美國裝配式建筑產業發展趨勢（下）

王志成/譯

美國裝配式建筑產業發展趨勢（下）

王志成/譯

四、美國裝配建筑產品技術動向

美國裝配式住宅與建筑經過近一世紀的發展，各生產廠家、專業顧問公司及大學的相關科系在美國住宅和城市發展部（HUD）、美國建筑管理局國際聯合會（ICBO）、美國國家制造者聯盟（NAHB）、美國土木工程師學會（ASCE）及預制與預應力混凝土協會（PCI）的長期領導下，主要采用PC類與輕鋼類裝配結構體系，其部品構件的生產預制與裝配建設已經進入專業化設計和標準化、模塊化、通用化生產建造階段，建立了非常完善的產業化裝配建筑及其產品技術體系。近年來，美國裝配建筑界正在發掘并推行可持續環保與低碳節能的綠色裝配技術：

1.ACSTC技術體系

ACSTC即“干連接裝配混凝土結構技術”體系，這是由PCI牽頭成功發展的具有預制特性的完整技術體系。該體系不受現澆混凝土結構設計理念的束縛，并且將預制產品的裝配特性完全發揮出來，在市場上能以質量及造價上平衡的優勢與其他建筑材料自由競爭，特別是在技術、安全及質量等方面已成為美國一個成熟的裝配部構件產業。由于產業化裝配建筑大量使用預應力及裝飾外墻等預制產品的快速發展，干式連接預制產品更能達到建造商及建筑師的要求，近年來在美國建筑市場上成為更為靈活且耐久優異的新型裝配建筑技術。最近正在美國加州施工中的高科技蘋果公司的總部大廈主體結構就是采用了DCACS技術。該技術體系的關鍵技術、連接方法、設計原則有：

（1）ACSTC體系關鍵技術。預制混凝土結構是由許多單獨生產的構件組成，由于需要在工地組裝的特性，各個組件之間需要有適當的連接以支持建筑物的整體性及設計荷載。美國不論抗震要求的高低，干性連接為主要的方式來組合完成最后的結構體，先在每一個預制構件中預埋不同的連接件，然后在工地現場用螺栓、焊接等方式，按照設計要求完成建筑物整體結合的組裝。這是國際較少運用但是走出“等同現澆”防震限制的關鍵技術。

（2）ACSTC體系連接技術。ACSTC的干連接件比他們連接的預制組件有更多的柔性，因為在外力下的變形往往集中在連接件上。一個成功的干性連接結構體更能完全反應出在受力時結構工程師的假設，而且具有比現澆結構更好的安全性。選擇連接件的類型是預制結構設計的關鍵，在初期設計時就要按照他們預期的作用而定下它的類形。美國建筑管理局國際聯合會（ICBO）的《國際建筑規范（IBC）》中對連接件有三種分類：①強性連接件（SC）：在設計中位于結構在反應外力時不需要屈服的位置，強連接不需要有韌性的要求。②韌性連接件（TC）：具有顯著的變形能力，能在非彈性變形集中地帶形成抗震系統的一部分。韌性連接在反循環荷載作用下形成穩定的滯后環（Hysteresis loops），在設計中確保屈服及循環應變硬化發生在連接處，可以用焊接，但要保證焊接及預埋件的強度要大過連接預埋件之間的連接件。無論如何，要有足夠的應變能力，以維持在變形之下的抵抗力。③可變形連接件（DC）：在結構移動時變形而不產生阻力。例如預制梁與柱之間有橡膠墊片，能允許梁有小量的旋轉，達到簡支的要求。另外在與梁平行方向用螺栓連接來確保不會產生負彎矩及允許溫度變化。同時也要在結構體有大變化時，構件本身不會因大位移而失去其他承載垂直力連接件的功能。

（3）ACSTC體系設計技術。該技術是在Connector（連接件）的設計技術中，必須重視優化系統連接外力反應、加載傳送路徑、加載壓力偏心、加載容量以及標準化、耐久性和防火性等技術原則。另外需要考慮的是耐久性（防繡處理）、防火性、美觀性，簡單現場檢驗，現場快速施工達到連接件結構設計要求，減少起吊機掛鉤時間等。

2.DBS技術體系

鋼結構體系是美國裝配建筑界的主流結構，但近年來在可持續發展背景下被賦予了新的意義——致力開發最符合可持續發展要求、能夠在今后相當長的歷史進程中展現其節能、環保、綠色優勢的鋼結構體系新技術。新型DBS技術體系是美國Dietrich公司研究開發的多層輕鋼結構住宅體系（Dietrich Building System），該體系以SI理念為基礎衍生而來。SI是美國哈布瑞根教授提出“Skeleton Infill”理論的縮寫。區分SI理念與非SI理念的關鍵點在于除主體結構外的構件是否可以拆卸替換，而DBS技術可實現SI的美國多層輕鋼住宅體系，該技術體系的專利技術與裝配優勢有：

（1）DBS體系專利技術。DBS體系擁有多項專利技術，一般采用美國住宅常用的空間尺度：開間4.88m，每層凈高2.44m。墻體C型鍍鋅輕鋼龍骨截面高100mm，間距610mm，龍骨根據荷載大小采用0.5～1.5mm鍍鋅鋼板制成。墻面為固定在輕鋼龍骨兩側的紙面石膏板，剪力墻需要加設一層鍍鋅鋼板，并用自攻螺絲和輕鋼龍骨固定。

（2）DBS體系樓板技術：在輕鋼樓蓋梁上鋪20mm厚纖維水泥板形成承重結構，再在其上做各種地板面層。為了布置管線，墻體龍骨和樓蓋梁均每隔一定距離開孔，開孔周邊的變形處理保證了截面削弱處的局部穩定性，可使樓板開孔直徑達截面高度的80%。墻體龍骨和樓蓋梁間均填充玻璃棉，用以保溫并可起到吸聲隔音作用。

（3）DBS體系技術優勢。采用DBS體系技術的多層輕鋼結構住宅，經過ICBO、NAHB的權威測試，其優勢有：①采用DBS系統建造輕鋼結構住宅，在非地震區最高可建到12層；②DBS體系較混凝土結構體系施工進度快，易于水、電、汽等管線布置；③DBS體系結構自重輕，以某多層住宅為例，結構用鍍鋅輕鋼構件為3lkg/m，結構自重161kg/m，由于節省材料故而也降低了造價；④DBS體系的墻體龍骨和樓蓋梁間均填充玻璃棉，用以保溫、吸聲隔音、防火與抗震性能，并通過了美國權威的UL實驗室檢測認證；⑤利于循環經濟的發展。例如在美國建造一座建筑面積（約合4645m）的旅館，可使用168輛舊汽車所回收的鋼材；⑥在DBS技術體系中，其裝配優勢有兩大方面：一是在建筑全生命周期的不同階段可進行平面及空間改造；二是在不損傷主體結構時更換設備或構件可實現住宅壽命的百年目標。

3.Conxtech技術體系

目前適用于低層建筑的鋼結構體系是裝配式鋼結構建筑體系的主流，但適用于多高層的裝配式結構較少。在美國的LSFB輕型鋼框架建筑體系中，適用于多高層具有代表性的結構體系技術是《2010版美國鋼結構抗震設計規范》“Conxtech Steel frame technology system（Conxtech 鋼框架技術體系）”。該技術體系是由美國ConXL公司開發的一種新型裝配式鋼框架結構技術，已經由HUD、NAHB、NASFA等共同對此進行了深入持久的研究測驗，認定其推廣應用的關鍵技術、連接方法與技術優勢有：

（1）Conxtech體系關鍵技術。該體系適用于多高層建筑，由框架梁、框架柱、梁柱連接組件、壓型鋼板組合樓蓋組成，是一種純鋼框架結構體系，采用方鋼管混凝土柱及寬翼緣H型鋼截面梁。根據Conxtech結構特點、節點形式與采用梁柱截面尺寸的不同，該體系分為如下四種子體系關鍵技術：①ConXRTM-100子體系：采用ConXR梁柱連接，柱采用100mm ×100mm（4in）的方鋼管，鋼梁采用W6 寬翼緣鋼梁，跨度在1.2 ～4.8m，其體系框架層數不超過12 層，主要應用于小型的管道架構及鋼平臺結構。②ConXRTM200子體系：采用ConXR梁柱連接，柱采用200mm ×200mm（8in）的方鋼管，鋼梁采用W12 寬翼緣鋼梁，跨度在2.4 ～6.0m，主要應用于多高層鋼結構住宅及管道架構。③ConXLTM300子體系：采用ConXL 梁柱連接，柱采用300mm ×300mm（12in）的方鋼管或焊接方形截面，鋼梁采用W14 ～W24 寬翼緣鋼梁，跨度在3.6～9.0m，其體系框架層數不超過15 層，主要應用于多高層鋼結構住宅及管道架構。④ConXLTM400子體系：采用ConXL 梁柱連接，柱采用400mm ×400mm（16in）的方鋼管或焊接方鋼管，鋼梁采用W18 ～W30 的寬翼緣鋼梁，鋼梁跨度大于5.5m，最大跨度可達19.8m；主要應用于醫療、軍事、數據中心、商務辦公、停車場和大型工業建筑等的主體結構。

（2）Conxtech體系核心技術。Conxtech體系獨創性的運用了ConXR和ConXL兩種梁柱連接方式，是該體系的核心技術：①ConXR連接形式：梁柱交接處，在柱子的四個側面以楔形的插座鎖定相連，輔以高強螺栓固定完成梁柱節點拼接。連接節點處框架柱上下貫通，內部填充混凝土形成鋼管混凝土柱，形成剛性連接節點。適用于框架層數不超過12層的結構體系中。②ConXL連接形式：梁柱節點處，在柱子對角位置采用柱面T型套板相連，梁端套板插入兩個柱面套板之間，就位鎖定后由高強螺栓完成梁柱節點拼接。與ConRL形式相同，ConXL節點區域同樣為剛性連接節點。適用于框架層數不超過15層的結構體系中。

（3）Conxtech 體系技術優勢。采用Conxtech 技術體系的多高層裝配式結構建筑，經過NASFA、ICBO的權威測試其優勢有：①Conxtech 鋼框架體系的梁柱連接構造方式簡單，安裝方便；②Conxtech 技術的傳力性能滿足體系對梁柱間傳力性能的要求，對同類型結構體系的研究具有很好的參考價值；③Conxtech 鋼框架體系根據不同建筑的使用條件開發了4 種子體系技術，適應不同建筑的適應性裝配要求；④Conxtech體系由于對柱單元進行了整合，同時該體系梁柱連接具有自鎖功能，整個體系的裝配效率比較高；⑤Conxtech技術的樓蓋體系采用了典型的壓型鋼板安裝、樓面鋼筋綁扎與混凝土現澆方式，使其建筑空間布置相對較為靈活，適用范圍較廣，并具有平面布置自由、整體剛度好的特點；⑥Conxtech 體系得到了2010版美國鋼結構抗震設計規范的推薦，該規范對Conxtech 鋼框架體系的結構分析與節點設計都給出了明確規定，是一種具有成熟設計方法的結構體系。

4.Modularize技術體系

Modularize（模塊化）技術體系是美國發展裝配建筑產業化的一種新興建筑結構技術，它是將建筑體分成若干個空間模塊，均在工廠中進行預制生產，完成后運輸至現場并通過可靠的連接方式組裝成建筑整體。與傳統建筑的建造方式相比，其具有可縮短工期、節約人力物力、綠色環保、品質精良等優點。

（1）Modularize體系結構技術。該結構體系按種類可分為全模塊化結構技術和復合模塊化結構技術。但是為提高模塊化建筑的結構與使用性能，需要將Modularize建筑與其他建筑形式進行復合，一般又包括：與傳統框架復合結構技術、與板體結構復合技術、與剪力墻/核心筒復合結構技術等。在模塊技術方面，根據Modularize建筑的結構與所用模塊的功能類型，目前可分為墻體承重模塊、角柱支撐模塊、樓梯模塊和非承重模塊等。

（2）Modularize體系施工技術。結合BIM 系統可通過模塊化建筑的整個安裝過程的施工模擬對實際過程進行優化設計：①建立3D -CI模型：即收集相關信息，建立3D -CI（3維施工信息）模型。需要信息包括建筑有關天氣信息、現場場地安全情況、使用起重機情況以及所需考慮的條件限制等；根據3D -CI模型對場地布置進行優化分析，確定場地的起重機位置、模塊單元的固定交付位置等。②應用4D-AS方案：即應用4D-AS（4維裝配模擬）方案，對建筑模塊的吊裝、裝配與連接的全過程進行模擬分析，確定模塊安裝的最優次序及裝配時間安排，并對施工過程中可能出現的問題進行預防。通過對施工過程中的4D 模擬分析，確定了最優化的施工方案，并給出了施工過程的時間安排表。

（3）Modularize體系拓展技術。根據美國HUD、ICBO、NAHB與PCI近年來發展Modularize技術體系的目標，正在拓展與創新技術有以下幾個方面：①拓展Customized系統：根據企業的產品種類情況，由某些通用模塊構建簡化管理的生產線平臺，通過模塊化Customized系統改變某些面向特定客戶和應用的模塊來調整生產線的產品范圍。②拓展布局化動態組合：是要保證制造系統的布局化動態組合和調整能力，以滿足未來“拼插模塊建筑”更多地體現仿生學元素所要求的柔性和快速響應能力。③拓展Isomerism控制結構：由于模塊訂單到來的隨機性，要求控制系統具有動態響應的特點；Isomerism控制結構是裝配建造系統應該借鑒的結構。④拓展網絡化供應鏈：通過供應鏈實現模塊生產過程的網絡化組織和管理，產品從開發到銷售的全過程將得到優化。

5.BIM技術體系

BIM的英文全稱是Building Information Modeling（建筑信息模型）。裝配建筑的核心是“集成”，BIM是新型裝配式建筑設計、生產、施工、裝修和管理“五位一體”集成化的技術體系。美國是較早啟動建筑業信息化研究的國家，發展至今，BIM研究與應用都走在世界前列。目前，在主管聯邦建筑服務的美國總務署（GSA）與美國建設智能聯盟（bSa-US）推動下，美國大多建筑項目已經開始應用BIM技術體系，也出臺了各種BIM標準。根據麥格羅希爾公司的調研，2016年美國裝配建筑行業采用BIM技術體系的比例從2007年的36%、2009年的54%、2012年的79%連續增長至2016年的92%，其中95%的裝配建筑承包商已經在實施BIM技術體系了，超過了材料工程師（75%）及機電工程師（69%）。BIM技術體系的建筑裝配價值在不斷被認可。

（1）BIM標準化設計技術。GSA下屬的美國公共建筑設計師辦公室（OCA）已經建立“BIM構件庫”，可通過實施可視化設計、BIM構件拆分及優化設計、BIM協同設計與BIM性能化分析，可以不斷增加BIM虛擬構件的數量、種類和規格，逐步構建標準化預制構件庫。

（2）BIM工廠化生產技術。美國裝配建筑部品構件的生產，能夠通過BIM模型對建筑構件的信息化表達，利用構件生產指導、構件加工圖，并通過CAM將預制構件的BIM信息數據輸入設備，就可以實現工廠化的自動化生產，這種數字化建造的方式可以大大提高工作效率和生產質量。斯坦福大學集成設施工程中心新開發的《鋼結構BIM制配平臺》，正是實現鋼構產品產業化、生產自動化的重要的數字橋梁，是集成鋼結構生產運營中軟硬件系統的基礎平臺。

美國紐約諾沃格拉茨運動中心-為了節約成本，建筑使用了為滿足學校的特殊功能和需求而定制的預制鋼結構體系。

（3）BIM裝配施工技術。美國建設智能聯盟（bSa-US）開發的“Autodesk-BIM裝配平臺”，通過施工現場組織及工序模擬，將施工進度計劃、施工模擬碰撞檢測與復雜節點施工模擬等寫入BIM信息模型，并將空間信息與時間信息整合在一個可視的4D模型中，就可以直觀、準確的反映整個建筑的施工過程。

（4）BIM集成裝修技術。美國建筑科學研究院（NIBS）利用物聯網管理系統建成“BIM集成裝修部品產品庫”，通過可視化的BIM設計、信息化集成模擬安裝與相對獨立的功能模塊裝配，實現從原材料、部構件與裝配裝修全過程中的實時跟蹤，可以達到裝修設計優化、系統配置合理、集成裝修整體協調的效果，并可將集成裝修行業的數字化應用延伸到物流等環節。

五、美國裝配建筑行業規范與技術標準

裝配式建造最大優勢在于行業規范化與技術標準化，特別是工程數量大、裝配標準相對統一的民用裝配住宅建筑項目，更能體現其優勢。美國為了促進裝配建筑產業化的發展，先后出臺了一系列行業規范與技術標準。

1.美國的行業規范體系

（1）具有法律效力。國家認可的美國國家標準學會（ANSI）和美國材料與試驗協會（ASTM）等專門機構負責組織制訂、公布和管理的建筑行業模式規范。在《美國法典》和《美國聯邦法規匯編》之中也收入了部分的建筑行業模式規范。當這些建筑行業模式規范被《美國法典》、《美國聯邦法規匯編》或各州政府采用后，即成為行業法規，具有法律效力。

（2）各州自行采納。各州對建筑行業規范的采用一般由郡、市議會討論決定是否采納或采納多少條款。如加州對裝配建筑的抗震防震要求較高，馬里蘭州對裝配建筑的防洪排澇提出要求，墨西哥灣地區對裝配建筑的臺風（颶風）要求高，設置許多防臺風要求的條款。

（3）政府負責監督。美國建筑行業規范在整個建設活動的全過程中是否得到實施，由政府部門負責監督，及時實施質量監管、質量保證和質量評價。

2.美國的技術標準體系

美國建筑技術標準的應用種類繁多，主要分為聯邦國家機構與各級政府機構制訂的技術標準，而且存在各種行業協會，也出臺了各種專業技術標準。

（1）國家標準體系。自愿性和分散性是美國技術標準體系的兩大特點，美國國家標準學會（ANSI）充當國家標準體系的協調者。經ANSI發布的技術標準納入美國國家標準體系，其重點在于服務公眾并保障公眾利益，為美國監管機構和采購官員們提供工作依據。同時作為各專業學會、協會團體制訂某些產品標準的依據。此外，ANSI也代表美國參與ISO等國際性和區域性組織的標準化活動。

（2）各級政府標準體系。美國各級政府部門如房屋與城市發展部、環保署、能源部、商業部、勞工部等，也制定其各自領域的標準，在有些時候，根據特定的法規，遵守這些技術標準可能是強制性命令。美國標準技術研究院（NIST）是美國標準化領域唯一的官方機構，聯邦機構制訂的技術標準、法規等由NIST協調管理。

（3）非政府標準體系。美國長期以來推行的是民間標準優先的技術標準化政策，鼓勵政府部門參與民間團體的技術標準化活動，從而調動了各方面的積極因素，形成了相互競爭的多元化技術標準體系。這些標準規范和技術文件作為美國政府制訂裝配建筑技術法規的主要依據，發揮著重要的作用。

3.美國裝配建筑的規范標準

在美國，裝配建筑行業的規范標準是統一完整的、不受區域限制的、獲得公認的全國性建筑規范。盡管有些地方仍在自行制定規范，但大多數美國境內的州、市和縣都選擇采用相關機構制定的行業規范和技術標準。這些規范與標準還作為聯邦地產在美國境外建造建筑時的依據，而且世界上有很多國家也參考使用這些行業規范和技術標準。

（1）ANSI技術標準。美國國家標準學會（ANSI），前身是美國材料試驗協會與美國機械工程師協會、美國土木工程師協會（ASCE）、美國電氣工程師協會等組織共同成立的美國工程標準委員會。ANSI有250多個專業學會、協會、消費者組織以及1000多個公司（包括外國公司）參加。ANSI經聯邦政府授權，其主要職能是對裝配建筑產品認證機構、建筑裝配質量體系認證機構、新型建筑裝配實驗室和評審人員進行認可，對質量體系認證和人員資格認可；其評定認證過程遵循自愿性、公開性、透明性、協商一致性的原則。

ANSI本身很少制訂技術標準，在該學會制定發布的1.1萬個《ANSI標準》中，只有1600個是它自行制定的。其中關于裝配建筑行業的有《ANSI-2015美國國家標準制定正當程序要求》、《ANSIz89-1-2003美國安全裝配標準》、《ANSIZ97-1美國建筑用玻璃安全性能規范和試驗方法國家標準》等。

（2）ASTM技術標準。美國材料與試驗協會（ASTM）前身是國際材料試驗協會。ASTM設有2004個技術分委員會，有33669個委員會會員、105817個單位參加ASTM技術標準的制定工作，主要任務是制定材料、產品、系統、和服務等領域的特性和性能標準，試驗方法和程序標準，促進有關知識的發展和推廣。

據ASTM出版物報道，由ANSI授權ASTM。僅1997年制定新技術標準350個，修訂技術標準1698個，開展技術標準化活動2681次。《ASTM技術標準》現分為15類，各類所包含的卷數不同，按標準分卷出版，共有73卷，以《ASTM技術標準年鑒》形式出版發行。例如，《1999年ASTM技術標準年鑒》中關于裝配建筑的技術標準有：《ASTM-A1/A1-1999-A裝配建筑結構用軋制鋼板、型鋼、板樁和棒鋼通用要求》；《ASTM-A2/A2-1999-A建筑裝配用有色金屬標準技術條件》；《ASTM-A3/A3-1999-A建筑裝配金屬材料標準試驗方法及分析程序》；《ASTM-A4/A4-1999-A裝配建筑用建設材料操作規范標準》等。

（3）IBC技術標準。1994年以前，美國建筑技術標準主要是基于三個相互獨立的建筑條例體系。即國際建筑規范管理者聯合會（BOCA）的《全國建筑法典》在東海岸和中西部各州使用；國際建筑官員聯合會（ICBO）的《統一建筑條例》有西海岸各州采用；南方建筑規范國際聯合會（SBCCI）的《標準建筑條例》在東南部使用。三個建筑法典的開發組織在1994年合并組成了國際法典委員會（ICC）。此后，這三個機構各自制定的技術標準均不再更新，合并為統一的國際建筑規范（IBC），規范冠名“國際”，反映了ICC的愿望，但并非在國際通用。

ICC制定發布的《IBC技術標準》于2000年正式出版，至今已經出版了15本《IBC技術標準》，成為裝配建筑標準的技術系列I-Code，如：《ICC/IBC-2015國際建筑裝配技術規范》；《ICC/IBC-2015-IRC國際住宅裝配技術規范》；《ICC/IBC-2015-ICC國際既有建筑裝配技術規范》；《ICC/IBC-2015-BPS建筑裝配與設施性能技術規范》等。

（4）ASCE技術標準。美國土木工程師學會（ASCE），是全球最大的土木工程文獻資料庫。每年有5萬多頁的出版物。ASCE每年頒發與出版物數十種技術標準和委員會報告、工程實踐手冊、建筑標準和專論等。ASCE出版的建筑文獻大部分被美國《科學引文索引》（SCI）、《美國工程索引》（EI）收錄。其中涵蓋裝配式住宅與建筑的包括：裝配建筑設計、裝配建筑工程實施、裝配建筑工程力學、裝配建筑環境、裝配建筑材料、裝配建筑設施性能、結構與城市規劃、裝配建筑領域信息化應用等。

ASCE對于各類技術標準的編制采用自愿原則，任何組織和個人均可以建議ASCE實施新技術標準的創建與編制。但是ASCE編制的《ASCE技術標準》必須經過ANSI授權，并由美國國家行業規范與技術標準委員會（CSC）進行統一管理。CSC通過向政府機構與相關團體、專家與委員會公開征求意見，并進行公開投票決定標準的接納。《ASCE技術標準》中關于裝配建筑的主要有：《ASCE-7-05ERTA-2007-05-03裝配建筑和其他結構設計標準》；《ASCE11-992000-01-01裝配建筑物結構狀態評估》；《ASCE23-971999-01-01鋼梁口與網絡結構技術規范》；《ASCE36-012001-01-01裝配建筑物建設工程技術標準指南》等。

（5）NFPA技術標準。美國國家消防協會NFPA是一個非營利性組織。其宗旨是促進建筑物與環境相關的消防、電氣及安全領域的科學發展和方法改進，以減少火災和其他災害，保護人類生命財產和環境安全，是目前國際建筑工程中通用的行業設計規范與防火技術標準。

NFPA最初曾加入國際規范理事會ICC，一起致力于發展國際防火標準IFC，但由于不贊同ICC所編制的I-Code規范，后來退出自行制定建筑模式規范《NFPA-5000技術標準》，本規范為2006年版，用于工業與民用建筑對防火的要求與規定，是目前國際裝配建筑工程中通用的防火設計規范。《NFPA-5000技術標準》中關于裝配建筑的主要有：NFPA-13-D裝配式單戶及雙戶居室自動噴水滅火系統標準；NFPA-80-A裝配建筑物內部放火和防暴推薦操作；NFPA-101裝配式建筑物、構筑物火災的生命安全保障規范；《NFPA-220裝配式建筑物類性型標準》；《NFPA-251建筑裝配結構和材料耐火性測試方式》；《NFPA-255裝配建筑材料的表面燃燒層特性的標準測試方法》；《NFPA-256裝配式屋頂覆蓋物的防火性能標準測試方法》；《NFPA-259裝配式建筑材料的潛熱性能的標準測試方法》；《NFPA-273測試裝配式建筑材料可燃程度的方法標準》等。

（6）ACI技術標準。美國混凝土協會（ACI）成立于1904年，前身為全國水泥用戶協會。ACI百余年一直致力于有關預制混凝土和鋼筋混凝土結構的設計、建造和保養技術的研究，傳播有關行業規范與技術標準。ACI擁有30000名會員和30 多個國家的93個分會的技術教育協會，制訂有400多個有關PC（預制混凝土）工程文件、調研報告、設計指南、行業規范和技術標準；其中最重要的是《美國混凝土工程施工手冊》（簡稱《ACC手冊》）與《ACI技術標準》。

《ACI技術標準》由Edward.G.Nawy等29位國際權威專家編寫，匯集了美國百余年PC工程技術領域積累的先進經驗和技術標準。該標準涉及PC裝配建筑工程的主要內容有：《ACI-550-1R-09建筑結構混凝土規范》；《AC-I374.1-05基于裝配結構試驗的框架驗證標準》；《ACI-533R-11-PC墻板裝配指南》；《ACI-T1-2-03-預制混凝土構件組成的混合框架》；《ACI-533R-11-預制混凝土墻板指南》；《ACI-523-4R-09-蒸壓加氣混凝土板的設計與施工指南》等。

（7）PCI 技術標準。美國PCI 協會原名“預應力混凝土協會”。直到1989 年才正式改成預制與預應力混凝土協會（PCI）。PCI長期研究預制混凝土與推廣裝配式預制建筑，該協會以“PCI技術標準”制定頒發的《PCI設計手冊》，相關預制混凝土的標準規范很完善，其裝配式混凝土建筑應用非常普遍。

《PCI設計手冊》不僅在美國，而且整個國際上也是具有非常廣泛的影響力的。從1971年的第一版開始，《PCI設計手冊》已經編制到了第7版，該版手冊與IBC2006、ACI1318-05、ASCE7-05等標準協調。該手冊關于裝配式PC建筑結構的技術標準主要有：《MNL-116-99裝配結構預制構件的制作質量控制手冊》；《MNL-127-99預制構件的安裝指南和標準》；《MNL-138-08-PPC裝配結構連接手冊》；《MNL-140-07-PPC裝配結構抗震設計》；《MNL-123-88-PC裝配連接設計與典型構造》；《MNL-126-98-裝配式空心樓板設計手冊》等。

（8）HUD技術標準。1976年美國國會通過了聯邦政府住房和城市發展部（HUD）頒發的《聯邦裝配式住宅建設和安全標準（FAHCS）》；后來，HUD又頒發了《聯邦裝配式住宅安裝標準（FAHIS）》，FAHCS與FAHIS被統稱為“HUD技術標準”，它是美國唯一的國家級建設標準，也是全美所有新建裝配式住宅與建筑進行初始安裝的最規范標準。1976年后，所有裝配式住宅都必須符合“HUD技術標準”。只有達到HUD標準并擁有獨立的第三方檢查機構出具的證明，裝配式住宅才能出售。

至今，“HUD技術標準”提議的技術條例仍用于審核所有生產商的安裝手冊和全美國各州立安裝標準。“HUD技術標準”對裝配式建筑的設計、施工、強度和持久性、耐火、通風、抗風、節能和質量進行了技術規范；還對所有裝配式住宅的采暖、制冷、空調、熱能、電能、管道系統進行了安全規范。

（9）BIM技術標準。美國是較早啟動建筑業信息化研究的國家，BIM研究與應用發展一直走在世界前列。目前，美國裝配建筑項目已經開始應用BIM，BIM的應用模式也種類繁多，而且存在各種BIM協會，也出臺了各種BIM技術標準。

一是GSA的BIM技術標準。負責全美聯邦設施建造和運營的美國總務署（GSA）。早在2003年，為了提高建筑領域的生產效率、提升建筑業信息化水平就推出了《全國3D-4D-BIM計劃》與《3D-4D/BIM技術標準》。GSA要求，從2007年起裝配建筑業實現全生命周期的BIM數據互用；2015年起所有裝配建筑項目都需要應用《GSA/3D-4D-BIM技術標準》。目前GSA正在研究制定裝配建筑全生命周期應用的《ABC/BIM技術標準》，包括BIM空間驗證技術、4D模擬裝配技術，激光掃描、建筑裝配能耗和可持續發展BIM模擬、裝配安全BIM驗證等等。

二是USACE的BIM技術標準。隸屬于美國聯邦政府和國防部的美國陸軍工程兵團（USACE），為美國軍隊提供建筑項目管理和施工管理服務，是世界最大的公共工程、設計和建筑管理機構。2006年USACE發布了為期15年的BIM發展路線規劃，承諾未來所有軍事建筑項目都將使用USACE的BIM技術標準。USACE研究制定用于裝配建筑施工與管理的《ACM/BIM技術標準》，要求所有承包商必須應用，要求項目標準化中心（COS）在標準化設計中應用《ACM/BIM技術標準》。2010年，USACE基于Autodesk平臺和Bentley平臺又發布了適用于軍事建筑信息化裝配項目的《IAP/BIM技術標準》實施計劃，并在2011年進行了更新。適用于民事裝配信息化建筑項目的《CAICP/BIM技術標準》實施計劃，USACE還在研究制定當中。

三是NBIMS-US的BIM技術標準。成立于2007年的美國國家BIM標準項目委員會（NBIMS-US），是美國建筑科學研究院（NIBS）在信息資源和技術領域的一個專業委員會，專門負責美國國家建筑產業BIM技術標準的研究與制定。2007年12月，NBIMS-US發布了裝配建筑產業《NBIMS技術標準》第一版，主要包括關于建筑裝配信息交換和開發過程等方面的內容，明確了利用BIM技術裝配建筑過程和工具的各方定義、相互之間數據交換要求的明細和編碼，使不同建造部門可以開發充分協商一致的BIM裝配技術標準，更好地實現協同。2012年5月，NBIMSUS發布《NBIMS技術標準》第二版的內容。第二版的主要內容是統一建筑裝配各專業的BIM標準。2016年2月，又發布了關于全面信息化的《NBIMS技術標準》第三版。NBIMS-US針對裝配建筑產業化應用《NBIMS技術標準》及互用性制定了戰略目標：2018年實現裝配建筑全生命周期的數據互用與全面操作能力；95%的建筑業界符合《NBIMS技術標準》；在所有建筑項目的招標公告、發包、提交中必須使用《NBIMS技術標準》。

六、美國發展裝配建筑產業金融政策

為了促進裝配式住宅的發展，美國政府在金融制度、減免稅收與金融服務方面出臺了一系列優惠的產業政策。其次，裝配式活動房屋購買時，只能使用動產抵押貸款，而預制裝配式住宅和普通裝配式房屋的購買，可以獲得不動產抵押貸款。前者比后者高了2～8個百分點。而近年來美國銀行利率不斷下調，使得動產抵押貸款的利率更顯得高。2010年以來，動產抵押貸款的利率甚至比不動產的抵押利率高了大約一倍，達到甚至超過8%。另一方面，2002年12月以來，美國最大的裝配式活動房屋貸款商CONSECO FINANCE，由于在其裝配式活動房貸款領域過度放貸而破產，這使得眾多金融服務商對裝配式活動房的貸款加強了控制。美國發展裝配建筑的產業金融政策主要有以下幾個方面：

1.金融制度

一是實行證券化房地產抵押貸款；二是幫助中低收入者購買裝配式房屋的住宅金融制度；三是房產經紀人制度；四是裝配式住宅保險制度。

2.稅收政策

在稅收優惠方面，一是裝配式住宅的貸款利息支出減免個人所得稅；二是出售裝配式住房免收入所得稅；三是對土地和裝配式房屋征收較低的地產稅；四是對于低收入者購裝配房、租裝配房的稅收可以抵扣；五是發行低利率抵押債券等。

3.貸款服務

美國裝配式住宅的貸款服務體系包含兩個不同的市場：一是在自有土地上修建的裝配式住宅可以按照不動產貸款進行；二是對于在租借土地上修建的裝配式住宅只能按照“動產”貸款進行。

4.財政支持

對于新型裝配式建筑及其裝配新技術的開發與應用，美國聯邦政府和各地政府都給予不同程度的財政支持。

七、美國裝配建筑的價值定位與市場特點

1970年代至今，美國人對裝配式住宅的要求不斷提高——面積更大、功能更全、外形更為美觀，最重要的是更為安全、耐用、節能。

1.美國裝配式住宅的價值定位

與歐洲、日本不同，美國的裝配式住宅是由工業化房車演變而來的，因此在美國，裝配式住宅一直以來的主要購買者是低收入人群。但由于對低收入群體的社會偏見，尤其裝配式住宅在美國人心中的感覺大多是低檔的、破舊的住宅；其居民大多是貧窮的、老弱的、少數民族或移民，因此大多數美國地方政府以往都對這種住宅群的分布有多種限制，在選取土地時就很難進入“主流社會”的土地使用地域（城市里或市郊較好的位置），這更強化了人們對這種產品的心理定位，其居住者也難以享受其他住宅居住者一樣的權益。

為了擺脫“低等”、“廉價”形象，HUD與全國裝配建筑界努力求變：一是在質量和美觀上下功夫，使之符合房地產的普通標準，逐漸擺脫傳統的火柴盒式的外觀，與傳統建造的住宅外觀及特點非常相似。二是結構和品種調整，大力發展中高端裝配住宅產品。美國的低端活動房屋從1998年總建量23%的373000套，下降至2016年0.15%的15000套，而中高端裝配住宅產量則由1998年的8000套增加到2016年85%的85萬套。三是努力增加消費者參與和體驗。中高端裝配住宅一般為單層建筑，其面積、式樣、外觀和內部布局各不相同，消費者可以選擇已設計定型產品，也可以根據自己的愛好對設計進行修改，對定型設計也可以根據自己的意愿增加或減少項目，體現出了以消費者為中心的住宅消費理念。

經過不斷的努力，目前美國產業化建造的裝配住宅，其用戶對住宅的滿意程度已經超過普通建設的住宅，2016年滿意度超過了80%。

2.美國裝配建筑的購買市場特點

美國裝配式住宅市場的最大購買表現特點：低收入人群是裝配式住宅的主要購買者。在美國低收入人群的購房者中，23%來自于裝配式住宅，在各地城市郊區的低收入家庭中，購買裝配式住宅高達35% ；在農村地區，有63%的家庭購買這種住宅。

（1）全國購買市場特點。在全國范圍內，美國裝配式住宅的市場分布特點如下：南方55%、西部19%、中西部18%、東北部9%，而在全國沿海、半島與島嶼地區高達75%，南部沿海地區這一比例超過80%。這些區域的共同特點是：低收入家庭、移民和退休人員比例大。

（2）購買者年齡分布態勢。與現場修建的住宅購買者相比，美國裝配式住宅的購買者年齡分布呈現向兩端分布的態勢：年輕的人群比現場修建住宅購買者更年輕，年長的則更年長。一般而言，這兩類人相對于中間年齡段的人群，其經濟狀況也要差一些。

（3）土地占有和增值。美國裝配式住宅的土地使用分為兩種形式：自有和租賃。對于在自有土地上修建的裝配式住宅，其產品的增值速度與現場修建的住宅具有更優惠的增值速度。

（4）市場比較特點。對于中、低收入家庭，通過租用土地而自己擁有一套裝配式住宅與租住一套公寓相比，前者是明智的選擇。因為，這樣可以花同樣多的錢擁有更大的居住空間和草地。

3.美國裝配建筑的產業市場特點

美國的住宅建筑是以極其發達的裝配式產業化為背景的，美國制造業長期位居世界第一，具有各產業協調發展、勞動生產率高、產業聚集、要素市場發達、國內市場大等特點，這直接影響了市場表現的方式和水平。其特點有：

（1）市場多元化需求。美國產業化裝配建筑用構件和部品的標準化、系列化、專業化、商品化、社會化程度很高，幾乎達到100%。這不僅反映在主體結構構件的通用化上，而且特別反映在各類制品和設備的社會化生產和商品化供應上。除工廠生產的活動房屋和裝配建筑成套供應的木框架結構的預制構配件外，還為用戶實現多元化需求。

（2）產品高質量需求：由于對房屋住用的需求越來越大，美國人對裝配式住宅與建筑的質量和設計提出更高的要求。隨著HUD、ASTM、BIM等技術標準的不斷修訂發展，對裝配式住宅與建筑的抗災性、通風性和節能性提出更高的要求。

（3）完美中高檔需求。除了注重質量，現在美國的裝配式住宅更加注重提升美觀、舒適性及個性化，許多裝配式住宅的外觀與非裝配式住宅外觀差別無幾。

（4）理念新環保需求。在美國產業化裝配建筑中，融入新環保綠色理念的技術正在市場需求中加快成長。多方面新的環保節能技術不斷出臺，特別關注點是運用現代產業化生產裝配手段，在建筑的全壽命周期內最大限度地節能、節地、節水、節材，保護環境和減少污染，為用戶提供與自然和諧共生的健康、適用和高效的住用空間。

八、美國裝配建筑產業動向與發展趨勢

美國裝配建筑產業化的發展給德國建造業帶來了新的變革和重大影響，各種新動向和新趨勢正在不斷呈現。未來美國的裝配建筑產業及其建造系統必將超越現有企業模式與產業形式的范疇。其產業動向與發展趨勢有：

1.美國裝配建筑未來發展有利因素

根據美國國家制造者聯盟（NAHB）的調研報告顯示，美國裝配建筑未來發展有利因素有：

（1）美國裝配建筑產業本身具備不斷降低成本的能力，使他們能夠在一定程度上與現場建筑商競爭。

（2）美國裝配建筑產業與傳統的現場建筑商不斷發展的合作關系，必然使現場建設中裝配式部構件產品的使用逐漸增加。

（3）裝配式住宅與建筑的技術不斷發展、標準不斷修訂與產品不斷更新。

（4）裝配式住宅與建筑中的固定住宅與建筑的比例不斷增加、其模式也不斷創新，使他們能夠進入較高端的市場。

（5）美國政府、協會與團體對新型裝配式住宅與建筑的金融支持逐步增加。

2.美國裝配建筑市場發展趨勢

根據美國住宅和城市發展部（HUD）的研究表明，美國裝配建筑市場的發展趨勢有：

（1）產品市場創新特點：一是低成本；二是修建周期短。

（2）客戶市場發展目標：一是低收入家庭；二是移民家庭；三是退休家庭；四是首次置業；五是出租者。

（3）服務市場改善趨勢：一是產品設計不斷完善；二是金融服務的改善；三是土地使用和質量保證；四是法律法規的完善。

（4）消費市場滿意趨勢：裝配住宅與建筑擺脫了傳統的火柴盒式的外觀，其質量和美觀仍在來不斷提升與發展。其用戶的滿意程度2016年超過了80%，2020年滿意度將會超過普通建設的住宅，達到90%以上。

（5）未來市場產品定位：一是支付得起的低成本房屋；二是其他類型房屋的首選替代品。

（6）未來市場發展目標：一是新型的社區形式；二是作為所有者的不動產存在，而不局限于消費者的權宜之計。

3.裝配建筑商與普通建筑商融合趨勢

根據美國麥格羅希爾咨詢公司（MRC）的研究表明，美國裝配建筑產業與普通建筑商的融合發展趨勢有：

（1）由于在建筑行業里，普通的現場建筑商仍占據了市場的主流，所以他們對工廠化生產的裝配式住宅與建筑的部構件需求的不斷擴大，成為工廠化生產裝配式部構件進一步發展的根本動力。而事實上，自2015年開始，4/5的裝配式部構件銷售給了傳統建筑商。而這部分需求的年增長預計是每年10%～30%。

美國芝加哥，基督耶穌會大學私立高中-建筑為滿足預算限制、建設速度和噪音問題，采用了鋼框架的預制混凝土建設。教堂區向上凸起三層的體量，采用了隨機排布的玻璃立面，從三面環繞著教堂空間。

（2）普通大建筑商開始并購裝配式部構件工廠化生產商，或建立伙伴關系，以便大量購買裝配式部構件及其組件。

（3）工廠化生產的裝配式住宅與建筑的部構件及其組件，每平方英尺造價比傳統方式低30%～50%，普通建筑商希望通過此方法降低成本。

（4）所有的建筑商都希望通過統一標準的工廠化生產裝配式住宅與建筑的部構件及其組件，并希望擴大其規模。而工廠化生產裝配式住宅與建筑部構件的聯邦國家統一標準正在推進中，目前43個州和國防部已達成了共識，有望在2020年后真正實現裝配式住宅與建筑部構件的聯邦國家統一標準。

（5）據伍德布里奇公司的調研反映出，絕大部分裝配住宅部構件的工廠化生產商都在發展與普通建筑商的合作關系。目前15%～ 25%的銷售是直接針對普通建筑商。例如Champion Enterprise專門成立子公司，針對普通建筑商生產和銷售裝配住宅的部構件，這部分銷售額已占了Champion 的25%。

4.美國裝配建筑技術發展趨勢

隨著產業信息化、裝配智能化、結構綠色化與住宅與建筑個性化的字眼在人們思想中的深入體現，美國裝配建筑技術將呈現出以下發展趨勢：

一是信息多樣化發展趨勢。“數字信息時代的裝配式建造體系發展，真正的變革才初露端倪。建筑環境問題作為裝配建筑界的首要關注問題之一，應該擺脫傳統范式束縛。”美國建筑科學研究院（NIBS）副院長恩里克·夏爾馬指出，“用可持續的眼光的看待集成裝配式建造技術體系的發展。”未來美國裝配建筑界對于集成裝配建筑體系的產業化發展，將深入到可持續裝配式體系和數字信息時代的背景下未來建筑的多樣化進程，使之能夠真正成為當代建筑的主流范式語言。

二是裝配工藝發展趨勢。首先是混凝土結構從閉鎖體系向開放體系發展，致力于發展標準化的功能塊、設計上統一模數，這樣易于統一又富于變化，方便了生產和施工，也給設計者帶來更大自由。其次是連接工藝從濕體系向干體系發展，其標準較高。而結構形式從只強調結構的裝配式，向結構智配式和內裝系統化、固定集成化發展。

三是BIM技術發展趨勢。“BIM技術是應用于裝配工程設計、建造與管理的數據化基礎工具，在提高生產效率、節約成本和縮短工期方面發揮重要作用。”bSa-US首席科學家沃納·貝克霍教授指出，“bSa-US的目標是宏大現實的。”據介紹，bSa-US的目標是在2018年實現裝配建筑全生命周期的數據互用與全面操作能力；95%的建筑業界符合《NBIMS技術標準》；在所有建筑項目的招標公告、發包、提交中必須使用《NBIMS技術標準》；到2020年全面實現裝配建筑全生命周期任務的BIM自動化，利用美國國家BIM標準數據有效降低建設項目造價與工期，幫助裝配建設部門節約31%的浪費或者節約4億美元。

四是綠色裝配發展趨勢。“綠色化結構裝配體系是標志裝配建筑產業工業化、現代化的發展水平，新型的綠色化結構裝配體系必然在未來裝配式住宅與建筑中廣泛應用。”美國建筑與規劃協會主席馬格努松博士認為：當前美國業界正在重視發展以復合輕鋼結構、鋼/塑結構、生物質/木結構等為主的新型綠色化裝配構件體系，其目標是使裝配式住宅與建筑從設計、預制、運輸、裝配到報廢處理的整個住宅生命周期中，對環境的影響最小，資源效率最高，使得住宅與建筑的構件體系朝著安全、環保、節能和可持續發展方向發展。

五是智能化裝配發展趨勢。“目前美國建筑業對勞動力資源的需求越來越緊缺，特別是裝配建筑的施工現場，需要吊裝、搬運、裝配和連接等大量工人。”國際建設智能聯盟（bSI）紐約分會主席愛德恩·摩西表示，“美國建筑界正在致力發展智能化裝配模式（IAM），以大量減少施工現場的勞動力資源。”摩西指出：IAM出路是不斷發明推廣機器人、自動裝置和智能裝配線等；這種智能化裝配模式比以往建造模式大大節約了人力資源，同時可以縮短工期提高施工效率。

六是網絡定制裝配發展趨勢。“隨著互聯網的迅速發展，將給世界建筑界帶來裝配建筑定制網絡化的新變革。”美國建筑師協會（AIA）負責人勞蒂雅·雷佛教授指出，“未來基于網絡定制裝配建筑的模式是組合化、融通化、多樣化與個性化的。”據介紹，未來基于網絡定制裝配建筑的主要模式包括：定制環境內部的網絡化，實現定制過程的住宅裝配；定制環境與整個裝配企業的網絡化，實現定制環境與企業產業鏈信息系統等各子系統的裝配交易；企業與企業間的產業鏈網絡化，實現企業間的裝配式住宅與建筑資源的共享、組合與優化利用；通過網絡，實現異地定制裝配式住宅。（完）

譯據美國雜志《佛瑞斯特經濟》2016年第12期、《產業投資·建筑》2017年2月號。

原文作者：佛瑞斯特研究院研究員約翰·格雷斯博士、美國商務部產業投資局首席顧問約翰·凱·史密斯博士。

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