發(fā)展中國特色建筑裝配式結(jié)構(gòu)探討與研究

趙金保（上海百通項目管理咨詢有限公司，上海200120）

0 引言

建筑(住宅)工業(yè)化的嚴(yán)格意義上講必須具備以下特征：標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化生產(chǎn)、裝配式施工、專業(yè)化協(xié)調(diào)、自動化管理和產(chǎn)業(yè)化思維。從建筑(住宅)工業(yè)化的定義來看，裝配式結(jié)構(gòu)僅僅是實現(xiàn)建筑(住宅)工業(yè)化的一個步驟，但實現(xiàn)全裝配式結(jié)構(gòu)施工就為整個建筑工業(yè)化奠定了堅實的基礎(chǔ)。因此，研究與發(fā)展全裝配式建筑結(jié)構(gòu)形式變得意義非凡。

1 三大裝配式結(jié)構(gòu)的歷史與現(xiàn)狀

裝配式建筑是用預(yù)制的部品或部件在工地裝配而成的建筑。包括：裝配式混凝土建筑、鋼結(jié)構(gòu)建筑、現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑。中國是最早發(fā)展裝配式建筑的國家之一，但近代遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于日本及西方。從人類學(xué)會利用自然界的物質(zhì)建筑房屋以來，迄今為止傳統(tǒng)建筑最有影響的只有歐洲建筑、伊斯蘭建筑和中國建筑，而中國是最早采用木結(jié)構(gòu)進(jìn)行建筑的國家，這個特點是區(qū)別于西方裝配式結(jié)構(gòu)的重要特征之一。早在 7000 a 前，在浙江余姚河姆渡村先民們建造的木屋就是原始的木結(jié)構(gòu)。中國傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)體系主要是由立柱、橫梁、斗拱等構(gòu)件組成。荷載由屋面到梁架再到立柱層層傳遞，構(gòu)件之間以榫卯連接；而榫卯又有若干伸縮余地，從而使建筑穩(wěn)固而有彈性。北宋《營造法式》是各種建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)、用料、和施工的“規(guī)范”，這種結(jié)構(gòu)方式能抵御地震災(zāi)害，在麗江和汶川大地震中，也印證了中國木結(jié)構(gòu)的減震功效。中國古建筑講究群體組合，軸線突出、主次分明、繁而不亂，能適應(yīng)多種功能需求，結(jié)構(gòu)設(shè)計采用“模數(shù)制”，尺寸準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，有很好的整體性。在古建筑的建筑施工上，中國采用“預(yù)制安裝法”，材料耗費(fèi)有度、污染最少、速度較快。另外，中國古建筑的藝術(shù)造型有著突出的民族性和地方特色，空間構(gòu)圖高低錯落，富有詩意和節(jié)奏感，建筑語言極其豐富，中國一脈相承的木建筑體系是世界三大建筑裝配式結(jié)構(gòu)體系之一，曾經(jīng)代表了東方建筑的最高水平。近代以來，代表現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)最高水平的恰恰成為了我們的鄰國—日本。日本是一個地震、臺風(fēng)多發(fā)的國家，其木結(jié)構(gòu)的發(fā)展得到了舉世矚目的發(fā)展，日本木結(jié)構(gòu)建筑文化與技術(shù)被譽(yù)為世界之冠。在日本，住宅的下部基礎(chǔ)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，中部框架和上部屋架部分采用工廠化生產(chǎn)的集成木材承重骨架體系，上部木結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和下部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)通過預(yù)先預(yù)埋的鍍鋅鋼制螺栓連接，最終形成一個穩(wěn)固的整體，對傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)進(jìn)行了很好的繼承和發(fā)揚(yáng)。對比日本，我國對祖國建筑文化中最為值得炫耀的瑰寶沒有進(jìn)行很好地傳承與發(fā)揚(yáng)，各地所建設(shè)的住宅千篇一律，毫無地方特色與民族特色，建筑中缺少中國元素。這樣的趨勢再不調(diào)整，我們實在愧對五千年的建筑文化。

除建筑結(jié)構(gòu)木體系以外，其他兩種建筑結(jié)構(gòu)體系(歐洲建筑、伊斯蘭建筑)皆是以磚石為主要的建筑材料。近代以來，歐洲工業(yè)水平飛速發(fā)展，原有的建筑形式種種的缺點已經(jīng)滿足不了對建筑產(chǎn)品的大量需求，從而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。鋼筋混凝土源于 1884 年德國建筑公司購買法國人莫尼埃的發(fā)明專利，后逐漸改良完善，充分發(fā)揮混凝土抗壓強(qiáng)度與鋼筋的抗拉強(qiáng)度，可以適應(yīng)不同環(huán)境與功能要求，從而在世界范圍內(nèi)得到廣泛使用，近代逐步實施預(yù)制裝配化施工并得到廣泛使用。

第三種重要的裝配式結(jié)構(gòu)是鋼結(jié)構(gòu)，也是源于歐洲。鋼結(jié)構(gòu)是由鋼制材料組成的結(jié)構(gòu)，是主要的建筑結(jié)構(gòu)類型之一。其結(jié)構(gòu)主要由型鋼和鋼板等制成的鋼梁、鋼柱、鋼桁架等構(gòu)件組成，各構(gòu)件或部件之間通常采用焊縫、螺栓或鉚釘連接。因其自重較輕且施工簡便，廣泛應(yīng)用于大型廠房、場館、超高層等領(lǐng)域。鋼材的特點是強(qiáng)度高、自重輕、整體剛度好和變形能力強(qiáng)，故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特別適宜。由于其材料塑性、韌性好，可有較大變形，能很好地承受動力荷載，建筑工期短，工業(yè)化程度高，即可進(jìn)行機(jī)械化程度高的專業(yè)化生產(chǎn)。

2 中國在推進(jìn)建筑(住宅)工業(yè)化進(jìn)程的積極舉措

鑒于國內(nèi)勞動力短缺、資源消耗緊張、環(huán)境污染嚴(yán)重、建筑產(chǎn)品需求旺盛等諸多矛盾因素，國家要求發(fā)展建筑工業(yè)化，而裝配式建筑的研究與實踐提上日程，系列政策相繼推出。國務(wù)院辦公廳《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》，住建部《十三五裝配式建筑行動方案》，以及《裝配式木結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》《裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》《裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》等技術(shù)規(guī)范相繼頒布，各省市法規(guī)也緊跟步伐?！渡虾Ｊ醒b配式建筑 2016～2020 發(fā)展規(guī)劃》指出，裝配式建筑是上海建筑業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的必然選擇。政策的跟進(jìn)為裝配式的發(fā)展注射了一劑強(qiáng)心針，但在政策一片大好的形勢下卻暴露出許多急功近利的弊端。

3 以裝配式混凝土為例中國裝配式建筑在實踐中暴露出的問題

3.1 建筑裝配式混凝土結(jié)構(gòu)生產(chǎn)安裝質(zhì)量及效率難以保障

在建筑裝配式混凝土結(jié)構(gòu)生產(chǎn)安裝質(zhì)量及效率方面，有以下幾大問題。

(1)目前雖然實現(xiàn)了工廠預(yù)制，但是工廠還是采取人工鋼筋綁扎、人工制模、人工澆筑和人工組裝，相對于舊的生產(chǎn)方式，不過是換了個地方而已，沒有采取機(jī)械化流水線作業(yè)，工業(yè)化水平較低。

(2)施工質(zhì)量的不可靠性因素較多，如現(xiàn)澆與預(yù)制的連接部位薄弱，預(yù)制構(gòu)件鋼筋與現(xiàn)場鋼筋的錯漏碰缺現(xiàn)象，工人未接受正規(guī)的專業(yè)培訓(xùn)，檢測手段的缺乏等。這些都會使裝配效率與質(zhì)量大打折扣。

(3)在實踐當(dāng)中，PC 構(gòu)件廠家與現(xiàn)場缺乏溝通，PC 構(gòu)件生產(chǎn)產(chǎn)品供不應(yīng)求，導(dǎo)致出廠驗收把關(guān)不嚴(yán)，成品保護(hù)不到位，PC 構(gòu)件觀感質(zhì)量較差，部分退廠修補(bǔ)延誤工期。樓板預(yù)埋鋼筋偏位導(dǎo)致 PC 安裝無法對中，采用植筋方案延誤工期。灌漿前板底封堵強(qiáng)度不高，導(dǎo)致漏漿；清孔工作不到位，導(dǎo)致灌漿不飽滿或堵塞，影響灌漿質(zhì)量和灌漿效率。另外在施工措施方面，存在對現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的全盤套用，也影響裝配效率。

綜合以上問題，本項目部分樓號打破常規(guī)，實行定型化鋁模、獨(dú)立鋼支撐、外架采用掛架施工等，同時加強(qiáng)設(shè)計、生產(chǎn)廠家、現(xiàn)場安裝等各個環(huán)節(jié)的溝通協(xié)調(diào)，嚴(yán)把驗收關(guān)口，逐步提高了裝配式結(jié)構(gòu)的質(zhì)量及效率。

3.2 開發(fā)成本過高造成科研技術(shù)成本投入占比低

房地產(chǎn)企業(yè)是項目的關(guān)鍵，但根據(jù)有關(guān)數(shù)字統(tǒng)計，某項目開發(fā)費(fèi)用總支出中向政府購買土地及繳納的稅收就占比50%；項目建成后，其銷售收入由于部分是有關(guān)部門獲取的，且比例比房地產(chǎn)企業(yè)還高 11%；同時，企業(yè)的運(yùn)營成本也需要由銷售收入中支出?，F(xiàn)行的土地分配制度以及以上這些因素，導(dǎo)致企業(yè)成本壓力過大，致使房地產(chǎn)企業(yè)難以積累資金來進(jìn)行創(chuàng)新及科研的投入。住宅產(chǎn)業(yè)化涉及到土地、稅收、技術(shù)研究等領(lǐng)域，需要投入巨額資金及相關(guān)的政策優(yōu)惠政策、尤其是金融優(yōu)惠政策作為有力支撐。此外，由于現(xiàn)在的裝配式構(gòu)件單方成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的成本，這也制約了房地產(chǎn)開發(fā)企業(yè)的使用積極性。以上所有問題的根本解決依賴于政府的主導(dǎo)。

3.3 現(xiàn)階段裝配率比較低

以上海為例，目前裝配率僅為 30%～40%。設(shè)計階段通?？紤]到國情、成本等因素，多采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系。能否在鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上盡可能考慮其他兩種裝配式結(jié)構(gòu)，綜合比較優(yōu)缺點，擇優(yōu)而用，這才是今后需要考慮的。比如多層或者景觀工程可采用中國傳統(tǒng)建筑類型，高層的屋頂也可傳承中國建筑結(jié)構(gòu)形式，在裝配式鋼筋混凝土基礎(chǔ)上適當(dāng)采用鋼結(jié)構(gòu)，尤其要發(fā)揚(yáng)中國木結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)良傳統(tǒng)，打造具有中國符號意義的建筑作品。尤其是如何能使裝配式結(jié)構(gòu)體現(xiàn)地方特色與民族特色，這就需要加快材料的研究，選擇木材的替代品，合理利用工礦企業(yè)廢料以及無所不在的生物材料。只有最大可能地提高裝配率，建筑工業(yè)化才有意義。

4 中國特色的裝配式建筑未來發(fā)展的幾點建議

筆者認(rèn)為要實現(xiàn)建筑工業(yè)化(住宅)，需要解決裝配式結(jié)構(gòu)以下幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)：(1)科技創(chuàng)新是核心，國家應(yīng)加大科技創(chuàng)新投入，建立創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)基地；(2)加快研發(fā)利用傳統(tǒng)建筑木結(jié)構(gòu)體系建材的更新替代品，達(dá)到資源節(jié)約、循環(huán)利用；(3)汲取鋼結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土裝配式建筑體系的優(yōu)點，發(fā)展復(fù)合形式的建筑工業(yè)產(chǎn)品來提高裝配率；(4)培養(yǎng)大型裝配式構(gòu)件生產(chǎn)工廠及專業(yè)分包企業(yè)，實現(xiàn)生產(chǎn)安裝一體化；(5)實現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)或者采用智能機(jī)械生產(chǎn)，減少工人數(shù)量，提高勞動生產(chǎn)率，以降低建筑(住宅)工業(yè)化成本，提高市場競爭力；(6)加強(qiáng)信息化管理水平，推廣BIM技術(shù)的使用，發(fā)揮設(shè)計的關(guān)鍵作用，實現(xiàn)設(shè)計生產(chǎn)施工一體化。

歸根到底，國家和政府政策的支持是加快發(fā)展的有效手段。政府應(yīng)加大宣傳培訓(xùn)、引導(dǎo)行業(yè)發(fā)展，有關(guān)部門應(yīng)加大推進(jìn)建筑工業(yè)化宣傳力度，積極引導(dǎo)消費(fèi)者全面認(rèn)識工業(yè)化產(chǎn)品，讓建筑產(chǎn)業(yè)化能夠得到公眾的認(rèn)可與支持，使建筑工業(yè)化提高到“美麗中國、綠色發(fā)展、資源節(jié)約、循環(huán)利用”的理念上來。在現(xiàn)階段，發(fā)達(dá)國家人均竣工面積 100m2～120m2，而中國人均竣工面積只有20m2，且由于勞動生產(chǎn)率效率低下，我國的建筑施工仍是以手工作業(yè)與濕作業(yè)為主，勞動力文化素質(zhì)普遍較低，整個社會對建筑工業(yè)化認(rèn)識不足。因此，相關(guān)部門及企業(yè)應(yīng)加大科研力度，逐步推進(jìn)機(jī)械化，引導(dǎo)裝配式結(jié)構(gòu)工程實行專業(yè)分包或者聯(lián)合體分包，實現(xiàn)生產(chǎn)與安裝一體化。

5 結(jié)語

在這場建筑領(lǐng)域深刻的變革中，筆者認(rèn)為應(yīng)該始終把握建筑產(chǎn)品的中國化，同時做到 “洋為中用、古為今用”，讓帶有中國烙印的建筑(住宅)工業(yè)化成為目前裝配式建筑發(fā)展的終極目標(biāo)。政府支持、財政傾斜是龍頭，產(chǎn)業(yè)化、工業(yè)化是主體，科學(xué)創(chuàng)新信息管理是翅膀，這樣全面而協(xié)調(diào)的方針，將有助于中國特色的建筑(住宅)工業(yè)化走出中國，飛向世界。