張晶波，田 偉，何 瑞

(1.中國(guó)建筑股份有限公司，北京 100029； 2.上海中建海外發(fā)展有限公司，上海 200125； 3.中國(guó)建筑股份有限公司埃及分公司，埃及 開羅 11835)

0 引言

北非地區(qū)地處亞洲、歐洲、非洲的連接點(diǎn)，是“一帶一路”倡議的重要戰(zhàn)略支點(diǎn)，中國(guó)在北非的影響力也逐漸增大。目前，在“一帶一路”倡議框架下，雙方合作主要集中在基礎(chǔ)設(shè)施、房建、能源等領(lǐng)域。中國(guó)建筑企業(yè)在北非地區(qū)投資或承建了許多地標(biāo)性建筑，如阿爾及爾歌劇院、喜來登酒店、阿爾及爾大清真寺、東西高速公路及埃及新行政首都CBD、阿拉曼超高層公寓等項(xiàng)目[1]。例如，目前非洲第一高樓Iconic Tower也由中國(guó)建筑企業(yè)承建，高度達(dá)385.8m，被譽(yù)為埃及新時(shí)期的“金字塔”。

北非地區(qū)地勢(shì)平坦，氣候干旱，沙漠廣布，北非的撒哈拉沙漠是世界上最大的沙漠，其面積約占非洲總面積的32%。北非地區(qū)以沙漠氣候?yàn)橹?，表現(xiàn)為終年炎熱干燥，年均降水量50～200mm，蒸發(fā)量約為降水量的20倍以上，是地球上最干燥的地區(qū)，夏季氣溫較高，絕對(duì)最高氣溫>50℃，地面溫度更高。北非的撒哈拉沙漠也是全球沙塵的重要發(fā)源地，春夏時(shí)節(jié)沙塵暴發(fā)生頻繁。

在北非地區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)，需根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蚝唾Y源條件，因地制宜，大力推行綠色建造，開展沙漠地區(qū)綠色建造技術(shù)研究，節(jié)約資源，以人為本，保護(hù)環(huán)境，提升工程品質(zhì)。

1 綠色建造概念

綠色建造是著眼于建筑全生命周期，在保證工程質(zhì)量和安全的前提下，踐行可持續(xù)發(fā)展理念，堅(jiān)持以人為本、因地制宜，通過科學(xué)管理和技術(shù)進(jìn)步，在工程建造過程中最大限度地節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)綠色施工要求，生產(chǎn)綠色建筑產(chǎn)品的工程活動(dòng)[2]。

綠色建造是在 “創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”的大背景下提出的，綠色建造強(qiáng)調(diào)環(huán)境保護(hù)、資源節(jié)約和以人為本的理念，重視建造全過程和最終產(chǎn)品的綠色化，追求工程項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與環(huán)境等綜合效益的最大化。綠色建造注重工程立項(xiàng)策劃、設(shè)計(jì)與施工的深度融合，打破建設(shè)過程中多元主體間的壁壘，有效控制建造全過程中的不利因素，實(shí)現(xiàn)整體效益最大化。綠色建造通過推行工程項(xiàng)目策劃、設(shè)計(jì)與施工一體化的建造模式，有利于資源配置的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效，提高產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，助推生態(tài)文明建設(shè)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展[3]。

在沙漠地區(qū)推行綠色建造技術(shù)，不僅有利于提高勞動(dòng)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境，更能體現(xiàn)中國(guó)建筑企業(yè)的綜合建造能力和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)進(jìn)一步拓展市場(chǎng)具有重要意義。

2 沙漠地區(qū)綠色建造技術(shù)

綠色建造技術(shù)的創(chuàng)新和研發(fā)是綠色建造發(fā)展的動(dòng)力和源泉[4]，針對(duì)沙漠地區(qū)的特點(diǎn)，因地制宜，研發(fā)了一系列沙漠地區(qū)綠色建造技術(shù)，其中的典型技術(shù)如下。

2.1 設(shè)計(jì)施工一體化技術(shù)

綠色建造強(qiáng)調(diào)充分發(fā)揮總承包的設(shè)計(jì)管理特長(zhǎng)，融合設(shè)計(jì)施工一體化綜合優(yōu)勢(shì)，結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，達(dá)到提升工程品質(zhì)、降低施工難度、提高施工效率、降低成本、加快工期的目的。典型的設(shè)計(jì)施工一體化技術(shù)案例如下。

例如，某超高層項(xiàng)目筏板原設(shè)計(jì)為U形，平均厚度為5m，局部厚度最大達(dá)9m，同時(shí)筏板下需回填1萬m3素混凝土，如圖1a所示。此設(shè)計(jì)存在素混凝土回填量大、成本高、施工難度大和施工工效低等問題。通過分析對(duì)比，將筏板由U形改為平板，降低筏板標(biāo)高，增加1層架空層，取消5m厚素混凝土回填，如圖1b所示。此設(shè)計(jì)不僅降低施工難度，減少1萬m3素混凝土回填和筏板鋼筋、混凝土用量，而且縮短了工期。同時(shí)，增加了架空層，既提高了建筑使用空間，又增加了結(jié)構(gòu)嵌固深度，提升了結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性和安全性。

圖1 筏板設(shè)計(jì)

再如，某項(xiàng)目存在筏板施工工期緊，5m高筏板單側(cè)支模難度較大，筏板邊緣作業(yè)面狹窄等問題。為解決上述問題，在筏板外側(cè)設(shè)計(jì)1道5.25m高混凝土墻體，此道墻體有3個(gè)作用：①作為筏板澆筑時(shí)的模板；②作為擋土墻，將外側(cè)的回填作業(yè)提前，為后續(xù)施工創(chuàng)造作業(yè)面；③可將筏板外側(cè)的防水等工序提前，加快施工進(jìn)度。在筏板進(jìn)行局部開挖、墊層施工及平面防水施工的同時(shí)，擋土墻同時(shí)進(jìn)行分段施工，如圖2a所示。在筏板底筋綁扎完成30%時(shí)，擋土墻已完成，如圖2b所示。在筏板澆筑前，完成外側(cè)的紅土回填工作，既保障了筏板快速澆筑的模板安全，又為后續(xù)工作提供了作業(yè)空間，如圖2c所示。經(jīng)綜合測(cè)算，此墻體的成本與單側(cè)支模的直接成本及工期成本相比，總體降低成本30萬元，并為筏板的快速成功澆筑及后續(xù)工作的推進(jìn)打下基礎(chǔ)。

圖2 擋土墻兼作模板方案

2.2 高強(qiáng)鋼筋應(yīng)用

在當(dāng)?shù)亟ú氖袌?chǎng)主流鋼筋強(qiáng)度為400MPa的情況下，在對(duì)當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)和歐洲市場(chǎng)調(diào)研后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)乜蛇M(jìn)口歐洲市場(chǎng)的500MPa高強(qiáng)鋼錠，在當(dāng)?shù)剡M(jìn)行500MPa高強(qiáng)鋼筋加工，且成本增加較少。主動(dòng)和所在國(guó)排名前三的鋼筋生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)系，要求專門生產(chǎn)500MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋，以替換常規(guī)的400MPa級(jí)鋼筋。在明確了技術(shù)要求后，僅以比400MPa級(jí)鋼筋高3%的價(jià)格獲得500MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋，不僅降低了成本，也節(jié)約了資源，方便了現(xiàn)場(chǎng)施工。

2.3 沙漠地區(qū)高性能大體積混凝土技術(shù)

根據(jù)沙漠地區(qū)高熱、高溫差、干燥的氣候特點(diǎn)，結(jié)合大體積混凝土施工和溫度控制經(jīng)驗(yàn)，提出沙漠地區(qū)大體積混凝土應(yīng)具有低水化熱、高擴(kuò)展度、3h保擴(kuò)性能和高流態(tài)性能。特別是3h保擴(kuò)性能指標(biāo)，指的是要求混凝土在3h內(nèi)混凝土擴(kuò)展度損失在5%以內(nèi)。在沙漠地區(qū)高性能大體積混凝土配合比研發(fā)中，采用低熱性能材料比選、正交設(shè)計(jì)及試配試驗(yàn)等方法，選用適量高效減水劑和復(fù)合高效緩凝劑，適當(dāng)延遲混凝土初凝時(shí)間，配制出低水化熱、大流動(dòng)度的大體積混凝土。

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，5m厚筏板大體積混凝土的核心最高溫度為64.8°C，筏板核心和表面最大溫差為38.5°C。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，混凝土配合比良好，適應(yīng)沙漠地區(qū)氣候特點(diǎn)，有效保證了筏板施工質(zhì)量。

2.4 沙漠地區(qū)免振混凝土技術(shù)

北非沙漠地區(qū)建筑工人的技術(shù)水平相對(duì)較低，且在白天高溫下，澆筑過程中若振搗不及時(shí)，極易出現(xiàn)質(zhì)量問題。為解決上述問題，研發(fā)了沙漠地區(qū)免振搗混凝土。利用礦渣粉等礦物摻合料的微細(xì)粉填充效應(yīng)和礦物減水效應(yīng)，減少混凝土泌水風(fēng)險(xiǎn)并提高流動(dòng)性，降低早期塑性收縮量，提高混凝土拌合物工作性能?；炷恋某跄龝r(shí)間控制在7～9h，入泵坍落度為240～260mm，入泵擴(kuò)展度為(700±50)mm，3h內(nèi)坍落度損失<10%，具有大流動(dòng)性、保坍性好、勻質(zhì)性好、自密實(shí)、免振搗及良好的可泵性、和易性等特點(diǎn)，便于泵送施工。

免振搗混凝土的研發(fā)彌補(bǔ)了當(dāng)?shù)毓と说募夹g(shù)缺陷，提高了施工質(zhì)量，同時(shí)節(jié)省了人力成本，雖然混凝土直接成本略有增加，但降低了綜合成本，綜合效益明顯。

2.5 沙漠地區(qū)大體積混凝土綜合澆筑技術(shù)

沙漠地區(qū)氣候干燥，白天光照強(qiáng)烈，對(duì)大體積混凝土澆筑的不利因素較多。澆筑時(shí)間越長(zhǎng)，出現(xiàn)冷縫及質(zhì)量問題的概率越大[5]，因此需在最短時(shí)間內(nèi)將大體積混凝土澆筑完畢。一般情況下，沙漠地區(qū)場(chǎng)地空間相對(duì)寬闊，在筏板大體積混凝土施工階段，周圍可利用空間較大，可充分利用場(chǎng)地優(yōu)勢(shì)，通過科學(xué)合理的現(xiàn)場(chǎng)施工組織，充分利用現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地優(yōu)勢(shì)，采用“溜槽+汽車泵+地泵+自卸”多種方式結(jié)合的澆筑方式，整體斜面分層推移式澆筑，如圖3所示。利用上述綜合澆筑方法，38h便完成了埃及建筑史上最大(直徑70m、厚5m、方量18 500m3)混凝土筏板的無縫連續(xù)一次性澆筑，創(chuàng)造了埃及建筑史上的奇跡。其中，采用溜槽、自卸方式澆筑的混凝土接近1萬m3，不僅節(jié)約了大量能源，而且大大提高了施工效率。

圖3 大體積混凝土綜合澆筑技術(shù)

2.6 沙漠地區(qū)混凝土養(yǎng)護(hù)技術(shù)

沙漠地區(qū)溫度高、濕度小、晝夜溫差大、高空風(fēng)力大，對(duì)混凝土養(yǎng)護(hù)影響較大。若采用傳統(tǒng)的澆水養(yǎng)護(hù)方式，存在蒸發(fā)量大、有效養(yǎng)護(hù)用水少、澆水頻率高的問題。綜合考慮，采取以下養(yǎng)護(hù)措施：外側(cè)迎風(fēng)面采用養(yǎng)護(hù)液養(yǎng)護(hù)，內(nèi)側(cè)噴淋養(yǎng)護(hù)，將噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)安裝到爬模系統(tǒng)，隨同爬模系統(tǒng)共同爬升，對(duì)混凝土樓層逐層養(yǎng)護(hù)，如圖4所示，達(dá)到提高養(yǎng)護(hù)效率、節(jié)約用水的目的。同時(shí)，由于采用噴淋養(yǎng)護(hù)，還能產(chǎn)生降低作業(yè)面溫度的間接效果。

圖4 混凝土噴淋養(yǎng)護(hù)

2.7 沙漠砂利用技術(shù)

沙漠地區(qū)有豐富的沙漠砂資源，就地取材，利用沙漠地區(qū)豐富的優(yōu)質(zhì)砂特點(diǎn)，在混凝土配合比和建筑做法中，大量利用沙漠砂，方便采購(gòu)、降低成本、保證質(zhì)量。選取符合要求的優(yōu)質(zhì)砂礦，對(duì)含泥量、細(xì)度模數(shù)等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行控制。采用篩選砂礦，混凝土用砂的細(xì)度模數(shù)宜控制在2.3～3.0，云母含量≤1.0%，含泥量≤1.5%，泥塊含量≤0.5%。采購(gòu)優(yōu)質(zhì)沙漠砂作為混凝土原材，進(jìn)行以沙漠砂為原材的混凝土配合比研發(fā)，為項(xiàng)目提供低成本、高質(zhì)量混凝土。

充分利用項(xiàng)目周圍豐富的沙漠砂資源，在了解當(dāng)?shù)爻Ｓ玫慕ㄖ龇ɑA(chǔ)上，在同設(shè)計(jì)方溝通的前提下，將沙漠砂用于室內(nèi)回填、建筑施工中，降低材料成本。如圖5所示，將沙漠砂用于裙房混凝土配筋地面下的大面積回填中。

圖5 沙漠砂用于室內(nèi)回填

2.8 沙漠地區(qū)除塵降溫技術(shù)

針對(duì)沙漠地區(qū)沙塵大、溫度高的氣候特點(diǎn)，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置霧炮，充分利用霧炮作用，每天根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況定時(shí)開啟霧炮：①提高現(xiàn)場(chǎng)濕度，達(dá)到降塵效果；②利用水汽，達(dá)到局部降溫效果，調(diào)節(jié)施工現(xiàn)場(chǎng)局部范圍內(nèi)的溫度和濕度，改善作業(yè)條件，如圖6所示。

圖6 霧炮除塵降溫

2.9 核心筒與外框豎向變形差層高補(bǔ)償技術(shù)

超高層建筑混凝土核心筒與外框鋼結(jié)構(gòu)間普遍存在豎向變形差，核心筒混凝土豎向變形主要由彈性變形、收縮變形和徐變變形構(gòu)成[6]。由于沙漠地區(qū)干燥的氣候條件，收縮變形的影響更大，為控制豎向變形差的不利影響，研發(fā)了混凝土核心筒標(biāo)高補(bǔ)償技術(shù)，通過調(diào)整樓層設(shè)計(jì)標(biāo)高，提前補(bǔ)償核心筒變形，在結(jié)構(gòu)封頂階段，實(shí)現(xiàn)混凝土核心筒與外框鋼結(jié)構(gòu)間變形差的最小化。如圖7所示，計(jì)算得到某項(xiàng)目竣工時(shí)核心筒和外框鋼結(jié)構(gòu)的變形差約為25mm，通過核心筒標(biāo)高補(bǔ)償技術(shù)，從25層到59層，每層標(biāo)高比設(shè)計(jì)標(biāo)高高12mm；從60層到69層，每層標(biāo)高比設(shè)計(jì)標(biāo)高高20mm；從70層到屋頂，每層標(biāo)高比設(shè)計(jì)標(biāo)高高28mm。通過核心筒標(biāo)高補(bǔ)償技術(shù)，可將核心筒和外框的變形差控制在5mm以內(nèi)，屋頂?shù)淖冃尾罱咏?。

圖7 樓層標(biāo)高補(bǔ)償

該技術(shù)僅以數(shù)方混凝土成本，達(dá)到減小核心筒與外框間豎向變形差的良好效果，控制了變形差引起的附加應(yīng)力，保證了結(jié)構(gòu)安全，同時(shí)也保證了樓層凈高。

2.10 施工用水循環(huán)利用

沙漠地區(qū)水資源匱乏，施工用水的高效利用是綠色建造的重要內(nèi)容。通過對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)施工用水，特別是洗泵用水的收集、沉淀、處理和重復(fù)利用，達(dá)到水資源的高效利用(見圖8)。

圖8 施工用水循環(huán)利用

2.11 鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)焊接防曬技術(shù)

在鋼柱施工過程中，焊接工作量大，工作時(shí)間長(zhǎng)，屬于高空作業(yè)，為此設(shè)計(jì)制作了鋼柱焊接平臺(tái)(見圖9)，為工人提供安全可靠的作業(yè)平面，同時(shí)考慮到沙漠地區(qū)日照強(qiáng)烈，設(shè)置了可拆卸帆布頂棚，為工人提供遮蔽陽(yáng)光設(shè)施，同時(shí)可減少高空大風(fēng)對(duì)焊接作業(yè)的影響。

圖9 鋼柱焊接作業(yè)防曬平臺(tái)

2.12 高溫差下鋼結(jié)構(gòu)合龍控制技術(shù)

沙漠地區(qū)白天日照強(qiáng)烈，溫度高，夜晚溫度低，晝夜溫差大。鋼結(jié)構(gòu)完全暴露于太陽(yáng)輻射下，且鋼結(jié)構(gòu)對(duì)溫度作用較敏感，給安裝帶來巨大挑戰(zhàn)。伸臂桁架的合龍方案是超高層建筑施工階段的關(guān)鍵。在晝夜溫差較大的沙漠地區(qū)，選擇一個(gè)合理的合龍方案便顯得尤為重要。伸臂桁架合龍的關(guān)鍵技術(shù)包括：①合龍線選擇；②合龍溫度確定；③溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)；④物理降溫技術(shù)；⑤合龍段長(zhǎng)度和合龍口間隙；⑥合龍段安裝工藝；⑦合龍焊接技術(shù)；⑧合龍時(shí)間控制。

通過對(duì)溫度差異引起結(jié)構(gòu)的內(nèi)力效應(yīng)、太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)的影響因素及降低太陽(yáng)輻射溫升的措施進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)得到結(jié)構(gòu)各區(qū)域構(gòu)件的太陽(yáng)輻射照度，合理確定溫度場(chǎng)技術(shù)采用的各種參數(shù)及室內(nèi)外風(fēng)速和相應(yīng)的熱傳導(dǎo)技術(shù)邊界條件，采用有限元法計(jì)算各構(gòu)件表面的輻射溫度與構(gòu)件的平均輻射溫升。根據(jù)項(xiàng)目地點(diǎn)歷史氣象溫度記錄與變化趨勢(shì)、太陽(yáng)輻射溫升、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性及結(jié)構(gòu)施工的實(shí)際進(jìn)程，綜合確定合理溫度與最大正、負(fù)溫差。合龍施工技術(shù)措施主要為：合龍前測(cè)量，矯正施工(標(biāo)高調(diào)整、水平誤差調(diào)整)，矯正后測(cè)量，合龍施工(在設(shè)計(jì)溫度下，安排多名焊接工人在規(guī)定時(shí)間和溫度下同時(shí)施工，使整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)在整條合龍線上同時(shí)合龍)。

3 沙漠地區(qū)綠色建造技術(shù)發(fā)展方向

1)“一體化”強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)施工的深度融合，總承包單位通過自身的設(shè)計(jì)管理能力，優(yōu)化、深化設(shè)計(jì)，將施工的可操作性和便利性作為重要因素融入設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)施工的一體化，最大限度地節(jié)約資源、提高效率和保護(hù)環(huán)境。

2)“精益化”強(qiáng)調(diào)建造過程統(tǒng)籌考慮、精細(xì)管理，提高質(zhì)量、減少浪費(fèi)、節(jié)約資源、防止污染，提升經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

3)“信息化”強(qiáng)調(diào)通過信息技術(shù)在建造過程中的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)節(jié)材、節(jié)能及提高工效等目的，信息技術(shù)的應(yīng)用體現(xiàn)在施工作業(yè)層面與工程管理層面。

4)“機(jī)械化”強(qiáng)調(diào)在工程建設(shè)中利用工程機(jī)械替代人的體力勞動(dòng)，特別是智能化工程機(jī)械，實(shí)現(xiàn)信息傳輸、智能處理及實(shí)際操作于一體，提高施工效率，降低人力成本，保障工程品質(zhì)。

5)“裝配化”強(qiáng)調(diào)將施工現(xiàn)場(chǎng)大量的高強(qiáng)度作業(yè)轉(zhuǎn)向工作環(huán)境可實(shí)現(xiàn)人為控制的廠房?jī)?nèi)，在廠房?jī)?nèi)進(jìn)行現(xiàn)代化生產(chǎn)，減少現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量，減少揚(yáng)塵、噪聲和廢棄物排放，改善工人作業(yè)條件，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少污染，保護(hù)環(huán)境，提高工效，縮短工期，減少施工安全隱患，保證建筑品質(zhì)。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)北非地區(qū)以沙漠氣候?yàn)橹?，終年炎熱干燥、高溫少雨的氣候特點(diǎn)和資源現(xiàn)狀，研發(fā)了適合北非沙漠地區(qū)的一系列綠色建造技術(shù)，這些沙漠地區(qū)綠色建造技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用展現(xiàn)了中國(guó)建筑企業(yè)從設(shè)計(jì)、施工到管理的強(qiáng)大綜合建造能力，為中國(guó)建筑企業(yè)樹立了良好形象，為中國(guó)建筑企業(yè)走出去奠定了扎實(shí)基礎(chǔ)。