建筑預(yù)制構(gòu)件的工業(yè)化生產(chǎn)

李上志， 金　偉

(溫州建正節(jié)能科技有限公司，浙江溫州 325000)

改革開放以來，隨著社會經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，住房產(chǎn)業(yè)也推動整個國民經(jīng)濟，成為經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)[1]。當(dāng)前，我國正處于城市化建設(shè)高峰期，每年新建房屋建筑面積高達近20×108m2[2]。為此，我國就全面推進住房產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化，提出節(jié)能減排降碳的目標(biāo)，從根本上實現(xiàn)由粗放型發(fā)展向集約型發(fā)展轉(zhuǎn)變?；诩夹g(shù)創(chuàng)新、科技進步、提高產(chǎn)業(yè)集約化水平、以及整體綜合效益，從而實現(xiàn)住房建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展[3]。

工業(yè)化生產(chǎn)的建筑預(yù)制構(gòu)件是一類綠色環(huán)保節(jié)能型建筑部件，但將其納入新型產(chǎn)業(yè)并不恰當(dāng)。早在1958年，王建瑚[4-5]就翻譯了來自蘇聯(lián)的《裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑中的應(yīng)用》和《裝配式空心陶塊樓板》，這類構(gòu)件是通過整合設(shè)計、生產(chǎn)、運輸、施工等多道環(huán)節(jié)，實現(xiàn)尺寸標(biāo)準(zhǔn)化、房屋建筑營造標(biāo)準(zhǔn)化，以達到降低資源、能源消耗和環(huán)境污染，提高房屋建筑品質(zhì)和勞動生產(chǎn)率，為實現(xiàn)建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供保障[6]。本文以此為研究背景，重點探討“工業(yè)化生產(chǎn)的建筑預(yù)制構(gòu)件相關(guān)內(nèi)容”，為工程應(yīng)用提供依據(jù)。

1　建筑預(yù)制構(gòu)件概述

1.1　工業(yè)化生產(chǎn)的建筑預(yù)制構(gòu)件概念

工業(yè)化生產(chǎn)的建筑預(yù)制構(gòu)件通常是指在工廠車間完成生產(chǎn)，再通過載重車等物流方式運送到建筑工地，然后輔以專業(yè)技術(shù)完成組裝的建筑構(gòu)件。該預(yù)制構(gòu)件可經(jīng)裝配和現(xiàn)澆相結(jié)合而形成一種工業(yè)化施工的建筑，在國外及我國港澳地區(qū)已廣泛應(yīng)用。

預(yù)制構(gòu)件主要有：梁、柱、外墻板、陽臺板、樓板、樓梯等組成[7]。

1.2　工業(yè)化制造房屋建筑的分類

由工業(yè)化生產(chǎn)的建筑預(yù)制構(gòu)件直接組裝而成的建筑，也稱裝配式建筑。從結(jié)構(gòu)體系分有框架、剪力墻、框架—剪力墻三大類，這與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)類似。結(jié)合預(yù)制內(nèi)容、抗震等級和高度來區(qū)分則如表1所示。

2　建筑預(yù)制構(gòu)件的工業(yè)化生產(chǎn)及安裝流程

預(yù)制構(gòu)件的工業(yè)化生產(chǎn)及安裝流程主要可分為四塊，分別是設(shè)計流程、制作流程、施工流程、檢驗流程(圖1)。

2.1　設(shè)計流程

2.1.1建筑施工圖設(shè)計

建筑施工圖設(shè)計應(yīng)遵循《裝配式住宅建筑設(shè)計規(guī)程》、JGJ 1-2014《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》等現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范進行設(shè)計要求，達到施工圖深度，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)參與施工圖紙會審，并提出相關(guān)意見。

表1　建筑預(yù)制構(gòu)件的內(nèi)容與適用情況一覽[8]

圖1　預(yù)制構(gòu)件的流程

2.1.2預(yù)制構(gòu)件的拆分設(shè)計和模具設(shè)計

將建筑施工圖設(shè)計轉(zhuǎn)化為建筑構(gòu)件設(shè)計圖，并進行模具設(shè)計。由于該過程工作量大、圖紙多、牽涉專業(yè)多，需要由建筑設(shè)計單位或?qū)I(yè)的第三方單位進行預(yù)制構(gòu)件的拆解設(shè)計。操作辦法是按照建筑結(jié)構(gòu)特點和預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)工藝的要求，并考慮方便模具加工和構(gòu)件生產(chǎn)效率，現(xiàn)場施工吊運能力限制等因素，將建筑物拆分為獨立的構(gòu)件單元。

2.2　制作流程

建筑預(yù)制構(gòu)件的工業(yè)化生產(chǎn)，其工藝流程可以參考深圳市住房和建設(shè)局組織編寫的《裝配式混凝土構(gòu)件制作與安裝操作規(guī)程》[9]第4部分“預(yù)制構(gòu)件制作”：模具安裝、鋼筋籠安裝、混凝土澆筑、脫模、洗水、修補及養(yǎng)護、成品存放及檢測等。

2.2.1模具制作

就像樂高積木，構(gòu)件能否順利裝配、能否成功拆模、表觀精度是否平整，主要取決于模具設(shè)計與制作精度。按照構(gòu)件的特點和施工工藝，模具的設(shè)計可分為“平脫法模具”以及“翻轉(zhuǎn)臺法模具”[10]，兩者均為平躺式澆筑，再翻轉(zhuǎn)脫模，單從操作上看與金屬翻砂鑄造工藝類似。

2.2.2預(yù)埋件制作

預(yù)制構(gòu)件涉及到與其他構(gòu)件或結(jié)構(gòu)件的連接，所以在預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)制作中有大量的預(yù)埋件需要預(yù)先安裝，以方便澆筑，如內(nèi)外門窗的框、外墻磚還有臨時吊鉤等。窗框這種預(yù)埋件還需要做好限位與保護措施，而預(yù)制外墻板飾面磚，重點控制保護的則是模具支架，鋼筋骨架、飾面磚、窗框和預(yù)埋件[6]。

2.2.3脫模、洗水、修補及養(yǎng)護

當(dāng)混凝土強度應(yīng)符合強度及剛度要求后，構(gòu)件可按照作業(yè)程序進行脫模，構(gòu)件可以和模具一起翻轉(zhuǎn)脫模，確定其重心，以確保后續(xù)安裝起吊豎直，方便安裝。

構(gòu)件脫模后的沖洗與養(yǎng)護也可以參照現(xiàn)澆混凝土的養(yǎng)護進行。當(dāng)然，作為環(huán)節(jié)閉合的一部分，構(gòu)件還需與設(shè)計圖紙逐項進行核對檢查。

2.3　安裝流程

預(yù)制構(gòu)件的安裝流程見圖2。

圖2　預(yù)制構(gòu)件的安裝流程[12]

2.4　質(zhì)量驗收

流程可以參考深圳市《裝配式混凝土構(gòu)件制作與安裝操作規(guī)程》進行，與建筑工程中的其他分項、子項工程的質(zhì)量驗收程序類似，包括原材料進場報告、實驗室送檢報告、現(xiàn)場檢測報告、隱蔽工程驗收記錄、影像證明材料等[9]。

3　工業(yè)化生產(chǎn)的建筑預(yù)制構(gòu)件的優(yōu)缺點

3.1　建筑預(yù)制構(gòu)件的優(yōu)點

(1)設(shè)計多樣化：在產(chǎn)品多樣化的方面，用比較前沿的說法，這一種準(zhǔn)3D打印技術(shù)，而且是可定制、可批量生產(chǎn)的。

(2)節(jié)能環(huán)保：這里有雙重含義，一是性能上的，指構(gòu)件自身精度高、又常采用各種新型保溫、隔熱材料、自重較輕、有較強的抗震能力；二是環(huán)境友好，指構(gòu)件部分可回收加工重復(fù)利用，減少建筑垃圾。

(3)高質(zhì)量生產(chǎn)：因為采取了工業(yè)化手段，生產(chǎn)環(huán)境穩(wěn)定，有標(biāo)準(zhǔn)是產(chǎn)品產(chǎn)出質(zhì)量保障，因而效果會優(yōu)于現(xiàn)場制作。

(4)施工裝配化：因為采用預(yù)制及半預(yù)制形式，現(xiàn)場濕作業(yè)大大減少，工廠預(yù)制的建筑構(gòu)件運到施工場地后，立刻可按設(shè)計要求安裝施工，有利于環(huán)境保護和減少施工擾民。

(5)時間成本優(yōu)化：這是預(yù)制構(gòu)件的最大賣點，使用預(yù)制構(gòu)件將毫無疑問的縮短了現(xiàn)場施工的時間，對工期有更高的可預(yù)測性。只要施工時段允許，就可以齊頭并進，極大地加快工程進展速度，從而減少時間成本及相應(yīng)的工程貸款成本等。

3.2　建筑預(yù)制構(gòu)件的缺點

工業(yè)化生產(chǎn)的建筑預(yù)制構(gòu)件雖然優(yōu)點很多，但不足之處也是存在的[13]。

(1)技術(shù)研究不完善：主要是結(jié)構(gòu)受力、變形、抗震等方面。

(2)軟件配套不完善：諸如BIM技術(shù)、施工安裝協(xié)調(diào)管理軟件等。

(3)模數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計等不足：這還需要建立一整套從設(shè)計、到施工、到管理、到驗收的規(guī)范體系。

(4)配套材料開發(fā)不足：工業(yè)化生產(chǎn)的建筑預(yù)制構(gòu)件應(yīng)像3D打印一樣，有充沛的材料庫做后盾，生產(chǎn)適用于當(dāng)前多樣化的建筑市場。

4　結(jié)論

面對國內(nèi)當(dāng)前節(jié)能減排、綠色環(huán)保、可持續(xù)的浪潮，推進建筑工業(yè)化保障環(huán)境友好型社會逐步實現(xiàn)已是大勢所趨，這也是整個建筑行業(yè)發(fā)展的必然出路。因此，必須加速建筑產(chǎn)業(yè)的工業(yè)化建設(shè)步伐，以積極的姿態(tài)去引進各國先進技術(shù)，全面提高我國建筑業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)水平。