裝配式PC發展的現狀與未來展望

郭曉霞 張 坤 張 驥

浙江省建材裝配式建筑設計研究院

1 前言

與傳統混凝土結構建筑相比，裝配式混凝土結構建筑具有施工周期短、結構穩定性強、綜合效益高等優勢特征，受到了業內人士的高度推崇。為此，全面探究裝配式混凝土結構建筑的未來發展趨勢具有重要意義。

2 裝配式混凝土結構建筑的基本概念

裝配式建筑起源于20世紀初，其主要有兩種形式：一種是預制裝配式建筑，也是比較常見的一類裝配式建筑;一種是整體裝配式建筑。裝配式建筑從整體上來說是一種區別于傳統建筑的新型建筑模式，其是指將建筑工程的建造過程作為一種機器生產程序，先提前在工廠中成批成套地將各個構件制造出來，再將這些預制好的構件運送到施工現場來進行現場裝配，從而建設完成的一種建筑?，F如今，在我國各地的建筑工程建設中都紛紛開始應用了裝配式建筑模式，可見其在建筑市場中有著良好的發展前景。裝配式混凝土結構建筑，即以鋼筋混凝土預制構件為主體，利用現場裝配的方式建造混凝土結構建筑。按照預制裝配程度差異，可將其劃分為部分裝配混凝土結構建筑和全裝配混凝土結構建筑兩類。部分裝配混凝土結構建筑多采用預制構件與現澆混凝土施工方式搭建部分結構。而全裝配混凝土結構建筑則適用于地層建筑，以及對抗震要求較低的建筑。

3 PC構件裝配結構性能要求

PC構件是指在工廠中進行預知生產的混凝土構件，基于PC構件的裝配式建筑是指由預制混凝土構件為主要結構，經混凝土構件加工工廠生產，再運至施工現場安裝連接，并與現澆部分結合使用的建筑類型。由此可見，PC結構還包含了關鍵部位的現澆處理，既提高了生產效率，又達到了與現澆部位相同的性能，滿足了給排水、暖通、電氣等系統的要求。裝配式建筑物的垂直結構一般由PC墻板和現澆剪力墻通過現澆接頭組成，主要通過布置在地板上的水平現澆帶，將相鄰的PC 墻板連接起來，并與現澆剪力墻連接成統一的整體。因此，要求PC構件具有與現澆剪力墻相似的承載力，并能夠有效滿足建筑的抗震性能和工程適應性，具體而言，需要滿足以下的性能要求。

3.1 防裂抗滲性能

裝配式建筑所用到的PC 構件需要具有良好的防裂抗滲性能，在正常的使用環境中，PC構件要具有良好的彈性，防止熱脹冷縮導致的裂縫和開裂，與此同時，PC 構件墻板與主承重梁之間的連接部分接縫要小于國家標準規定值，防治由于接縫過大產生的滲水泄露問題。

3.2 抗地震性能

基于PC 構件的裝配式建筑在抗地震災害方面也有明確的要求。建筑在經受較低烈度的地震時，建筑主體支撐結構可以產生一定量的彈性形變，PC構件的墻板和現澆結構接縫處不能出現斷裂現象，并且需要保證預制樓板不能出現開裂現象。在經受中級烈度的地震災害時，建筑主體結構和PC構件允許出現輕微的裂縫損傷，并且這些損傷經歷簡單的修復后就能繼續使用，達到正常的使用狀態。在承受較強烈度的地震災害時，需要保證裝配式建筑的主體承重結構不發生倒塌，PC構件局部可以出現一定量的彎曲形變，但不能與主體結構完全脫離，仍需保證必要的垂直向承重功能。

3.3 抵御火災水災的性能

裝配式建筑在發生火災、爆炸、水災等災害時，PC構件需要具備防治持續倒塌的性能，為了提高建筑的防火、防煙霧和防水性能，在裝配式施工過程中，要盡量避免出現轉角板折斷、疊合板斷裂以及構件埋設不合理等問題。

4 裝配式混凝土結構建筑的優勢特征

4.1 施工周期短

由于裝配式安裝施工作業多在廠房內進行，避免了外界環境因素的影響。采用裝配式安裝施工方式，不僅可以縮短現場安裝施工周期，還可以有效降低勞動強度，壓縮勞動力成本。據相關調查報告顯示，采用裝配式安裝施工方式，低層和多層建筑可以縮短50%以上的工期，高層建筑可以縮短1/3左右的工期。

4.2 結構質量等級高

采用自動化機械生產、信息化流水線管理的方式，可以有效避免人為因素的破壞，以及施工轉分包行為，保障整體結構的質量。尤為關鍵的是，可以有效解決傳統建造模式普遍存在的漏水、隔音效果差、保溫性能不達標等問題。

4.3 資源損耗小

由于裝配式混凝土結構建筑所用的預制構件都是工廠批量化生產的，整個流水線的生產機具都是可以循環利用的，這極大地減小了資源損耗量，增大了資源的利用率。

5 裝配式混凝土建筑國內外的發展現狀

5.1 國外發展現狀

5.1.1 北美發展現狀

裝配式建筑最早應用于美國，用以專門研究裝配式建筑的相關內容。北美地區裝配式建筑以預制構件和預制外墻兩部分為主，通過與預應力技術的融合應用，改進建筑質量，縮短建設工期，推動建筑向標準化、工業化方向發展。另外，由于北美地區處于地震多發地帶，在預制裝配式建筑研究中，將建筑抗震性融入其中，在提高建筑抗震能力的基礎上，對其結構實行調整，推動裝配式建筑的進一步發展。

5.1.2 日本發展現狀

日本裝配式混凝土建筑的發展要從20世紀70年代開始，當時只有初步理念和理論支持，直到90年代才逐漸實現工廠化發展。日本裝配式混凝土建筑借鑒歐美現有的經驗技術，根據自身需求進行創新和優化。現階段，日本裝配式混凝土建筑已經獲得了較好成績，尤其在抗震方面有著突出貢獻，為人們的生命財產安全提供保障。日本裝配式混凝土建筑具有靈活多變、生產效率高等優勢，可滿足多樣化需求。

5.2 國內發展現狀

我國裝配式混凝土建筑的起步時間較晚，約在20世紀中期才逐漸將裝配式混凝土理念引入國內，初期由于技術的限制，裝配式建筑結構以預制大板和工具室模板現澆體系為主，混亂性較高，且缺少標準指標數據，產量也難以保障。之后隨著技術的進步，到20世紀90年代左右，裝配式混凝土建筑稍有起色，并在國家政策支持下，做到了工業化發展。進入20世紀后，在低碳經濟理念的引領下，人們逐漸加大了對裝配式混凝土建筑的重視力度，該建筑具有能耗小、施工快等優勢，符合低碳發展要求。從此以后，我國將其作為推動建筑行業穩定前行的核心動力，相關政策體系也日益完善，法律法規及標準規范內容不斷健全，這為裝配式混凝土建筑發展提供了強大助力。

6 我國裝配式混凝土結構中的問題

6.1 質量水平較低

質量水平不高體現在三方面上：一是節點連接性較差。目前，我國裝配式建筑的裝配式僅在20%-50%之間，套筒灌漿連接方式作為主要連接措施，雖然在近幾年發展中已經較為完善，規章流程也較為完整，但由于標準化界限模糊不清，灌漿飽和度與漿液質量難以把控，再加上事后檢驗工作的不合理，節點連接位置容易出現各種問題，難以保證工程質量。二是精準性不足。裝配式混凝土建筑施工中涉及大型構件的吊裝作業，其對精準度要求較高，雖然有BIM技術作為支持，但由于該技術在我國還不是十分完善，難以對吊裝精準性實行科學控制，所以很容易對工程質量帶來負面影響。三是技術人員能力不高。裝配式混凝土在我國起步較晚，專業人才培養力度不足，實際作業中容易因為技術掌握不熟練，影響因素較多、不規范操作等導致問題的產生。另外，高校及一些培訓機構仍在沿用傳統培訓方式，未將裝配式混凝土建筑融入其中，專業人員對相關知識了解較少，難以對工程質量提供幫助。

6.2 造價成本較高

首先，裝配式混凝土建筑中所需的零部件均是由工場生產制作的，但由于生產標準、生產技術的缺失，導致生產作業中材料損耗量上升，造成較大的成本支出。我國裝配式混凝土結構尚未規?；瘧们翌A制率、裝配率較低，市場需求量小，“工廠化”的優勢未能真正體現。其次，PC 預制構件的增值稅是按照產品16%征收的，稅費相對較大，增加了企業的運營成本。最后，產業集成化程度低，設計、生產、施工處于分散狀態，生產廠家未能完全理解設計者的設計意圖，不合格產品的數量有所增加，且預制構件在施工過程中與現場構件出現錯漏碰撞現象，致使工程返工。雖然我國有大力推動EPC 工程承包模式，但由于對其了解不夠充分，實際落實效果不理想。

6.3 設計體系不合理

設計體系不合理可體現在設計理念、設計技術和標準體系這三方面上。設計理念落后是裝配式混凝土建筑普遍存在的問題。裝配式混凝土建筑的設計涵蓋多方面內容，如現澆設計、拆分設計、預制構件設計、主體和圍護結構設計、機電設計等，設計中要注重這些結構的協調性，搭配的合理性。但在工作開展中，設計人員沿用傳統設計理念，將重點放在澆筑、拆分及預制構件設計環節上，忽略了其他環節，這使得最終設計與實際施工不符，影響了建筑質量。設計技術不成熟也是阻礙裝配式混凝土建筑發展的因素之一。其中節點設計、結構體系設計等技術不夠成熟。雖然有BIM技術作為支撐，可開展深化設計活動，但由于兩者融合不夠完善，很多性能無法發揮，再加上工作人員操作的不規范，整體設計水平無法提升。標準體系缺失使得裝配式混凝土建筑設計缺少科學依據，難以做到優化和調整，這樣在面對不同環境、不同要求下，無法對建筑及其構件實施科學處理，影響了最終的建筑效果。

7 我國裝配式混凝土結構的發展對策

7.1 加大政府扶持力度

政府應明確裝配式混凝土建筑在未來發展中的重要作用，加大研究力度，改善裝配式混凝土建筑中的關鍵技術，同時根據裝配式混凝土建筑的要求，做好新材料的研究，優化材料強度、耐久性、抗震性。再者，完善相關制度，為裝配式混凝土建筑的發展提供可靠依據。政府部門可借助控制增值稅、返還土地出讓金等政策，降低企業經濟壓力，加大對該建筑形式的應用。在人才培養方面，擴大工人隊伍培訓示范基地試點范圍，為培訓機構提供政策優惠，且鼓勵高校大力開展相關專業和課題研究，推行持證上崗政策，以完善工作人員的技能水平。此外，還應做好宣傳工作，讓更多人了解裝配式混凝土建筑的優勢和特征，激勵企業參與到裝配式混凝土結構建設中來，推動產業的良好發展。

7.2 引進和加大新型技術研究力度

設計過程中需開展標準化、一體化設計。對節點、接口等關鍵部位及結構進行合理規劃，注重結構抗震性。在生產運輸中，需提高工業化生產技術水平，合理應用BIM-RFID技術及現代物流管理技術，保證預制構件質量，做好生產運輸環節的保護，使構件符合工程建設要求。施工安裝階段，要通過隔震、消震技術的應用，加強安裝的精準性，降低不良因素對結構的影響。研發灌漿料封堵模具、真空灌漿技術，保證節點連接質量；將現代定位技術與BIM 技術相結合，借助事前模擬、事中精準定位、事后嚴格檢查，來提高現場安裝精確度。

7.3 實現產業集成化整合

由于裝配式混凝土結構在發展中缺少完善的產業鏈體系，使其受到多方面因素的制約。為此，相關人員有必要結合現今形勢，完善產業鏈條，改善其集成化水平。一方面要滿足一體化發展要求，做到研發、設計、生產、安裝、運營管理等產業的集成化管控，加強建筑結構的穩定性和安全性。同時一體化集成管理可優化設計水平，促進內部各系統或結構間的連接，提升建筑實用性能。另一方面要對管理模式予以創新，落實EPC 工程總承包模式，將研發、生產、安裝、管理等融合起來。且加大信息化建設力度，提高BIM技術在裝配式混凝土建筑中的應用效率，通過信息共享、模型構建，完善裝配式混凝土結構內容，有效提高建筑整體質量。

8 結束語

當前，裝配式混凝土結構已經成為我國建筑領域發展的主要方向，雖然其現階段還存在較多不足有待解決，不過隨著相關人員意識水平的提高、研發力度的加大、政策完善及科學技術的支持和推動，裝配式混凝土建筑的整體質量將得到有效改善，從而推動現代化城市的前進腳步，為建筑領域帶來經營動力。