光伏太陽能板裝配式建筑外墻項目分析

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隨著現(xiàn)代社會的飛速發(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，在現(xiàn)場施工場地完成“三通一平”后即可直接進行預(yù)制構(gòu)件的運輸與吊裝，可極大簡短工期與減少人工費用。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)場施工安裝過程中，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，通過預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)廠家在車間進行自動化生產(chǎn)，產(chǎn)出高精度、高標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)制構(gòu)件，其質(zhì)量優(yōu)質(zhì)的同時可極大提高生產(chǎn)效率，保證施工安全，縮短工期，對進一步提高裝配式建筑與新舊動能轉(zhuǎn)換，提高建筑技術(shù)水平有極大地促進作用與意義。在當(dāng)前時期，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較長，其對于施工安裝的技術(shù)要求相對較高，建筑工人的使用成本高，性價比低，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。

通過施工安裝后的檢驗與測量，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，即使用過程中易出現(xiàn)墻體開裂、墻皮脫落等事宜，與此同時，對出現(xiàn)的沖擊荷載，節(jié)點連接位置的塑性鉸產(chǎn)生過程時間極短，對后期施工修復(fù)過程成本過高且操作困難。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)房間普通墻進行實驗對比研究；周宏敞等針對嚴(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、模塊的組合邏輯與適用性設(shè)計、模塊的裝配建造與細(xì)部設(shè)計、建筑單元的綠色節(jié)能設(shè)計4方面，進行”模塊化裝配式光伏建筑單元”系統(tǒng)性設(shè)計方案的探索。技術(shù)難點與原理現(xiàn)存墻體結(jié)構(gòu)以及太陽能光伏集熱器的安裝方式不能很好地進行結(jié)合，從而造成現(xiàn)有的墻體無法滿足太陽能便捷安裝的需要；另外，在現(xiàn)存墻體與太陽能進行安裝后通常會因太陽能熱水器受到較大風(fēng)力時產(chǎn)生晃動、存在安全隱患。顯然，現(xiàn)有的傳統(tǒng)太陽能光伏集熱器與外墻無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)計先進合理的太陽能光伏集熱器一體化裝配式外墻將成為一種趨勢。裝配式建筑的所用構(gòu)件由于在自動化工程車間生產(chǎn)，其擁有更完善的抗沖擊性，與此同時，在現(xiàn)場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)操作過程中存在過多的缺陷，預(yù)制裝配式建筑的外墻結(jié)構(gòu)在更大范圍限度內(nèi)可更加簡易地操作，即將原始的建筑體系拆成多個預(yù)制構(gòu)件，運輸至現(xiàn)場進行安裝施工。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行太陽能熱水器等部件的便捷施工安裝以及整個墻體如何施工來解決上述問題已成為目前需要解決的技術(shù)難題。

解決途徑

太陽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)通過前期的深化設(shè)計進行管線的預(yù)留，其線路通過外、內(nèi)葉墻延伸至其內(nèi)側(cè)范圍內(nèi)。通過在其外、內(nèi)葉墻之間安裝多個拉結(jié)件進行限制位置，再通過設(shè)置調(diào)節(jié)緊固件進行內(nèi)葉墻與集熱器的調(diào)節(jié)。在太陽能光伏集熱器一體化裝配式外墻的研究與應(yīng)用中，本項目的技術(shù)難點主要是太陽能光伏集熱器與裝配式外墻兩種構(gòu)件的有機結(jié)合，使其組合成為適用性強，結(jié)構(gòu)穩(wěn)固、安全適用，外型美觀的一體化構(gòu)件。同時，對一體化裝配式外墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計是項目工程保證安全穩(wěn)固的重中之重。對其結(jié)構(gòu)設(shè)計方案進行深化設(shè)計也十分重要，使得構(gòu)件最終拆分簡單易行。通過深化研究從而探索出一種適用于太陽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

此項研究與應(yīng)用將有效地解決墻體結(jié)構(gòu)和太陽能熱水器安裝方式的結(jié)合，同時避免太陽能熱水器受到較大風(fēng)力時產(chǎn)生晃動、存在安全隱患等問題。做好太陽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，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，進行合理拆分及嚴(yán)格深化設(shè)計，對相同構(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)簡單，生產(chǎn)方法標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，將太陽能安裝技術(shù)與裝配式建筑一體化結(jié)合，提高后期現(xiàn)場施工安裝效率，太陽能光伏集熱器進行合理優(yōu)化布置。通過系統(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)簡單，生產(chǎn)方法標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，將太陽能安裝技術(shù)與裝配式建筑一體化結(jié)合，提高后期現(xiàn)場施工安裝效率，平整度好，便于維護，增大了太陽能的采光面積，更有效地滿足了人們的需求。同時避免太陽能熱水器受到較大風(fēng)力時產(chǎn)生晃動、存在安全隱患等問題。對比外墻構(gòu)件，太陽能光伏集熱器一體化裝配式外墻預(yù)制構(gòu)件的現(xiàn)場濕作業(yè)少，施工速度快，對周圍環(huán)境影響小。顯著提升安裝速度和項目進度。在構(gòu)件生產(chǎn)過程中，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。對模具內(nèi)表面進行噴砂處理，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，進一步提高產(chǎn)品外觀感受。構(gòu)件質(zhì)量和工藝通過機械化可以得到更好的控制。

體系的深化設(shè)計

在進行深化設(shè)計過程中，通過AutodeskRevitArchitecture軟件進行建筑信息模型BIM的構(gòu)建，在預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計流程前期即可進行最新穎的概念和外觀構(gòu)思，并在整個構(gòu)件的生產(chǎn)、安裝過程中完美傳達設(shè)計理念。通過軟件進行可持續(xù)設(shè)計分析、模擬碰撞檢測、施工建造預(yù)測等，對深化設(shè)計的圖紙進行標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化拆分研究。此輔加太陽能光伏板的復(fù)合墻體系通過保溫連接件和限位件進行內(nèi)外葉墻和光伏板的連接固定。如圖2所示，通過標(biāo)號為C30的混凝土和預(yù)制的機制鋼筋網(wǎng)片通過運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，其附加的太陽能光伏板預(yù)埋在其內(nèi)部空間內(nèi)，同時其系統(tǒng)也在其內(nèi)部。墻體的溫度保持系統(tǒng)通過高強玻璃纖維、EPS、XPS等保溫材料組合而成，同時在其保溫系統(tǒng)的兩個邊緣處粘貼防潮貼紙。墻體結(jié)構(gòu)的附加太陽能光伏系統(tǒng)設(shè)置在外葉墻的最外側(cè)的腔體內(nèi)部，兩個結(jié)構(gòu)體系的外側(cè)壁保持平齊，光伏系統(tǒng)通過兩個內(nèi)、外葉墻之間的連接限位拉結(jié)件進行固定連接，通過其限位支撐螺栓、螺絲、螺塊、擋板、墊片進行調(diào)節(jié)等操作，通過調(diào)節(jié)支撐可變的螺桿可以控制光伏信號傳輸速度。隨著設(shè)計過程的持續(xù)推進，利用軟件內(nèi)置工具系統(tǒng)進行概念澄清、生產(chǎn)施工準(zhǔn)備模型、自動構(gòu)建參數(shù)化框架，與此同時提高深化設(shè)計圖紙的控制能力、精確性與靈活性。從概念模型到施工文檔的整個設(shè)計流程都在一個直觀環(huán)境中完成。

構(gòu)件的生產(chǎn)

在預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)過程中，通過使用標(biāo)準(zhǔn)化的模臺、立模等技術(shù)手段，進行產(chǎn)業(yè)化集成生產(chǎn)，值得注意的是，主要針對設(shè)計過程中預(yù)留、預(yù)埋的凹口、預(yù)埋件等精確位置進行定位，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，無砼渣；左右、下面旁板和窗內(nèi)膽處無混凝土殘留物；鐵掌、外掛架洞口等預(yù)埋件處無混凝土，表面光滑。模具立面和下旁板打油均勻，無積油；手指摸模具表面無明顯油漬，無黑；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。對模臺清掃刷油完成后，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，檢查模具實際尺寸，符合圖紙尺寸。用手電筒照射立模內(nèi)部，無透光現(xiàn)象，預(yù)埋件不擠壓鋼筋。立模箱體上面無油布等雜物，無混凝土。立模箱體四周無混凝土碎塊、油布，地面無積油并打掃干凈。用油缸將立模合攏，兩邊旁板緊密貼。用扳手鎖兩側(cè)螺桿，螺絲需鎖緊無松動。

質(zhì)量管控和運輸

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題，需要協(xié)調(diào)好各個生產(chǎn)、施工節(jié)拍，針對每一階段的整體調(diào)度十分重要。如圖4所示，通過中央控制室與RFID系統(tǒng)、自動化生產(chǎn)線技術(shù)實現(xiàn)了企業(yè)上層計劃管理和下層制造過程的集成，達到了物流和信息流統(tǒng)一。通過RFID對本系統(tǒng)的使用，基于動態(tài)跟蹤系統(tǒng)，對養(yǎng)護系統(tǒng)的物流運行情況分析了時間參數(shù)，制定出了實際生產(chǎn)時間方案，能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化車間的生產(chǎn)管理流程，提高車間的實際生產(chǎn)能力和企業(yè)的市場競爭力。

項目實施

太陽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)場裝配便捷易行，可以縮短工期，減少建筑垃圾及揚塵排放，降低工程成本。將太陽能安裝技術(shù)與裝配式建筑一體化結(jié)合，提高后期現(xiàn)場施工安裝效率，此外墻無外凸部分，不僅美觀度高而且因其平整度好便于維護時進行統(tǒng)一清理，同時增大了太陽能的采光面積，更有效地滿足了人們的需求，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。①對太陽能光伏集熱器一體化裝配式外墻進行合理設(shè)計、集熱器的位置設(shè)計布置、拆分，對相同部位統(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)完成過程對產(chǎn)品尺寸進行控制，檢驗集熱器與外墻的結(jié)合處，控制集熱器質(zhì)量，提高外墻模具精確度。③運用精準(zhǔn)的測量工具進行測量并設(shè)置預(yù)埋配件限位，確保后期安裝精確性。④對模具內(nèi)表面進行噴砂處理，提高模具內(nèi)表面平整度及光潔度，進一步提高產(chǎn)品外觀感受。⑤提供定量配比的修補料對產(chǎn)品進行修補及打磨。

結(jié)語

太陽能光伏裝配式外墻無外凸部分，不僅美觀度高而且因其平整度好便于維護時進行統(tǒng)一清理樓外墻體，同時增大了太陽能的采光面積，更有效地滿足了人們的需求，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。現(xiàn)場干濕作業(yè)相結(jié)合，減少了建筑垃圾，加快了施工進度，降低了工程成本，耗費人力資源相對較少，施工更加方便，經(jīng)濟高效。

作者：楊培建 張春花 單位：山東萌山鋼構(gòu)工程有限公司