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新型建筑材料与智慧建造技术发展综述

张平1 陈永祥1 何丽鑫2

1.沈阳国际工程咨询集团有限公司,辽宁沈阳,110014;2.沈阳招标中心有限公司,辽宁沈阳,110014

摘要: 新型材料在我国当前建筑领域的应用越来越广,其优势也在不断应用的过程中逐渐显现,并得到了更加广泛的推广,这使得建筑的性能得到了一定程度的提升。依据不同工程的具体情况,采用合理的建筑材料进行施工能够在优化建筑的同时,最大限度地降低对环境的污染和破坏,拥有十分广阔的发展前景。
关键词: 新型建筑材料;建筑工程;智慧建造技术
DOI:10.12721/ccn.2025.159907
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新型建筑材料是在传统建筑材料基础上生产出的新一代建筑材料,比传统的单一型建筑材料的应用前景更为广泛,能够在建筑行业的应用中形成多种用途。通过新型的制造工艺为建筑材料增加了各种特殊的属性和功能。新型建筑材料的快速发展和运用,很好地改善了我国城乡居民的环境,使工程的效率和质量获得了提升,同时为我国的节能环保事业贡献出一份力量。

1.新型建筑材料分析

1.1.材料回收利用

橄榄油渣获得高环保型建筑业保温材料,通过测试得出橄榄油渣可以开发出隔热和吸声性材料用于建筑工程中。将FRP 材料与海砂混凝土组合对海砂进行开发,有效缓解了我国沿海地区建筑用砂紧缺的难题,以废砖为骨料,稻壳灰为填充料,经胶凝材料作用制备渗水蓄水生态建筑材料,充分利用废弃产品。秸秆材料在建筑中的应用,符合可持续发展理念和建筑全寿命周期节能的要求,是落实国家生态文明建设理念的重要发展思路。用废弃的大理石粉来控制混凝土中碱二氧化硅反应性,实验表明该方法具有可行性,从而实现持久、可持续和经济的建设。为了解决环境问题和降低建筑材料成本,利用酿酒工业废弃硅藻土开发新型水泥砂浆,并与原始水泥砂浆进行比较。经过水预处理、浸泡、干燥,并通过试验证明,硅藻土的添加可以提高水泥砂浆的强度,并能有效地回收废弃硅藻土。

1.2.自修复材料

浇筑时可以在混凝土中添加一些碱性细菌芽孢,并使用两种不同类型的细菌来实现自我修复功能。以九水硅酸钠为主要囊芯材料、乙基纤维素为囊壁材料,制备了一种粒径为1 000~1 250 μm 的自修复混凝土微胶囊。以三种氟硅酸盐为固化剂,探究在不同固化剂、不同微胶囊掺量下水泥砂浆的基本力学性能及自修复性能。结果表明,以氟硅酸钠为固化剂的微胶囊自修复水泥砂浆具有明显的自修复性能,且当微胶囊掺量为1%时,其对水泥砂浆的抗压强度有一定的增强作用。逢锦伟提出将渗透结晶型混凝土裂缝自修复材料掺人混凝土中,通过预留裂缝混凝土抗压强度试验和混凝土抗渗压力试验对混凝土进行自修复。徐晶等研究了低碱胶凝材料负载微生物用于混凝土的开裂自修复。利用水泥化学和纳米技术的协同作用,实现钢筋的耐腐蚀性和改善本体基质的性能,从而实现自我修复的附加值。

1.3.自监测建筑材料

Abasal研制出一种既能对混凝土的裂缝进行自监测,又能改善混凝土力学性能的新型内置式水泥基传感器。他将钢纤维(SF)、碳纤维(CF)及纳米碳黑(NCB)作为双相及三相导电相材料掺入混凝土中,通过实验验证了可行性。邓友生等研究了水泥基碳纤维复合材料的应变传感特性,对带有预制裂缝的混凝土梁试件进行三点弯曲试验,可通过监测水泥基智能表层电阻变化率来监测梁的平均应变,从而达到检测裂缝宽度的要求。郑华升等提出碳纤维增强塑料(CFRP)是一种轻质、高强、高模量的先进复合材料,研究表明,CFRP 具有力阻效应,表现为受力变形时其电阻(率)会发生变化,据此可将材料的应力应变信息转化为电信号进行检测,这一方面使得CFRP 作为结构材料使用的同时能为自身的变形与损伤提供一种自检测方式,另一方面也可能为一般结构的健康监测开辟新的途径。建筑材料的选择、使用和所采用的技术对智慧建造发展至关重要。智能化材料的选择使得建筑能够在其自身创造适当的条件,并减少建筑材料对人类健康和生态系统的影响。新型材料的发展使得建筑变得更加安全,具有可持续性、环保性,同时也使建筑充满了“智慧”。

2.智慧建造技术分析

2.1.智慧建造与监测

物联网、云计算、信息物理系统、大数据、深度学习等新一代信息通信技术的出现和发展,推动着新一轮产业革命来临。傅丽芳提出基于BIM 结合GIS 的智能建筑测量仪器施工质量监测方法,研究表明,结合BIM 原理对建筑物三维模型进行设计,并利用GIS技术对建筑物质量异常区域进行定位,可对建筑施工质量进行准确监测,提高监测准确性,从而更好地保证建筑安全。岳阳等提出基于GIS+BIM+VR 技术的综合管廊运维管理,极大地提升了综合管廊运维工作的智慧化管理水平,对复杂的综合管廊运维管理工作进行了简化,有利于提升运维工作效率,减少人员依赖,同时也响应了智慧城市的长远建设需要。薛建英等提出BIM-3D 打印技术在异形混凝土构件施工中的应用研究,解决了异形薄壳混凝土构件在模板制作及定位、拼接严密性等方面存在的问题,并且混凝土构件观感好、清水效果佳。智慧建造和监测满足智慧建筑发展中的高效、节能、经济、安全需求,研究智慧建造和监测能够解决传统建筑中的人力投入量大、工作效率低、施工周期长等问题。

2.2.工业化技术

建筑工业化是生产方式的变革,凭借其工业化的生产以及现场装配施工方式,打破了当前房地产业的发展瓶颈,有利于提高劳动生产率,保证住宅产业的高质量。沈立森提出利用BIM 和Unity3D 相关平台软件,可建立装配式建筑构件的三维基础模型,完成装配式建筑构件生产线VR 场景的动画交互,使装配式构件的生产过程更加直观和真实,可实现配式构件的虚拟生产。岳乃华提出基于BIM 与二维码技术的装配式构件信息追踪管理内容、技术及流程,构建构件追踪管理平台,并从生产信息与二维码关联、运输过程实时定位、构件场地内堆放以及吊装过程进度模拟四个方面介绍构件信息追踪技术及平台应用,以实现构件设计、生产、运输及施工吊装全过程的信息化、智能化、可视化管理。建筑工业化技术具有绿色、环保、安全、快速等优点,建筑工业化发展缩短施工周期、节约建筑成本,从而减少建筑成本以及降低房价,符合新时代人们生活的需求。

2.3.多种技术融合

智慧建筑的发展离不开多种信息技术融合发展,未来多种技术融合将给智慧建筑发展提供一个新的发展平台,以弥补单一技术存在的缺陷。目前,各种单一技术的发展都比较成熟,但是多种技术融合在人才、软件、数据格式、标准规范、平台搭建等多个方面中存在困难。后续尚需要注重人才的培养、多功能软件的开发、数据格式的标准化与通用性、完善标准规范,开发新技术平台,从而满足智慧建筑发展的需求。智慧建筑的发展需要新型材料的开发与利用。新型建筑材料的开发应该坚持绿色、环保、可持续性、循环利用等发展理念,同时也应该符合安全性、经济性、实用性、耐久性等要求。新型材料的研发与利用将使建筑处处充满“智慧”,为智慧建筑的发展提供可靠的保障。

3.结束语

现在建筑行业的“用工荒”随着中国人口老龄化发展日益凸显,智能化技术的研发与使用将为智慧建筑解决用工问题。随着社会的进步,人工智能是未来社会发展和进步的标志。通过对建筑施工各种工艺的智能化机器研发,可减少建筑工地体力工作,从工作效率、人员安全、工程质量、人身健康等方面获得效益。智能化技术的研发与使用将加速智慧建筑的发展。

参考文献

[1]程琳. 建筑工业化与信息化融合发展应用研究[J].科学与技术,2023

[2]张学辉,王丽洋,杨菲.土木建筑工程信息技术[J],建筑工程设计,2022.