光伏太陽(yáng)能板裝配式建筑外墻項(xiàng)目分析
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隨著現(xiàn)代社會(huì)的飛速發(fā)展，城市構(gòu)筑物正朝著裝配化與工廠化的方向發(fā)展，工廠化預(yù)制的優(yōu)越性在于既不受天氣影響，也不受土建和設(shè)備安裝條件的限制以及節(jié)能減排等諸多優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地完成“三通一平”后即可直接進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸與吊裝，可極大簡(jiǎn)短工期與減少人工費(fèi)用。當(dāng)前涉及節(jié)能保溫外墻的裝配式技術(shù)產(chǎn)生了突飛猛進(jìn)地發(fā)展。由于傳統(tǒng)的施工工藝現(xiàn)階段存在多種缺陷與弊端：現(xiàn)場(chǎng)施工安裝過(guò)程中，工藝落后，建筑工人整體專業(yè)水平低下，技術(shù)與素質(zhì)缺陷嚴(yán)重，專業(yè)的技術(shù)整合能力嚴(yán)重欠缺，管理人員與管理流程、程序混亂等，以上內(nèi)容均已成為嚴(yán)重限制現(xiàn)階段建筑業(yè)發(fā)展的枷鎖。在此階段，各級(jí)政府也在全力推行綠色節(jié)能建筑、裝配式建筑等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，住宅產(chǎn)業(yè)化作為一種新興的生產(chǎn)、施工建筑方式，在各地區(qū)均受到更加廣泛的支持與關(guān)注。如圖1所示，通過(guò)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)廠家在車間進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)，產(chǎn)出高精度、高標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)制構(gòu)件，其質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)的同時(shí)可極大提高生產(chǎn)效率，保證施工安全，縮短工期，對(duì)進(jìn)一步提高裝配式建筑與新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換，提高建筑技術(shù)水平有極大地促進(jìn)作用與意義。在當(dāng)前時(shí)期，建筑物內(nèi)部的非承重墻體常用的適宜材料為砼制結(jié)構(gòu)，其他結(jié)構(gòu)類型，如：磚混、鋼混等結(jié)構(gòu)類型，其施工安裝工期相對(duì)較長(zhǎng)，其對(duì)于施工安裝的技術(shù)要求相對(duì)較高，建筑工人的使用成本高，性價(jià)比低，最重要的是其結(jié)構(gòu)類型所最終形成的體系保溫性能差，氣密性不好。
通過(guò)施工安裝后的檢驗(yàn)與測(cè)量，發(fā)現(xiàn)內(nèi)外墻體的保溫性能與結(jié)構(gòu)整體性存在極值，即使用過(guò)程中易出現(xiàn)墻體開(kāi)裂、墻皮脫落等事宜，與此同時(shí)，對(duì)出現(xiàn)的沖擊荷載，節(jié)點(diǎn)連接位置的塑性鉸產(chǎn)生過(guò)程時(shí)間極短，對(duì)后期施工修復(fù)過(guò)程成本過(guò)高且操作困難。高峰等探究了非空調(diào)房間帶通風(fēng)流道的光伏外墻散熱性能，對(duì)非空調(diào)房間帶通風(fēng)流道的光伏墻和非空調(diào)房間普通墻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究；周宏敞等針對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)在建筑南向外墻采用密閉的光伏板－空腔－墻體的方式（CIGS光伏墻體），從基本原理出發(fā)利用CFD技術(shù)進(jìn)行分析；景琬淇等以新疆北部地區(qū)為例，從建筑單元的模塊化設(shè)計(jì)、模塊的組合邏輯與適用性設(shè)計(jì)、模塊的裝配建造與細(xì)部設(shè)計(jì)、建筑單元的綠色節(jié)能設(shè)計(jì)4方面，進(jìn)行”模塊化裝配式光伏建筑單元”系統(tǒng)性設(shè)計(jì)方案的探索。技術(shù)難點(diǎn)與原理現(xiàn)存墻體結(jié)構(gòu)以及太陽(yáng)能光伏集熱器的安裝方式不能很好地進(jìn)行結(jié)合，從而造成現(xiàn)有的墻體無(wú)法滿足太陽(yáng)能便捷安裝的需要；另外，在現(xiàn)存墻體與太陽(yáng)能進(jìn)行安裝后通常會(huì)因太陽(yáng)能熱水器受到較大風(fēng)力時(shí)產(chǎn)生晃動(dòng)、存在安全隱患。顯然，現(xiàn)有的傳統(tǒng)太陽(yáng)能光伏集熱器與外墻無(wú)法有效地滿足人們的需求，而發(fā)展一種使用廣泛、綠色環(huán)保、節(jié)能省工、設(shè)計(jì)先進(jìn)合理的太陽(yáng)能光伏集熱器一體化裝配式外墻將成為一種趨勢(shì)。裝配式建筑的所用構(gòu)件由于在自動(dòng)化工程車間生產(chǎn)，其擁有更完善的抗沖擊性，與此同時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)施工安裝期間使得工人更易操作，從而可得到更為廣泛地推廣。由于當(dāng)前階段的現(xiàn)澆鋼筋混凝土做法在傳統(tǒng)操作過(guò)程中存在過(guò)多的缺陷，預(yù)制裝配式建筑的外墻結(jié)構(gòu)在更大范圍限度內(nèi)可更加簡(jiǎn)易地操作，即將原始的建筑體系拆成多個(gè)預(yù)制構(gòu)件，運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝施工。因此，在建筑物尤其是家用居民樓這樣的中高層建筑物如何與進(jìn)行太陽(yáng)能熱水器等部件的便捷施工安裝以及整個(gè)墻體如何施工來(lái)解決上述問(wèn)題已成為目前需要解決的技術(shù)難題。
解決途徑
太陽(yáng)能光伏一體化裝配式外墻涉及到裝配式建筑與建筑節(jié)能領(lǐng)域，在內(nèi)葉墻的外側(cè)設(shè)有外葉墻，在外葉墻的外側(cè)的腔體內(nèi)設(shè)有太陽(yáng)能光伏集熱器，集熱器的外側(cè)壁與外葉墻外側(cè)壁平齊，在集熱器的后側(cè)通過(guò)前期的深化設(shè)計(jì)進(jìn)行管線的預(yù)留，其線路通過(guò)外、內(nèi)葉墻延伸至其內(nèi)側(cè)范圍內(nèi)。通過(guò)在其外、內(nèi)葉墻之間安裝多個(gè)拉結(jié)件進(jìn)行限制位置，再通過(guò)設(shè)置調(diào)節(jié)緊固件進(jìn)行內(nèi)葉墻與集熱器的調(diào)節(jié)。在太陽(yáng)能光伏集熱器一體化裝配式外墻的研究與應(yīng)用中，本項(xiàng)目的技術(shù)難點(diǎn)主要是太陽(yáng)能光伏集熱器與裝配式外墻兩種構(gòu)件的有機(jī)結(jié)合，使其組合成為適用性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)固、安全適用，外型美觀的一體化構(gòu)件。同時(shí)，對(duì)一體化裝配式外墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是項(xiàng)目工程保證安全穩(wěn)固的重中之重。對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行深化設(shè)計(jì)也十分重要，使得構(gòu)件最終拆分簡(jiǎn)單易行。通過(guò)深化研究從而探索出一種適用于太陽(yáng)能光伏集熱器一體化裝配式外墻的裝配整體式結(jié)構(gòu)體系。
關(guān)鍵技術(shù)分析
此項(xiàng)研究與應(yīng)用將有效地解決墻體結(jié)構(gòu)和太陽(yáng)能熱水器安裝方式的結(jié)合，同時(shí)避免太陽(yáng)能熱水器受到較大風(fēng)力時(shí)產(chǎn)生晃動(dòng)、存在安全隱患等問(wèn)題。做好太陽(yáng)能光伏集熱器一體化裝配式外墻的建筑及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，嚴(yán)格依照標(biāo)準(zhǔn)及圖集，確保參數(shù)輸入準(zhǔn)確，保證配筋率及混凝土標(biāo)號(hào)，進(jìn)行合理拆分及嚴(yán)格深化設(shè)計(jì)，對(duì)相同構(gòu)件部位統(tǒng)一生產(chǎn)，不同部位加以區(qū)分，提高標(biāo)準(zhǔn)化程度。集熱器一體化裝配式外墻，施工快捷，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)方法標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，將太陽(yáng)能安裝技術(shù)與裝配式建筑一體化結(jié)合，提高后期現(xiàn)場(chǎng)施工安裝效率，太陽(yáng)能光伏集熱器進(jìn)行合理優(yōu)化布置。通過(guò)系統(tǒng)分析確定集熱器在外墻的安裝位置與結(jié)合方式，提高構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化水平，保證構(gòu)件質(zhì)量、尺寸及預(yù)埋件位置。整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)方法標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，將太陽(yáng)能安裝技術(shù)與裝配式建筑一體化結(jié)合，提高后期現(xiàn)場(chǎng)施工安裝效率，平整度好，便于維護(hù)，增大了太陽(yáng)能的采光面積，更有效地滿足了人們的需求。同時(shí)避免太陽(yáng)能熱水器受到較大風(fēng)力時(shí)產(chǎn)生晃動(dòng)、存在安全隱患等問(wèn)題。對(duì)比外墻構(gòu)件，太陽(yáng)能光伏集熱器一體化裝配式外墻預(yù)制構(gòu)件的現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)少，施工速度快，對(duì)周圍環(huán)境影響小。顯著提升安裝速度和項(xiàng)目進(jìn)度。在構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程中，其模具尺寸及特性更加標(biāo)準(zhǔn)化，構(gòu)件質(zhì)量和工藝可以更好控制，模具重復(fù)利用率高，綜合成本更低。對(duì)模具內(nèi)表面進(jìn)行噴砂處理，提高模具內(nèi)表面平整度及光潔度，保證一體化裝配式外墻預(yù)制構(gòu)件表面平整與裝飾紋理，進(jìn)一步提高產(chǎn)品外觀感受。構(gòu)件質(zhì)量和工藝通過(guò)機(jī)械化可以得到更好的控制。
體系的深化設(shè)計(jì)
在進(jìn)行深化設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)AutodeskRevitArchitecture軟件進(jìn)行建筑信息模型BIM的構(gòu)建，在預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)流程前期即可進(jìn)行最新穎的概念和外觀構(gòu)思，并在整個(gè)構(gòu)件的生產(chǎn)、安裝過(guò)程中完美傳達(dá)設(shè)計(jì)理念。通過(guò)軟件進(jìn)行可持續(xù)設(shè)計(jì)分析、模擬碰撞檢測(cè)、施工建造預(yù)測(cè)等，對(duì)深化設(shè)計(jì)的圖紙進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化拆分研究。此輔加太陽(yáng)能光伏板的復(fù)合墻體系通過(guò)保溫連接件和限位件進(jìn)行內(nèi)外葉墻和光伏板的連接固定。如圖2所示，通過(guò)標(biāo)號(hào)為C30的混凝土和預(yù)制的機(jī)制鋼筋網(wǎng)片通過(guò)運(yùn)料車澆筑混凝土生產(chǎn)成型，值得注意的是，在墻體內(nèi)部設(shè)置暗框架—方鋼管，其附加的太陽(yáng)能光伏板預(yù)埋在其內(nèi)部空間內(nèi)，同時(shí)其系統(tǒng)也在其內(nèi)部。墻體的溫度保持系統(tǒng)通過(guò)高強(qiáng)玻璃纖維、EPS、XPS等保溫材料組合而成，同時(shí)在其保溫系統(tǒng)的兩個(gè)邊緣處粘貼防潮貼紙。墻體結(jié)構(gòu)的附加太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)設(shè)置在外葉墻的最外側(cè)的腔體內(nèi)部，兩個(gè)結(jié)構(gòu)體系的外側(cè)壁保持平齊，光伏系統(tǒng)通過(guò)兩個(gè)內(nèi)、外葉墻之間的連接限位拉結(jié)件進(jìn)行固定連接，通過(guò)其限位支撐螺栓、螺絲、螺塊、擋板、墊片進(jìn)行調(diào)節(jié)等操作，通過(guò)調(diào)節(jié)支撐可變的螺桿可以控制光伏信號(hào)傳輸速度。隨著設(shè)計(jì)過(guò)程的持續(xù)推進(jìn)，利用軟件內(nèi)置工具系統(tǒng)進(jìn)行概念澄清、生產(chǎn)施工準(zhǔn)備模型、自動(dòng)構(gòu)建參數(shù)化框架，與此同時(shí)提高深化設(shè)計(jì)圖紙的控制能力、精確性與靈活性。從概念模型到施工文檔的整個(gè)設(shè)計(jì)流程都在一個(gè)直觀環(huán)境中完成。
構(gòu)件的生產(chǎn)
在預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)化的模臺(tái)、立模等技術(shù)手段，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化集成生產(chǎn)，值得注意的是，主要針對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中預(yù)留、預(yù)埋的凹口、預(yù)埋件等精確位置進(jìn)行定位，以滿足預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。如圖3所示，立模兩立面表面干凈光滑，無(wú)砼渣；左右、下面旁板和窗內(nèi)膽處無(wú)混凝土殘留物；鐵掌、外掛架洞口等預(yù)埋件處無(wú)混凝土，表面光滑。模具立面和下旁板打油均勻，無(wú)積油；手指摸模具表面無(wú)明顯油漬，無(wú)黑；外掛架洞口預(yù)埋件處均勻打油，吊裝洞口預(yù)埋件刷黃油，不能將黃油粘到其他地方。對(duì)模臺(tái)清掃刷油完成后，立模拼縫處粘貼雙面膠，雙面膠要貼直并且要沿著旁板邊貼，不能深入產(chǎn)品里面。將線耳擰在磁性固定件上后吸入鐵掌凹槽；用吊機(jī)將鋼筋籠調(diào)入立模內(nèi)，并用鉤子掛住鋼筋籠上部；調(diào)整鋼筋籠位置，并對(duì)照預(yù)埋件調(diào)整部分鋼筋，避免預(yù)埋件擠壓鋼筋；將接地線按位置綁扎在鋼筋上，接地線上下端要貼著模具內(nèi)膽邊。模具拼裝后，檢查模具實(shí)際尺寸，符合圖紙尺寸。用手電筒照射立模內(nèi)部，無(wú)透光現(xiàn)象，預(yù)埋件不擠壓鋼筋。立模箱體上面無(wú)油布等雜物，無(wú)混凝土。立模箱體四周無(wú)混凝土碎塊、油布，地面無(wú)積油并打掃干凈。用油缸將立模合攏，兩邊旁板緊密貼。用扳手鎖兩側(cè)螺桿，螺絲需鎖緊無(wú)松動(dòng)。
質(zhì)量管控和運(yùn)輸
在當(dāng)今技術(shù)階段，通常存在構(gòu)件生產(chǎn)周期質(zhì)量管理層面的不健全。所以若要完全改善此裝配式建筑中的管控問(wèn)題，需要協(xié)調(diào)好各個(gè)生產(chǎn)、施工節(jié)拍，針對(duì)每一階段的整體調(diào)度十分重要。如圖4所示，通過(guò)中央控制室與RFID系統(tǒng)、自動(dòng)化生產(chǎn)線技術(shù)實(shí)現(xiàn)了企業(yè)上層計(jì)劃管理和下層制造過(guò)程的集成，達(dá)到了物流和信息流統(tǒng)一。通過(guò)RFID對(duì)本系統(tǒng)的使用，基于動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)，對(duì)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的物流運(yùn)行情況分析了時(shí)間參數(shù)，制定出了實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間方案，能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化車間的生產(chǎn)管理流程，提高車間的實(shí)際生產(chǎn)能力和企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
項(xiàng)目實(shí)施
太陽(yáng)能光伏集熱器一體化裝配式外墻采用全預(yù)制結(jié)構(gòu)形式，所有構(gòu)件產(chǎn)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)裝配便捷易行，可以縮短工期，減少建筑垃圾及揚(yáng)塵排放，降低工程成本。將太陽(yáng)能安裝技術(shù)與裝配式建筑一體化結(jié)合，提高后期現(xiàn)場(chǎng)施工安裝效率，此外墻無(wú)外凸部分，不僅美觀度高而且因其平整度好便于維護(hù)時(shí)進(jìn)行統(tǒng)一清理，同時(shí)增大了太陽(yáng)能的采光面積，更有效地滿足了人們的需求，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。①對(duì)太陽(yáng)能光伏集熱器一體化裝配式外墻進(jìn)行合理設(shè)計(jì)、集熱器的位置設(shè)計(jì)布置、拆分，對(duì)相同部位統(tǒng)一生產(chǎn)，不同部位加以區(qū)分，提高標(biāo)準(zhǔn)化程度。②從生產(chǎn)前檢查到生產(chǎn)完成過(guò)程對(duì)產(chǎn)品尺寸進(jìn)行控制，檢驗(yàn)集熱器與外墻的結(jié)合處，控制集熱器質(zhì)量，提高外墻模具精確度。③運(yùn)用精準(zhǔn)的測(cè)量工具進(jìn)行測(cè)量并設(shè)置預(yù)埋配件限位，確保后期安裝精確性。④對(duì)模具內(nèi)表面進(jìn)行噴砂處理，提高模具內(nèi)表面平整度及光潔度，進(jìn)一步提高產(chǎn)品外觀感受。⑤提供定量配比的修補(bǔ)料對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行修補(bǔ)及打磨。
結(jié)語(yǔ)
太陽(yáng)能光伏裝配式外墻無(wú)外凸部分，不僅美觀度高而且因其平整度好便于維護(hù)時(shí)進(jìn)行統(tǒng)一清理樓外墻體，同時(shí)增大了太陽(yáng)能的采光面積，更有效地滿足了人們的需求，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題?，F(xiàn)場(chǎng)干濕作業(yè)相結(jié)合，減少了建筑垃圾，加快了施工進(jìn)度，降低了工程成本，耗費(fèi)人力資源相對(duì)較少，施工更加方便，經(jīng)濟(jì)高效。
作者：楊培建 張春花 單位：山東萌山鋼構(gòu)工程有限公司
