裝配式建筑的發(fā)展現(xiàn)狀和前景分析

李海建冀志江孫義永

（1中國建筑材料科學研究總院 綠色建筑材料國家重點實驗室，北京100024；2菏澤城建工程發(fā)展集團有限公司，山東 菏澤 274000）

裝配式建筑的發(fā)展現(xiàn)狀和前景分析

李海建1冀志江1孫義永2

（1中國建筑材料科學研究總院 綠色建筑材料國家重點實驗室，北京100024；2菏澤城建工程發(fā)展集團有限公司，山東 菏澤 274000）

本文首先簡述了裝配式建筑的定義和優(yōu)點，然后分析了國內外裝配式建筑的發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了新的信息化技術在裝配式建筑的應用，最后針對我國裝配式建筑的發(fā)展提出自己的建議并對未來的發(fā)展方向進行展望。

裝配式建筑；標準體系；建筑工業(yè)化

1 前 言

當前我國正處于城鎮(zhèn)化的快速進程中，到2020 年實現(xiàn)“全面小康”，城鎮(zhèn)化水平達到60% 左右，城鎮(zhèn)人口約增加3億，城鎮(zhèn)化住宅建設數(shù)量將在較長時間內保持較高水平。推進建筑工業(yè)化、住宅建筑產業(yè)化，是實現(xiàn)住宅建設方式由粗放型向集約型轉變、提高住宅質量和節(jié)約住宅能耗的重大舉措，是保證建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，對我國經濟及社會發(fā)展有著極其深遠的意義。2013年1月1日，國務院辦公廳轉發(fā)了發(fā)展改革委和住房城鄉(xiāng)建設部的《綠色建筑行動方案》，明確提出將“推廣建筑工業(yè)化，發(fā)展綠色建筑”列為十大重大任務。建筑工業(yè)化是實現(xiàn)建筑產品節(jié)能環(huán)保、質量可靠、生產高效、全生命周期價值最大化的可持續(xù)發(fā)展的新型建筑生產方式。建筑工業(yè)化和住宅產業(yè)化以及城鎮(zhèn)化建設要求積極推廣裝配化建筑[1]。

2016 年2 月，中共中央國務院發(fā)布了《關于進一步加強城市規(guī)劃建設管理工作的若干意見》，提出發(fā)展新型建造方式，大力推廣裝配式建筑，力爭用10 年左右時間，使裝配式建筑占新建建筑的比例達到30%[2]。

2 裝配式建筑

2.1 裝配式建筑的定義

裝配式建筑是用工業(yè)流水線的生產方式，將建筑物的部分或全部構件在工廠內進行預制，再運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，將構件通過可靠的連接方式組裝而建成的建筑。這種建筑特別適用于戶型重復率較高的政府保障房、經濟適用房等住宅，被稱作產業(yè)化住宅或工業(yè)化住宅。

2.2 裝配式建筑的優(yōu)點

裝配式建筑不但改變了建筑行業(yè)在國民經濟生產中的地位，同時也促進了建筑行業(yè)發(fā)展的規(guī)模轉型。裝配式建筑的發(fā)展激發(fā)了建筑行業(yè)的創(chuàng)新，充分的對新型建筑材料、新科學技術進行應用，對于未來建筑行業(yè)的發(fā)展具有重要的影響，也是新時期建筑行業(yè)的重要發(fā)展趨勢。相比于傳統(tǒng)式建筑方式，裝配式建筑具有眾多優(yōu)勢。裝配式建筑不僅能符合人們日益增長的居住需求，還能夠滿足國家“低碳、四節(jié)一環(huán)保”的政策，具有良好的經濟和環(huán)境效益[3]。

2.2.1 節(jié)能減排

裝配式建筑構件在工廠生產過程中，可減少現(xiàn)場濕作業(yè)，充分利用工業(yè)廢料，大幅減少水電、木材、鋼材等資源消耗，減少建筑垃圾，節(jié)省勞動力。施工過程能有效減少污染、粉塵排放和安全事故發(fā)生率。

2.2.2 提高勞動生產率

裝配式建筑主要利用的就是生產加工完成之后的建筑材料進行主體安裝。這種主體安裝方式以構件安裝為主，主要依靠機械完成作業(yè)，能夠提升建筑施工效率，降低生產成本，使工人的工作量極大的減輕，勞動強度降低，同時，建筑施工的過程中將濕法作業(yè)施工的工作條件降低，使施工不受到季節(jié)溫度等因素的影響，可以更合理地安排施工過程，提高生產效率。

2.2.3 提高建筑品質

裝配式建筑的應用最大限度上提高了建筑的安全性、防火性、抗震性和耐用性。能夠有效的解決墻體裂縫、滲漏等質量問題，除此之外，裝配式建筑滿足綠色建材標準，可以保證建筑物安全無毒，對人體、環(huán)境無害，適應建筑發(fā)展趨勢。裝配式建筑所代表的環(huán)保節(jié)能與新時期社會倡導的節(jié)約相聯(lián)系，有助于人們更加接受裝配式建筑[4]。

2.2.4 促進綠色建材的發(fā)展。

裝配式建筑材料使用的多是綠色建材。裝配式建筑材料的首要特點就是采用輕質材料，在重量上實現(xiàn)輕質化，同時沒有影響到建筑質量，材料具有良好的理化綜合性能，能很好的起到防火、抗震、耐腐蝕、隔音等效果；將不同的組件進行結構化調整，緊密各組件之間的聯(lián)系，在根本上提升建筑的兼顧性能，同時還能夠充分的發(fā)揮建筑材料的柔性，這種建筑柔性在抗震的過程中發(fā)揮著重大的建筑優(yōu)勢；裝配式建筑材料具有低導熱性特點，這樣能夠保證建筑外墻體保溫性能。綠色建筑材料符合生產質量標準的同時還兼顧環(huán)境友好性，并且在拆除建筑之后，建筑材料還能夠二次回收利用，保證綠色建材可持續(xù)發(fā)展[4-5]。

3 國內外裝配式建筑發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 國外裝配式建筑發(fā)展現(xiàn)狀

3.1.1 北美裝配式混凝土建筑的發(fā)展狀況

裝配式建筑在美國的發(fā)展較為領先。美國從20 世紀初就開始研究裝配式建筑，并成立了美國預制預應力混凝土協(xié)會(Precast/Prestressed Concrete Institute，PCI)，長期研究和推廣裝配式建筑。該協(xié)會出臺了許多關于裝配式建筑的規(guī)范和標準，促進了裝配式建筑的發(fā)展。北美的預制建筑主要包括建筑預制外墻和結構預制構件兩大系列， 預制構件的共同特點是大型化和預應力相結合， 可優(yōu)化結構配筋和連接構造，減少制作和安裝工作量，縮短施工工期，充分體現(xiàn)工業(yè)化、標準化和技術經濟性特征。

進入20世紀，北美的預制建筑主要用于低層非抗震設防地區(qū)。由于加州地區(qū)的地震影響，近年來非常重視抗震和中高層預制結構的工程應用技術研究。PCI最近出版了《預制混凝土結構抗震設計》一書，從理論和實踐角度系統(tǒng)地分析了預制建筑的抗震設計問題，總結了許多預制結構抗震設計的最新科研成果， 對指導預制結構設計和工程應用推廣具有很強的指導意義。PCI還編制了一系列的技術文件，包括設計方法、施工技術和施工質量控制等方面[6-7]。

3.1.2 歐洲裝配式建筑的發(fā)展狀況

歐洲是預制建筑的發(fā)源地，早在17世紀就開始了建筑工業(yè)化之路。第二次世界大戰(zhàn)后，由于勞動力資源短缺，歐洲更進一步研究探索建筑工業(yè)化模式。無論是經濟發(fā)達的北歐、西歐，還是經濟欠發(fā)達的東歐，一直都在積極推行預制裝配建筑的設計施工方式，積累了許多預制建筑的設計施工經驗，形成了各種專用預制建筑體系和標準化的通用預制產品系列， 并編制了一系列預制工程標準和應用手冊，對推動裝配式建筑在全世界的應用起到了非常重要的作用[6]。

德國今天的公共建筑、商業(yè)建筑、集合住宅項目大都因地制宜，根據(jù)項目特點，選擇現(xiàn)澆與預制構件混合建造體系、或鋼混結構體系建設實施，并不追求高比例裝配率。而是通過策劃、設計、施工各個環(huán)節(jié)的精細化優(yōu)化過程，尋求項目的個性化、經濟性、功能性和生態(tài)環(huán)保性能的綜合平衡。隨著工業(yè)化進程的不斷發(fā)展，建筑業(yè)工業(yè)化水平不斷提升，建筑上采用工廠預制、現(xiàn)場安裝的建筑部品愈來愈多，占比愈來愈大[7-8]。

西班牙不同主體為了完成一個項目會經常坐在一張桌子上探討問題，逐漸形成了某種意義上的聯(lián)合體。這樣的聯(lián)合體從拿到土地開始一直為項目服務到最后，各個專業(yè)之間緊密合作，保證了項目完成的質量和效率。除了以上這種服務模式外，產業(yè)鏈上的有些企業(yè)還有意識地向上、下游延伸，成為全產業(yè)鏈企業(yè)，將不同企業(yè)之間的問題內化為企業(yè)內部問題。經過多年發(fā)展，西班牙裝配式建筑產業(yè)鏈條已經非常成熟，為裝配式建筑工程項目建設提供了良好的保證。在西班牙的馬德里、巴塞羅那等城市可以看到，完工多年的裝配式建筑現(xiàn)在的品質依然非常好[9]。

3.1.3 日本裝配式混凝土建筑的發(fā)展狀況

日本借鑒了歐美的成功經驗， 在探索預制建筑的標準化設計施工基礎上，結合自身要求，在預制結構體系整體性抗震和隔震設計方面取得了突破性進展。日本在裝配式建筑的應用上已經達到了相當高的水平，相關標準和規(guī)范也已相當完善。在幾次大的地震中，裝配式建筑都發(fā)揮出了其優(yōu)良的抗震性能，保證了人們的生命財產安全。日本1968 年提出裝配式住宅的概念。在1990年的時候，他們采用部件化、工廠化生產方式，高生產效率，住宅內部結構可變，適應多樣化的需求。而且日本有一個非常鮮明的特點，從一開始就追求中高層住宅的配件化生產體系。這種生產體系能滿足日本的人口比較密集的住宅市場的需求，更重要的是，日本通過立法來保證混凝土構件的質量，在裝配式住宅方面制定了一系列的方針政策和標準，同時也形成了統(tǒng)一的模數(shù)標準，解決了標準化、大批量生產和多樣化需求這三者之間的矛盾[10]。

3.2 我國裝配式建筑的發(fā)展現(xiàn)狀

我國從20世紀五六十年代開始研究裝配式混凝土建筑的設計施工技術，形成了一系列裝配式混凝土建筑體系，較為典型的建筑體系有裝配式單層工業(yè)廠房建筑體系、裝配式多層框架建筑體系、裝配式大板建筑體系等。到20世紀80年代裝配式混凝土建筑的應用達到全盛時期，全國許多地方都形成了設計、制作和施工安裝一體化的裝配式混凝土工業(yè)化建筑模式，裝配式混凝土建筑和采用預制空心樓板的砌體建筑成為兩種最主要的建筑體系，應用普及率達70%以上。

到20世紀90年代中期， 裝配式混凝土建筑已逐漸被全現(xiàn)澆混凝土建筑體系取代，除裝配式單層工業(yè)廠房建筑體系應用較廣泛外， 其他預制裝配式建筑體系的工程應用極少。究其原因，預制結構抗震的整體性和設計施工管理的專業(yè)化研究不夠，造成其技術經濟性較差，是導致預制結構長期處于停滯狀態(tài)的根本原因[4-6]。

近幾年來，隨著房地產行業(yè)的快速發(fā)展，政府推動力度增大，出臺配套優(yōu)惠政策作保證，標準配套基本齊全，裝配式建筑技術成熟，裝配式建筑面積增多，構件質量逐步提高，編制了部分相關標準和規(guī)范，裝配式建筑重新進入快速發(fā)展的軌道。

4 裝配式建筑中信息化技術的應用

裝配式建筑往往工程規(guī)模巨大、構件種類繁多、結構體系復雜，給裝配式工程的設計、施工、管理帶來諸多挑戰(zhàn)。由于裝配式建筑在設計過程中沒有充分考慮構件實際生產和安裝過程中的需要，導致進入構件生產、安裝環(huán)節(jié)時常常出現(xiàn)設計與施工沖突，以及施工碰撞等問題，進而發(fā)生設計變更，最終導致施工現(xiàn)場停工待料等現(xiàn)象，從而影響建設工程的工期與質量。

因此，如何協(xié)調好設計與施工之間的關系，使各階段、各參與方之間信息暢通，成為解決建筑過程中管理問題的關鍵。借助新的信息化數(shù)字技術，可以有效地提高裝配式建筑的設計、生產和施工水平和效率，使裝配式建筑從設計到運維的生產鏈條更加緊密、合理。

4.1 BIM技術的應用[11-14]

所謂的BIM( Building Information Modeling)技術指的是建筑信息模型技術，是以三維數(shù)字技術和建設工程項目所需要的各種數(shù)據(jù)信息為基礎，由此建立起相關的建筑模型，再利用數(shù)字信息仿真技術模擬處理建筑物所包含的確鑿信息。

BIM 技術具有三個特點:1）把分散在各個建筑環(huán)節(jié)中的單一構件集合起來組成一個數(shù)據(jù)庫；2）將建筑環(huán)節(jié)中的各個構件的多種各種信息集和在一起，構成一個項目信息的數(shù)據(jù)化建筑圖元；3）其所構建的模型信息具有相互關聯(lián)動態(tài)變化的特點。

將BIM 技術應用于裝配式建筑，將建筑信息化與建筑工業(yè)化有機融合，有助于對裝配式建筑的各個過程進行全壽命周期的信息集成和項目管理，為建筑、土木、機電等不同專業(yè)搭建通用平臺，便于設計變更與信息交互。通過可視化模型的構建，有助于一線工程人員對于結構體系的理解，實現(xiàn)施工計劃的實時調整與施工方案的優(yōu)化。通過構建建筑信息模型，方便了裝配式鋼結構的設計、施工、管理及運營維護，具有巨大應用前景。

4.2 RFID 技術的應用[11]

RFID（Radio Frequency Identification）技術指的是無線射頻識別技術，該技術在本質上是一種無線電波通信技術。該技術不同于傳統(tǒng)的無線波通信技術，其不用通過建立光學機械接觸就能夠憑借無線電波的發(fā)射和接受識別特定目標以及該目標所包含的相關信息。RFID技術主要通過應答器、閱讀器、中間件以及軟件系統(tǒng)進行運行。

RFID技術主要擁有以下三個特點:1）可以不接觸的方式讀取相關目標的信息，并且再次過程中不受覆蓋物的干擾，穿透性極強。2）能夠同時接受多個電子標簽的信息，讀取信息的便捷性更高。3）該技術的抗污染能力、耐久性較高，能夠多次重復使用。

通過利用相關的讀寫設備將構件的相關信息記錄下來，在編碼后輸入到RFID的芯片中，然后給各個環(huán)節(jié)的工作人員參考和使用，該技術的運用，能夠保證建筑環(huán)節(jié)的有序性。由于 RFID技術在實際的運用中，具有在小范圍內實現(xiàn)高度精確定位的特點，基于這種特點，提高了吊裝工作的效率，繼而在最大程度上優(yōu)化了裝配式建筑施工的管理和應用。

4.3 三維激光掃描技術[15]

三維激光掃描技術（ 3D laser sanning technology）是一種先進的全自動高精度點云立體掃描技術，是繼GPS之后的又一項測繪新技術，已成為空間數(shù)據(jù)獲取的重要手段。它是用三維激光掃描儀獲取目標物表面各點的空間坐標，然后由獲得的測量數(shù)據(jù)構造出目標物的三維模型。

三維激光掃描技術以下優(yōu)勢：1）建筑構件和構件安裝位置可以直接在圖像上標示，而無需再進行紙上記錄；可以直接得到掃描結果與設計模型的偏差，而無需先測量、后對照圖紙、最后確認偏差。提高了對現(xiàn)場施工成果檢測的工作效率，降低了現(xiàn)場工作人員的工作量。2）只需在現(xiàn)場進行掃描工作，數(shù)據(jù)處理和對比偏差可在室內完成，降低了勞動強度。3）方便相關人員在現(xiàn)場的測量工作，可利用像素測量、點云測量技術，完成一些費力、高危險部位的測量。4）利用高精度的激光掃描獲得毫米級的原始數(shù)據(jù)，保證了后期的安裝精度。計算機精確計算結果替代傳統(tǒng)依靠人工目視判別準確度，提高施工安裝的工作效率。

5 針對我國裝配式建筑現(xiàn)狀提出的幾點建議

5.1 完善標準體系

發(fā)展裝配式建筑要充分利用標準這一手段。標準化是裝配式建筑發(fā)展的重要前提和保障，而以企業(yè)自身的標準體系作為全行業(yè)的通用標準，不具備廣泛普及性。現(xiàn)行有關標準不完善、尚未形成完整的標準體系。針對此現(xiàn)狀，應由政府引導完善裝配式建筑的標準。

裝配式建筑系列標準應該覆蓋建筑全過程、全專業(yè)、對現(xiàn)行全部標準條文進行匯總、梳理和再編排，同時給出相關標準條文的實施要點、應用說明、對策建議和實施方案，為標準實施的監(jiān)督檢查提供了重要參考工具。

建立完善統(tǒng)一的、完整的設計和驗收標準體系。由于阻礙裝配式建筑現(xiàn)階段發(fā)展的重要原因是構配件的標準化制度不夠完善，裝配式建筑的行業(yè)標準不夠健全，所以要想大力發(fā)展裝配化建設，就應該從標準的體系入手，逐步優(yōu)化相關標準，促進裝配式建筑的發(fā)展。建立并完善標準化體系，將為我國裝配式建造發(fā)展奠定重要基礎[16]。

5.2 發(fā)揮政府主導作用

裝配式建筑的全面建設與政府的導向密切相關，一方面體現(xiàn)在裝配式建筑標準化體系的完善上;另一方面則體現(xiàn)在國家的政策及資金支持上。政府成立推進裝配式建筑發(fā)展的專職管理機構，出臺指導意見和配套行政措施，在土地出讓、財政補貼、稅收金融扶持、成品住宅和工程試點等方面進行政策探索。

研究制定加快發(fā)展裝配式建筑的指導意見，落實重點任務，通過創(chuàng)新體制機制和強化保障措施，全面推進預制裝配式建筑的發(fā)展。編制裝配式建筑發(fā)展綱要，提出裝配式建筑的發(fā)展目標、技術方向、實施路徑和組織保障等，引導裝配式建筑發(fā)展。

5.3 提高科技水平

裝配式建筑的發(fā)展水平決定于科技的發(fā)展，為了解決裝配式建筑發(fā)展過程中的瓶頸問題，國家在科研方面要加大投入，設立專門的研究課題，通過研究裝配式建筑工業(yè)化過程中的基礎理論問題，提高材料和構件的性能，研發(fā)設計、施工、運營維護等全生命周期的技術，促進形成“產、學、研、用”一體化，全面提升裝配式建筑的品質[17-18]。

5.4 財稅優(yōu)惠政策

裝配式建筑成本優(yōu)勢不明顯的現(xiàn)狀主要是由于財稅制度的征收不健全。所以從政府及相關部門的角度出發(fā)，應該對裝配式建筑的設計施工單位給予一定的財稅優(yōu)惠，從資金上支持裝配式建筑發(fā)展。制定促進裝配式建筑發(fā)展的政策措施，加大財稅等政策支持力度。明確裝配式建筑相關產業(yè)享受國家新興產業(yè)中的節(jié)能環(huán)保項目優(yōu)惠政策，列入節(jié)能減排綜合財政政策支持范圍，對裝配式建筑項目和有關企業(yè)、消費者實行優(yōu)先放貸、利息減免、首付優(yōu)惠等政策[19]。

5.5 建立示范基地

在裝配式建筑的具體建設過程中，有很多技術和規(guī)范應用是難以預見的，所以有必要設立裝配化建設的示范基地，以此來促進相關技術的推廣。做好裝配式建筑試點示范項目建設與引導，通過示范試點項目推動裝配式建筑及相關部品部件發(fā)展。成功地將工業(yè)化建造技術應用于裝配式建設中，通過工業(yè)化技術提升住宅質量和品質[19]。

5.6 加強輿論引導

我國裝配式建筑的發(fā)展還處在起步階段，公眾對于裝配式建筑的認識還不夠深刻，所以應該充分發(fā)揮輿論的引導作用，大力宣傳裝配式建筑的安全性能、社會效應、環(huán)境優(yōu)勢等大家關注的問題，使公眾在內心接受這樣的新型住宅，促進裝配式建筑的發(fā)展。

6 我國裝配式建筑發(fā)展前景

從目前的建筑發(fā)展趨勢上看，裝配式建筑進入了一個全新的發(fā)展階段?！督ㄖa業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展綱要》明確提出，到2020年，裝配式建筑占新建建筑的比例20 %以上，到2025年，裝配式建筑占新建建筑的比例50 %以上。明確了未來5年～10年建筑產業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展目標：到2020年，基本形成適應建筑產業(yè)現(xiàn)代化的市場機制和發(fā)展環(huán)境、建筑產業(yè)現(xiàn)代化技術體系基本成熟，形成一批達到國際先進水平的關鍵核心技術和成套技術，建設一批國家級、省級示范城市、產業(yè)基地、技術研發(fā)中心，培育一批龍頭企業(yè)[20]。

裝配式建筑作為一種新型的建造方式，得到了政府的大力支持和大力推廣，利好政策持續(xù)出臺，裝配式建筑的普及是大勢所趨，是現(xiàn)代建筑業(yè)發(fā)展的主流方向。在建筑行業(yè)快速發(fā)展的今天，我們應當抓住機遇，轉變觀念，投入更多的人力、財力來研究和推廣裝配式建筑，為人們提供更加安全舒適、美觀實用、綠色環(huán)保的居住空間[20-21]。

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Development and prospect of prefabricated construction

This paper first describes the definition and advantages of prefabricated construction and analyzes the development status of domestic and international prefabricated construction．Then the application of new information technology in prefabricated construction is introduced．Finally,the author puts forward some suggestions for the development of China’s prefabricated construction and prospects the future development direction．

prefabricated construction；standard system；construction industrialization

TU208

B

1003-8965(2017)03-0072-04

本文受國家“十二五”科技支撐課題“設施節(jié)能與綠色能源利用裝備研制與產業(yè)化示范（課題編號2014BAD08B02）”資助。