工業(yè)化建筑部品發(fā)展現(xiàn)狀探究

程亞美 李志永 趙玉清 苑翔

（北方工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，北京 100144）

通過研究我國(guó)建筑業(yè)的發(fā)展過程可以看出，由于傳統(tǒng)的建筑方式具有工期長(zhǎng)，能耗高，污染嚴(yán)重的弊端，已經(jīng)給城市建設(shè)，生態(tài)環(huán)境以及建筑產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)方面帶來(lái)了巨大的消極影響，從而具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)的工業(yè)化建筑方式運(yùn)應(yīng)而生，并在建筑業(yè)領(lǐng)域展現(xiàn)出強(qiáng)勁的勢(shì)頭。但目前建筑工業(yè)化以及預(yù)制裝配式住宅的發(fā)展還處于起步階段，沒有形成一定的市場(chǎng)規(guī)模，因此在應(yīng)用過程中出現(xiàn)了概念不明確，部品化制度不完備，標(biāo)準(zhǔn)化程度低等問題。為了給解決上述問題提供參考，本文對(duì)工業(yè)化部品概念體系劃分、應(yīng)用中存在的問題及相關(guān)研究等內(nèi)容進(jìn)行了分析總結(jié)。

1 工業(yè)化建筑部品概念辨析

日本在工業(yè)化建筑發(fā)展方面處于世界前列?！安科贰边@個(gè)詞語(yǔ)首先是日本提出來(lái)的，其定義一是特指那些在工廠加工生產(chǎn)的產(chǎn)品；二是屬于非結(jié)構(gòu)體，能夠輕易的從建筑中分離出來(lái)；三是部品能夠運(yùn)用規(guī)模化和標(biāo)準(zhǔn)化的方式從具體的建筑物中獨(dú)立出來(lái)，作為商品流通；四是部品不能夠過于特殊或簡(jiǎn)單，要適合工業(yè)化的生產(chǎn)方式和作為商品流通的附加價(jià)值。此外，部品不同于傳統(tǒng)的構(gòu)件，它自身就具有品牌和型號(hào)[1]。

我國(guó)在工業(yè)化發(fā)展方面處于初期階段，借鑒于日本的工業(yè)化建筑模式，建筑部品又多被稱為住宅部品。我國(guó)對(duì)建筑部品的定義見住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部在2009年頒布的《住宅部品術(shù)語(yǔ)》其定義為：“有一定的邊界條件和配套技術(shù)作為制約，由兩個(gè)或兩個(gè)以上的單一產(chǎn)品或復(fù)合產(chǎn)品集成的，構(gòu)成住宅某一部位中的一個(gè)功能單元，能夠滿足該部位一項(xiàng)或者幾項(xiàng)功能要求的產(chǎn)品”[2]。這個(gè)定義表明住宅部品具有集成的特性，自身具有一定的接口協(xié)調(diào)與模數(shù)化的約束，并在建筑物中具有獨(dú)立的功能。

另外在我國(guó)國(guó)標(biāo)“ISO/FDIS6707.1（2002E）房屋和土木工程處-詞匯-第一部分”的建筑材料一節(jié)中部品的定義也有所提及：“Products manufactured as a distinct unit to serve a specific function or functions”[3]，翻譯成中文是：“產(chǎn)品作為一個(gè)特定的部件被生產(chǎn)，用于服務(wù)于一種或多種功能”。該定義重點(diǎn)闡述了部品的功能性，并未提及部品的集成與模數(shù)化特點(diǎn)，是一種不完備的定義。

本文所界定的建筑部品特指工業(yè)化建造方式生產(chǎn)的產(chǎn)品。早在1974年，聯(lián)合國(guó)出版的《政府逐步實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化的政策和措施指引》中給出了“建筑工業(yè)化”的定義，其中提到的“構(gòu)配件生產(chǎn)工廠化”也就是現(xiàn)在我們所提出的建筑工業(yè)化所涉及的“建筑部品”的前身。需要說明的是建筑部品既不單純的屬于建筑原材料也不屬于預(yù)制構(gòu)件。建筑原材料屬于原料，經(jīng)工廠加工成為預(yù)制構(gòu)件或建筑部品。后兩者雖然都是工廠預(yù)制，但建筑部品中只包括以建筑為主體的預(yù)制混凝土構(gòu)件，而預(yù)制構(gòu)件不僅包括建筑構(gòu)件還包括市政工程中的管溝和管件，所以二者有本質(zhì)上的差別。

通過上述分析可見，目前我國(guó)還沒有明確給出工業(yè)化建筑部品的定義，通過相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)我國(guó)通常把建筑部品作為工業(yè)化建筑部品?；谏鲜鰩追N給出的部品定義，本文初步給出了建筑工業(yè)化部品的定義，為：由兩個(gè)或多個(gè)單品或是復(fù)合產(chǎn)品集成的，在工廠進(jìn)行生產(chǎn)，并能夠從建筑中拆分出來(lái)的具有多項(xiàng)功能的自身攜帶信息的建筑產(chǎn)品總稱。目前常見的工業(yè)化建筑部品包括預(yù)制門窗、預(yù)制墻體、整體廚衛(wèi)間、預(yù)制樓梯、智能系統(tǒng)等。

2 工業(yè)化建筑部品體系劃分

部品體系是實(shí)現(xiàn)新型建筑工業(yè)化的重要因素，其貢獻(xiàn)率達(dá)到11.42%[4]。推進(jìn)部品化發(fā)展并建立完備的部品體系是發(fā)展工業(yè)化建筑的技術(shù)基礎(chǔ)與關(guān)鍵環(huán)節(jié)[5]。基于工業(yè)化建造方式，根據(jù)部品的不同特性可以將部品進(jìn)行多體系劃分，各劃分方法都具有自己的優(yōu)勢(shì)與不足，筆者特將現(xiàn)階段部品體系劃分內(nèi)容做了相關(guān)歸納，詳見表1。

表1 建筑部品體系劃分

表1根據(jù)部品使用功能的劃分方式中，在住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部2009年頒布的國(guó)標(biāo)《住宅部品術(shù)語(yǔ)》中部品被分成十大類并下設(shè)相應(yīng)的子類目，規(guī)定選取子類目中的任意兩項(xiàng)或多項(xiàng)進(jìn)行組合組成的產(chǎn)品，能夠滿足特定的功能就是相應(yīng)的部品。在IFC入庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)（Industry Foundation Classes）的體系劃分方式中結(jié)構(gòu)與外圍部品體系這兩類屬于建筑的主體部分，是建筑的支撐部分；內(nèi)裝部品、廚衛(wèi)部品、設(shè)備部品以及智能化部品屬于與建筑內(nèi)裝有關(guān)的部品體系，屬內(nèi)裝部分，其中的廚衛(wèi)部品體系是集成化程度最高的體系[6]；小區(qū)配套部品體系屬于室外設(shè)計(jì)部分。上述兩種根據(jù)功能進(jìn)行分類的方法，前者各子類目中各單品隨意組合組成部品的劃分方式一方面體現(xiàn)出了部品是集成產(chǎn)品的特點(diǎn)，另一方面反映了其具有劃分簡(jiǎn)單但部品涵蓋多樣的優(yōu)點(diǎn)；后者從宏觀的視角出發(fā)將整個(gè)建筑物劃分成支撐、內(nèi)裝與室外三大區(qū)域七大類目，不僅涵蓋了建筑本身的部品種類還考慮了配套設(shè)施的部品種類，是一種較完備的部品體系劃分方式。

根據(jù)部品在建筑中的主次關(guān)系的劃分方式將技術(shù)也劃分到部品體系中按照形狀特征、標(biāo)準(zhǔn)化程度不同劃分有利于部品批量生產(chǎn)及存儲(chǔ)管理[7]。標(biāo)準(zhǔn)部品是具有相同或類似屬性的能夠批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。異形部品是指由于部品樣式、接口、尺寸或用料中某種屬性較為特殊的產(chǎn)品，無(wú)法進(jìn)行批量生產(chǎn)。通用部品是能夠批量生產(chǎn)并具有共同屬性或特征的產(chǎn)品，各產(chǎn)品間可以互換。此處所指的是相對(duì)意義上的通用，是建立在滿足建筑需求基礎(chǔ)之上的[8]。目前我國(guó)的工業(yè)化部品生產(chǎn)大多還處于訂制設(shè)計(jì)生產(chǎn)階段，通用部品較少。國(guó)外經(jīng)歷了從專用部品體系向通用部品體系過渡的過程，一般都只分為通用部品體系和專用部品體系兩類[9]。

最后，按照結(jié)構(gòu)原材料劃分，建筑部品的建筑體系中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系在實(shí)際使用中最為普遍，此類結(jié)構(gòu)節(jié)省材料且造價(jià)低，具有較高的承載力和良好的防火性能。鋼結(jié)構(gòu)體系重量輕且裝拆方便，能夠用于大跨度的建筑。竹木結(jié)構(gòu)抗震性能好、耐腐蝕、安裝勒性好且節(jié)能環(huán)保。

基于上述對(duì)工業(yè)化建筑部品的定義和體系劃分的歸納梳理，以下內(nèi)容分別從部品標(biāo)準(zhǔn)化程度、部品認(rèn)證制度、部品個(gè)性化需求以及部品生產(chǎn)成本與能耗方面對(duì)各學(xué)者的研究進(jìn)行了調(diào)查總結(jié)，反映出了工業(yè)化建筑部品發(fā)展過程存在的問題以及相應(yīng)的解決方法。

2.1 部品標(biāo)準(zhǔn)化程度

我國(guó)部品標(biāo)準(zhǔn)化程度較低。一個(gè)完善的部品體系需要有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化制度，部品的非標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)使各體系部品在尺寸上缺少全國(guó)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這就使得部品的工廠化生產(chǎn)、機(jī)械化裝配受到了阻礙，同時(shí)造成設(shè)計(jì)重復(fù)、施工重復(fù)的后果。針對(duì)部品標(biāo)準(zhǔn)化制度缺失，劉春梅給出了一個(gè)相對(duì)完善的建筑部品體系，提出了BIM技術(shù)在工業(yè)化建筑領(lǐng)域的信息傳遞功能。通過BIM技術(shù)的仿真模擬功能可以對(duì)建筑部品進(jìn)行三維信息化管理，通過可視化功能可以對(duì)部品進(jìn)行蹤跡識(shí)別。鄭華海、劉勻[10]等人以輕鋼龍骨體系工業(yè)化住宅為例，利用 REVIT軟件族的概念提出基于BIM（建筑信息模型）創(chuàng)建包含工業(yè)化住宅建造全過程信息的輕鋼龍骨式復(fù)合墻的信息模型，使用部品專用編碼，可直接定位部品的具體位置，管理部品的存儲(chǔ)、運(yùn)輸和施工安裝。以上研究反映出利用BIM技術(shù)在一定程度上可以解決各體系部品尺寸不匹配帶來(lái)的困擾，但此技術(shù)更應(yīng)該成為工業(yè)化部品在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中的優(yōu)化手段，建立完整具有權(quán)威性的部品標(biāo)準(zhǔn)化制度仍舊是今后研究的重點(diǎn)。

2.2 部品認(rèn)證

部品認(rèn)證體系不完備。我國(guó)由于起步較晚，部品認(rèn)證體系還不夠完善。周曉紅對(duì)比研究了中日兩國(guó)的住宅部品的認(rèn)證制度，詳細(xì)闡述了日本的部品認(rèn)定基準(zhǔn)、認(rèn)定流程，發(fā)現(xiàn)我國(guó)的部品認(rèn)證制度標(biāo)準(zhǔn)低、認(rèn)證程序不規(guī)范且保險(xiǎn)意識(shí)差。所以應(yīng)從這三個(gè)方面出發(fā)修改完善我國(guó)的部品認(rèn)證制度。此外關(guān)柯[11]對(duì)國(guó)內(nèi)外的住宅產(chǎn)品認(rèn)證管理體制進(jìn)行了分析研究，認(rèn)為從我國(guó)國(guó)情角度出發(fā)，認(rèn)證機(jī)構(gòu)的建立應(yīng)首先得到政府授權(quán)，確立其權(quán)威性，而后分區(qū)設(shè)立。

2.3 個(gè)性化需求

工業(yè)化建筑模式單一，不能滿足人們多樣化的需求。部品發(fā)展過程中裝飾個(gè)性化、規(guī)格多樣化與工廠大批量生產(chǎn)存在一定的矛盾?；诮ㄖ科啡狈€(gè)性化的問題，蔡天然[12]的研究表明工業(yè)化住宅的研究重點(diǎn)應(yīng)該是開發(fā)適用于不同體系建筑的通用構(gòu)配件，這樣不僅可以滿足使用者的多樣化需求，還可以使構(gòu)配件批量生產(chǎn)，進(jìn)行商品化供應(yīng)。由此也可知，只有個(gè)性化部件不斷進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，才能得到成熟的部品接口、尺寸形式，進(jìn)而設(shè)計(jì)出通用形式的部品。此外李淑萍[13]的調(diào)查研究表明可以通過建筑部品工廠化的發(fā)展，企業(yè)采用大規(guī)模定制方式，商品的多樣化來(lái)解決。調(diào)查發(fā)現(xiàn)注重個(gè)性化的這一部分人群經(jīng)濟(jì)水平較高，而建筑工業(yè)化最主要的目標(biāo)群體是中層階級(jí)，可以看出目前我國(guó)工業(yè)化建筑發(fā)展個(gè)性化并非首要問題。

2.4 部品成本

工業(yè)化建筑部品存在造價(jià)偏高，經(jīng)濟(jì)性能低的問題。鄒晶[14]研究了鋼結(jié)構(gòu)住宅體系技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)性能以及環(huán)境性能，在對(duì)資源方面進(jìn)行的測(cè)算表明水泥和瓷磚這兩種建材屬高能耗和高污染的建材，應(yīng)該在今后部品發(fā)展過程中減少使用，宜選用較為環(huán)保的SMC材料。巨選博[15]在研究中發(fā)現(xiàn)目前住宅部品的應(yīng)用主要集中在裝飾部品和設(shè)備部品，占部品建造成本比例最高的結(jié)構(gòu)性部品的運(yùn)用率極低，結(jié)構(gòu)性部品如外墻板的全生命周期成本比傳統(tǒng)砌塊外墻高約5%，生產(chǎn)成本高致使企業(yè)對(duì)住宅結(jié)構(gòu)性部品的研發(fā)與生產(chǎn)都缺乏動(dòng)力。宋薇[16]分析裝配式建筑工程成本較高的原因是生產(chǎn)技術(shù)較低以及部品生產(chǎn)不精細(xì)導(dǎo)致的部品生產(chǎn)和安裝過程的人工費(fèi)高，降低工業(yè)化建筑部品的生產(chǎn)安裝成本能夠通過規(guī)范生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)。美國(guó)能源部對(duì)在住宅建筑中使用SIPs（Structural Insulated Panels）很感興趣[17]，雖目前SIPs沒有在制造房屋中使用，但它們可能非常適合用于制造工業(yè)化建筑生產(chǎn)過程，它們需要更少的原始木材，這可能會(huì)降低揮發(fā)性和提高木材價(jià)格的影響。

2.5 部品能耗

建筑部品能耗方面，受生產(chǎn)工藝和建筑材料種類影響，建筑部品存在能耗高、不利于工業(yè)化建筑可持續(xù)性發(fā)展的問題。杜建東[18]在假設(shè)一些計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)我國(guó)墻體材料常用塊材產(chǎn)品的單位面積砌體產(chǎn)生的綜合能耗、生產(chǎn)過程的碳排放量進(jìn)行推算，提出采用薄灰縫對(duì)降低塊材砌體的碳排放量意義重大。秦珊[19]的研究中指出日本KSI體系旨在綜合開發(fā)出長(zhǎng)期耐久性住宅，將日本耐久年限全面提升到100年，從而能夠延長(zhǎng)建筑生命周期，節(jié)約相應(yīng)建設(shè)成本、降低能源消耗?？梢园l(fā)現(xiàn)杜建東對(duì)部品能耗研究集中于結(jié)構(gòu)部品生產(chǎn)能耗，秦珊對(duì)于部品能耗研究側(cè)重于建筑部品體系方面，偏理論。二者的能耗研究都針對(duì)部品能耗問題中的一部分展開，研究缺乏整體性。宏觀整體的分析研究建筑部品的能耗問題是今后我們所要努力的方向。

3 結(jié)語(yǔ)

本文歸納了工業(yè)化建筑部品的定義與建筑部品體系劃分方式，并對(duì)各體系的劃分方式優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較說明。此外，對(duì)我國(guó)學(xué)者在工業(yè)化部品發(fā)展過程中各方面做出的努力進(jìn)行了總結(jié)，可以看出目前我國(guó)在研究建筑部品的設(shè)計(jì)、施工安裝、政策條例以及工程造價(jià)等方面有了一定的研究成果。但僅有不多的關(guān)于工業(yè)化建筑部品能耗的研究都是通過工業(yè)化建筑全生命周期開展的，對(duì)建筑部品生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工本身的能耗研究太少且不夠系統(tǒng)，且研究進(jìn)展緩慢。因而需要我們大力開展建筑部品能耗等問題的研究，為實(shí)踐綠色工業(yè)化建筑，減少建筑部品碳排放提供參考。