基礎數據收集資料。設計環境數據可通過設計文件獲取,施工環境影響數據可通過對構件生產工藝、現場裝配工序進行系統分級和單元過程分解來進行收集。


        具體包括:


        建筑材料和構配件使用量:各類建筑材料、部品、構配件的投入量。


        施工輔助材料及構配件:由施工方案確定的、非投入于結構中的鋼材、木材、施工安裝及外裝修周轉材料的消耗量等。


        資源及能源消耗:施工運輸、安裝及外裝修過程中消耗的水資源及各類機械運行消耗的汽油、柴油、電等。


        固體廢棄物:由于施工灑落、切割、拆除、丟棄、損壞產生的各類固體廢棄物。


        大氣排放:施工機械運行、各類能源消耗引起的有害氣體排放。


        測評布點


        設立四個監測點:預制構件生產廠、商品混凝土攪拌站、預制裝配式住宅施工現場和現澆住宅施工現場。


        制構件生產廠:資源消耗包括水資源和各類材料的消耗。能源消耗包括生產設備耗油量和耗電量。水資源消耗通過生產水表計量和工作量測算相結合的方法測量;各類一次性投入材料的消耗量通過工程量清單和材料投入清單獲得。


        商品混凝土攪拌站:資源消耗包括水資源和各類材料消耗。能源消耗包括生產設備的耗油量和耗電量。水資源消耗量根據廠方生產記錄確定;各類一次性投入材料的消耗量通過工程量清單和材料投入清單獲得。


        預制裝配式住宅施工現場:消耗主要包括水資源消耗以及各類施工輔助材料、構配件和周轉材料的消耗量。能源消耗包括各類施工機械的耗油量和耗電量。水資源的消耗量通過生產水表計量和工作量測算相結合的方法測量;各類一次性投入材料的消耗量通過工程量清單和材料投入清單獲得。


        現澆住宅施工現場:資源消耗包括水資源消耗以及各類施工輔助材料、構配件和周轉材料的消耗量。能源消耗包括各類施工機械的耗油量和耗電量。水資源的消耗量通過生產水表計量和工作量測算相結合的方法測量。


        依托測評方案進行分析比較,找出我國預制裝配式住宅發展尚需改進之處。本測評不涉及住宅使用和拆除階段,也不包括施工人員生活能耗和生活垃圾。


        2、兩類住宅材料 消耗比較分析


        按照鋼筋工程、混凝土工程、模板工程、運輸工程和外裝修工程分類統計,得出兩種不同建造模式住宅主要材料消耗量。各類數據按照單位面積消耗量測算。


        鋼筋工程資源、能源消耗量分析


        資源消耗包括構成工程實體的結構鋼筋用量、施工過程中措施鋼筋和鋼質預埋件的投入量。


        能源消耗包括結構鋼筋、措施鋼筋的加工耗電量以及鋼質預埋件的加工、安裝耗電量。


        鋼筋工程資源、能源消耗見表1。

      微信圖片_20191206151413.jpg


        混凝土工程資源、能源消耗量分析


        資源消耗包括預制構件生產和施工現場混凝土的消耗量;水資源消耗量包括現澆混凝土和預制構件的養護用水量以及施工機具的清洗用水量。


        能源消耗主要包括混凝土澆筑過程中的空壓機和振搗器的耗電量、混凝土泵送車的耗油量、預制構件蒸汽養護鍋爐耗煤量。為便于比較,將各類能源折算為標準煤消耗量。


        混凝土工程資源、能源消耗見表2。

      微信圖片_20191206151417.jpg


        混凝土消耗方面:由于預制裝配式預制外強采用夾心保溫,墻體增加了50mm厚的混凝土保護層,而現澆住宅采用外墻粘貼保溫板方式,只需10mm砂漿保護層。因此預制裝配式住宅較現澆住宅混凝土用量偏大。


        水資源消耗方面:由于構件廠在生產預制構件時采用的蒸汽養護,能較好控制養護時間和輸氣量,而施工現場采用人工澆水養護,用水量較難控制。因此,現澆模式平均用水量偏多。


        能源消耗方面:


        1、耗油量。施工現場混凝土澆筑依靠混凝土泵送車,而預制構件生產不產生油耗,因此現澆工程耗油量偏高。


        2、耗電量。耗電量主要來自空壓機和振搗器。空壓機主要用于混凝土澆筑之前的模板清理。預制裝配式住宅混凝土用量要高于現澆住宅,振搗器工作時間較長,耗電量較大。所以,預制裝配式住宅混凝土工程耗電量偏高。


        3、耗煤量。因預制構件需蒸汽養護,所以預制裝配式住宅混凝土工程耗煤量高于現澆住宅。


        模板工程資源、能源消耗量分析


        模板工程分為木模板工程和鋼模板工程兩部分。前者包括木質模板和木方消耗量,后者包括鋼質模板及鋼質輔助桿件、扣件消耗量。模版工程資源、能源消耗見表3。

        測評項目中木模板周轉次數約為3。鋼模板在現場施工中循環次數較多,根據全國統一建筑工程基礎定額編制說明,大鋼模板周轉次數為200次,組合式鋼模板由不同構件組成,主要構件周轉次數為50~120次,考慮未來構件鋼模板周轉次數會增加,本研究將構件廠和施工現場的鋼模板周轉次數均設定為100次。

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        模板工程分為木模板工程和鋼模板工程兩部分。前者包括木質模板和木方消耗量,后者包括鋼質模板及鋼質輔助桿件、扣件消耗量。模版工程資源、能源消耗見表3。


        測評項目中木模板周轉次數約為3。鋼模板在現場施工中循環次數較多,根據全國統一建筑工程基礎定額編制說明,大鋼模板周轉次數為200次,組合式鋼模板由不同構件組成,主要構件周轉次數為50~120次,考慮未來構件鋼模板周轉次數會增加,本研究將構件廠和施工現場的鋼模板周轉次數均設定為100次。


        外裝修工程


        外裝修工程主要是保溫施工。


        根據帕累托80%原則,測算對象主要包括保溫板、砂漿、粘結材料等。預制裝配式住宅外墻夾心保溫與結構使用壽命相同,為50年,而現澆住宅外墻外保溫設計使用年限為25年。在計算中,取現澆住宅保溫材料用量和施工能耗的兩倍與預制裝配式住宅進行對比。外裝修工程資源、能源消耗見表4。

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        一是現澆外墻外保溫采用EPS保溫板,而預制構件夾心保溫采用XPS保溫板。由于XPS板厚度(50mm)小于EPS板厚度(80mm),而兩種板容重相近,因此預制裝配式住宅保溫板用量較少。


        二是預制外墻XPS保溫板通過阻熱性能非常好的玻璃纖維連接件和結構混凝土連接在一起,不需粘接材料,同時混凝土保護層代替砂漿保護層,因此,預制裝配式住宅保溫板粘結材料和砂漿的用量較少。


        三是現澆住宅外保溫施工電動吊籃需要耗電,而預制構件保溫板人工鋪貼,不產生耗電量。


        預制裝配式住宅保溫板、粘結材料、砂漿節省量和耗電量方面優勢明顯。


        外裝修工程


        運輸工程分為場外運輸和場內運輸。


        場外運輸 包含各類建筑材料和構配件的運輸,由于場外運輸能耗與貨物產地、運輸路線、載重量、司機習慣關系密切,故測評不考慮場外運輸。


        場內運輸 主要包括構件廠龍門吊運行和施工現場塔吊運行耗電量。預制裝配式住宅多為大型構件吊裝,而現澆住宅施工往往是將鋼筋、混凝土等材料多次吊裝,增加塔吊平移和空載升降次數,所以,現澆住宅塔吊用電量較預制裝配式住宅明顯增高。


        運輸工程資源、能源消耗見表5。

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        施工廢棄物


        混凝土剪力墻結構建造廢棄物包括鋼材、木材、混凝土塊、砂漿、保溫材料等。本測評只對廢棄鋼材、混凝土、砂漿、保溫材料進行測算。施工廢棄物數據見表6。


        一是鋼材廢棄物主要包括鋼筋截料和破損扣件兩部分。預制構件廠對鋼筋截料回收后用于預埋件制作,所以,預制裝配式住宅鋼筋廢棄量低于現澆住宅。


        二是預制構件生產過程混凝土損耗量很小,混凝土廢棄量低于現澆住宅。


        三是砂漿廢棄主要來自施工現場的外墻外保溫施工,現澆住宅砂漿廢棄量較大。


        四是由于豎向施工操作面復雜、材料保護、工人操作水平和環保意識等不到位,導致現澆住宅保溫板廢棄量較大。如表6所示。

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        模板工程分為木模板工程和鋼模板工程兩部分。前者包括木質模板和木方消耗量,后者包括鋼質模板及鋼質輔助桿件、扣件消耗量。模版工程資源、能源消耗見表3。


        測評項目中木模板周轉次數約為3。鋼模板在現場施工中循環次數較多,根據全國統一建筑工程基礎定額編制說明,大鋼模板周轉次數為200次,組合式鋼模板由不同構件組成,主要構件周轉次數為50~120次,考慮未來構件鋼模板周轉次數會增加,本研究將構件廠和施工現場的鋼模板周轉次數均設定為100次。


        3、建造階段碳排放比較


        綜合環境影響評價因素包括氣候變暖、臭氧層破壞、酸化、富營養化等多個方面。本文針對碳排放影響因子進行數據比較。將現澆住宅和預制裝配式住宅單位面積物資能源消耗,統一折算為碳排放指標,如表7所示。

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        4、結論和建議 材料消耗


        一是預制裝配式住宅措施鋼筋用量偏少,但構件預埋件偏高。綜合計算,預制裝配式住宅鋼材用量略有節省。預制裝配式住宅總鋼材加工能耗節約優勢不明顯。若提高構配件標準化水平和構件廠鋼模板周轉次數,可有效降低預制裝配式住宅鋼材消耗量。


        二是預制裝配式住宅比現澆住宅外墻增加50mm的混凝土保護層,導致預制裝配式住宅單位平方混凝土用量較現澆住宅高。


        三是預制裝配式住宅在生產過程中采用周轉次數高的鋼模板替代木模板,同時疊合板起到模板作用,較大程度節約了木模版。如提高構件預制率會更大幅度地節省木材。


        四是預制裝配式住宅采用蒸汽養護,水用量控制嚴謹,比現澆模式節約水資源。


        五是砂漿消耗。預制裝配式住宅不需要砂漿及粘結材料。若提高外墻預制率,可進一步節省此類材料用量。


        六是保溫材料消耗。預制裝配式住宅夾心保溫材料壽命遠高于現澆住宅;同時,外保溫板材較薄,可有效節約保溫板用量。


        能源消耗


        電耗方面


        主要在四個方面有區別。


        一是在場內運輸方面,電耗差異主要來源為運輸工程的塔吊使用。預制裝配式住宅多是大型構件吊裝,而現澆住宅是將鋼筋、混凝土等各類材料分多次吊裝,現澆住宅塔吊用電量偏多。


        二是在裝修工程方面,預制裝配式住宅預制外墻采用夾心保溫,不需要使用電動吊籃。


        三是現澆住宅木模板使用量大,加工能耗增加。


        四是混凝土工程中預制裝配式住宅混凝土消耗量較大,空壓機振搗器工作量較大,耗電量增加。


        所以,現澆住宅比預制裝配住宅耗電量增加較大。


        油耗和煤耗方面


        現澆住宅混凝土澆筑使用泵車進行垂直向上澆筑,需要消耗大量柴油。而預制裝配式住宅現場吊裝主要是消耗電能。預制裝配式住宅預制構件蒸汽養護中鍋爐運行消耗煤,現澆住宅采用自來水養護,不消耗煤。


        總之,從資源消耗水平上看,預制裝配式住宅的優勢主要體現在砂漿、木材、保溫板及其他材料用量上,而在鋼材、混凝土等主材消耗方面相比現澆住宅尚無優勢。從能源消耗和廢棄物產生量方面看,預制裝配式住宅較現澆住宅具有明顯優勢。


        發展建議


        1、通過規模化發揮預制裝配式住宅的節能減排效益


        從測評和各地已完成的預制裝配式住宅項目的建造和運行情況看,預制裝配式住宅的經濟、社會和環境效益明顯,但目前我國預制裝配式住宅面積總量還比較小,預制裝配式住宅建設應成片開發,形成規模,才能充分體現預制裝配式住宅的節能減排效益。


        2、加大預制裝配式住宅的標準化研究


        預制裝配式住宅規模化建設的前提是標準化,應從設計階段就綜合考慮標準化、集成化和集約化理念,引導疊合樓板、內外墻板、樓梯板、陽臺板等預制構配件的系列化開發、規模化生產,促進預制裝配式住宅項目建設工期縮短、成本降低以及運營管理效率提高,確保節能減排綜合效益。


        3、研究改革現行工程建設管理制度和模式


        從管理角度而言,應盡快對與預制裝配式建設模式相配套的部品生產、工程計價、招標投標、開工許可、工程監理、工程驗收等環節進行建設管理制度改革探索,完善不同建造施工環節順暢連接,減少現場工作量。


        4、培養專業的預制裝配式住宅的施工隊伍


        目前掌握預制裝配式住宅設計、施工、管理能力的專業人員還比較缺乏,應注重能力建設,通過完善職業教育、加強人員培訓等多種形式培養熟練的預制裝配式施工隊伍,達到提升效率、節約工期、減少時間成本的目的。


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