繆 英, 鄢 偉, 趙雪媛
(1. 四川大學(xué)錦城學(xué)院, 四川成都 611731;
2. 成都建工集團(tuán)總公司, 四川成都 610014; 3. 四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院, 四川成都 610065)
?
成都地區(qū)建筑工業(yè)化施工初探
——以綠地東村幼兒園建筑工業(yè)化項(xiàng)目為例
繆英1, 鄢偉2, 趙雪媛3
(1. 四川大學(xué)錦城學(xué)院, 四川成都 611731;
2. 成都建工集團(tuán)總公司, 四川成都 610014; 3. 四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院, 四川成都 610065)
【摘要】建筑工業(yè)化是建筑業(yè)轉(zhuǎn)變發(fā)展方式的必然趨勢(shì),作為西部重要城市,成都也在積極探索建筑工業(yè)化的實(shí)施和發(fā)展。文章介紹了成都市首個(gè)新型建筑工業(yè)化示范項(xiàng)目——綠地東村幼兒園在建筑設(shè)計(jì)、構(gòu)件預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)吊裝、BIM應(yīng)用等方面進(jìn)行的建筑工業(yè)化探索。
【關(guān)鍵詞】建筑;工業(yè)化;施工;發(fā)展;建筑業(yè)
1建筑工業(yè)化的起源
建筑工業(yè)化是指用現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)方式和組織管理手段代替?zhèn)鹘y(tǒng)的、以現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)人力生產(chǎn)方式來建造房屋,也即是采用類似其他工業(yè)行業(yè)的生產(chǎn)組織模式,用工廠化、機(jī)械化、規(guī)?;侄紊a(chǎn)建筑產(chǎn)品[1]?;诮ㄖI(yè)自身的很多特點(diǎn),其工業(yè)化步伐比其他行業(yè)遲緩很多。第二次世界大戰(zhàn)后,隨著世界經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)和發(fā)展,生產(chǎn)性和非生產(chǎn)性建筑的建設(shè)數(shù)量猛增而勞動(dòng)力缺少,傳統(tǒng)的建造方式已不能適應(yīng)大規(guī)模建設(shè)的需求。形勢(shì)迫使建筑業(yè)必須改變單件定制式生產(chǎn)、受外部環(huán)境和氣候條件影響大、生產(chǎn)周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)。因此,適應(yīng)大規(guī)模、高速度建設(shè)的建筑工業(yè)化技術(shù)體系應(yīng)運(yùn)而生(圖1、圖2)。
圖1 國外大板建筑居住區(qū)
圖2 盒子裝配式建筑
2我國建筑工業(yè)化的發(fā)展
2.1我國建筑工業(yè)化的起源
相對(duì)于國外建筑工業(yè)化的發(fā)展,我國建筑工業(yè)化的起步更晚,直到20世紀(jì)50年代,預(yù)制構(gòu)件才開始應(yīng)用。由混凝土預(yù)制構(gòu)件廠,按統(tǒng)一模數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的構(gòu)配件,運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)后,進(jìn)行機(jī)械吊裝建成建筑主體。優(yōu)點(diǎn)是解決了人工在現(xiàn)場(chǎng)制作的缺點(diǎn),工程施工速度加快。但不足之處是削弱了結(jié)構(gòu)整體性,由于接縫處理不當(dāng)而產(chǎn)生滲漏、隔熱問題,結(jié)構(gòu)形式和外觀設(shè)計(jì)單調(diào),使城市建筑缺乏特色和美感。20世紀(jì)70年代,混凝土裝配式預(yù)制構(gòu)件的應(yīng)用與研究更加普遍,并研究開發(fā)了混凝土大板建筑體系、框架輕板建筑體系等,鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架在大跨度空間結(jié)構(gòu)中也開始使用。20世紀(jì)80年代,隨著垂直運(yùn)輸機(jī)械化和混凝土泵的使用,使現(xiàn)澆混凝土技術(shù)的應(yīng)用更為廣泛。利用大模板和滑升模板的現(xiàn)澆混凝土的建筑結(jié)構(gòu)也大量使用。預(yù)制裝配式混凝土構(gòu)件建筑由于結(jié)構(gòu)的整體性、抗震性和墻體防水問題未能很好地解決以及堆放場(chǎng)地大、經(jīng)濟(jì)性問題等諸多原因,至20世紀(jì)80年代末,僅北方局部地區(qū)還在使用。20世紀(jì)90年代后,隨著大量農(nóng)村富余勞動(dòng)力進(jìn)入建筑業(yè),建筑工程中以現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用較多,而預(yù)制裝配式混凝土構(gòu)件僅用于單層工業(yè)廠房和民用建筑的局部構(gòu)件。輕鋼結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房、倉庫、住宅、商場(chǎng)等民用建筑中開始得到應(yīng)用。鋼結(jié)構(gòu)自重輕,整體性、抗震性好,施工速度快,大大減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,又具有環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和美觀的優(yōu)點(diǎn),建筑工業(yè)化開始向輕鋼結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)方向發(fā)展。
2.2現(xiàn)代建筑工業(yè)化的發(fā)展
進(jìn)入21世紀(jì),隨著我國社會(huì)的發(fā)展,城市化進(jìn)程的加快,傳統(tǒng)的建造方式給社會(huì)帶來的高能耗和高消耗,嚴(yán)重阻礙了經(jīng)濟(jì)的循環(huán)發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展。環(huán)保壓力和成本壓力兩大因素倒逼建筑業(yè)向更高層次的建筑工業(yè)化方向發(fā)展。建筑業(yè)相關(guān)各方開始對(duì)新型建筑工業(yè)化的建造方式進(jìn)行研究,并借鑒西方發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)探索。如黑龍江出臺(tái)地方標(biāo)準(zhǔn)DB 23-T1400《預(yù)制裝配整體式房屋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》,北京萬科推出了“裝配整體式剪力墻體系”和“復(fù)合外墻夾芯保溫體系”,安徽合肥推廣的剪力墻預(yù)制裝配技術(shù)為德國西偉德預(yù)制夾芯墻板技術(shù),上海萬科引進(jìn)日本技術(shù)在萬科新里程、地杰等項(xiàng)目建造外掛預(yù)制墻板工程。2014年,天津首條“裝配式住宅生產(chǎn)線”正式啟動(dòng),該生產(chǎn)線將涵蓋預(yù)制混凝土、自動(dòng)輸送、構(gòu)件生產(chǎn)、倉儲(chǔ)和物流配送等完整產(chǎn)業(yè)鏈,建成后每年可滿足200×104m2建筑的建設(shè)需求[2]。
2.3成都建筑工業(yè)化現(xiàn)狀
全國各地建筑工業(yè)化持續(xù)升溫,成都作為我國西部最重要城市之一,也于2013年就已經(jīng)開始對(duì)建筑工業(yè)化先期進(jìn)行了研究,積極探索建筑工業(yè)化。2015年4月,成都市首個(gè)新型建筑工業(yè)化示范項(xiàng)目“綠地東村幼兒園”預(yù)制構(gòu)件正式吊裝安裝;2015年5月,成都建工集團(tuán)建筑工業(yè)化生產(chǎn)基地正式投產(chǎn),標(biāo)志著成都市進(jìn)入建筑工業(yè)化的新時(shí)代。
3成都綠地東村幼兒園建筑工業(yè)化介紹
3.1工程概況
成都市綠地中心東村幼兒園項(xiàng)目,建筑層數(shù)3層,局部2層,建筑總高度10.25 m,總建筑面積3 433.88 m2。建筑結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)類型為獨(dú)立柱基礎(chǔ),抗震烈度為7度,抗震等級(jí)為2級(jí)(圖3)。該工程在建筑工業(yè)化方面的探索,主要表現(xiàn)在建筑設(shè)計(jì)階段、預(yù)制構(gòu)件制作階段、現(xiàn)場(chǎng)安裝施工階段、BIM與工業(yè)化的結(jié)合。
圖3 綠地東村幼兒園方案效果
3.2建筑設(shè)計(jì)階段的探索
同其他地區(qū)一般采用立面規(guī)整、平面規(guī)則的住宅項(xiàng)目作為建筑工業(yè)化試點(diǎn)不同,綠地東村幼兒園項(xiàng)目從設(shè)計(jì)初期開始就對(duì)建筑工業(yè)化提出了更為苛刻的要求。該項(xiàng)目分為兩階段設(shè)計(jì),第一階段仍為目前常規(guī)的二維平面建筑及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第二階段再對(duì)其進(jìn)行面向構(gòu)件的分解和構(gòu)件化設(shè)計(jì)。經(jīng)設(shè)計(jì)及施工單位反復(fù)研究、論證,最終決定采用預(yù)制PC構(gòu)件的建筑工業(yè)化技術(shù)。經(jīng)優(yōu)化、拆分后,具體的大板有外墻復(fù)合大掛板147塊,大疊合樓板256塊,大樓梯斜板8塊(圖4、圖5)。
圖4 外墻復(fù)合大掛板工業(yè)化設(shè)計(jì)
圖5 大疊合樓板、大樓梯斜板工業(yè)化設(shè)計(jì)
在建筑工業(yè)化的進(jìn)程中,建筑標(biāo)準(zhǔn)化與多樣化是一對(duì)固有的矛盾,如何協(xié)調(diào)這一對(duì)矛盾,是衡量某一工業(yè)化建筑體系成熟度的重要標(biāo)志。綠地東村幼兒園的設(shè)計(jì),在探索如何既保證立面造型豐富、色彩多樣、平面布局靈活、進(jìn)退有度的幼兒建筑特征,又滿足“重復(fù)使用最多的三個(gè)規(guī)格構(gòu)件的總個(gè)數(shù)占預(yù)制構(gòu)件總數(shù)的比例不低于60 %”這一建筑工業(yè)化的要求做出了積極的探索。
3.3預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段的探索
該工程工業(yè)化預(yù)制構(gòu)件主要為:外墻復(fù)合大掛板147塊,大疊合樓板256塊,大樓梯斜板8塊。這些預(yù)制構(gòu)件均由成都市首個(gè)建筑工業(yè)化生產(chǎn)基地——成都建工集團(tuán)建筑工業(yè)化生產(chǎn)基地生產(chǎn)。該生產(chǎn)基地?fù)碛泻w疊合板、內(nèi)(外)墻板、預(yù)制樓梯、梁柱以及市政橋梁等全部PC部品構(gòu)件的生產(chǎn)能力。目前含內(nèi)墻板、外墻板、固定臺(tái)座、鋼筋加工共4條生產(chǎn)線,年產(chǎn)量約15×104m3部品構(gòu)件,能滿足150×104m2以上的建筑工業(yè)化工程的建設(shè)需要,是目前國產(chǎn)最大的、最先進(jìn)的生產(chǎn)線之一(圖6~圖8)。
圖6 成都建工工業(yè)化生產(chǎn)基地
圖7 疊合樓板生產(chǎn)過程
圖8 綠地東村幼兒園預(yù)制構(gòu)件成品
高效、整潔、有序的工業(yè)化生產(chǎn)基地,必然能提供質(zhì)量穩(wěn)定、尺寸統(tǒng)一的預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)品。構(gòu)件生產(chǎn)不再受天氣和季節(jié)的影響,機(jī)械化程度顯著提高,用工需求明顯減少,工人勞動(dòng)強(qiáng)度也得到了極大的改善。但是,一次性生產(chǎn)基地投入大,需要有大型吊裝設(shè)備,在城市狹窄路上運(yùn)輸困難,預(yù)制構(gòu)件成品保護(hù)的要求高,這些都是新型預(yù)制構(gòu)件發(fā)展道路上遇到的困難??偨Y(jié)成都首個(gè)工業(yè)化建設(shè)基地的建成,若能規(guī)模化、成片化、標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)行房屋建造,勢(shì)必能提高效益、降低造價(jià),揚(yáng)長(zhǎng)避短的加速推進(jìn)建筑工業(yè)化道路。
3.4現(xiàn)場(chǎng)安裝階段的探索
相對(duì)于傳統(tǒng)的全現(xiàn)澆建造方式,工業(yè)化建筑的現(xiàn)場(chǎng)施工安裝有以下的技術(shù)特點(diǎn):
(1)傳統(tǒng)工藝外墻施工都需要搭設(shè)腳手架進(jìn)行濕作業(yè)施工,而采用外墻掛板可以提前在工廠內(nèi)將外墻裝飾面及保溫做好,運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后直接進(jìn)行吊裝。這樣一方面減少了現(xiàn)場(chǎng)的濕作業(yè)工作量,另一方面在做好室內(nèi)臨邊防護(hù)的情況下,外架在主體完成后即可拆除,可減少鋼管和扣件等周轉(zhuǎn)材料的租賃費(fèi)用。同時(shí)其裝飾層的觀感質(zhì)量、外墻面磚、保溫層的結(jié)構(gòu)粘接強(qiáng)度得到大幅度提升,徹底杜絕了外墻面磚滲水、脫落等質(zhì)量通病(圖9)。
圖9 傳統(tǒng)面磚粘貼與工業(yè)化成品對(duì)比
(2)采用工業(yè)化施工,疊合樓板是在構(gòu)建廠加工完畢后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝,故只需在現(xiàn)場(chǎng)澆筑疊合樓板上幾厘米現(xiàn)澆層混凝土。一方面減少了混凝土的損耗,另一方面縮短了現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土的時(shí)間。同時(shí),樓板底面光滑平整,可以實(shí)現(xiàn)清水混凝土裝飾效果,也可大大減少裝飾膩?zhàn)?、乳膠漆的用量。
(3)由于采用疊合板,樓板不需要采用方木與模板結(jié)合的方式支設(shè)底板,而采用可重復(fù)使用的方鋼對(duì)疊合板進(jìn)行支撐。方鋼在使用中基本不會(huì)損耗,重復(fù)使用次數(shù)多;每塊疊合板只需2根方鋼進(jìn)行支撐,相比傳統(tǒng)方式采用方木支撐的情況,大大減少了施工強(qiáng)度和木材的消耗,實(shí)現(xiàn)了綠色低碳的施工生產(chǎn)。
(4)由于采用建筑工業(yè)化,將原來需現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的部分工作放在了構(gòu)建廠,從而使現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)量和作業(yè)人員減少(表1),這樣便于項(xiàng)目上加強(qiáng)管控力度,提高了工程質(zhì)量,減少了安全事故發(fā)生的幾率。
表1 綠地東村幼兒園施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員數(shù)量對(duì)比
(5)成品保護(hù)、運(yùn)輸、起吊、安裝、連接的難度大。由于PC構(gòu)件均有自重大、易碰損的特點(diǎn)。在施工過程中,其成品保護(hù)、運(yùn)輸、吊裝、連接都需要制定專門的施工方案(圖10),對(duì)參與施工的各工種人員都要進(jìn)行適應(yīng)性培訓(xùn),甚至開發(fā)專門的施工工具,以便配合這種不同于以往傳統(tǒng)工藝的施工生產(chǎn)方式。
圖10 綠地東村幼兒園工業(yè)化施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)
3.5BIM與建筑工業(yè)化的融合探索
如何利用BIM技術(shù)上的優(yōu)勢(shì),促進(jìn)建筑工業(yè)化的發(fā)展,綠地東村幼兒園項(xiàng)目也進(jìn)行了初步的嘗試。新型建筑工業(yè)化需要實(shí)現(xiàn)施工安裝裝配化,傳統(tǒng)做法需要人工記錄、比對(duì)構(gòu)件信息,工作量大且容易出錯(cuò)。綠地東村幼兒園運(yùn)用BIM技術(shù)及構(gòu)件身份編碼體系,確保了信息傳遞的完整和正確及可追溯性。3D模型能夠準(zhǔn)確顯示出構(gòu)件應(yīng)在的位置和搭接順序,并在建模和其他階段不斷完善各構(gòu)件的物理信息和技術(shù)信息,這些信息自動(dòng)傳遞到虛擬施工軟件中隨時(shí)進(jìn)行4D施工過程模擬,找出錯(cuò)誤點(diǎn)并進(jìn)行修改(圖11)。
圖11 運(yùn)用BIM技術(shù)發(fā)現(xiàn)裝配式構(gòu)件與現(xiàn)澆構(gòu)件的連接問題
建筑工業(yè)化作為一種新型的建造方式,新型建筑工業(yè)化在設(shè)計(jì)精度、構(gòu)件部品生產(chǎn)、施工方法、項(xiàng)目管理上都有著更高的要求,以此達(dá)到全壽命周期價(jià)值最大化。BIM技術(shù)不僅僅在于糾錯(cuò),其自身特點(diǎn)使得它在新型建筑工業(yè)發(fā)展的建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)件部品生產(chǎn)工廠化、施工安裝裝配化、生產(chǎn)經(jīng)營信息化、項(xiàng)目生產(chǎn)集成化五個(gè)方面均可以發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。
4存在的不足及思考
作為成都地區(qū)的首個(gè)示范性建筑工業(yè)化項(xiàng)目,其實(shí)施過程也暴露出諸多問題,留待在以后的應(yīng)用中不斷加以研究解決。
(1)建筑工業(yè)化的應(yīng)用范圍。受建筑工業(yè)化技術(shù)體系的先天性的制約,該技術(shù)并不是適應(yīng)一切的“萬能技術(shù)”,必然有其適用的范圍。作為一種新的技術(shù)體系,有必要從技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上界定其應(yīng)用范圍,避免無謂的“為工業(yè)化而工業(yè)化”,盲目的追求其預(yù)制率。
(2)建筑工業(yè)化的設(shè)計(jì)技術(shù)。該項(xiàng)目的兩階段設(shè)計(jì)技術(shù),還是傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)對(duì)三維化的建筑工業(yè)化設(shè)計(jì)技術(shù)的模擬,其技術(shù)框架仍然停留在現(xiàn)澆鋼筋混凝土技術(shù)體系階段。從生產(chǎn)組織形式來看,建筑工業(yè)化是一種全新的、非傳統(tǒng)的技術(shù)框架體系,作為其核心配套的設(shè)計(jì)思想,包括設(shè)計(jì)技術(shù)都應(yīng)顯著區(qū)別于傳統(tǒng)的二維平面設(shè)計(jì)方式,只有面向構(gòu)件的技術(shù)規(guī)范、設(shè)計(jì)工具所設(shè)計(jì)的建筑產(chǎn)品,才是真正的建筑工業(yè)化。
(3)建筑工業(yè)化和BIM技術(shù)的融合。建筑工業(yè)化的基礎(chǔ)就是BIM技術(shù),其融合的程度,決定了建筑工業(yè)化的生命力。信息化、網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)在本質(zhì)上改變了各行業(yè)的生產(chǎn)、組織及行為方式。作為傳統(tǒng)行業(yè)的建筑業(yè),面臨著越來越復(fù)雜的功能、安全、技術(shù)、組織管理的要求,只有融合了BIM技術(shù)的建筑工業(yè)化,才能充分發(fā)揮其理論上的先進(jìn)性,否則就是空談。
(4)作業(yè)人員的轉(zhuǎn)型升級(jí)。作為轉(zhuǎn)型升級(jí)的一部分,建筑行業(yè)的從業(yè)人員也要轉(zhuǎn)型升級(jí)。建筑業(yè)從業(yè)人員的思想觀念、組織管理模式都應(yīng)針對(duì)建筑工業(yè)化做一次整體“升級(jí)”,而不是“舊瓶裝新酒”。
5結(jié)束語
綠地東村幼兒園項(xiàng)目作為成都首個(gè)新型建筑工業(yè)化示范項(xiàng)目,采用的是工廠預(yù)制PC構(gòu)件、現(xiàn)場(chǎng)安裝施工的建筑工業(yè)化技術(shù)路線,在建筑設(shè)計(jì)、預(yù)制構(gòu)件、現(xiàn)場(chǎng)吊裝、BIM應(yīng)用等方面都進(jìn)行了有益的探索。僅施工現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì),采用工業(yè)化建筑模板的節(jié)約率達(dá)到了45 %,建筑方木的節(jié)約率達(dá)到了95 %,建筑混凝土澆筑時(shí)間降低率達(dá)到了41 %,現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)量和作業(yè)人員具有明顯減少。目前,綠地東村幼兒園已進(jìn)入施工尾期,即將正式投入使用。根據(jù)成都市政府的統(tǒng)一規(guī)劃,以后大量的保障房、公共建筑將采用建筑工業(yè)化方式進(jìn)行生產(chǎn)建設(shè),在總結(jié)綠地東村幼兒園的經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,整合各種資源,成都必定會(huì)很快走上一條“又好又快”的建筑工業(yè)化之路。
參考文獻(xiàn)
[1]劉建榮.建筑構(gòu)造(下)[M].中國建筑工業(yè)出版社, 2013:174.
[2]汪中林. 湖北省建筑工業(yè)化發(fā)展存在的問題及其對(duì)策研究[J]. 長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào):自科版,2015(5):65-67.
【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B
【中圖分類號(hào)】TU741
[定稿日期]2015-09-10