装配式建筑在首都机场的应用

2022-03-21版权声明我要投稿

  摘要:机场是一个以运行管理为主的服务保障单位,要求建筑材料尽量采用“能场外、不场内;能预制、不现浇”的形式,减少因施工时间长对机场运行的影响。机场飞行区内航空器及其他保障设备运行噪声大,要求建筑围护结构有较高的隔声性能,为旅客及工作人员提供一个健康安静的舒适环境。机场飞行区内水、电、暖改造施工经常涉及穿越跑道、滑行道等区域,对航空器运行影响大,亟需找到一种解决替代方案来缓解这种安全压力。因此,本文简要阐述了装配式建筑施工技术的特点,并分析了首都机场东区机坪管制塔台生活设施改善项目实际案例,体现了装配式建筑在首都机场绿色环保方面的应用优势。

  关键词:装配式建筑;绿色环保;施工技术;建筑特点;

  近年来,随着以建设四型机场和打赢蓝天保卫战等为目标的一系列重大工程项目的陆续开展实施,首都机场的安全和运行压力逐渐增大。通过对首都机场的绿色机场建设和安全运行的需求分析,以及充分的市场调研,找出了能够解决需求问题的绿色建筑方案——绿色装配式建筑。

  打造绿色机场,须兼顾资源节约和运行效率,实现全生命周期绿色环保的目标。绿色发展不仅是在运行层面做到节能运行,还要将“绿色基因”贯穿整个项目周期,使机场做到高效低碳运行。首都机场的“绿色装配式建筑方案”入选绿色机场示范项目,该方案在项目全流程着力突出绿色特征:在设计上,采用BIM建模技术进行标准化设计,在提效的同时降低成本;在施工上,采用“预先定制,现场组装”的装配式建设方式,大幅缩短工期,实现资源节约;在使用上,融合多种绿色科技,最终实现建筑运行的近零能耗。

2 装配式建筑的特点

  2.1 节约材料

  装配式建筑的特点之一就是节约材料,建筑中大批的建筑部品在车间生产加工完成。其中包含的构件类别主要有外墙板、内墙板、叠合板、阳台、空调板、楼梯、预制梁、预制柱等。建筑中的结构外墙和内隔墙中经常使用装配式技术,通过固定的模板,在工厂进行加工,同时实行工业化生产,所以模板固定化、混凝土浇筑机械化是装配式结构外墙和内隔墙具备的优势。相较于传统施工中很容易出现的漏浆、混凝土用量难控制的问题,装配式结构技术的应用不但能加强预制板的精确度,同时还能节约混凝土的用量。并且通过工厂加工,还能节约钢筋,减少废料和断料量[1]。

  2.2 建造工期缩短,达到效率的提升

  建造工期缩短,达到效率的提升也是装配式建筑的优势之一。在确保部件质量标准化的基础上,实现了时间成本降低的目的。大量的装配作业在现场完成,与传统的现浇作业相比,大大减少了工作量。另外,以往的现浇技术应用到大批的材料运转中,每一层的材料运转都要增加相应的费用,但是装配技术因为原材料少,减少了运输和周转的次数,人力、物力得到最大限度地节省,提升了作业效率,降低了成本。

  2.3 标准化的生产,大大节约了人工成本

  同时,标准化的生产也节约了人工成本,这也是装配式建筑的特点。利用建筑、装修一体化进行设计、施工,装修随主体施工同时进行是最佳施工状态。在工厂里按照标准化的生产并完成构件的制作,确保了构件的质量,达到了工艺要求,材料的浪费问题得到有效控制[2]。在工厂完成对大批量构件的制作,减少了在施工现场的人工成本,人力资源得到节约。设计的标准化和管理的信息化,使构件越来越标准,同时生产效率也越来越高,相应的构件成本就会降低,配合工厂的数字化管理,整个装配式建筑的性价比也会越来越高。

  2.4 响应国家政策,符合推动绿色建筑的要求

  2.4.1 节约水资源

  首先,装配技术的工程构件在工厂全部加工完成,在施工现场可直接装配,不需要现场加工混凝土,减少了施工用水量;其次,装配技术的构件在工厂加工时就已经完成了循环水养护,使其强度在出厂前已达到设计要求,配件送到现场后无须养护;最后,装配技术相较于常规施工,需要的劳动力和机械设备有所减少,节省了一定量的生活用水。据统计,相对于常规施工,该技术可节约60%的水量[3]。

  2.4.2 减少环境污染

  装配技术采用干法施工,减少了现场浇筑混凝土的用量,现场无须砌筑、抹灰等,而现场拼装的方式,极大减少了建筑垃圾。据统计,该技术每100 m2产生的建筑垃圾比常规施工少5 t左右[4]。装配技术使用的材料全部是绿色环保材料。此外,装配施工技术降低了混凝土表面平整度的偏差,在改善施工现场环境的同时,还降低了对周边环境的影响。相比传统现浇混凝土造成的项目工地尘土飞扬,以及水泥砂石资源浪费的情况,装配式预制件只需在现场进行安装,施工现场的建筑垃圾大大减少。同时,在建筑中使用的材料可以进行二次利用,让建筑的部件可以循环使用。

  2.5 优化首都机场现场施工,安全便捷

  在对首都机场进行装配式施工时包括:模块化箱体设计、工厂组装配套系统、建筑整体现场组装。工厂模块化生产效率高,安全性好;现场组装拼接吊装拼接箱体,速度快,效率高,基本不产生施工垃圾,对周围航空器的运行影响小。

3 装配式建筑在首都机场实际案例中的应用

  以首都机场东区机坪管制塔台生活设施改善项目为例,首都机场东区机坪管制塔台是塔台管制人员倒班休息、开展会议的场所。整个建筑由44个标准集装箱柜体组合而成,项目采用标准化、模块化箱体设计,将绿色智能设备与装配式建筑相结合。该项目旨在打造一个“超低能耗”的实体绿色装配式示范建筑模型。目前该项目已正式投入使用,运行状况良好。该项目有以下6个特点。

  3.1 高性能围护结构

  外墙、屋面及地面采用外保温的形式,保温材料采用密度相对较高的材料。墙、顶、地结构采用多层复合结构,空气层及板材采用错缝搭接的方法,具备良好的保温隔热性能,同时也满足了机场隔声降噪的指标要求[5]。

  外墙构造形式(从外到内):装饰层+防水腻子+水泥纤维板+波纹板+轻钢龙骨(岩棉)+防火石膏板+防水腻子+涂料。

  屋面构造形式(从外到内):屋面波纹顶板+结构檩条(内填100 mm厚岩棉)+水泥纤维板+空腔(内填岩棉)+防火石膏板+涂料。

  地面结构形式(从外到内):砂浆粘接层+防滑地面+聚氨酯防水层+双层水泥纤维板+岩棉+防水透气层+彩钢板。

  外窗采用双膛窗形式,每层窗使用双层有机玻璃窗,通过增加玻璃厚度和窗扇与窗框之间的密封度(如外窗与墙体缝隙采用吸声材料填充,并使用气密性材料进行密封处理),完善外窗的隔声性能及保温隔热性能。

  外门使用多层钢质隔声门,内置空腔,并在空腔内填充吸声材料,采用门底密封装置。

  模块间双层隔墙及底框均采用柔性吸声材料填充,并进行有效气密性材料密封,防止噪声在模块间传递。

  3.2 建筑隔声减震设计

  项目位置地处飞行区内,周围环境较为空旷,根据往年气候状况分析,本地冬季最低气温达零下十几度,且周围24小时都有航空器滑跑、起飞和降落,现场测试最大噪声达到67 d B,条件非常不好。

  现场通过进行声环境测试、合围式建筑布局、封闭式走廊隔声设计,以及外窗内凹外围护格栅设计的应用,达到了很好的隔声减震效果[6]。

  3.3 节能环保、安全高效

  项目大部分工作都在场外加工完成(模块内部装修完成度高达90%),现场模块集装箱体整体吊装,不仅无污染、节约成本,而且对机场安全运行影响小,项目用时3天完成了现场吊装,以及所有主体工程的组装,大大缩短了项目的整体工期。

  3.4 绿色科技产品高融入性

  由于装配式建筑具有箱体标准化设计、能够自由组合、可进行场外预制等特点,可根据需要与各种绿色科技产品搭配组合,该项目融合了光伏建筑一体化系统、储能逆变系统、EMS智慧能源管理系统、高效直流变频VRV空调系统、石墨烯碳纳米电热膜采暖技术、高效新风热回收除霾系统、太阳能热水系统、光伏板智能清扫机器人系统。

  3.4.1 光伏建筑一体化

  项目采用屋面光伏建筑一体化的设计方式,工厂预留光伏组件埋件及孔洞,现场安装。屋面光伏采用单晶高效太阳能电池组件,组件功率330 W,转化效率19.98%,光伏面积约为783 m2,根据项目实际可用屋面面积,在最好的天气情况下每天的发电量约400 k W·h。经测算,该发电量与本建筑的空调、照明等生活用电负荷基本相当。同时,太阳能光伏组件平铺在屋面,与屋面之间用铝合金支架固定,光伏板与屋面之间形成一个10 cm左右的架空层,所有太阳能光伏组件在发电的同时也可以起到屋面隔热的作用,如表1所示。

  本项目储能系统分为固定式储能系统和移动式储能系统两部分,配置储能双向变流器、充电器、隔离变压器,并配置一套能量管理系统,协调整个系统的用电情况。固定式储能系统以储能蓄电池为载体,通过储能双向变流器实现交流、直流电能变换,“光伏储能系统—负载”与“市电—负载”两条链路通过STS电气设备实现相互切换。

  移动式储能系统是采用移动储能平台的形式,将储能电池及集成控制系统放置于可移动储能平台上,在保障配套集成房屋常规用电情况下,还能通过机场内的牵引车整体将移动储能平台移动到其他场所,应对机场紧急用电情况,提高机场电力供应的可靠性,为机场设施安全运行加一道保险。

  3.4.2 EMS智慧能源管理系统

  本项目采取光伏储能作为主电源、市电作为备用电源的运行方案,在市电与光伏储能之间增加静态转换开关STS实现自动切换。光伏储能作为一个独立的微网系统给机场负载进行供电,并实现与机场市电进行灵活切换。光伏储能系统作为固定储能、移动储能、负载的主要电源。在由光伏储能系统对负载进行供电时,固定储能系统以电压源方式运行。

  在市电进线开关下侧安装1台静态转换开关STS,负载接在静态转换开关STS输出侧。EMS智慧能源管理系统负责采集光伏、储能、市电处、负载侧的功率,监测光伏储能系统的运行状态。

  3.4.3 高效新风热回收除霾系统

  每间宿舍和活动室都会安装挂墙式新风换气装置,通过装置具有的排风热回收功能,回收排风能量节省电耗。同时,新风机组具有高效过滤PM2.5颗粒物的功能,为室内用户提供洁净的空气。此外,多联机的室内机安装PM2.5电子除尘过滤网,有效去除室内的颗粒污染物且不产生臭氧。

  3.4.4 供暖新技术的应用

  为保证冬季极端天气下房间的温度满足使用要求,项目选用了高效直流变频VRV空调作为冬季供暖的主要设备,同时每个房间的墙面内侧都隐蔽铺设了新型的建筑节能采暖系统——石墨烯碳纳米电热膜,作为辅助采暖。该电热膜是最高温度为40℃的安全低温辐射供暖系统,人体体感舒适,安静无噪声,一分钟快速升温,24 V低压供电,安全环保节能,可以自由弯曲、打孔,有很大的实用性和便捷性[7]。

  3.4.5 太阳能热水系统

  建筑中每间宿舍都配有单独淋浴间,屋顶集中设置太阳能热水系统,设有储水罐,热水24小时循环流动,保证淋浴用水即开即热。根据淋浴头数计算,设置太阳能集热器60 m2。太阳能热水的辅助热源选择电热,即使在天气不好的情况下,系统也能产生热水。

  3.4.6 光伏板智能清扫机器人

  屋面光伏板在灰尘较多或者有积雪的情况下,其发电效率会大打折扣,为了解决这个问题,项目为光伏板配备了智能清扫机器人系统,该系统可设定每日工作频次和时间,系统本身自带光伏发电设备,可长期不间断为屋面光伏板进行清洁维保工作,在提高了工作效率的同时,也降低了光伏发电系统的运维成本。

  3.5 绿色、智能技术交叉融合

  该项目是国内首例将零能耗建筑技术、模块化建筑技术与移动储能技术交叉融合,并进行一体化设计、集成及应用的示范项目,具有超低能耗、安静舒适、洁净空气、清洁能源、节能环保、智慧能源管理、移动式储能、装配式模块化等特点。

  3.6 BIM技术应用

  项目采用BIM建模技术进行标准化、模块化箱体设计,通过BIM软件进行建筑模型搭建、内部管线优化设计、施工过程管理,以及后期的运行协调,实现了建筑信息的集成,有效提高了工作效率,降低了成本,节约了资源。

4 结语

  本文通过对首都机场绿色、高效装配式建筑施工模式的实践探索,为“绿色机场”的建设提供了新思路,案例所展现的项目技术先进、方案成熟、可实施、可复制、可推广、导向明确、特色鲜明,具有较强的实用和推广应用价值。

参考文献

  [1] 李永涛.基于BIM技术的装配式建筑施工技术研究[J].建材与装饰,2019(32):3-4.

  [2]张士兴,杨志,王仑,等.装配式建筑综合施工技术研究与应用[J].建筑技术,2019,50(08):900-903.

  [3]席明星,赵小瑞.浅析绿色施工在建筑施工技术中的应用[J].居舍,2017(33):63.

  [4]刘虎城.浅谈绿色装配式钢结构建筑体系的应用[J].门窗,2019(10):12-13.

  [5]杨梅琳.装配式建筑的绿色与装配化程度综合评价研究[D].郑州大学,2018.

  [6] 刘珩.BIM技术在装配式建筑施工质量管理中的应用研究[J].中国建筑装饰装修,2020(10):98.

  [7]陈希茜.绿色建筑理论在装配式住宅建筑设计中的应用[J].安徽建筑,2021,28(06):75-86.

作者:陈红泉 单位:北京首都国际机场股份有限公司

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