一、概述
装配式建筑是指采用标准化设计、工业化生产、装配式施工、一体化装饰、信息化管理、智能化应用、配套标准化零部件的建筑。 发展装配式建筑是推动供给侧结构性改革和新型城镇化发展的客观要求。 不仅可以节约资源、减少建筑污染、提高劳动生产效率和质量安全水平，而且可以促进建筑业与信息工业化的深度融合。 培育新产业新动能，化解过剩产能，推动建筑业转型升级。
将高效组装技术与低能耗技术相结合进行研究和应用具有诸多优势：
（1）从建筑全生命周期的角度，在设计阶段采用低能耗设计技术；
(2)采用高效装配、同时节能的围护系统；
（3）注重建筑全过程节能减排，尽量减少建筑系统中高耗能、难回收材料的使用，采用低耗能、可回收材料；
（4）将BIM技术与绿色建筑相结合，提高施工能力，同时有效降低能耗、节省材料、缩短工期；
（5）减少建筑系统能耗，增加太阳能等清洁能源的使用。
装配式建筑按其建筑结构可分为以下三种类型：
木结构——在我国主要用于低层别墅和风景区建筑，不适合解决大量人口的住房问题。
PC结构——预制整体混凝土结构是将预制混凝土构件或构件通过钢筋、连接件连接或现场施加预应力、浇筑混凝土而形成的整体结构。
钢结构——强度高、重量轻、抗震性能好、施工速度快、结构构件尺寸小、工业化程度高。 该材料绿色环保。
02 装配式钢结构建筑目前存在的常见问题
目前，装配式钢结构建筑还存在许多众所周知的问题，比如目前的成本不低； 结构体系超出相关规范，需要进行专项超限审查的； 结构体系没有利用钢结构大跨度、大空间的优势，仍然采用混凝土结构的思路； 系统生产线投资高，需要专用设备进行生产，不利于产业化； 没有采用标准化设计和工业化思路。
当前形势下，阻碍装配式钢结构建筑发展的主要问题有三：一是只发展结构体系，围护体系成熟度低，结构与围护体系不匹配，三-董事会问题突出； 二是构件标准化水平低，BIM技术没有得到很好的应用； 三是不注重成熟产品的“集成创新”，采用过多未经检验的新产品、新施工方法。
03西建大学装配式建筑系统
针对上述部分问题，西安建筑科技大学钢结构研究团队基于产品思维和细部思维，研发出独特的装配式建筑体系：以建筑功能为核心，以结构为基础； 注重集成，将成熟可靠的围护系统与精装修技术融为一体； 注重零部件标准化、工业化、信息化； 注重全产业链思维和综合投资成本，企业投资小，安装简单，易产业化； 该结构规格少，组合方式多，同时具有良好的抗震、抗风性能。
装配式钢结构建筑首先是一个建筑有机体。 因此，必须改变直接用钢结构代替混凝土结构的传统做法，必须放弃“重结构、轻施工、无室内装修”的错误观念，从系统工程的角度来看待。 运用系统论方法指导研究，以建筑功能为核心，以结构布局为基础，以工业化围护结构和室内构件为支撑，全面提高钢结构住宅的使用功能和居住质量。 要综合考虑建筑功能、结构、围护、室内装饰、机电，实现户型、外立面、结构系统、围护系统、管道系统、消防、室内装饰等的协调和一体化，最终实现住宅的工业化建设。 类似于“造房子和造汽车一样的精度”、“造房子和造仪器一样的精度”。
图1 传统架构：单元类型不统一，规模各异
2、建筑设计
01 全生命周期节能减排住宅
全生命周期住宅的概念起源于日本。 其本质是，通过空间变化和功能改造，房子可以随着家庭不同阶段需求的变化而“进化”，满足不同人生阶段的不同需求。 我们建设全生命周期住宅的目的是提高住宅单元的适应性、空间灵活性、增加建筑的实际使用寿命、节能减排。 方法是消除或减少室内承重墙，采用轻质隔墙，实现大跨度空间。 为未来户型保留了可变的可能性和自由度，以便在不同的家庭人口模式下，用户可以根据居住人数选择客厅的数量和大小，满足不同人生阶段的家庭生活需求（图2）。
图2 装配式建筑：单元布局模块化、构件规格标准化
全生命周期住宅具有重要意义。 住宅设计创造定制化设计，这是对传统住宅的划时代创新。 在“互联网+时代”，满足年轻一代对住房的实际需求，为业主提供全生命周期的舒适生活。 空间。 南京交通大学团队对标准化房型和构件模块进行了一定的研发（图3），通过模块化设计解决了结构和围护系统工业化水平低的问题。
图3 不同模块和户型的组合
02 组装SI系统
装修方面采用SI体系，将结构与室内装修分开。 也解决了目前一些装配式建筑装修造成的空鼓声问题。
SI是Skeleton和Infill的缩写。 其核心是将不同寿命的房屋主体结构与室内装饰、管道等填充物分开。 SI设计将结构与管道分离，如图4所示，延长建筑使用寿命，打造百年住宅，实现节能减排。
图4 工业化内部管道分离（SI）系统
图5 钢结构建筑SI结构示意图
钢结构与SI非常一致。 钢结构可实现大空间，有利于SI的实现； 钢结构施工安装精度高，有利于构件安装； 钢梁腹板上可打孔，有利于管线布置（图5）。
SI 完全符合全生命周期住房的要求。 可根据家庭构成和居民生活方式的变化，改变房间的布局和室内装饰； 生命体每10-30年即可更新一次，自由分隔空间，改变可变性。 强的; 主体结构使用寿命50至100年； 耐用的。
03 风环境优化
针对室内不同区域风向的不同，优化风环境，将室内区域划分为四大区域，根据实际情况保证新鲜微风的流动。
通过负压窗的设置，主卧室和卫生间可以利用气压的原理让风流通。 还可以将门缝抬高，通过抬高门缝，让其他区域与房间内其他房间的空气形成内循环。
图6 室内空气流动示意图
图7 不同风量要求下的不同窗型
三大维护体系
01 围护系统
团队与经验丰富的围护系统制造商紧密合作，将成熟的围护技术融入到系统中，并采用以下关键节能技术：
（1）墙体技术：高效装配、节能围护系统、多层墙体结构，达到降低能耗的目的；
（2）冷热桥处理技术：采用自主研发的防火保温一体石膏基砂浆对梁、柱、板进行细部处理。 该砂浆具有良好的抗裂性能，能有效解决钢结构墙板、冷桥问题。 。
(3)节能门窗技术：门窗是损失能量最多的部件。 使用节能门窗可以有效节约能源。
02 节能外墙
节能外墙围护系统采用高效装配和节能围护系统技术，采用多层墙体施工，达到降低能耗的目的。 例如采用ALC双层板系统+120（空气层或岩棉）的复合结构。 复合保温方式，保温性能好，解决冷桥效应； 防水性能好，中间留有空气层，外层不漏水。 会影响室内； 施工速度快，湿工作量很低，防火性能好。
图8 组装式外壳结构示意图
03 预制内墙系统
内墙系统将具有自主知识产权的轻质石膏基砂浆预制墙板干挂在轻钢龙骨上，形成复合墙体。 管道可置于墙内，方便分离管道，敲击时不会空鼓。 声音（图9~10）。 这种墙体具有装配率高、结构简单成熟、易于工业化、生产线投资少等特点。
图9 预制复合内墙系统
图10 预制复合内墙系统相关实验研究
04 冷热桥处理——喷裹轻质砂浆
热桥是指建筑围护结构中传热能力较强、热流较密集、能量损失明显高于附近区域的部分。 热桥是加热和冷却期间热/冷损失最突出的位置。 热桥会导致建筑物凝结、发霉和过早损坏。
喷涂砂浆绿色环保。 它主要由砂浆混合物、聚苯乙烯颗粒和矿物基粘结剂组成。 这种材料被喷涂并快速凝固。 经过一定时间的固化后，形成一定的强度，具有良好的保温性能。 具有隔音、防火等性能的新型轻质建筑材料。 砂浆主要采用电厂废石膏材料制成，水泥用量较少。 是一种生产能耗低的建筑材料。 砂浆是一种可回收、无污染、可循环利用的建筑材料。 通过砂浆包裹，解决了围护系统隔音、气密性差的问题，同时还具有保温、防火的作用。
喷涂轻质砂浆的凝结时间可根据需要调整，可大大节省工期。 该技术简单有效地解决了隔音、开裂等问题； 具有良好的保温、防火性能； 它可以调节空气的干湿度，提高舒适度。
图11 喷涂轻质砂浆
05 装配式建筑配套高效节能门窗
据统计，不合格门窗的能耗占建筑总能耗的40%以上。 装配式建筑体系和门窗的支撑节点和门窗是低能耗技术的关键。 近年来，我国也在不断提高门窗的节能系数。 门窗的节能性能得到了很大的发展。 例如，被动式房屋所用门窗的K值可以达到0.8以下。 通过断桥技术、暖边技术、多层抽真空或充惰性气体等方法可以大大提高门窗的保温性能（图12）。
图12 节能门窗结构
四大结构体系
01 垂直组件
钢结构体系具有生产能耗低、可回收、循环利用等优点，是一种绿色建筑材料。 为了避免梁柱外露，便于组装和工业化生产，西安建筑科技大学根据长期研究，以少规格、多组合的思路确定了几种通用构件，由适合各种建筑功能的通用构件组成。 结构体系。
图13 墙式钢管混凝土柱
图14 墙柱钢板墙模块
图15 高强螺旋箍筋约束混凝土预制柱
除钢结构预制通用构件外，还开发了具有钢结构安装特点的高强螺旋箍筋约束混凝土预制柱和型钢混凝土预制柱。 与普通箍筋相比，使用高强度螺旋箍筋可节省箍筋用钢的一半，达到节省材料的效果。
02 抗侧向力构件
图16 抗侧向力构件
03 附属构件及楼板
图17 预制钢板PC复合楼梯
图18 预制PC空调及阳台
图19 适用于不同建筑体系的免模板楼板
04 高层住宅结构体系
由墙式钢管混凝土柱和抗侧力单元组成的高层住宅体系：墙式钢管柱框架-支撑系统和墙式钢管柱框架-装配式钢板墙体系统。
图20 墙式钢管柱框架-支撑系统
图21 墙式钢管柱框架-拼装钢板墙体系统
图22 密柱核心筒-外框架结构体系
05 高层公共建筑结构体系
钢连接梁连接墙柱，形成密集柱芯-外框架结构和高强螺旋箍筋约束的混凝土预制柱与钢梁的混合框架结构体系，可广泛应用于公共建筑。
图23 高强螺旋箍筋约束混凝土预制柱-钢梁混合框架结构体系
五智建设
01 BIM与绿色建筑结合技术
将BIM技术与绿色建筑相结合，可以提高施工能力，同时可以有效降低能耗、节省材料、缩短施工工期。 整合相关技术手段，最终形成设计-施工-运营全过程的数字化信息技术服务体。
图24 LOD400高精度模型与绿色信息服务
02 软件开发
装配式体系在图纸、放样、施工等方面与传统钢结构有所不同。 结合建筑系统，开发了绘图工具、计算工具、放样工具、协作平台。验证和详细设计辅助软件TSST可以进行墙柱验证、钢梁验证，还可以深化特殊参数设计节点。
图25 图纸建模及软件验证方案
03 智慧施工综合协同管理平台
智慧建筑综合协同管理平台是基于建筑全生命周期的协同工作平台。 由于装配式建筑参与者众多，它将项目周期内的所有参与者整合在一个统一的工作平台上，改变了传统的分散式通讯模式，实现了信息的集中存储和访问，从而缩短了项目周期，增强了准确性和及时性信息的传递提高了所有参与者之间的协作工作效率。 实现四个协同：设计协同、深化协同、加工协同、施工协同。 同时实现项目全生命周期管理，通过BIM4D、BIM5D、进度报告和成本预算实现项目建设成本的有效过程控制。
图26 智慧施工综合协同管理平台
04 装配生产线
系统拥有全套核心技术，从装配式钢结构生产线设备规划选型→配套围护产品生产线设备规划设计→加工施工技术标准→EPC-BIM协同管理平台→后期产品改进与完善研发、对各种建筑系统的设计可以提供整套的解决方案和技术服务。 我们还可以提供装配式建筑工业园区的规划策划服务。
27 加工设备及生产线规划
支持低能耗技术的其他六个系统
01 高效照明技术
大多数建筑都不满意自然采光装配式钢结构建筑，因此照明是建筑设计的重要组成部分，能源消耗问题也必须引起重视。 应根据不同的应用场景选择不同的照明方式和控制方式。 照明采用高效荧光灯，局部照明采用LED灯，照明箱内采用集中分区智能控制； 办公室采用高效荧光灯，吸顶式或悬挂式，现场开关控制； 走道采用节能筒灯或紧凑型节能荧光灯，吸顶式安装，采用智能照明控制系统结合现场开关控制。
02 太阳能利用
太阳能光伏系统用于为建筑行业公共区域提供照明装配式钢结构建筑，实现太阳能与建筑一体化。 该系统仅用于公共区域照明，无需逆变器并网，有效降低成本。
壁挂式太阳能热利用系统为居民提供生活热水，将太阳能与建筑融为一体，美化建筑立面。 图29为该技术在兰州新区23号装配式示范建筑项目中的应用。
03 光导照明技术
光导照明系统通过室外照明设备捕捉室外自然光并将其引入系统。 然后，经过导光装置的加强和高效传输后，扩散器将自然光均匀地引导到室内任何需要光的地方。 从黎明到黄昏，即使在阴天或雨天，照明系统也能为房间带来充足的光线。 平均节省80%以上的日间照明； 对环境无污染，与电照明不同，没有安全隐患； 一次性投资，投资回收期短，无需后续维护。
图30 墙面导光系统应用效果
七个结论
改变建筑行业传统的粗放生产方式，践行可持续发展理念是我们的初心； 减少建筑行业高能耗、高污染、高浪费，稳步提高建筑质量，建设绿色建筑是我们的目标。 ; BIM是实现工业化、信息化、智能化建设的最佳工具； 装配式钢结构建筑是实现绿色建筑的合理路径。
钢结构建筑组装灵巧，绿色雄伟，最终美丽。
（作者：郝继平、薛强、范春雷 单位：西安建筑科技大学）
参考
[1] 沉祖彦，罗锦辉，李元琪。 以钢结构建筑为抓手，推动建筑业绿色化、工业化、信息化协调发展[J]. 建筑钢结构进展，2016，18(2)：1-6。
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[3]苏惠林，陈森.SI系统专用M系列地面架空系统在装饰产业化中的应用[J]. 城市住房，2016.2：45-48。
[4] 张波，张淑慧。 关于钢结构建筑“三板”问题的思考[J]. 中国建筑金属结构，2018.9：24-26。
[5] 孙晓玲，郝继平，薛强，等。 墙式钢管混凝土柱抗震性能试验研究[J]. 建筑结构学报，2018.6（39）：92-101。
