水工建筑物預(yù)制裝配化的必要性和必然性

袁承斌，顧 強(qiáng)，侍忠標(biāo)，車 力

(1.揚(yáng)州大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225009；2.淮安市洪澤區(qū)河湖管理所，江蘇 洪澤 223100)

“科技創(chuàng)新, 就像撬動地球的杠桿, 總能創(chuàng)造令人意想不到的奇跡”，在這個科技發(fā)達(dá)、經(jīng)濟(jì)繁榮的時代，各行各業(yè)都呈現(xiàn)著迅猛發(fā)展的勢頭。建筑業(yè)在促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定健康發(fā)展，提高城鄉(xiāng)建設(shè)水平過程中發(fā)揮著重要的作用，但傳統(tǒng)建筑行業(yè)在發(fā)展過程中也呈現(xiàn)諸多難題，如工程建設(shè)周期長、施工現(xiàn)場亂、環(huán)境污染嚴(yán)重、安全隱患較多等。為保持建筑行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展，加快其轉(zhuǎn)型升級，建筑物在建造過程中對于其構(gòu)件的處理方式呈現(xiàn)出多樣化發(fā)展，其中裝配式建筑在全國范圍內(nèi)受到空前青睞。近年來，中小型水利工程隨著改革的深入、投入的增加和監(jiān)管的加強(qiáng)，建設(shè)和管理水平有了很大的提高，但點(diǎn)多線長、面廣量大、單體規(guī)模較小、技術(shù)要素相近、施工過程中缺乏專業(yè)施工人員等，使中小型水工建筑仍存在施工時間長、質(zhì)量難保證、現(xiàn)場管理難、工程施工受季節(jié)影響大、構(gòu)件養(yǎng)護(hù)條件很難滿足等現(xiàn)象。為此，推廣裝配式水工建筑，重塑傳統(tǒng)水工建筑設(shè)計方法、改革傳統(tǒng)施工方式、進(jìn)一步深化裝配化模式在水工建筑上的應(yīng)用，體現(xiàn)中小型水利工程所具有的常年施工、不誤農(nóng)時、統(tǒng)一規(guī)格、保證質(zhì)量、方便管理、易于選型、造型美觀等突出優(yōu)勢。研究水工建筑物預(yù)制裝配化的必要性和必然性，對裝配式水工建筑物的推廣意義重大。

1 水工建筑物預(yù)制裝配化的必要性

1.1 國家政策的指向和要求

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，建筑業(yè)傳統(tǒng)的建造方式已不再能滿足時代要求，迫切需要符合科學(xué)發(fā)展觀的新型建造方式，如裝配式建筑等。2016年8月，《2016—2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》[1]指出進(jìn)一步提升建筑業(yè)信息化水平，大力發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)和裝配式建筑，要加強(qiáng)信息技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用。2016年9月，國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》，對大力發(fā)展裝配式建筑的總體要求、重點(diǎn)任務(wù)與保障措施提出了意見。2017年3月，《“十三五”裝配式建筑行動方案》[2]確定了“十三五”裝配式建筑行動工作目標(biāo)，全國裝配式建筑占新建建筑的比例要求達(dá)到15%。2019年9月，國務(wù)院辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《關(guān)于完善質(zhì)量保障體系提升建筑工程品質(zhì)的指導(dǎo)意見》要求強(qiáng)化預(yù)制混凝土生產(chǎn)，推進(jìn)綠色施工，通過先進(jìn)的技術(shù)和科學(xué)的管理降低過程施工對環(huán)境產(chǎn)生的不利影響。水工建筑構(gòu)件的機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化的運(yùn)行模式有效解決了傳統(tǒng)施工方式勞動力成本日益增高、耗能高、生產(chǎn)率低、破壞環(huán)境等問題。基于當(dāng)前的水工建筑工程施工仍多為現(xiàn)場澆筑，施工進(jìn)度緩慢，構(gòu)件質(zhì)量難以保證，在深化改革之際，應(yīng)當(dāng)抓住機(jī)遇，將裝配式水工建筑進(jìn)一步推廣應(yīng)用，引領(lǐng)新型水工建筑時代潮流。

1.2 裝配式水工建筑的優(yōu)勢

裝配式水工建筑相較于傳統(tǒng)的混凝土澆筑方式，在混凝土預(yù)制化、工廠化、建筑物裝配化等方面有著突出的優(yōu)勢，裝配式水工建筑的研究應(yīng)用，將給水利建筑工程帶來新的發(fā)展方向。

(1)建筑質(zhì)量好。建筑物裝配化并不是單純的工藝改變，而是建筑體系與運(yùn)作方式的變革，對建筑質(zhì)量的提升有很好的推動作用。裝配式水工建筑要求設(shè)計精準(zhǔn)化、協(xié)同化，同時以厘米級的施工誤差，大大提高建筑的精度；裝配式構(gòu)件在工廠模臺上和精致的模具中生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制比現(xiàn)場施工更容易[3]；構(gòu)件在預(yù)制過程中澆筑、振搗和養(yǎng)護(hù)更能夠保證混凝土的強(qiáng)度和耐久性 。

(2)生產(chǎn)效率高。裝配化作為一種集約生產(chǎn)方式，裝配構(gòu)件的制作可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動化、智能化、工廠化生產(chǎn)，不受氣象條件的制約，同時工廠比工地調(diào)配和平衡勞動力資源也更方便[4]。

(3)節(jié)省材料多。裝配式建筑減少了模具的材料消耗。據(jù)施工企業(yè)統(tǒng)計，裝配式建筑可節(jié)約模具材料達(dá)50%以上；工地上可減少腳手架材料消耗達(dá)70%以上；節(jié)約建筑與結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)的原材料最多可達(dá)20%，不同的結(jié)構(gòu)體系、預(yù)制率和連接方式，節(jié)約原材料的比率則不盡相同；日本規(guī)范規(guī)定，預(yù)制混凝土構(gòu)件比現(xiàn)澆混凝土的保護(hù)層可以小5 mm，可節(jié)約所需混凝土用量[5]。

(4)節(jié)能減排環(huán)保。裝配式水工建筑節(jié)約原材料，降低能源消耗，減少碳排放；大大減少了工地建筑垃圾，減少了養(yǎng)護(hù)用水和污水排放量；還減輕了施工的噪聲污染。

(5)省工安全。水工建筑裝配化節(jié)省勞動力多少取決于預(yù)制率的大小、生產(chǎn)工藝自動化程度和連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計；裝配式建筑改變了建筑從業(yè)者構(gòu)成，藍(lán)領(lǐng)工人比例減少，向高技能的從業(yè)人員轉(zhuǎn)變；同時降低了勞動強(qiáng)度，可以更多的使用設(shè)備和工具[6]。

1.3 產(chǎn)業(yè)升級的推動

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國城鄉(xiāng)建設(shè)力度的加大，現(xiàn)代化進(jìn)程的快速推進(jìn)，能源與資源的使用與分配、城市建設(shè)與生態(tài)保護(hù)等問題日益突出[7]。我國建筑業(yè)仍存在著工業(yè)化程度低、建造技術(shù)落后等現(xiàn)狀，傳統(tǒng)建筑業(yè)模式無法滿足社會的發(fā)展需求，逐漸成為制約我國建筑業(yè)發(fā)展的瓶頸，使得建筑行業(yè)必須進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化升級。

水工建筑是工程建筑業(yè)的重要組成部分，建筑行業(yè)產(chǎn)業(yè)化升級對其有著積極地推動作用。建筑業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，是推進(jìn)我國建筑業(yè)向精細(xì)化管理、精益化建造轉(zhuǎn)型的重要體現(xiàn)[8]。 推廣建筑產(chǎn)業(yè)升級，符合深化供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革建筑產(chǎn)業(yè)化的理論要義、推動科技創(chuàng)新的要求，發(fā)展綠色智慧新型裝配式建筑將成為建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級的必然趨勢。

建筑業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，帶來的是整個行業(yè)內(nèi)的生產(chǎn)方式的大變革，是一場綠色發(fā)展和生態(tài)建設(shè)的變革。傳統(tǒng)的水工建筑行業(yè)需要提質(zhì)增效，通過發(fā)展新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)水工建筑產(chǎn)業(yè)智能化、融合化。裝配式水工建筑的發(fā)展要牢牢抓住建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級的東風(fēng)，積極應(yīng)對挑戰(zhàn)，在新的戰(zhàn)略機(jī)遇面前呈現(xiàn)新時代水工建筑的風(fēng)采[9]。

2 水工建筑物預(yù)制裝配化的必然性

2.1 水工建筑物工業(yè)化的需要

一直以來，我國的水工建筑對人工勞動、社會資源依賴較重，而且存在人力資源效率低、施工科技含量低、資源的消耗過大、環(huán)境污染嚴(yán)重等社會問題，水工建筑行業(yè)的現(xiàn)狀已經(jīng)不符合可持續(xù)發(fā)展的要求[10]。水工建筑業(yè)要徹底告別高污染、高能耗、低效率、低效益的狀態(tài), 就必須實(shí)施水工建筑工業(yè)化，特別是中小型水工建筑物。 推動水工建筑工業(yè)化，以裝配式水工建筑取代傳統(tǒng)的現(xiàn)場澆筑生產(chǎn)方式，是現(xiàn)代工業(yè)化發(fā)展的必然要求，是建筑工業(yè)化大勢所趨[11]。水工建筑工業(yè)化的發(fā)展能夠進(jìn)一步滿足人民對于建筑品質(zhì)日益提高的需求，這種需求會促使水工建筑行業(yè)的革新。不久的未來，預(yù)制化、裝配化產(chǎn)生的一體化生產(chǎn)方式能夠更好地服務(wù)于結(jié)構(gòu)、材料創(chuàng)新，也能夠快速應(yīng)用到工廠化生產(chǎn)，推動整個水工建筑現(xiàn)代化進(jìn)程[12]。

2.2 水工建筑質(zhì)量與安全的需要

裝配式有利于保證水工建筑的質(zhì)量與安全。首先，水工建筑裝配化的建筑構(gòu)件由預(yù)制工廠生產(chǎn)，整個生產(chǎn)過程對預(yù)制板塊、擋墻等能夠進(jìn)行充分養(yǎng)護(hù)與溫濕度監(jiān)測，能夠保證混凝土強(qiáng)度和耐水性；其次，裝配式水工建筑大大減少了工地施工人員和工序，增加了工地的安全系數(shù)；再者，水工建筑裝配化施工的每一道工序，對技術(shù)的要求、施工的條件、施工的器械及人員都有各自的安排，各自按照所屬工序的安全管理?xiàng)l例從事相應(yīng)的工作，同時施工工期上可多道工序同時進(jìn)行，如預(yù)制構(gòu)件工廠生產(chǎn)、監(jiān)測、運(yùn)輸過程的同時可以進(jìn)行施工現(xiàn)場的基礎(chǔ)工程[13]。綜上，裝配式水工建筑工程的管理更有序、更實(shí)用高效，水工建筑預(yù)制化是社會發(fā)展的需求，是水工建筑轉(zhuǎn)型升級的必由之路。

2.3 綠色節(jié)能發(fā)展的需要

傳統(tǒng)的水工建筑現(xiàn)場施工方式需要運(yùn)輸大量的混凝土材料，不僅浪費(fèi)了大量的建材，拌合料堆放面積大，產(chǎn)生了很多垃圾，大大降低工地周邊的空氣質(zhì)量；部分有害垃圾破壞了土壤結(jié)構(gòu)，而且施工現(xiàn)場需要建立合理的排水處理系統(tǒng)；施工器械產(chǎn)生巨大的噪聲，對附近居民的生活也造成很大的影響。水工建筑裝配化大量的工作在預(yù)制工廠完成，施工現(xiàn)場不再需要搭腳手架和一些支撐的工序；構(gòu)件在專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)廠房進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)過程可控，可以很好地保證構(gòu)件質(zhì)量；用于生產(chǎn)的機(jī)器和模具包括預(yù)制構(gòu)件的養(yǎng)護(hù)水都可循環(huán)使用；構(gòu)件設(shè)備維護(hù)方便，能夠提高施工效率、機(jī)械設(shè)備利用率；工廠化生產(chǎn)減少了廢棄物的堆放；施工現(xiàn)場只需要將預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行吊裝和可靠拼接[14]。設(shè)備運(yùn)行超分貝的噪聲及空氣中粉塵將減少。裝配式水工建筑的綠色施工符合生態(tài)環(huán)保的理念，能夠滿足人們對于健康綠色建筑的追求，是水工建筑新面貌的體現(xiàn)。

2.4 水工建筑技術(shù)創(chuàng)新的需要

水工建筑在不斷發(fā)展中應(yīng)當(dāng)順應(yīng)大數(shù)據(jù)時代潮流，傳統(tǒng)的水工建筑工程設(shè)計施工已經(jīng)不符合現(xiàn)代化理念。我國的水工建筑發(fā)展亟待轉(zhuǎn)型升級，迎來變革與創(chuàng)新。

(1)工廠生產(chǎn)集成化：水工建筑預(yù)制化強(qiáng)調(diào)協(xié)同設(shè)計，各部門各環(huán)節(jié)相互配合，建筑、結(jié)構(gòu)、水電、設(shè)備、安裝要進(jìn)行互動協(xié)同設(shè)計，運(yùn)用信息化技術(shù)手段進(jìn)行一體化設(shè)計，以滿足制作、施工和建筑物的長期使用。充分發(fā)揮設(shè)計在整個工程中的關(guān)鍵作用，在工廠完成項(xiàng)目安排、構(gòu)件預(yù)制、質(zhì)量檢測等工作，相連環(huán)節(jié)形成銜接，迅速提高建筑生產(chǎn)效率，真正意義上實(shí)現(xiàn)流水線生產(chǎn)，同時新型生產(chǎn)方式優(yōu)化了水工建筑產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，朝著節(jié)能化、現(xiàn)代化發(fā)展[15]。

(2)構(gòu)件預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)化：在大數(shù)據(jù)時代可以運(yùn)用先進(jìn)的控制計算軟件對每一類預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，包括部品部件以及部品部件的連接采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的設(shè)計方法。尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化可以使得不同水工建筑的相同構(gòu)件交換使用。標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)格系列，如涵洞，其長、寬、高尺寸相同，配筋相互對應(yīng)，安裝方法的構(gòu)造、部品接口的標(biāo)準(zhǔn)以及構(gòu)件工序中的材料表等一系列參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化將會大大提升我國水工建筑的加工、管理和施工質(zhì)量[16]。

(3)創(chuàng)新體系國際化：新時代下我國的水工建筑不僅傳承傳統(tǒng)水工建筑所具有的水利效用，同時注重工業(yè)化導(dǎo)向下水工建筑技術(shù)的優(yōu)化和發(fā)展。傳統(tǒng)水工建筑設(shè)計施工有待創(chuàng)新，水工建筑裝配化是必然的趨勢。在信息技術(shù)變革迅速的時代，需要把計算機(jī)的云科技運(yùn)用到水工建筑的材料運(yùn)輸、構(gòu)件生產(chǎn)、現(xiàn)場施工和后期維護(hù)中去，讓不同專業(yè)在新時代水工建筑的研究上進(jìn)行深入交流互相借鑒[17]。打造裝配式水工建筑產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)和服務(wù)模式，建立裝配式水工建筑技術(shù)平臺，引導(dǎo)新型實(shí)體產(chǎn)業(yè)，走出我國的水工建筑裝配化道路。

3 結(jié) 語

水工建筑裝配化作為水利工程的重要內(nèi)容，發(fā)展裝配式水工建筑，融合了多行業(yè)的研究領(lǐng)域，有著重要意義。小型水工建筑預(yù)制化，是改善農(nóng)村生活環(huán)境的重要方式，可以更加合理地管理和節(jié)約資源。對于水工建筑物而言，增強(qiáng)了建筑本身抵抗災(zāi)害的能力，以可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計保證建筑物質(zhì)量，達(dá)到構(gòu)件相應(yīng)的強(qiáng)度，更好地進(jìn)行管理，使用新型結(jié)構(gòu)材料技術(shù)造就輕巧、堅固、美觀的外形，一改傳統(tǒng)的肥梁胖柱的面貌。對于水利工程行業(yè)而言，加速整個行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，加大行業(yè)內(nèi)競爭，淘汰落后的施工企業(yè)；同時，裝配式水工建筑的實(shí)施，加強(qiáng)了水利工程基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，展現(xiàn)了水利行業(yè)不斷創(chuàng)新的動力。對于社會而言，可加快人們對于“綠水青山就是金山銀山”的綠色節(jié)約環(huán)保理念認(rèn)知，推動社會可持續(xù)發(fā)展。當(dāng)前，大力發(fā)展裝配式建筑已經(jīng)上升為國家戰(zhàn)略，水工建筑預(yù)制裝配化已成為農(nóng)田水利工程供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的有力抓手。良好的社會環(huán)境和難求的機(jī)遇終將使得中國的裝配式水工建筑得以舊貌換新顏。