裝配式建筑發(fā)展趨勢分析及其管理思路初探

倪君照

(廈門理工學(xué)院，福建 廈門 361024)

裝配式建筑的歷史可以追溯到17世紀(jì)向美洲移民時(shí)期，那時(shí)就已經(jīng)開始產(chǎn)生對裝配式建筑的關(guān)注。隨著科學(xué)技術(shù)的逐漸發(fā)展，各個(gè)國家建筑業(yè)的建造技術(shù)水平也隨著人們需求增加而不斷進(jìn)化。建筑裝配式作為近代建造方式變革中的代表之一，其建造方式所帶來的簡化施工流程、節(jié)能環(huán)保、高性價(jià)比等特點(diǎn)使其逐步成為建造行業(yè)的主流方式，得到了美國、日本、新加坡等越來越多國家的關(guān)注和深入研究，發(fā)展日趨成熟并快速推廣。

1 裝配式建筑簡述

裝配式建筑是指預(yù)先于工廠中進(jìn)行那些在傳統(tǒng)建造方式中需要大量現(xiàn)場作業(yè)的工作，再將建筑所需且在工廠預(yù)制加工完成的構(gòu)件和配件(例如預(yù)制柱、預(yù)制梁、樓板、墻板、樓梯、陽臺等)運(yùn)送到指定地點(diǎn)，最終通過標(biāo)準(zhǔn)的連接形式在現(xiàn)場裝配安裝而成的建筑。從材料形態(tài)上分，裝配式建筑主要分為預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑、裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑、裝配式木結(jié)構(gòu)建筑三大類。按照預(yù)制構(gòu)件的形式和施工方法，裝配式建筑分為砌塊建筑、板材建筑、盒式建筑、骨架板材建筑和升板升層建筑等五個(gè)類型。

與傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土方式建造的建筑相比，具有施工流程的差異性，節(jié)省施工作業(yè)時(shí)的優(yōu)越性，具體以一座30層精裝修建筑為例，進(jìn)行施工耗時(shí)對比情況(見表1)。

表1 兩種建設(shè)方式耗時(shí)對比

同時(shí)，裝配式建筑可節(jié)約鋼筋水泥20%～30%、節(jié)約木材80%，降低水消耗60%，在構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化、質(zhì)量可控、建造難易度、現(xiàn)場施工效率、性價(jià)比、現(xiàn)場安全、節(jié)能環(huán)保、信息化程度等方面具有顯著的優(yōu)勢。[1-8]其不足之處主要體現(xiàn)為構(gòu)件運(yùn)輸成本的提高、構(gòu)件尺寸受限于工廠加工機(jī)械且在中高層建筑施工應(yīng)用中有很大局限，并可能存在防火防潮抗震能力較弱的隱患。

2 裝配式建筑的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國外裝配式建筑發(fā)展現(xiàn)狀

裝配式建筑在國外的應(yīng)用已較為普及，占建成建筑中的比例較高。日本于1968年就提出了裝配式建筑的概念。1990年，推出了中高層裝配式建筑生產(chǎn)體系。日本裝配式建筑業(yè)從“追求數(shù)量”到“數(shù)量質(zhì)量并重”再到“綜合品質(zhì)提升”三個(gè)階段，經(jīng)歷了標(biāo)準(zhǔn)化、多樣化、工業(yè)化到集約化、信息化的不斷完善和演變過程。從20世紀(jì)60—90年代，日本裝配式建筑占所有建筑比例從10%提升到28%左右?，F(xiàn)如今，日本裝配式建筑建造中多以預(yù)制裝配式混凝土PC結(jié)構(gòu)為主，同時(shí)在多層建筑中采用大量鋼結(jié)構(gòu)集成建筑和木結(jié)構(gòu)建筑，占總建筑比例的90%。

美國裝配式建筑盛行于20世紀(jì)70年代。1976年，美國國會(huì)通過了《國家工業(yè)化住宅建造及安全法案》，同年開始由HUD(美國住宅與都市發(fā)展部)負(fù)責(zé)出臺一系列嚴(yán)格的行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，包括《聯(lián)邦裝配式住宅建設(shè)和安全標(biāo)準(zhǔn)(FAHCS)》等，并在如今又產(chǎn)生了包括現(xiàn)在，又出臺了美國土木工程師學(xué)會(huì)(ASCE)等協(xié)會(huì)的技術(shù)規(guī)范。美國房屋構(gòu)件的專業(yè)化、規(guī)范化、商品化、系列化程度很高，并且性能完善、有很大通用性，現(xiàn)在的裝配式住宅也更加注重美觀、舒適性及個(gè)性化，用戶們可以根據(jù)需求來選購產(chǎn)品進(jìn)行建設(shè)。[2]

新加坡裝配式建筑以剪力墻結(jié)構(gòu)為主，2017年裝配率達(dá)到70%，大部分為塔式或板式混凝土多高層建筑，裝配式施工技術(shù)主要應(yīng)用于組屋建設(shè)。該國擁有著三大特色的建筑，交織大樓、天空之城以及稱為“會(huì)呼吸的花園酒店”的皮克林賓樂雅酒店，均是采用預(yù)制構(gòu)件建造完成的。

瑞典以90%的房屋為木結(jié)構(gòu)建筑為主，是裝配式建筑的世界領(lǐng)先者。該國多達(dá)84%的瑞典獨(dú)立式住宅擁有預(yù)制構(gòu)件，裝配式木結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)鏈極其完整和發(fā)達(dá)，表2是2017年全球裝配式建筑市場規(guī)模情況。

表2 2017年全球裝配式建筑市場規(guī)模情況

2.2 國內(nèi)裝配式建筑發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)《中國裝配式建筑行業(yè)市場前瞻與投資規(guī)劃深度分析報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示，截止2017年全球裝配式建筑市場規(guī)模達(dá)到了1 857億美元，市場增速保持在10%以上。這主要是由于中國裝配式市場的快速發(fā)展，圖1為2011—2017年中國裝配式建筑行業(yè)總產(chǎn)值統(tǒng)計(jì)情況。

圖1 2011—2017年中國裝配式建筑行業(yè)總產(chǎn)值統(tǒng)計(jì)情況

2.2.1 國內(nèi)裝配式建筑發(fā)展

我國的裝配式建筑發(fā)展經(jīng)歷了三大階段。

第一階段為20世紀(jì)50—80年代的學(xué)習(xí)和研究期。我國于五六十年代開始了對裝配式混凝土建筑設(shè)計(jì)及施工技術(shù)的研究，形成了一系列裝配式混凝土建筑體系。80年代初提出了“三化一改”方針，要求建筑實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)配件生產(chǎn)與工廠化、施工機(jī)械化以及進(jìn)行墻體改造。

第二階段是20世紀(jì)80年代至2000年的探求期。1980年住房開始實(shí)行制度上的改革，經(jīng)歷了試點(diǎn)售房、提租補(bǔ)貼和以售帶租等改革階段，住房建設(shè)規(guī)模空前迅猛，這個(gè)階段給我國建筑工廠化探索打下了基礎(chǔ)。

第三階段為2000年至今的集中快速發(fā)展期。裝配式建筑因其建造速度快、材料節(jié)能環(huán)保、性價(jià)比高、安全水平高等優(yōu)點(diǎn)受到青睞。建筑企業(yè)如萬科、寶業(yè)集團(tuán)等，進(jìn)行了針對適用于我國國情的裝配式技術(shù)研究及生產(chǎn)，在全國各地不同地形地貌上進(jìn)行試點(diǎn)裝配式建筑的建造，并先后取得一些成就。

2.2.2 國內(nèi)裝配式建筑現(xiàn)狀

我國裝配式建筑開工面積由2015年的7 360萬m2增長到2019年的4.18億m3(占新建建筑面積的比例約為13.4%)，復(fù)合增速達(dá)55%。

2019年，重點(diǎn)推進(jìn)地區(qū)(京津冀、長三角、珠三角三大城市群)新開工裝配式建筑占全國的比例為47.1%，積極推進(jìn)地區(qū)(常住人口超過300萬的城市)和鼓勵(lì)推進(jìn)地區(qū)(其余城市)新開工裝配式建筑占全國比例的總和為52.9%，裝配式建筑在東部發(fā)達(dá)地區(qū)繼續(xù)引領(lǐng)全國的發(fā)展。與此同時(shí)，其他省市也推進(jìn)裝配式的發(fā)展。上海市2019年新開工裝配式建筑面積3 444萬m2，占該地區(qū)新建建筑比例的86.4%；北京市1 413萬m2，占比為26.9%；湖南省1 856萬m2，占比為26%；浙江省7 895萬m2，此為25.1%。江蘇、天津、江西等地裝配式建筑在新建建筑中占比均超過20%。

從圖2統(tǒng)計(jì)的近3年情況上來看，重點(diǎn)推進(jìn)地區(qū)新開工裝配式建筑面積分別為7 511萬m2、13 538萬m2、19 678萬m2，占全國的比例分別為47.2%、46.8%、47.1%，這些地區(qū)裝配式建筑政策措施支持力度大，產(chǎn)業(yè)發(fā)展基本條件好，形成了良好的政策氣氛和市場環(huán)境。

圖2 近3年三類地區(qū)裝配式建筑新開工面積

再從圖3結(jié)構(gòu)類型和圖4建設(shè)用途來看，我國還是重在建設(shè)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑，并且多用于商品住房。

圖3 2019年裝配式建筑面積(按結(jié)構(gòu)分類)

圖4 2019年裝配式建筑面積(按建筑用途分類)

3 我國裝配式建筑產(chǎn)業(yè)的不足

3.1 標(biāo)準(zhǔn)化程度低

建筑行業(yè)內(nèi)適用于裝配式建筑的國家級規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和圖集寥寥無幾，能夠查詢到的僅有15份，并且均為2017年及以前出臺，如設(shè)計(jì)圖集僅有2015年發(fā)布的《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)住宅建筑設(shè)計(jì)示例(剪力墻結(jié)構(gòu))》(15J939-1)；并且也沒有有效地覆蓋裝配式建筑的全部生產(chǎn)環(huán)節(jié)，只發(fā)布了一些推廣裝配式建筑的政府意見書，例如各地區(qū)《關(guān)于推進(jìn)裝配式建筑發(fā)展的實(shí)施意見》《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》等，無法有效約束裝配式建筑的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、驗(yàn)收等環(huán)節(jié)的產(chǎn)品質(zhì)量。再者，各地方政府相繼出臺有關(guān)裝配式建筑的政策，但幾乎每個(gè)地區(qū)都有自己對裝配式建筑的設(shè)計(jì)規(guī)程，基本上沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)?？偟膩碚f，現(xiàn)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對裝配式建筑發(fā)展的促進(jìn)作用非常有限。[4]

3.2 產(chǎn)業(yè)鏈不連續(xù)

在沒有完整的裝配式建筑建設(shè)規(guī)范的前提下，裝配式建筑的勘察設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、現(xiàn)場施工、竣工驗(yàn)收等環(huán)節(jié)也會(huì)缺乏標(biāo)準(zhǔn)，并且也會(huì)因?yàn)槿鄙龠m用的清單定額而難以實(shí)現(xiàn)概預(yù)算的過程。在勘察設(shè)計(jì)階段，由于裝配式技術(shù)的新穎，會(huì)存在企業(yè)對裝配式建筑的特點(diǎn)、技術(shù)、生產(chǎn)工藝等缺少足夠深入研究的情況，以至于設(shè)計(jì)產(chǎn)品不規(guī)范；在工廠生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件的階段，會(huì)因?yàn)樵牧先鄙俳y(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，難以保證裝配式預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量；在現(xiàn)場施工階段，施工單位對裝配式建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)認(rèn)識不足，施工時(shí)可能存在缺少對預(yù)制構(gòu)件的連接節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行應(yīng)有處理的情況方式，從而導(dǎo)致建筑成品質(zhì)量很差。

3.3 專業(yè)人才不足

一方面，在工廠已經(jīng)加工完成裝配式建筑構(gòu)件的情況下，由于施工現(xiàn)場僅需工人進(jìn)行放線定位、預(yù)制構(gòu)件的安裝或少量現(xiàn)場制作的工作，從而會(huì)導(dǎo)致傳統(tǒng)建造方式中的工序，如綁鋼筋、支模板、澆筑混凝土等的減少，因而常見的工種，如鋼筋工、木工、混凝土工等的需求在裝配式建筑建造過程中急劇下降，相反具備裝配式施工技術(shù)的工人又比較稀缺。另一方面，BIM技術(shù)、3D打印技術(shù)、VR技術(shù)等新技術(shù)在裝配式建筑的初步設(shè)計(jì)、現(xiàn)場施工等過程中應(yīng)用廣泛，但是又嚴(yán)重缺少掌握相關(guān)技術(shù)的專業(yè)人員。

4 提升裝配式建筑管理建設(shè)的思路

基于以上裝配式建筑行業(yè)存在的問題，本文提出了裝配式應(yīng)當(dāng)具備的管理思路。裝配式的管理應(yīng)著手于設(shè)計(jì)、構(gòu)件生產(chǎn)及運(yùn)輸、施工等，提高技術(shù)水平和工程質(zhì)量，促進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

4.1 設(shè)計(jì)管理

從事設(shè)計(jì)的企業(yè)應(yīng)當(dāng)積極運(yùn)用BIM等新技術(shù)，推廣通用化、可視化、標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化設(shè)計(jì)方式，實(shí)現(xiàn)對建筑工程設(shè)計(jì)和建設(shè)多方面、精細(xì)化的管理，以保證綠色建筑的產(chǎn)生。[5]例如，根據(jù)受力的不同，預(yù)制構(gòu)件可分為豎向構(gòu)件、水平構(gòu)建及非受力構(gòu)件，每一個(gè)構(gòu)建的材料、形式等都要按照一定的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。并且在高層建筑作業(yè)中應(yīng)當(dāng)采取2017年6月8日起由住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部組織編制的標(biāo)準(zhǔn)，遵守編制頂層設(shè)計(jì)的“四個(gè)基礎(chǔ)、五個(gè)方向、六個(gè)原則”的特點(diǎn)。[6]

4.2 構(gòu)件生產(chǎn)及運(yùn)輸管理

在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的前提下，促進(jìn)構(gòu)件生產(chǎn)方完備產(chǎn)品種類和規(guī)格，促進(jìn)規(guī)范化、專業(yè)化、系統(tǒng)化、信息化的生產(chǎn)，改進(jìn)物流管理，合理進(jìn)行組織配送，保證運(yùn)輸?shù)缆菲秸乐惯\(yùn)輸不當(dāng)導(dǎo)致的構(gòu)件碰撞、變形，并規(guī)定運(yùn)輸車應(yīng)有固定構(gòu)件及防撞等措施。

4.3 現(xiàn)場施工管理

4.3.1 施工人身安全管理

規(guī)定現(xiàn)場作業(yè)人進(jìn)場必須佩戴帶有自己身份認(rèn)證的安全帽，并在現(xiàn)場布置智能監(jiān)控以實(shí)時(shí)檢查人們佩戴安全帽情況。在高空作業(yè)時(shí)，必須佩戴防護(hù)措施，還應(yīng)有吊裝安全、用電安全、臨邊防護(hù)等管理。

4.3.2 吊裝安全管理

在吊裝裝配式構(gòu)件的過程中，根據(jù)現(xiàn)場施工實(shí)際情況應(yīng)當(dāng)制定相應(yīng)的安全管理措施。進(jìn)行塔吊操作的工作人員必須配備相應(yīng)的執(zhí)照證明，進(jìn)行操作時(shí)應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照規(guī)范，并及時(shí)檢查設(shè)備的有效期，對設(shè)備進(jìn)行按時(shí)檢修，而無證上崗、不遵守規(guī)范操作和機(jī)械逾期延用等情況都是禁止出現(xiàn)的。

4.3.3 預(yù)制構(gòu)件的存放管理

預(yù)制構(gòu)件的臨時(shí)堆放場地需在吊車作業(yè)范圍內(nèi)且應(yīng)避免放置于在吊車工視線盲區(qū)，應(yīng)按吊裝順序、構(gòu)件規(guī)格、品種以及構(gòu)件所用樓號等進(jìn)行分區(qū)配套擺放構(gòu)件堆場，不同堆場之間應(yīng)當(dāng)設(shè)置寬度為0.8～1.2 m的通道，并做好相應(yīng)的排水措施。

4.3.4 預(yù)制構(gòu)件的裝配管理

進(jìn)行連接的裝配式構(gòu)件應(yīng)有標(biāo)準(zhǔn)的連接方式，需要有相應(yīng)的專業(yè)人員指導(dǎo)，防止產(chǎn)生因連接錯(cuò)誤而導(dǎo)致的廢件。當(dāng)然，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工的標(biāo)準(zhǔn)化必須建立在有行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的前提下，因此，國家應(yīng)當(dāng)建立完整覆蓋包擴(kuò)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、驗(yàn)收等全過程規(guī)范體系，明確在不同環(huán)境下需要達(dá)到的建造質(zhì)量、構(gòu)件生產(chǎn)時(shí)所使用的原料標(biāo)準(zhǔn)、在施工時(shí)應(yīng)當(dāng)做好的一系列相關(guān)準(zhǔn)備。

4.4 裝配式專業(yè)人才培養(yǎng)

BIM等技術(shù)的興起加速了建筑業(yè)的進(jìn)化，解決了人們無法用圖紙直觀看出建筑的弊端，從而加速了整個(gè)工期的進(jìn)程。高等院校應(yīng)當(dāng)順從市場需求，做到學(xué)校、企業(yè)、政府三方合作，推裝配式建筑設(shè)計(jì)進(jìn)程、優(yōu)化施工管理人才培養(yǎng)。由于技術(shù)的更新速度較快，在師資方面，學(xué)校應(yīng)當(dāng)聯(lián)合企業(yè)、政府定期進(jìn)行培訓(xùn)，以保證教師的專業(yè)知識的更新；在學(xué)生的專業(yè)培養(yǎng)方面，學(xué)校和老師可以定期邀請相關(guān)經(jīng)驗(yàn)豐富的施工企業(yè)中的專業(yè)人士或是資歷深的教授來給學(xué)生開專題講座，也應(yīng)統(tǒng)籌安排專業(yè)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)、專業(yè)軟件和技術(shù)的實(shí)踐操作，并應(yīng)當(dāng)給予學(xué)生一定的時(shí)間到現(xiàn)場參與實(shí)踐學(xué)習(xí)。注重學(xué)生的實(shí)際操作培養(yǎng)，在不久的將來為企業(yè)輸送專業(yè)人才。

5 結(jié)論

裝配式的發(fā)展正如我們所見的一樣日新月異，截至目前，裝配式建筑成功的典例已經(jīng)坐落于世界上諸多國家，具備諸多優(yōu)勢和特點(diǎn)的裝配式建筑必將繼續(xù)發(fā)展，不斷升華，最終形成現(xiàn)代化建筑的一種全新模式?，F(xiàn)在的裝配式建筑還有它的不足之處，但是只要國家政府不斷地堅(jiān)持探究下去，裝配式建筑必然會(huì)迎來更加輝煌的明天。