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屋面工程发展的现状与展望
李承刚

[摘要]阐述了屋面工程的概念与基本属性,分析了屋面工程防水发展现状以及8类屋面系统的发展趋向,提出了推进屋面工程系统发展的若干建议。

1屋面工程的概念
顾名思义,屋面是房屋屋顶部分的遮盖物,为保护人们居住和生产活动之用。屋面工程是房屋建筑工程的主要部分之一,它既包括工程所用的材料、设备和所进行的设计、施工、维护等技术活动;也指工程建设的对象,发挥功能保障作用。具体讲,屋面工程除应安全承受各种荷载作用外,还需要具有抵御温度、风吹、雨淋、冰雪乃至震害的能力,以及经受温差和基层结构伸缩、开裂引起的变形。因此,一幢既安全、环保又满足人们使用要求和审美要求的房屋建筑,屋面工程担当着非常重要的角色。
屋面工程属房屋建筑的分部工程,是一大工程领域,其主体涵盖屋顶上部屋面板及其上面的所有构造层次,包括:隔汽层、通风防潮层、保温隔热层、防水层、保护层等等,是综合反映屋面多功能作用的系统工程。而屋面防水工程则是屋面工程的分项工程,局限于研究、改善和解决屋面的防水问题。
千百年来,我国和其它一些国家一样,源于历史沿革、城市与社会发展等原因,非常重视建筑风格创意,把房屋建筑特别是屋面作为政治、经济、文化的载体,将其置于显赫突出的位置。这些屋面工程大多是坡形或圆形、曲线形、尖顶形造型,如古建筑中的宫殿、寺庙、教堂、官府、文人巨贾府邸等建筑的屋面以及近代、现代的政府建筑、公共建筑和体育建筑的屋面等。
基于屋面工程内涵丰富、专业面多、综合性强,需要建造者和建筑师相互协调配合,才能达到完美的程度。新中国成立早期,建筑业采用苏联模式,屋面防水是以《屋面和隔绝工程验收规范》为主体开展各项技术活动的,即把防水、防潮、保温、隔热技术作为屋面的整体提出各个要求。这一格局和内涵一直沿袭到现行国家标准《屋面工程技术规范》。“美国屋面工程承包商协会”(NRCA)的宗旨,就是在总体上为屋面工程提供综合服务。因此,对于我国来说,认识和确立屋面工程概念,把防水的视野扩大,从对设计和施工要求出发,倡导全面发展屋面工程系统技术满足人们对屋面功能保障的需求,具有十分重要的意义,也是一项艰巨的任务。

2屋面工程的基本属性
2.1综合性
随着房屋建筑工程科学技术的进步,屋面工程已发展成为门类众多、内容广泛、技术复杂的综合体系。发展屋面系统工程需要得到建设行政主管部门和建设单位以及设计人员的重视,建立屋面工程总体概念,以提高屋面工程整体技术水平为目标,统一规划,促进材料、设计、施工相互结合和协调发展才能实现。在屋面系统工程中,重视发展防水技术的成套化,是建筑防水行业的主要目标和任务。

2.2 社会性
不同的历史发展阶段以及不同的区域环境,具有不同的社会、经济、文化、科学、技术发展特点。各种类型的房屋建筑都是为适应人们生活和生产需要而建造的,无不打上了时代和区域的烙印。屋面工程表现尤为突出,以屋面体现地方风格、民族风格和时代风格的房屋建筑随处可见。闻名遐迩的世界文化遗产中国丽江、平遥等古城民居建筑的青瓦屋面,江南水乡古镇的粉墙黛瓦,以及北京四合院的小青瓦屋面等,都堪称独具鲜明地方特色的建筑屋面典范。

2.3 实践性
古今中外,通过长期工程实践,作为大众民居建筑的屋面采用坡屋面形式可谓久盛不衰,始终占据屋面类型的主导地位,直至今天。坡屋面构造节点多、防水技术处理的难度大、渗漏几率大。除采用材料防水外,还必须加强构造防水措施。
屋面采用多大的坡度主要是根据使用需要和当地气象等因素决定的。就中国而言,坡度小于3%的屋面称平屋面。平屋面为屋面功能的多样化提供了前提条件,平屋面的类型和用途有:种植屋面、蓄水屋面、通风屋面(架空隔热屋面)和倒置式屋面等。普通房屋的平屋面可以用作晒场和人们活动的休闲场所等。

2.4 艺术性
屋顶和屋面高居房屋之首,是房屋建筑的门面。讲究的房屋,居住者对其艺术价值极为重视,精选多种建筑材料,配合自然环境,建造了许多造型与装饰十分优美的屋面,体现出鲜明的艺术性,为城市增添景观,有的还成为城市的标志性建筑,让人赏心悦目,体现出屋面工程的魅力。

3屋面工程防水发展的现状(2001-2009)
中国建筑防水行业进人21世纪以来的发展是稳定和健康的。2003年,为加强行业管理,建设部和全国化学建材协调组发出了《关于加强建筑防水材料生产与应用管理工作的意见》建科(2003)227号;2004年,为积极培育和引导建设技术市场的发展,加快建设事业科技进步,发布了《建设部推广应用和限制、禁止使用技术》的公告(2004)第218号,修编了《屋面工程技术规范》CB 50345—2004。这些文件和规范的发布和贯彻实施,对提高防水工程的质量发挥了重要作用。
在国家产业政策的引导下,我国建筑防水行业的技术水平、生产能力、推广应用和产业化工作均有较大发展,建筑防水材料的品种和产量可以满足建筑业发展的需要。产品综合性能好、耐用年限长、符合节能和环保要求、施工简便的防水材料受到欢迎;产品性能差、耐用年限短、污染环境和粗放施工的情况有所抑制或减少。
2008年,全国防水材料总产量约为16 900万m2。其中,新型防水材料59 900万m2,占防水材料总量的比例达77.9%,包括改性沥青防水卷材、高分子防水卷材、自粘类防水卷材、防水涂料和玻纤沥青瓦。沥青油毡、沥青复合胎柔性防水卷材的产量仍高达17 000万m2,占总量的22.1%。在装备和工艺方面,迄今已引进改性沥青防水卷材生产线20条,年生产能力可达15000万m';引进高分子防水卷材生产线l0条,主要生产三元乙丙橡胶防水卷材和聚氯乙烯防水卷材。这些生产线只要按工艺要求配料,完全可生产达到国际先进水平的防水卷材。
2008年7月,建筑防水材料标准化分技术委员会获批成立,将使我国建筑防水行业的标准化工作得到有力的组织保证,并发挥重要作用。
人才培养成果显现。湖北工业大学是我国首所设置防水专业本科学历教育的高等院校,已成为培养防水行业高级专业人才的重要基地。
近10年来,防水行业的国际交流与合作不断增多,中国建筑防水协会每年组织会员赴欧美考察,并与美国屋面工程协会合作举办“中国国际屋面和建筑防水技术展览会”,今年已办到第七届。这些活动对推动中国建筑防水行业的技术进步发挥了很好作用。
尽管我国防水事业有了长足进步,但当前仍然存在许多问题和不足,与发达国家相比还有明显差距,主要表现在:低劣产品屡禁不止,产品质量参差不齐,材料配套程度不高;防水设计落后于工程发展需要;施工粗放,缺乏配套工具机具;防水工程使用年限和保修期限不高;科技开发和自主创新机制尚未形成,这些都成为防水行业最薄弱的环节。

4屋面工程发展的趋向与展望
屋面工程发展的方向是提倡发展系统技术。实践证明,发展屋面工程系统技术对满足各类建筑使用功能和经济、适用、美观要求发挥了重要作用,是许多发达国家的一项基本经验。多年来,中国在引进先进技术、设备和自主创新的基础上,已研究、开发、总结出多套经济社会效果良好、具有发展前景和值得推广的屋面工程系统。以下所列8类屋面系统即是我国屋面工程发展的趋向和目标。

4.1新型瓦屋面系统
1)沥青瓦屋面系统
上世纪90年代后期开始,上海、大连等地兴起了屋面“平改坡”热潮,不仅改善了顶楼居民的居住环境,同时也使城市面貌焕然一新。充当坡屋面的主要材料是沥青瓦,其最大特点是:重量轻、色彩多,可起到保温、隔热、防水和节约能源的作用。据近几年推广应用分析,玻纤沥青瓦的年产量已达2 000万m2,可以满足工程需求;瓦的质量和材料配套程度良好;系统技术成熟,为推广应用创造了较好条件。
2)彩色混凝土瓦屋面系统
彩色混凝土瓦俗称水泥彩瓦,属块瓦屋面的一种瓦材,其特点是:强度高、吸水率低、耐用年限长;瓦型和色彩多,单片面积大,盖瓦效率高,平整美观。彩色混凝土瓦在欧美己有100多年历史,从上世纪80年代末开始,美国、英国、意大利等国的设备和技术相继进入中国。在我国,自限制生产粘土瓦之后,民间的小彩瓦厂迅速发展起来,也开始大规模生产,从而使彩色混凝土瓦一时成了坡屋面材料的主要选择。为规范瓦材质量,1999年制定了《彩色混凝土瓦》行业标准JC 746—1999,规范和促进了水泥彩瓦的发展。

4.2单层卷材屋面系统
单层防水卷材屋面系统是采用机械固定技术,将屋面保温隔热层、卷材防水层连续铺设,机械固定于屋面基层(着力层),使屋面形成整体状态的一种屋面 |工程技术。适用于暴露式、非上人的平屋面和低坡屋面,尤其适用于大型工业建筑、商业建筑和公共建筑屋面。防水卷材宜采用聚氯乙烯(PVC)防水卷材、热塑性聚烯烃(TP0)防水卷材、三元乙丙橡胶(EPDM)防水卷材以及改性沥青防水卷材 单层防水卷材屋面系统的特点是:实现多种材料施工一体化,综合技术系统强;有利加快工程进度、控制施工质量;施工不受低温、基层平整度和潮湿的影响;防水层封闭严密、质量可靠等。据考察,一些发达国家屋面工程采用该系统技术己有⒛年以上的经验、美国的商业建筑屋面近70%采用了这一技术.工程质量和技术经济效果显著。近l0年来,随着国际化进程加快,单层屋面系统进入中国建筑防水市场。己有较多屋面工程应用案例颇获好评,将有利于加快该屋面系统在我国推广应用的步伐。

4.3金属屋面系统
现代大型建筑对高品质的屋顶材料和技术系统产生了极大需求,原有的彩板、铝板屋顶材料和技术系统已难以满足新的要求,新材料、新系统应运而生,钛板、钛锌板、铝合金板不锈钢板等金属薄板(板厚1.2 mm)开始应用于屋顶。金属屋面按系统可分为:立边咬合系统、直立锁边屋顶系统(贝姆系统)、古典式扣盖系统、平锁扣式系统、平面板条系统、压型板系统、单元板块式系统等。这些系统与专业化施工技术相配套,形成了薄板金属屋顶系统,进而满足了建筑的功能、结构及外观要求金属屋面持续快速增长与其特点和技术进步有关。许多金属屋面具有材料重量轻、施工便捷等优点,板面涂层的太阳反射率可达到使用寿命在20年以上。金属屋面在建筑外形、结构和色彩方面都颇有吸引力,这就成为学校、公共建筑、商业建筑、民用建筑及工业建筑的理想选择,在屋面领域呈快速发展态势。薄板金属屋顶系统技术日趋成熟,使得现代建筑具有独特个性,为众多发展商和建筑师带来了丰富的想象力和创造力。国家大剧院金属屋顶体系、国家体育馆屋顶系统、首都机场T3A航站楼金属屋顶系统等都是这种屋面系统的典型工程。

4.4种植屋面系统
房屋建筑种植屋面正在一些城市兴起。种植屋面(绿色屋面)的优越性主要体现在:增加城市绿化面积,减轻城市“热岛效应”,净化空气;改善城市空间环境,美化城市生态和景观,增加休闲场所;提高建筑物顶层空间的保温隔热效果,降低建筑能耗等。测试数据表明:一个城市绿化率达到70%以上,城市上空的二氧化硫含量将下降80%。德国立法强制推行屋顶绿化,屋顶绿化率高达80%左右;日本东京的屋顶绿化率超过了14%。在中国,城区可绿化的土地资源越来越少,科技部于2003年建成了建筑节能示范楼——屋顶绿化工程。北京市制定了地方标准《屋顶绿化规范》,并规定屋顶实施绿化可获补助,迄今已有100万m2屋顶实施了绿化,包括医院、学校、酒店和机关的建筑等。此外,不少其它省、市亦已制定与发布了屋顶实施绿化管理的规定。
为规范种植屋面作业标准,促进种植屋面健康发展,2007年先后发布了行业标准《种植屋面用耐根穿刺防水卷材》和《种植屋面工程技术规程》。

4.5保温隔热屋面系统
早在上世纪70年代末,发达国家就开始了建筑节能工作,普遍重视保温材料的生产和在建筑中的应用,力求大幅度减少能源消耗量、减少环境污染和温室效应。瑞典、芬兰等北欧国家80%以上的岩棉制品用于建筑节能,具有良好的保温效果。
上世纪90年代末,我国除开发采用聚苯板保温材料外,还研发了硬泡聚氨酯保温材料。通过较多屋面工程实践证明,硬泡聚氨酯保温材料兼有一定的防水功能,工艺技术已很成熟,可以满足不同使用条件的要求。为此,2007年发布了国家标准《硬泡聚氨酯保温防水工程技术规范》。10年来,保温防水一体化屋面系统发展迅速,工程应用成效显著。在一些大型、重要工程中采用的项目有:人民大会堂屋面翻修更新改造工程,中央直属储备粮库屋面工程等。
房屋建筑屋面的防水与保温同是保障房屋使用功能的两大要素。建筑屋面推行防水保温功能一体化,是屋面工程领域中的一项重大发展。硬泡聚氨酯卓越的保温防水性能,确定了它在建筑节能工程中突出的优势地位和强劲的发展势头,具有非常广阔的推广应用前景。

4.6轻型坡屋面系统
轻型坡屋面系统是“十一五”国家科技支撑计划重大项目中“沥青瓦薄壁轻钢坡屋顶”项目的分课题,其目标是引进发达国家轻钢坡屋顶体系,结合中国实际,对轻型屋面系统成套技术进行研究开发,在结构、防水、保温隔热、通风防潮、防火等方面采用新材料、新技术,并完善配套材料,按部品化、集成化、系统化要求,在总体上实现节材、节能、环保一体化。该系统适用于新建的低层、多层建筑屋顶,既可用于居住建筑屋面的节能技术改造,在新农村建设中也具有推广应用前景。
发展轻型屋面系统是时代进步的需要,防水技术必将在该系统中作出自己的贡献。

4.7膜结构屋面系统
膜结构是一种空间结构。用膜结构材料制作的屋顶,重量仅及传统建筑材料制作的1/30。膜结构材料是一种由玻纤和一些合成纤维经过特殊处理的纺织材料,具有强度高、疏水性好、耐腐蚀、防霉等特性。膜材经聚合物涂层处理,可进一步提高性能和功能。膜结构材料用于屋面工程透明度好,可节约白天照明用电;体型轻巧美观,可移置,建造修复都很方便;可承受地震等破坏力,使用寿命长。因此,膜结构特别适用于建造大型公共场所、材料设各库房、展览厅、体育场、候机室等。
目前,膜结构建筑已成为一种时尚,特别是用于历届奥运会、世博会等大型建筑屋面,其实用性、经济性、美观性得到了充分体现。中国的膜结构建筑发展相对较晚,1997年上海举办第八届全运会,其主体育场看台挑篷采用了膜结构,挑篷面积达到36 100m2,可同时容纳8万名观众。北京已有一批体育馆采用膜结构建筑,水立方就是其中之一。

4.8太阳能屋面系统
能源是现代社会存在和发展的基石。在石化能源供应十分紧张的形势下,大规模开发和利用可再生能源已成为各国未来能源战略的重要组成部分。
世界能源消耗大的发达国家利用太阳能起步较早,在技术和应用上都处于领先地位。从20世纪末开始,欧美日等国纷纷实行“阳光计划”,即在屋顶或建筑物其他可能的部位安装太阳能系统,包括太阳能光伏发电系统、太阳能热水系统和太阳能空气集热系统。
我国太阳能资源非常丰富,大多数地区年平均日辐射量在4(kW·h)/ m2以上,开发利用潜力非常广阔。我国政府对太阳能产业给予充分扶持,2006年正式实施《中华人民共和国可再生能源法》。住房和城乡建设部在发展初期采取示范工程的方式实施了我国的“太阳能屋顶计划”,并与财政部共同发布了《太阳能光电建筑应用示范项目申报指南》,对建材型、构件型、屋顶墙面结合安装型三类太阳能光电建筑应用示范项目实施补贴。

5 推进屋面工程系统发展的建议
展望未来,建筑防水行业的形势将会出现不少变化。为推进屋面工程系统的发展,充分发挥屋面功能,提高综合技术水平,需要我们面对和做好以下几方面的工作。

5.1贯彻行业发展技术路线
根据国家相关产业政策精神,结合发展需要,应继续贯彻“十一五”期间制定的行业发展技术路线(摘要):
1)大力推广高质量档次的改性沥青防水卷材和高分子防水卷材;
2)积极采用环保型防水涂料和高弹性密封材料;
3)努力开发符合“四节环保”产业政策的防水新技术和新材料;
4)限制发展和限制、禁止使用落后产品和技术;
5)严格遵守和认真执行防水材料产品标准和防水工程技术规范;
6)努力实现防水材料产品系列化、配套化,规范防水工程应用技术专业化、系统化。

5.2开展防水材料及应用技术评价
根据住宅和城乡建设部2008年科学技术项目计划,做好“建筑防水材料及应用技术评价的研究”工作。以产品定位为主旨,对当前市场上主要的或有较大影响的产品的性能、特点、适用范围、应用技术以及存在问题等进行全面分析,分别提出 “推广应用”、“应用设限”、“不宜采用”的意见和建议。为材料生产企业开发产品、改进和提高产品质量、跟踪产品发展趋向、制定产业政策和标准规范提供科学依据。

5.3增强规划、设计、施工能力建设
发展屋面系统现代化、多元化、功能化是世界各国城乡建设和房屋建筑工程业界的努力目标。中国虽在发展屋面工程材料与技术迈向国际化方面有了许多进步,但在规划、设计、施工方面最薄弱和最需要改革的主题是:加快建立屋面工程系统概念;改革工程设计和施工承发包体制;大力培养和发挥建筑师的创造力等。

5.4搞好行业建设工作
1)在防水行业中继续推动实施名牌战略和科技创新战略;开展企业信用评价试点;加强行业标准化工作。
2)大力发展受政策鼓励的防水技术和产品。如沥青瓦屋面、单层卷材屋面、种植屋面、保温隔热屋面、轻型坡屋面所用的材料与技术;发展热塑性聚烯烃(TP0)防水卷材、自粘类防水卷材、高性能喷涂聚氨酯/聚脲涂料等。
3)继续实施全国工业产品生产许可证办公室发布的《建筑防水卷材产品生产许可证实施细则》。
4)加快国际化进程向深度广度发展,使更多的国内企业和产品进入国际市场,有更多的国外知名企业和产品进入中国市场。

[发布日期:2010/2/26] [关闭窗口]