建筑設計行業(yè)前沿技術(shù)之三——工業(yè)化住宅設計

張 樺

（上海現(xiàn)代建筑設計（集團）有限公司,上海 200000）

1 工業(yè)化住宅定義

當前工業(yè)化住宅是國內(nèi)工程建設關注的熱點，各種名稱和定義同時并存，如裝配式住宅、PC預制混凝土住宅、模塊化建筑、工業(yè)化住宅、住宅產(chǎn)業(yè)化、建筑工業(yè)化等。裝配式住宅是從建造形式定義，裝配形成的住宅；PC預制混凝土住宅則是從建造材料定義，采用預制混凝土；模塊化建筑從方法維度定義，模塊化方法設計的建筑；工業(yè)化住宅從技術(shù)角度定義，用工業(yè)化的方式代替手工業(yè)生產(chǎn)方式建造的住宅；住宅產(chǎn)業(yè)化從政策角度定義，實現(xiàn)住宅生產(chǎn)、供應等的工業(yè)化；建筑工業(yè)化從生產(chǎn)方式定義，通過現(xiàn)代化的大工業(yè)生產(chǎn)方式，代替?zhèn)鹘y(tǒng)建筑業(yè)的手工業(yè)生產(chǎn)方式。

工業(yè)化住宅多種定義共存現(xiàn)象所隱含的問題：住宅產(chǎn)業(yè)化定義多樣性，表明國內(nèi)對住宅產(chǎn)業(yè)化工作的重視，不同類型的企業(yè)從建造形式、建造材料、技術(shù)角度、政策角度和生產(chǎn)方式等多個角度對工業(yè)化住宅理解和解析；同時，住宅產(chǎn)業(yè)化不同定義的共存，表明國內(nèi)對住宅產(chǎn)業(yè)化本質(zhì)認識理解準確性和概念模糊性，導致了“住宅產(chǎn)業(yè)化=預制裝配率”的局限性理解，從工業(yè)化住宅看到差距和理解的誤區(qū)。

圖1 工業(yè)化住宅建造現(xiàn)場

根據(jù)“十二五”上海市住宅產(chǎn)業(yè)化工作兩個階段目標：2011—2013年為試點推廣期，到2013年度項目面積達到150萬m2；預制裝配率達15%以上；2014—2015年為面上推廣期，2015年逐步實現(xiàn)新建公租房和內(nèi)環(huán)線新建住宅全面推進裝配整體式，預制裝配率達30%以上。結(jié)合上海地區(qū)產(chǎn)業(yè)化工作目標，如何開展工業(yè)化住宅建設工作？首先要開展工業(yè)化住宅的定義，建立適合上海地區(qū)特點的工業(yè)化住宅體系。

根據(jù)現(xiàn)代設計集團開展的“工業(yè)化住宅標準體系研究”課題調(diào)研成果，工業(yè)化住宅是按照統(tǒng)一、標準的建筑部品規(guī)格，在工廠流水線預制生產(chǎn)住宅的單元或構(gòu)件，運輸至工地現(xiàn)場拼裝形成的住宅，工業(yè)化住宅的基本特征包括社會化模式、市場化運作、工廠化生產(chǎn)、標準化體系等。

2 工業(yè)化住宅標準體系研究

2010年以后，國內(nèi)上海、沈陽、深圳、合肥、長沙地區(qū)等多個大型綜合建設企業(yè)和地產(chǎn)商加大了對工業(yè)化住宅技術(shù)的研發(fā)和實踐力度，并根據(jù)各自技術(shù)優(yōu)勢和特點形成了多種模式工業(yè)化住宅技術(shù)體系?，F(xiàn)代設計集團結(jié)合上海地區(qū)工業(yè)化住宅建設的需求，開展國內(nèi)外工業(yè)化住宅技術(shù)調(diào)研考察，先后參觀沈陽、深圳、日本、臺灣、合肥、長沙等國家和地區(qū)的工業(yè)化住宅項目。根據(jù)對工業(yè)化住宅的項目考察結(jié)果，開展了工業(yè)化住宅體系的梳理。本次調(diào)研范圍為混凝土結(jié)構(gòu)多、高層工業(yè)化住宅，根據(jù)“主體結(jié)構(gòu)是否預制”的原則，主要包括主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件預制、非受力結(jié)構(gòu)構(gòu)件預制、所有結(jié)構(gòu)構(gòu)件預制3種類型，對國內(nèi)工業(yè)化住宅技術(shù)體系梳理如圖2所示。

圖2 工業(yè)化住宅技術(shù)體系梳理

當前國內(nèi)尚沒有所有結(jié)構(gòu)構(gòu)件預制的工業(yè)化住宅項目，根據(jù)高層住宅主體結(jié)構(gòu)框架及剪力墻是否預制，可以分為5種工業(yè)化住宅體系，包括預制框架剪力墻現(xiàn)澆體系、預制剪力墻結(jié)構(gòu)體系、預制框架結(jié)構(gòu)體系、預制外墻剪力墻現(xiàn)澆體系、預制外墻框架現(xiàn)澆體系。表1為分別對5種工業(yè)化住宅體系的預制和工程案例列表。

表1 國內(nèi)不同工業(yè)化住宅技術(shù)體系匯總

2.1 預制框架現(xiàn)澆剪力墻體系

預制框架現(xiàn)澆剪力墻體系的基本特征：主體結(jié)構(gòu)框架預制、主體結(jié)構(gòu)剪力墻現(xiàn)澆；樓板采用疊合樓板，樓梯、雨棚、陽臺等圍護結(jié)構(gòu)預制。典型案例是城建集團浦江瑞和新城05-02地塊，由4幢18層和1幢14層的高層住宅組成，引進消化吸收“臺灣潤泰”預制框架剪力墻體系。主體剪力墻結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆，框架結(jié)構(gòu)梁柱預制及周邊外墻板、陽臺和樓梯等圍護結(jié)構(gòu)工廠預制，樓板采用疊合樓板。

圖3 城建集團浦江瑞和新城05-02地塊

2.2 預制剪力墻結(jié)構(gòu)體系

預制框架現(xiàn)澆剪力墻體系的基本特征：主體結(jié)構(gòu)剪力墻預制，樓板采用疊合樓板，樓梯、雨棚、陽臺等圍護結(jié)構(gòu)預制。根據(jù)剪力墻預制形式不同可以分為整體預制和疊合預制兩種形式。

疊合剪力墻的典型案例為合肥新站平板顯示基地公租房項目，由4棟地上18層、地下1層樓房組成。主體結(jié)構(gòu)采用預制疊合板剪力墻結(jié)構(gòu)體系，樓板采用預制疊合樓板，部品構(gòu)件真正實現(xiàn)了工廠化生產(chǎn)；疊合剪力墻結(jié)構(gòu)形式采用等同現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)的理念，抗震性能與傳統(tǒng)一致。

整體預制剪力墻典型案例為沈陽萬科春河里項目，2＃、3＃采用北京萬科自主研發(fā)的套筒剪力墻體系，主要受力構(gòu)件剪力墻預制，剪力墻之間連接的連梁采用現(xiàn)澆方式，樓板采用疊合方式，復合夾芯保溫外墻及樓梯采用預制方式；萬科集團在與日本前田建筑株式會社研究成果的基礎上，與北京榆構(gòu)和長春亞泰集團共同開發(fā)了剪力墻技術(shù)體系。

圖4 合肥新站平板顯示基地公租房項目

圖5 沈陽萬科春河里2＃、3＃樓項目

2.3 預制框架結(jié)構(gòu)體系

預制框架結(jié)構(gòu)體系的基本特征：主體結(jié)構(gòu)框架預制，樓板采用疊合樓板，樓梯、雨棚、陽臺等圍護結(jié)構(gòu)預制，框架結(jié)構(gòu)連接形式主要采用套筒灌漿形式。預制框架結(jié)構(gòu)體系的典型案例是沈陽萬科春河里項目17＃樓，采用日本鹿島框架筒體結(jié)構(gòu)體系，核心筒采用現(xiàn)澆方式；框架梁、框架柱采用預制方式；樓板采用疊合方式；內(nèi)墻、復合夾芯保溫外墻及樓梯均采用預制方式，結(jié)構(gòu)預制部分達到70%以上。施工速度快，構(gòu)件質(zhì)量控制好，但存在構(gòu)件造價高等問題。

圖6 沈陽萬科春河里17＃樓項目

2.4 預制外墻現(xiàn)澆剪力墻體系

預制外墻現(xiàn)澆剪力墻體系的基本特征：主體結(jié)構(gòu)剪力墻現(xiàn)澆（內(nèi)澆外掛），外墻采用疊合預制外墻、門窗整體預制，樓梯、雨棚、陽臺等圍護結(jié)構(gòu)預制，外墻質(zhì)量問題大大改善，如漏水、裂縫、面磚脫落和發(fā)霉等。典型案例是上海萬科城花新園工程項目，位于七寶鎮(zhèn)35#地塊，是上海萬科首個“三星級綠色建筑標識證書”項目；采用了PC技術(shù)外墻、窗戶和陽臺等周邊圍護結(jié)構(gòu)以及樓梯采用PC工廠預制的方式生產(chǎn)。

圖7 上海萬科城花新園工程項目

圖8 長沙遠大渾南公租房項目

另一個典型案例是長沙遠大渾南公租房，采用長沙遠大住工裝配式技術(shù)體系，剪力墻采用現(xiàn)澆方式，剪力墻之間的連梁采用疊合方式，樓板采用疊合方式，內(nèi)墻板、外墻板、疊合樓板、疊合梁、預制樓梯、預制陽臺等采用預制。

圖9 長沙洋湖#25號棟工程項目

2.5 預制外墻現(xiàn)澆框架體系

預制外墻現(xiàn)澆框架體系的基本特征：主體結(jié)構(gòu)框架柱現(xiàn)澆，疊合梁。外墻采用預制夾芯保溫外墻、門窗后裝；樓板采用疊合樓板，樓梯、雨棚、陽臺等圍護結(jié)構(gòu)預制，疊合梁和內(nèi)隔墻一體化設計（等寬）。典型案例為長沙洋湖#25號棟工程項目，21層商務酒店。采用主體受力結(jié)構(gòu)框架柱現(xiàn)澆；框架梁采用疊合梁，樓板采用疊合樓板。外圍護墻體采用預制夾心保溫墻體；陽臺、樓梯采用工廠預制的方式，采用整體式浴室，整體標高抬高。

3 不同模式工業(yè)化住宅技術(shù)生產(chǎn)模式分析

對比分析不同工業(yè)化住宅實踐生產(chǎn)模式，可以分為3種類型，包括異地建造預制生產(chǎn)、部分構(gòu)配件的社會化生產(chǎn)和工業(yè)化流水線生產(chǎn)，從而區(qū)別“建造”和“制造”的特點。

3.1 模式1：異地建造預制生產(chǎn)

異地建造預制生產(chǎn)方式指結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料和施工工藝仍為傳統(tǒng)材料和工藝，采用手工支模板、綁扎鋼筋，澆筑混凝土構(gòu)件，養(yǎng)護完成后構(gòu)件運輸至施工現(xiàn)場，進行裝配施工。這種工業(yè)化住宅的建造模式和傳統(tǒng)的現(xiàn)場施工，僅僅建造場地和空間發(fā)生變化，構(gòu)件預制完成后運至現(xiàn)場裝配完成，減少了現(xiàn)場手工勞動的工作量，在預制構(gòu)件廠完成，生產(chǎn)方式?jīng)]有實現(xiàn)根本的變化。國內(nèi)較早的預制構(gòu)件廠基本上都屬于這種“建造”模式，如工業(yè)廠房的預制框架柱、杯口基礎等的預制施工。

圖10 異地建造預制生產(chǎn)方式

3.2 模式2：部分構(gòu)配件的社會化生產(chǎn)

部分構(gòu)配件的社會化生產(chǎn)指在預制構(gòu)件廠的生產(chǎn)過程中，考慮引入工業(yè)化的加工方式，并考慮對構(gòu)件類型進行調(diào)整，以適應社會化的生產(chǎn)方式。如在臺灣潤泰集團考慮框架柱的工業(yè)化制造模式，發(fā)明多螺旋箍筋的框架柱配筋方式，研發(fā)套筒注漿連接技術(shù)，實現(xiàn)框架柱的工廠化制造。螺旋鋼筋適合于工廠的機械化加工，預制框架柱的模板仍采用手工制模，在工廠實現(xiàn)大批量的工業(yè)化制造。這種工業(yè)化預制構(gòu)件生產(chǎn)實現(xiàn)了鋼筋加工的流水線施工，通過技術(shù)研發(fā)實現(xiàn)連接技術(shù)和鋼筋加工技術(shù)的標準化，減少了手工操作，提高了制作效率和現(xiàn)場連接質(zhì)量，實現(xiàn)了手工“建造”模式向工廠“制造”模式的變革與進步。

圖11 異地建造預制生產(chǎn)方式

3.3 模式3：工業(yè)化流水線生產(chǎn)

工業(yè)化流水線生產(chǎn)指采用專業(yè)的預制構(gòu)件流水線生產(chǎn)方式，通過電腦中控將預制構(gòu)件深化設計圖紙輸入流水線系統(tǒng)，可以采用電腦控制的機械手自動完成實現(xiàn)模板放樣、商品化鋼筋加工、自動混凝土澆筑、構(gòu)件養(yǎng)護完成，在工廠內(nèi)的流水線完成，大大降低了構(gòu)件制作的手工勞動，實現(xiàn)了工廠化的流水線制作方式。構(gòu)件完成后作為產(chǎn)品運輸至現(xiàn)場，機械化裝配完成，完全實現(xiàn)了構(gòu)件的工廠制造模式。國內(nèi)目前已研發(fā)和引進多條工業(yè)化墻板、樓板自動化生產(chǎn)流水線。如合肥西偉德的疊合樓板生產(chǎn)線、長沙遠大住工的復合夾芯保溫層外墻生產(chǎn)線，以及寶業(yè)集團從德國引進的全自動疊合樓板生產(chǎn)線等。

圖12 工業(yè)化流水線生產(chǎn)方式

4 結(jié)語

目前，工業(yè)化住宅技術(shù)“設計—制造—施工”體系中，施工技術(shù)占比重最大，未來的發(fā)展要實現(xiàn)三足鼎立的局面，實現(xiàn)設計全過程參與的“制造”工業(yè)化住宅體系。上海地區(qū)工業(yè)化住宅技術(shù)應該具備“社會化、市場化、工廠化、標準化”的特點，包括：生產(chǎn)流水線技術(shù)、信息化技術(shù)、集成化技術(shù)和部品構(gòu)件連接技術(shù)：“社會化”表現(xiàn)在鏈接上下游模塊、部品配件制作采用社會化的生產(chǎn)模式；“市場化”表現(xiàn)在統(tǒng)一的標準下，部品配件采購采用市場化商品模式；“工廠化”表現(xiàn)在引進工廠制造，部品配件生產(chǎn)采用工業(yè)化流水線生產(chǎn)技術(shù)；“標準化”表現(xiàn)在部品構(gòu)件實現(xiàn)模塊化、連接件、鋼筋套筒等實現(xiàn)標準化設計。