建筑工業(yè)化是中國建筑業(yè)發(fā)展的必由之路

◎ 本刊記者 劉 禹

目前，我國城鎮(zhèn)化正處于快速提升期，2011年底，中國城鎮(zhèn)化規(guī)模已經(jīng)達到了51.27%，并繼續(xù)以每年1%的速度增長，到2020年將達到60%以上。城鎮(zhèn)化率每提高1%就要新增城市用水17億立方米，消耗6000萬噸的標準煤。因此，發(fā)展綠色建筑是解決我國資源能源問題的重要戰(zhàn)略。

我國十二五規(guī)劃提出，綠化發(fā)展建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會指出建筑業(yè)要推廣綠色建筑、綠色施工，著力用先進建造材料、信息技術(shù)優(yōu)化結(jié)構(gòu)和服務模式，加大淘汰落后產(chǎn)能力度，壓縮和疏導過剩產(chǎn)能。2012年3月5日，在第十一屆全國人民代表大會第五次會議上，國務院總理溫家寶在《政府工作報告》中指出：推進建筑節(jié)能減排和生態(tài)環(huán)境保護，節(jié)能減排的關(guān)鍵是節(jié)約能源，提高能效、減少污染 ；綜合運用經(jīng)濟、法律和必要的行政手段，突出抓好工業(yè)、交通、建筑、公共機構(gòu)、居民生活等重點領(lǐng)域和千家重點耗能企業(yè)節(jié)能減排，進一步淘汰落后產(chǎn)能。深入貫徹節(jié)約資源和保護環(huán)境基本國策。開展節(jié)能認證和能效標識監(jiān)督檢查，鼓勵節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材和資源綜合利用。大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，加強環(huán)境保護，著力解決重金屬、飲用水源、大氣、土壤、海洋污染等關(guān)系民生的突出環(huán)境問題。

一、建筑工業(yè)化推動綠色建筑發(fā)展

眼下，中國建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展能力不足，建筑業(yè)發(fā)展很大程度上仍依賴于高速增長的固定資產(chǎn)投資規(guī)模。發(fā)展模式粗放，工業(yè)化、信息化、標準化水平偏低，管理手段落后；建造資源耗費量大，碳排放量突出；多數(shù)企業(yè)科技研發(fā)投入較低，專利和專有技術(shù)擁有數(shù)量少；高素質(zhì)的復合型人才缺乏，一線從業(yè)人員技術(shù)水平不高。

在國際上，參照歐美，日本，新加坡等國家建筑業(yè)的發(fā)展過程，當人均GDP達到一千到三千美元后，開發(fā)新型的預制裝配式結(jié)構(gòu)體系，實現(xiàn)工廠化生產(chǎn)、機械化施工，成為克服傳統(tǒng)生產(chǎn)方式缺陷，促進建筑業(yè)快速發(fā)展的主要途徑。到2010年，我國人均GDP已經(jīng)達到了4300美元，這意味著經(jīng)濟增長要從投資驅(qū)動轉(zhuǎn)向創(chuàng)新驅(qū)動，技術(shù)創(chuàng)新逐漸成為經(jīng)濟社會發(fā)展的主要驅(qū)動力。

在我國2010年到2015年的《建筑技術(shù)發(fā)展綱要》中指出，混凝土結(jié)構(gòu)材料要采用高強鋼筋，以HRB400級熱軋鋼筋作為混凝土結(jié)構(gòu)配筋的主力鋼筋，發(fā)展HRB500級熱軋鋼筋；光圓鋼筋采用HPB300級熱軋鋼筋；全面推廣鋼筋直螺紋等強連接；推廣高效預應力用的高強鋼絞線。適當提高混凝土強度等級，倡導使用高強混凝土。

積極研究與推廣鋼結(jié)構(gòu)住宅體系，對重工業(yè)的單層工業(yè)廠房倡導采用鋼柱、鋼屋架的鋼排架結(jié)構(gòu)體系。高層建筑應積極采用鋼筋混凝土簡體+鋼外框架的混合結(jié)構(gòu)體系，在低層住宅中，可采用輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)體系，大跨度公共建筑應積極采用空間鋼結(jié)構(gòu)。

在鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)上，大力研發(fā)與推廣鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)，包括鋼管混凝土、型鋼混凝土、鋼與混凝土組合梁、壓型鋼板組合樓蓋。大力研發(fā)與推廣大跨度預應力樓蓋結(jié)構(gòu)，包括后張有粘結(jié)預應力梁與框架梁、無粘結(jié)預應力平板，大跨度公共建筑屋蓋可采用預應力空間鋼結(jié)構(gòu)。預制裝配混凝土結(jié)構(gòu)，應積極研發(fā)預制裝配混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)，實現(xiàn)住宅產(chǎn)業(yè)化。要研發(fā)預制框架梁柱結(jié)點后交整體式連接技術(shù)，鋼筋灌漿式連接技術(shù)，疊合板施工技術(shù)，高精度預制構(gòu)建施工技術(shù)。

2011年5月，葉可明院士在接受記者采訪時指出，綠色施工作為建筑全壽命周期中的一個重要階段，是建筑領(lǐng)域資源節(jié)約和節(jié)能減排的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是建造綠色建筑的重要環(huán)節(jié)，在施工過程中體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。綠色施工是指工程建設中，在保證質(zhì)量、安全等基本要求的前提下，通過科學管理和技術(shù)進步，最大限度地節(jié)約資源并減少對環(huán)境負面影響的施工活動，實現(xiàn)節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材和環(huán)境保護。葉院士提出要大力推廣應用新型環(huán)保材料和節(jié)能型設備，應用先進成熟的施工技術(shù)，加強數(shù)字化工地等信息化技術(shù)應用。大力發(fā)展建筑標準件，加大建筑部品部件的工業(yè)化生產(chǎn)比重，從而有利于構(gòu)建密切聯(lián)系生產(chǎn)的企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新機制和推廣機制，增強其原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新、引進消化吸收再創(chuàng)新能力，全面加快建筑業(yè)技術(shù)進步。

二、發(fā)揮集團優(yōu)勢 形成“建筑工業(yè)化”產(chǎn)業(yè)鏈

2011年住房和城鄉(xiāng)建設部的課題研究成果指出，建筑工業(yè)化是“以構(gòu)件預制化生產(chǎn)、裝配式施工為生產(chǎn)方式，以設計標準化、構(gòu)件部品化、管理信息化為特征，能夠整合設計、生產(chǎn)、施工等整個產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)建筑產(chǎn)品節(jié)能、環(huán)保、全生命周期價值最大化的可持續(xù)發(fā)展”的新型建筑生產(chǎn)方式。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，采用建筑工業(yè)化的生產(chǎn)方式在施工用水量、混凝土消耗、鋼材消耗、木材消耗、施工垃圾、環(huán)境影響等多方面的資源能耗都要遠遠低于傳統(tǒng)建筑方式。

為了響應我國建筑產(chǎn)業(yè)化政策，提高建筑施工的技術(shù)水平，南京大地建設集團于1998年從法國引進了世構(gòu)（scope）體系。組成“產(chǎn)、學、研”團隊，通過消化、吸收和再創(chuàng)新，形成了該框架結(jié)構(gòu)體系設計，生產(chǎn)及施工成套技術(shù)，并成功應用于300多萬平方米的各類建筑。

以南京大地建設集團為例，該集團通過多年來的創(chuàng)新改制與不懈努力，已經(jīng)成功由一個傳統(tǒng)的施工產(chǎn)業(yè)集團轉(zhuǎn)型為建筑工業(yè)化的一個產(chǎn)業(yè)鏈。集團囊括以房地產(chǎn)、股權(quán)投資、資產(chǎn)管理為核心的投融資板塊子；以新型建筑材料、節(jié)能減排、環(huán)保低碳體系一體化為主體，并逐步形成四大系列建材產(chǎn)品的新型建材板塊。南京大地建設集團將旗下四大板塊：投融資板塊，新型建材板塊，以及外經(jīng)貿(mào)板塊和建筑施工板塊，運用建筑工業(yè)化這一條紅線成功貫穿起來。最大程度的發(fā)揮了產(chǎn)業(yè)集團的優(yōu)勢，力求本集團的房地產(chǎn)使用本集團的生產(chǎn)基地，研發(fā)和生產(chǎn)的構(gòu)件，并且在國內(nèi)國外市場被運用。

自2004年南京大地建設集團改制以后，企業(yè)研發(fā)中心獲得了一系列各種技術(shù)成果，使集團的構(gòu)件生產(chǎn)、研發(fā)有了更好的技術(shù)保障。同時，大地工業(yè)園在2007年正式成立，他的前身是南京第一構(gòu)件廠和第二構(gòu)件廠，主要研發(fā)、生產(chǎn)和銷售房屋預制構(gòu)件、市政預制構(gòu)件和裝飾類預制構(gòu)件，以及商品混凝土，沙漿等四大系產(chǎn)品。南京大地建設集團的房屋預制構(gòu)件年生產(chǎn)能力可以為50萬平方米的各類房屋進行配套；以及30公里左右的地鐵管片、大規(guī)格地下停車場等提供預制混凝土沉積、外墻裝飾面磚系列產(chǎn)品和常規(guī)構(gòu)件。

1998年，南京大地建設集團通過廣泛的調(diào)研，從法國KPI公司引進一種新型結(jié)構(gòu)體系技術(shù)——預制預應力混凝土裝配整體式框架結(jié)構(gòu)（簡稱世構(gòu)體系）技術(shù)，并從法國全套引進了生產(chǎn)設備，大型模具和設計軟件。世構(gòu)體系是采用現(xiàn)澆或者預制鋼筋混凝土柱，預制預應力混凝土疊合梁、板、柱及鍵槽節(jié)點連成整體的新型框架結(jié)構(gòu)體系，通過鋼鐵混凝土后澆部分把兩個板柱以及鍵槽結(jié)點連成整體的新型框架結(jié)構(gòu)體系。

三、世構(gòu)體系的優(yōu)越性

世構(gòu)體系在國外建筑領(lǐng)域的應用已相當成熟，其產(chǎn)品在歐洲建筑市場占有額高達40%以上，這種新型框架結(jié)構(gòu)體系具有質(zhì)量好、工期快、節(jié)能減排、造價合理等建筑低碳特色。由于采用預應力技術(shù)，減小了構(gòu)件截面，含鋼量降低20%以上；預件可事先在工廠內(nèi)生產(chǎn)，施工現(xiàn)場直接安裝，既方便又快捷，總工期可節(jié)約20%；此外，構(gòu)件在工廠機械化生產(chǎn)，質(zhì)量更能得到控制，構(gòu)件外觀質(zhì)量好、耐久性好，后期不需粉刷；施工現(xiàn)場模版用量減少80%，支撐減少50%以上，節(jié)省周轉(zhuǎn)材料總量達60%；減少施工現(xiàn)場濕作用量，有利于環(huán)境保護，減輕噪音污染，現(xiàn)場施工更加文明，符合環(huán)保綠色施工要求。

目前，世構(gòu)體系在歐洲的建筑市場占有份額高達40%以上，它具有質(zhì)量快、質(zhì)量好、工期快、節(jié)能減排、造價合理等建筑綠色特點。由于采用了減少結(jié)構(gòu)斷面，用鋼量降低20%；構(gòu)件實現(xiàn)工廠生產(chǎn)，施工現(xiàn)場直接安裝，總工期可以節(jié)約20%。同時，在工廠采用機械化生產(chǎn)，質(zhì)量更加容易得到控制，外觀質(zhì)量好，耐久性好，后期無須試作業(yè)。

預制混凝土多節(jié)注，采用C40混凝土，現(xiàn)場安裝時，柱與柱的連接有密封鋼管連接與型鋼支撐連接兩種方式，柱與梁的連接采用鍵槽節(jié)點。預制預應力混凝土疊合梁是世構(gòu)體系的重點推廣應用構(gòu)件，特別適用于辦公樓、教室、超市、廠房等比較規(guī)則或大開間的框架建筑。疊合梁的預制部分分為：預制框架梁、預制次梁，均采用C40混凝土，先張法施工。框架梁、柱節(jié)點處設置U型鋼筋，澆筑高強度混凝土。疊合梁后澆層為C30及以上混凝土。

預制預應力混凝土疊合板為世構(gòu)體系的重點推廣應用構(gòu)件，適用于各類建筑工程，且不受抗震烈度的限制，特別適用于集體宿舍、辦公室、教室、超市等大規(guī)模的保障性住房等建筑。疊合板的預制部分采用C40混凝土，先張法生產(chǎn)工藝，板面劃痕以滿足新老混凝土的粘結(jié)。疊合板后澆部分的混凝土為C30及以上，受力鋼筋和構(gòu)造鋼筋按設計要求，厚度不得小于預制層厚度，各類管線均可埋設在后澆層內(nèi)。

為了讓世構(gòu)體系新技術(shù)成功運用于我國，南京大地建設集團結(jié)合國內(nèi)規(guī)范進行技術(shù)轉(zhuǎn)化。在住房和城鄉(xiāng)建設部、江蘇省住建廳領(lǐng)導的關(guān)心下，大地建設集團和東南大學，江蘇省建筑設計研究院等單位聯(lián)合成立課題組，潛心研究，協(xié)同攻關(guān)。十四年來，經(jīng)過300多萬平方米各類建筑的工程實踐和理論研究，已經(jīng)形成了適合我國國情的一套完整的技術(shù)體系，包括設計軟件、技術(shù)規(guī)程、標準圖集和施工工法等，并且在抗震設計、節(jié)點構(gòu)造、施工安裝等方面有所創(chuàng)新。

在工程應用中，南京大地建設集團堅持科技為先導，科研課題《世構(gòu)體系成套技術(shù)在工程中的應用》于2004年通過江蘇省科技廳、建設廳組織的專家鑒定，成果達到國際先進水平。2011年9月，受住房城鄉(xiāng)建設部的委托，江蘇省住建廳主持召開了“基于節(jié)能保溫的預制裝配整體式結(jié)構(gòu)體系的建筑工業(yè)化集成創(chuàng)新研究”項目驗收會?；诠?jié)能保溫的預制裝備整體式結(jié)構(gòu)體系的建筑工業(yè)化基層創(chuàng)新研究，由七位著名專家組成的驗收委員會認為：結(jié)構(gòu)體系以及內(nèi)外新型保溫墻體構(gòu)件全部或部分采用工業(yè)化生產(chǎn)方式，節(jié)點連接質(zhì)量可靠，工程觀感質(zhì)量好，提高了建筑物的整體品質(zhì)和工業(yè)化程度，降低工程造價，縮短施工工期，滿足環(huán)保高效、節(jié)能減排的要求，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟效益和社會效益。新型結(jié)構(gòu)體系結(jié)合我國國情，符合建筑工業(yè)化發(fā)展方向，對推動我國建筑工業(yè)化、建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級和可持續(xù)發(fā)展具有重要的示范作用，研究成果總體達到國際先進水平。

近十年來。南京大地建設集團先后編制了一系列省級和國家級的標準，主編省級地方標準《預制預應力混凝土裝配整體式框架（世構(gòu)體系）技術(shù)規(guī)程》；主編了國家一級工法《預制預應力混凝土裝配整體式框架結(jié)構(gòu)梁柱鍵槽節(jié)點施工工法》，這是我國在建筑工業(yè)方面較早的國家行業(yè)標準。這個技術(shù)規(guī)程對于世構(gòu)體系適用范圍給予了明確，其中裝配式框架結(jié)構(gòu)在七度區(qū)的高度可以達到45米，如果采用現(xiàn)澆術(shù)在七度區(qū)可以達到50米，如果增加了減力墻在七度區(qū)可以達到一百米，這已經(jīng)突破了超高層建筑。

“預制鋼筋混凝土裝配整體式結(jié)構(gòu)”建筑技術(shù)被列入住房和城鄉(xiāng)建設部2010版“建筑業(yè)十項新技術(shù)”，南京大地建設集團為該子項新技術(shù)的主編單位。蘇州萬科公司和南京萬科公司在近兩年開工的經(jīng)濟適用住房、住宅小區(qū)工程中，先后應用了這項新技術(shù)和新結(jié)構(gòu)，被評為江蘇省二星級“綠色建筑”。

四、結(jié)構(gòu)性能試驗

結(jié)構(gòu)性能安全是業(yè)主、設計單位和使用單位非常關(guān)注的問題，十幾年來，南京大地建設集團在應用中對世構(gòu)體系進行了大量的結(jié)構(gòu)性能實驗，并積累了豐富的經(jīng)驗。通過72個構(gòu)件的疊合面抗剪試驗和1000次抗疲勞實驗，驗證了世構(gòu)體系疊合板的預制與現(xiàn)澆部分能夠整體工作，疊合面粘結(jié)良好。同時，在2002年至2009年間，多次進行世構(gòu)體系鍵槽節(jié)點擬靜力試驗，包括框架終結(jié)點，端部結(jié)點，驗證世構(gòu)體系的抗震性能，為設計計算機施工工藝提供依據(jù)。擬靜力試驗結(jié)果表明：鍵槽節(jié)點的滯回曲線比較飽滿，功比指數(shù)比較大，試件有良好的耗能能力，節(jié)點的延性系數(shù)大于4，完全滿足國家規(guī)范規(guī)定的抗震要求。

為進一步研究世構(gòu)體系的整體抗震性能，南京大地建設集團于2009制作了1：2縮尺的框架模型在東南大學的結(jié)構(gòu)實驗臺上進行抗震試驗。共進行了43種工況的振動臺試驗，包括日本，美國等各種典型大地震的工況，在試驗中，世構(gòu)體系表現(xiàn)優(yōu)異，大震下破壞輕微，僅在部分柱端及梁端出現(xiàn)彎曲裂縫，樓板無裂縫產(chǎn)生，疊合面也未出現(xiàn)滑移現(xiàn)象，框架結(jié)構(gòu)仍保持較好的整體性。試驗和分析結(jié)果表明，世構(gòu)體系與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的抗震性能完全一致。

在預制樓梯的試驗中發(fā)現(xiàn)，由于溫度收縮及施工現(xiàn)場諸多不確定因素，現(xiàn)澆樓面容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。而疊合梁、板應用預應力技術(shù)，受力鋼筋為高強預應力鋼絲，它的抗裂性能遠遠由于普通現(xiàn)澆板。預制梁、板在廠內(nèi)機械化生產(chǎn)，混凝土澆搗密實，在后期使用中有較好的隔音效果；疊合板底平整光滑，后期無需抹灰，避免了現(xiàn)澆板抹灰脫落的質(zhì)量通病。

在工期對比方面，基礎(chǔ)施工階段，預制構(gòu)件可以在工廠生產(chǎn)、現(xiàn)場安裝，僅僅需要少量的模板，支撐架用量僅為現(xiàn)場樓面的50%左右，現(xiàn)場完場了鋼筋混凝土工程量僅為現(xiàn)澆樓板的30%左右。 （未完待續(xù)）