淺談裝配式建筑

李玉楠

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院 廣東廣州 510010）

1 裝配式建筑在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展

建筑工業(yè)化起源于二戰(zhàn)后的歐洲，得益于其雄厚的工業(yè)化基礎(chǔ)，各國(guó)百花齊放，推動(dòng)了建筑工業(yè)化裝配式的發(fā)展。英國(guó)的裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系發(fā)展迅速；德國(guó)的多層板式裝配住宅遍地開(kāi)花，建筑、結(jié)構(gòu)、水暖電協(xié)作配套，其預(yù)制裝配式建筑產(chǎn)業(yè)鏈日益完善；法國(guó)、丹麥則多采用預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)，模數(shù)化設(shè)計(jì)生產(chǎn)模式加速了裝配式建筑的建成。瑞典、日本由于國(guó)情及地理因素，多采用木結(jié)構(gòu)建筑為主；美國(guó)、加拿大則是多元化發(fā)展，預(yù)應(yīng)力預(yù)制構(gòu)件應(yīng)用廣泛。

裝配式建筑主要是指由工廠批量做好預(yù)制構(gòu)件，運(yùn)送至工地現(xiàn)場(chǎng)拼裝而成的建筑，主要體系有裝配式混凝土結(jié)構(gòu)、裝配式木（竹）結(jié)構(gòu)，裝配式鋼結(jié)構(gòu)等體系。建筑構(gòu)件生產(chǎn)批量標(biāo)準(zhǔn)化，現(xiàn)場(chǎng)澆筑作業(yè)大量減少，建筑裝修一體化設(shè)計(jì)施工，大幅度節(jié)約施工時(shí)間及節(jié)省施工人材機(jī)資源，綠色節(jié)能的特點(diǎn)鮮明。在資源日益緊張的現(xiàn)代社會(huì)，裝配式建筑引起了廣泛的關(guān)注及應(yīng)用。近年來(lái)世界各國(guó)裝配式建筑市場(chǎng)發(fā)展迅速，市場(chǎng)增速保持在10%以上。

國(guó)務(wù)院總理李克強(qiáng)2016年9月14日主持召開(kāi)國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議，部署加快推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+政務(wù)服務(wù)”，以深化政府自身改革更大程度利企便民；決定大力發(fā)展裝配式建筑，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級(jí)。截至2016年，全國(guó)已有30多個(gè)省市出臺(tái)了針對(duì)裝配式建筑及建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)和相關(guān)配套措施，已建立起超過(guò)五十個(gè)國(guó)家住宅產(chǎn)業(yè)化基地，行業(yè)整體呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢(shì)。

2 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)是目前運(yùn)用較多的裝配式結(jié)構(gòu)體系，圍護(hù)結(jié)構(gòu)、樓梯、樓板、梁柱等構(gòu)件在工廠預(yù)制好后，在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)套筒等方式連接，再加以節(jié)點(diǎn)現(xiàn)澆混凝土，形成整體結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)效率高，根據(jù)調(diào)查顯示，可節(jié)省12%的資源。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)

傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)往往施工工序復(fù)雜，施工水電需求量大，噪音不可避免，而裝配式混凝土結(jié)構(gòu)將各大構(gòu)件在工廠預(yù)制好，將混凝土的凝結(jié)振搗過(guò)程消耗在工廠生產(chǎn)中，且混凝土表面平整，沒(méi)有傳統(tǒng)混凝土項(xiàng)目中構(gòu)件表面可能出現(xiàn)的凹凸不平現(xiàn)象；預(yù)制疊合板對(duì)比現(xiàn)澆模版，減少了支模工作量和現(xiàn)場(chǎng)施工濕作業(yè)；預(yù)制“三明治”保溫外墻采用“企口”型窗口，既能有效保溫又能防止雨水倒灌；預(yù)制陽(yáng)臺(tái)采用工業(yè)化生產(chǎn)，避免了鋼筋可能出現(xiàn)的變形等問(wèn)題。“拼裝”裝配式建筑采用了大量先進(jìn)建筑設(shè)備，能從根本上杜絕因高空作業(yè)和操作失誤引起的工人高空墜落和物體高空墜落傷人等事故發(fā)生，還能最大限度減少火災(zāi)發(fā)生。

2.2 工廠

目前裝配式建筑發(fā)展模式主要包括以萬(wàn)科為代表的甲方整合模式，以中建科技和北京住總為代表的EPC總承包模式，和以遠(yuǎn)大為代表的預(yù)制構(gòu)件供應(yīng)和施工總承包模式。

以萬(wàn)科的專業(yè)制作PC相關(guān)預(yù)制構(gòu)件批量化生產(chǎn)為例，其主要有三條加工線：①模板加工線，萬(wàn)科使用施工周期為1000～2000次以上的鋁模、塑料模具、鋼模；②鋼筋加工線，流水線生產(chǎn)可把平均誤差控制在2mm，以毫米作計(jì)量單位，達(dá)到“兩提一減”的建造目標(biāo)；③PC澆注線，從地磚、墻面、樓臺(tái)、橫梁、臺(tái)柱等混凝土物件都可以像在工廠流水線一樣預(yù)制出來(lái)，隨后運(yùn)往工地組裝起來(lái)即可，真正實(shí)現(xiàn)“蓋房子就像搭積木一樣”方便快捷。

2.3 項(xiàng)目實(shí)例

中國(guó)裝配式建筑在國(guó)家政策的推動(dòng)下實(shí)現(xiàn)井噴式增長(zhǎng)，住建部于2017年11月9日發(fā)文認(rèn)定北京等30個(gè)首批裝配式建筑示范城市和北京住建總集團(tuán)有限責(zé)任公司等195個(gè)企業(yè)為第一批裝配式建筑產(chǎn)業(yè)基地。

唐山豐潤(rùn)區(qū)浭陽(yáng)錦園裝配式住宅工程建筑工地是唐山首個(gè)應(yīng)用裝配式混凝土技術(shù)和裝配式鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的民用住宅小區(qū)。工程于2017年3月開(kāi)工，由7棟高層，3個(gè)商業(yè)和一個(gè)連體車庫(kù)組成，總建筑面積169913.08m2。這里所有樓棟的樓板、樓梯等水平構(gòu)件均采用預(yù)制，其中一棟鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑抗震設(shè)防烈度為Ⅷ度，預(yù)制率達(dá)到95%。

圖1 唐山豐潤(rùn)區(qū)浭陽(yáng)錦園裝配式住宅工程

上海寶安區(qū)中冶盤古馨苑項(xiàng)目由3棟15～18層的小高層構(gòu)成，總面積達(dá)到2.5萬(wàn)m2，采用裝配式框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，裝配率為15～25%。

圖2 中冶盤古馨苑項(xiàng)目裝配式施工現(xiàn)場(chǎng)

3 裝配式鋼結(jié)構(gòu)

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑是之建筑的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由鋼部（構(gòu)）件構(gòu)成的裝配式建筑。與普通鋼結(jié)構(gòu)建筑不同，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)采用系統(tǒng)集成的方法統(tǒng)籌設(shè)計(jì)、生產(chǎn)運(yùn)輸、施工安裝和使用維護(hù)，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的協(xié)同，按照通用化、模數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化的要求，以少規(guī)格、多組合的原則，實(shí)現(xiàn)建筑及部件的系列化和多樣化。且應(yīng)實(shí)現(xiàn)全裝修，內(nèi)裝系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、外維護(hù)系統(tǒng)、設(shè)備與管線系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)建造。

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑擁有施工速度快、抗震性好、綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，符合綠色經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求，發(fā)展空間廣闊。它在抗震減災(zāi)方面表現(xiàn)突出，現(xiàn)在越來(lái)越多的重要建筑采用鋼結(jié)構(gòu)，是考慮其作為災(zāi)難來(lái)臨時(shí)的避難場(chǎng)所。據(jù)日本2011年地震災(zāi)后報(bào)告顯示，鋼結(jié)構(gòu)梁柱等主要構(gòu)件未受到大的破壞，可確保人身安全和災(zāi)后各項(xiàng)業(yè)務(wù)的繼續(xù)開(kāi)展。故裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑在公建項(xiàng)目中應(yīng)用廣泛，而隨著鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的提高，施工迅速等優(yōu)點(diǎn)也能使住宅項(xiàng)目逐漸接納該體系。

4 裝配式木結(jié)構(gòu)

裝配式木結(jié)構(gòu)在歐洲應(yīng)用較為廣泛，尤其在北歐，地廣人稀，且木材價(jià)格較鋼筋混凝土便宜，大部分的獨(dú)戶住宅均為裝配式木結(jié)構(gòu)。歐洲裝配式木結(jié)構(gòu)建筑根據(jù)組件的預(yù)制裝配化程度通常可分為梁柱組件結(jié)構(gòu)、板式組件結(jié)構(gòu)、空間組件結(jié)構(gòu)以及以上三種組合的結(jié)構(gòu)等。梁柱組件結(jié)構(gòu)相當(dāng)于框架式木結(jié)構(gòu)，板件式組件結(jié)構(gòu)相當(dāng)于剪力墻式木結(jié)構(gòu)，空間組件結(jié)構(gòu)的裝配化成都最高，設(shè)備及裝修均在工廠完成，再運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)安裝。我國(guó)已有多個(gè)省市有木結(jié)構(gòu)建筑生產(chǎn)加工產(chǎn)業(yè)，由于木材是一種可再生資源，木結(jié)構(gòu)建筑節(jié)能低碳環(huán)保。木材可加工性好，構(gòu)件全部工廠化制造，房屋建造速度快。且木材自重輕、有延性，抗震性能好。目前，通過(guò)用天然木進(jìn)行切割、窯干、應(yīng)力分級(jí)、指接、施壓膠合等工序可以制成材料性能良好的“膠合木”，山東一木業(yè)廠已將其投入使用到某6層木結(jié)構(gòu)裝配式建筑中。可預(yù)期未來(lái)的低層、多層住宅、特色小鎮(zhèn)、美麗鄉(xiāng)村建設(shè)中木結(jié)構(gòu)能夠得到很好的推廣。

但是，木結(jié)構(gòu)也存在幾個(gè)問(wèn)題，由于其本身的材料因素，強(qiáng)度往往難以達(dá)到多層及高層的要求，需要通過(guò)各種工序使木材的強(qiáng)度、耐火性、耐久性等性能滿足結(jié)構(gòu)的要求。且由于裝配式單元體積龐大，需要特殊的組件安裝設(shè)備，并優(yōu)化安裝流程。只有著力解決這些難題，才能從根本上推進(jìn)木結(jié)構(gòu)裝配式的發(fā)展。

5 裝配式建筑與BIM的結(jié)合

BIM為建筑信息模型（Building Information Modeling）的簡(jiǎn)稱，該模型的創(chuàng)建以建筑項(xiàng)目中的各類數(shù)據(jù)、信息為基礎(chǔ)，再通過(guò)數(shù)字信息虛擬仿真建筑物的實(shí)際真實(shí)信息，呈現(xiàn)的方式是數(shù)據(jù)庫(kù)和三維模型，具有可視化、模擬性、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性、可出圖性等特點(diǎn)。在項(xiàng)目前期，BIM軟件可幫助甲方及設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)做出合理的規(guī)劃，避免重復(fù)返工。在構(gòu)件生產(chǎn)中，BIM也可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)及生產(chǎn)系統(tǒng)的直接對(duì)接，若有一方做出更改，也可直接反應(yīng)到相關(guān)構(gòu)件的更改。在施工階段，BIM技術(shù)的可視化管理，能夠有效協(xié)調(diào)各個(gè)專業(yè)滿足裝配式建筑施工速度迅速的要求。整個(gè)建筑的數(shù)據(jù)也將長(zhǎng)期保存，為管理者對(duì)建筑后期的管理提供便利。

但現(xiàn)階段我國(guó)的BIM技術(shù)還有待提高，大部分BIM項(xiàng)目采用了階段性跟進(jìn)策略，如桂林雙江機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目，“設(shè)計(jì)—審視信息—調(diào)整設(shè)計(jì)”的流程在設(shè)計(jì)過(guò)程中反復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)，形成良性循環(huán)。BIM能夠迅速將設(shè)計(jì)變更顯示到整個(gè)項(xiàng)目中，工程師便可集中精力校審考慮其合理性，并將許多從前設(shè)計(jì)中難以獲取甚至無(wú)從獲取的“隱性信息”變成了可以被隨時(shí)獲取的“顯性信息”，加快了設(shè)計(jì)調(diào)整的速度，提高了設(shè)計(jì)調(diào)整的準(zhǔn)確度。

6 裝配式建筑的展望

裝配式建筑施工迅速，節(jié)能環(huán)保，安全性能較好，是未來(lái)建筑業(yè)的發(fā)展方向。其發(fā)展速度與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、地理環(huán)境和科技水平相關(guān)：

（1）政府在推動(dòng)裝配式發(fā)展上作用明顯，完善相關(guān)政策及對(duì)應(yīng)的規(guī)范規(guī)程能夠很好地促進(jìn)裝配式建筑的發(fā)展，但同時(shí)也需要選擇符合國(guó)情的裝配式建筑發(fā)展技術(shù)道路。

（2）配套部件體系是促進(jìn)裝配式建筑發(fā)展的充分必要條件，經(jīng)濟(jì)條件決定了能否為裝配式建筑提供完備的裝配式建筑產(chǎn)業(yè)鏈。提高經(jīng)濟(jì)水平，能夠推動(dòng)裝配式建筑產(chǎn)業(yè)鏈的加快完善。

（3）任何建筑都需要因地制宜，地理環(huán)境因素決定了該地區(qū)適宜的裝配式建筑的體系。

（4）技術(shù)基礎(chǔ)和進(jìn)步十分關(guān)鍵，建筑體系、關(guān)鍵技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化技術(shù)工人、部件生產(chǎn)質(zhì)量水平、物流體系、質(zhì)量管理及評(píng)價(jià)系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)管理體系水平。認(rèn)證和評(píng)價(jià)制度可提升質(zhì)量水平。如日本的BL優(yōu)良部品認(rèn)證制度，加拿大CPI認(rèn)證制度等。

綜上所述，裝配式建筑必須堅(jiān)守綠色發(fā)展的理念，完善建筑預(yù)制構(gòu)件的流水線產(chǎn)業(yè)鏈，以先進(jìn)科技為支撐，完善信息化管理流程，以實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的發(fā)展為最終目標(biāo)，是中國(guó)乃至世界建筑業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

[1]張寶芝，張書君.淺析裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)思路[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2017（19）.

[2《]裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T51232-2016）.中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

[3]蔣勤儉.國(guó)內(nèi)外裝配式混凝土建筑發(fā)展綜述[J].建筑技術(shù)，2010（12）：1074～1077.