淺析建筑工業(yè)化背景下的裝配式建筑

崔 婧

(山西省建筑科學(xué)研究院，山西 太原 030001)

0 引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，新時(shí)期建筑的發(fā)展正從耐用性、實(shí)用性向健康性、超低能耗和高端化轉(zhuǎn)型，從設(shè)計(jì)的居住功能逐漸向建筑的健康、美觀和更人性化的需求轉(zhuǎn)型。在這樣的背景下，裝配式建筑逐漸改變并取代了傳統(tǒng)建筑建造房屋的方式：用預(yù)制的構(gòu)件在工地裝配而成的建筑。這種建筑的優(yōu)點(diǎn)是建造速度快，受氣候條件制約小，節(jié)約勞動力并可提高建筑質(zhì)量，在建筑的全生命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間。

1 裝配式建筑現(xiàn)狀

1.1 國內(nèi)現(xiàn)狀

首先，國內(nèi)裝配式建筑起步較晚，這與傳統(tǒng)的建筑技術(shù)有關(guān)。由于預(yù)制混凝土構(gòu)件的技術(shù)存在一定的問題，導(dǎo)致整個(gè)構(gòu)件延展性差、承載力不夠、產(chǎn)品類型比較單一等諸多問題，因此，整體裝配式混凝土結(jié)構(gòu)未得到廣泛推廣，在該體系結(jié)構(gòu)與建筑構(gòu)造柱之間的節(jié)點(diǎn)連接的研究甚少，鮮有能夠指導(dǎo)施工的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

其次，在對于整體裝配式建筑設(shè)計(jì)初期，并沒有具體的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一的深化設(shè)計(jì)。而標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件生產(chǎn)廠商沒有深化設(shè)計(jì)整體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的能力，缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)制整體式構(gòu)件，以及構(gòu)件品種單一，缺乏通用性、普遍性。

再次，整體裝配式構(gòu)件的市場化不足。由于構(gòu)件本身的問題，使得整個(gè)整體裝配式構(gòu)件的發(fā)展沒有形成一定的規(guī)模，市場比較混亂且產(chǎn)品成本較高，也無法很好的進(jìn)行大范圍的推廣。

另一方面，整體裝配式建筑缺乏政府政策的正確引導(dǎo)。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的建筑觀念會使得人們認(rèn)為建筑的整體質(zhì)量還是能夠得到保障的，缺乏對于整體裝配式建筑的正確認(rèn)識。政府部門應(yīng)當(dāng)從整體裝配式建筑構(gòu)件的設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等各個(gè)環(huán)節(jié)出發(fā)，制定相應(yīng)的政策保障。

1.2 國外現(xiàn)狀

國外的裝配式建筑早在20世紀(jì)60年代就已經(jīng)開始發(fā)展。無論是從整體構(gòu)件的生產(chǎn)加工到建筑的組裝，已經(jīng)有了很好的案例支撐。盒子結(jié)構(gòu)的建筑早在70年代就已經(jīng)在美國，日本等國家開始發(fā)展，到目前為止，世界上已有30多個(gè)國家建造了盒子構(gòu)件房屋?，F(xiàn)在9層～12層沒有承重骨架的盒子結(jié)構(gòu)已相當(dāng)普遍[1]。

2 裝配式建筑分類

2.1 砌塊建筑

使用塊狀材料制作整體砌塊構(gòu)件，再用砌塊構(gòu)件砌成墻體。這種預(yù)制構(gòu)件一般情況下適應(yīng)性比較強(qiáng)，生產(chǎn)工藝較為簡單，成本較低，適用于建造低層建筑。由于砌塊本身比較靈活，可加工成大型、中型和小型。若要提高整體強(qiáng)度，還可在砌塊生產(chǎn)加工過程中增加鋼筋的配置。這種整體構(gòu)件材料運(yùn)輸方便，安裝簡便，在砌塊構(gòu)件之間用水泥砂漿進(jìn)行接縫的砌筑。

2.2 板材建筑

包含了事先預(yù)制的室內(nèi)外墻體、樓板板材和屋面板材進(jìn)行整體組裝的建筑。這類建筑的特點(diǎn)是整個(gè)建筑工業(yè)化背景下的主要裝配式建筑，優(yōu)點(diǎn)是可以減輕整個(gè)建筑的整體結(jié)構(gòu)重量，并且由于構(gòu)件板材都是事先預(yù)制的，因此，也能提高整個(gè)建筑的使用面積，并且在整體抗震上有一定的抗震能力，適合在地震帶建造建筑。

2.3 盒子建筑

這種整體式建筑的整個(gè)施工過程實(shí)際上有2/3是在工廠的車間內(nèi)完成的，只留下現(xiàn)場的吊裝以及少量的裝飾裝修以及安裝管線等操作是需要在現(xiàn)場施工操作完成。特點(diǎn)是施工工期短，安裝過程簡便，主要建筑耗材較少等。

2.4 骨架板材建筑

由預(yù)制部品部件在工地裝配而成的建筑，稱為裝配式建筑。按預(yù)制構(gòu)件的形式和施工方法分為砌塊建筑、板材建筑、盒式建筑、骨架板材建筑及升板升層建筑等五種類型[2]。

一般分為兩種結(jié)構(gòu)形式：一種由梁柱組合形成整體結(jié)構(gòu)框架，框架上架置樓板。另一種直接由柱網(wǎng)和樓板組合形成整體結(jié)構(gòu)框架，內(nèi)外墻體為非承重。

2.5 升板升層建筑

板柱結(jié)構(gòu)體系的一種，但施工方法則有所不同。這種建筑是在底層混凝土地面上重復(fù)澆筑各層樓板和屋面板，豎立預(yù)制鋼筋混凝土柱子，以柱為導(dǎo)桿，用放在柱子上的油壓千斤頂把樓板和屋面板提升到設(shè)計(jì)高度，加以固定。外墻可用磚墻、砌塊墻、預(yù)制外墻板、輕質(zhì)組合墻板或幕墻等；也可以在提升樓板時(shí)提升滑動模板、澆筑外墻[1]。

3 裝配式建筑優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 優(yōu)點(diǎn)

1)構(gòu)件分類建筑部品由工廠車間生產(chǎn)完成，包含了：內(nèi)外墻體板材、樓板板材、陽臺、整體式樓梯、預(yù)制柱、梁。

2)相比于傳統(tǒng)建筑施工過程，大量的施工作業(yè)強(qiáng)度降低，取而代之的是施工現(xiàn)場的組裝裝配作業(yè)，減少了施工現(xiàn)場的施工難度及強(qiáng)度。

3)設(shè)計(jì)、施工、裝修一體化，降低勞動力成本的同時(shí)又縮短了工期，并且建筑質(zhì)量容易得到保證。

4)保護(hù)周圍環(huán)境。在施工過程當(dāng)中，除了減少建筑工業(yè)廢料的產(chǎn)生之外，同時(shí)在裝配過程中也在一定程度上減少了噪聲污染，對于環(huán)境的保護(hù)起到了一定作用，并且符合綠色建筑的發(fā)展要求。

3.2 缺點(diǎn)

1)目前國內(nèi)裝配式建筑在前期深化設(shè)計(jì)、后期驗(yàn)收階段等相關(guān)規(guī)范明顯滯后于整體裝配式建筑施工技術(shù)的發(fā)展，因此，對于整個(gè)裝配式建筑的應(yīng)用范圍比較狹窄，在建筑建造的層高上還有一定的限制。

2)構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化由于生產(chǎn)設(shè)備的限制，對于整體構(gòu)件尺寸的精度要求還達(dá)不到，具有一定的局限性，不能滿足普遍的整體構(gòu)件加工需求。若構(gòu)件的尺寸精細(xì)程度達(dá)不到要求，必然會增加施工的難度，甚至造成無法施工的現(xiàn)象產(chǎn)生。

3)一些大型的整體式構(gòu)件由于距離施工現(xiàn)場較遠(yuǎn)，因此，運(yùn)輸成本居高不下。

4)對于一些造型較為復(fù)雜的建筑來說，整體式構(gòu)件的設(shè)計(jì)存在一定的難度，并且在裝配上有一定的制約因素。

4 建筑工業(yè)化背景下裝配式建筑的發(fā)展

在山西省裝配式建筑占新建建筑比例15%,山西省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳發(fā)布《山西省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)事業(yè)“十三五”規(guī)劃》，指出要健全符合省情的城鎮(zhèn)住房保障體系，發(fā)展建筑業(yè)，提升建筑節(jié)能水平，使綠色建筑推廣比例達(dá)到50%，綠色建材推廣比例的40%與全國規(guī)劃水平保持一致[3]。

在我們當(dāng)今建筑工業(yè)化的背景下，大力發(fā)展新技術(shù)、新材料的同時(shí)，更加注重綠色、節(jié)能、環(huán)保的新型全生命周期的建筑設(shè)計(jì)。

4.1 建筑工業(yè)化的BIM

隨著建筑市場的快速發(fā)展以及行業(yè)的需求建筑BIM信息化技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于建筑的設(shè)計(jì)、施工領(lǐng)域。BIM，就是指建筑信息模型(Building Information Modeling)，是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息，通過三維建筑模型，實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)、工程監(jiān)理、物業(yè)管理、設(shè)備管理、數(shù)字化加工、工程化管理等功能[4]。

4.2 裝配式建筑的BIM應(yīng)用

1)前期構(gòu)件的深化設(shè)計(jì)中利用建筑BIM信息化軟件進(jìn)行建模，利用BIM圖紙，可直接輸出平面圖紙，提高了構(gòu)件設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。并且在整個(gè)模擬過程當(dāng)中能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在問題并及時(shí)解決，大大提高了工作效率。

2)在施工安裝過程中，通過對施工過程的施工仿真進(jìn)行計(jì)算機(jī)的預(yù)先施工，也就是將建筑信息與整個(gè)傳統(tǒng)的施工進(jìn)度計(jì)劃相互匹配，在實(shí)際施工之前，就在計(jì)算機(jī)當(dāng)中真實(shí)的模擬一遍施工過程，這個(gè)過程可以真實(shí)有效的指導(dǎo)施工，并且能夠預(yù)先發(fā)現(xiàn)施工過程中存在的問題，及時(shí)糾正，避免產(chǎn)生不必要的損失，并且能夠縮短工期，提高施工效率。

3)以指導(dǎo)現(xiàn)場的施工為例，將來的整體裝配式建筑的現(xiàn)場施工，施工人員可以在平板電腦或者手機(jī)上縱覽整個(gè)建筑的模型信息，將計(jì)算機(jī)生成的BIM模型與現(xiàn)場情況進(jìn)行比對，將存在的問題及時(shí)進(jìn)行反饋和改正。

建筑BIM技術(shù)的這種理念與整體裝配式建筑非常契合，二者共有的特點(diǎn)是精細(xì)化、工業(yè)化，裝配式建筑的構(gòu)件加工以及施工難點(diǎn)得以解決，建筑BIM技術(shù)同時(shí)又得到了發(fā)展與創(chuàng)新。

5 結(jié)語

5.1 產(chǎn)業(yè)化

通過政府的正確引導(dǎo)，堅(jiān)持推進(jìn)整體裝配式建筑的市場化、產(chǎn)業(yè)化，并促進(jìn)裝配式建筑產(chǎn)業(yè)化的健康發(fā)展?？梢泽w現(xiàn)在保障性住房的建設(shè)上，以此為試點(diǎn)，逐漸的從住宅建筑開始發(fā)展，不斷的完善政策，向工業(yè)化建筑過渡。

5.2 規(guī)范立法

由于裝配式建筑在我國起步晚，還沒有相應(yīng)的、完整的裝配式建筑技術(shù)體系，根據(jù)這一現(xiàn)狀，需要產(chǎn)業(yè)化的建筑標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范，并且來指導(dǎo)整個(gè)裝配式建筑行業(yè)的發(fā)展。

5.3 可持續(xù)發(fā)展

未來的建筑一定是可持續(xù)的、綠色環(huán)保的建筑。因此，不論是新型城鎮(zhèn)化的建設(shè)，還是住房、工業(yè)化建筑的建設(shè)，都離不開低功耗、高品質(zhì)的建筑成品。那就必然要轉(zhuǎn)變建筑行業(yè)的生產(chǎn)方式：新型整體裝配式建筑。在這一過程中，要推進(jìn)綠色建筑的工業(yè)化發(fā)展。

5.4 符合中國國情

中國發(fā)展了住宅工業(yè)化時(shí)間之久，效果之差，應(yīng)當(dāng)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，不能一味的跟風(fēng)模仿，不要把起點(diǎn)定位太高，應(yīng)當(dāng)循序漸進(jìn)，從整體構(gòu)件開始逐漸到整體安裝、成本控制、與周圍環(huán)境相結(jié)合，統(tǒng)籌兼?zhèn)洌_拓出一條適合中國國情的裝配式建筑產(chǎn)業(yè)化道路。

在對于整體裝配式建筑的發(fā)展現(xiàn)狀及優(yōu)缺點(diǎn)結(jié)合建筑工業(yè)化發(fā)展背景進(jìn)行淺析后不難發(fā)現(xiàn)，整體裝配式建筑能夠得到發(fā)展是必然的結(jié)果。因此，作者認(rèn)為在發(fā)展整體裝配式建筑的同時(shí)，要在這個(gè)過程中逐漸將裝配式建筑與建筑BIM技術(shù)相結(jié)合，并且融入綠色建筑理念，從建筑傳統(tǒng)的能用、實(shí)用向環(huán)保、舒適、耐用、健康的方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn):

[1] 王 茜,毛曉峰.淺談裝配式建筑的發(fā)展[J].科技信息，2012(2):45-46.

[2] 中國土木建筑百科辭典總編委會．中國土木建筑百科辭典[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,1999.

[3] 中機(jī)院.2016年裝配式建筑的政策東風(fēng)接連不斷,建筑企業(yè)對裝配式領(lǐng)域翹首以望[EB/OL].http://www.reportway.org/zhuangpeishijianzhu/15371.html 2017-06-19/2018-03-10.

[4] 百度貼吧.淺析BIM技術(shù)在建筑設(shè)備設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[EB/OL].2017-04-13/2018-03-10.