裝配式建筑發(fā)展現(xiàn)狀及其制約因素與對(duì)策研究

姚 健 （山西應(yīng)用科技學(xué)院 建工學(xué)院，山西 太原 030062）

1 裝配式建筑發(fā)展現(xiàn)狀研究

裝配式建筑與傳統(tǒng)建筑的生產(chǎn)建設(shè)過程有著較大的區(qū)別，相較于傳統(tǒng)建筑以現(xiàn)場(chǎng)施工為核心的工作流程，裝配式建筑是將工廠預(yù)制好的各類構(gòu)件，運(yùn)送到施工場(chǎng)地進(jìn)行拼裝，再通過后澆混凝土的方式進(jìn)行連接。現(xiàn)場(chǎng)施工的各個(gè)環(huán)節(jié)均集中在構(gòu)件的吊裝環(huán)節(jié)，大大減少了施工現(xiàn)場(chǎng)的噪音污染、空氣污染等環(huán)境負(fù)效應(yīng)。同時(shí)，裝配式建筑在施工效率方面也優(yōu)于傳統(tǒng)建筑，具有人工需求少、資源浪費(fèi)少等優(yōu)勢(shì)。

1.1 基于碳中和及綠色建造理念背景下的裝配式建筑研究現(xiàn)狀

依托我國(guó)政府相關(guān)報(bào)告中提到的碳中和目標(biāo)，建筑產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展需要推廣基于綠色制造理念的裝配式建筑。較多學(xué)者已經(jīng)開始了基于碳中和目標(biāo)下的裝配式建筑全生命周期理論研究，構(gòu)建了裝配式建筑對(duì)碳中和貢獻(xiàn)度的綜合評(píng)價(jià)體系，其結(jié)論表明裝配式建筑對(duì)碳中和達(dá)到了高貢獻(xiàn)度的程度[1]。趙彥革等[2]研究了基于裝配式綠色建造評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，填補(bǔ)了裝配式建筑領(lǐng)域綠色建造評(píng)價(jià)體系的缺失。通過構(gòu)建相關(guān)評(píng)價(jià)體系，可實(shí)現(xiàn)從裝配化水平、資源節(jié)約與環(huán)保、人員健康及綜合效益四個(gè)方面對(duì)裝配式建筑進(jìn)行有效評(píng)價(jià)，進(jìn)而能夠規(guī)范裝配式建筑的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與施工等各環(huán)節(jié)的綠色建造效果，推動(dòng)裝配式建筑的快速發(fā)展。

1.2 基于工程管理及成本控制研究為背景的裝配式建筑研究現(xiàn)狀

裝配式建筑發(fā)展中，工程項(xiàng)目管理與成本控制，包括人力資源、物資設(shè)備等方面都在一定程度上影響了裝配式建筑的發(fā)展。史玉芳等[3]利用SWOT（優(yōu)勢(shì)-劣勢(shì)-機(jī)會(huì)-威脅）分析法，從成本管理、工程項(xiàng)目管理、工程質(zhì)量、工程標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)等方面建立了基于裝配式建筑的SWOT 矩陣，以此提出了適合我國(guó)裝配式發(fā)展戰(zhàn)略的建議。滿慶鵬等[4]根據(jù)裝配式建筑施工的邏輯流程圖以及資源參數(shù)等建立仿真模型，計(jì)算工期、成本、碳排放等指標(biāo)的計(jì)量函數(shù)，進(jìn)而優(yōu)化人員配置方案，將工期縮短了近21%、成本降低近7%、碳排放減少近19%，將現(xiàn)行裝配式建筑施工方案進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化。

1.3 基于施工技術(shù)創(chuàng)新背景的裝配式建筑研究現(xiàn)狀

裝配式建筑的施工流程與傳統(tǒng)建筑的施工流程存在較大差異，裝配式建筑以構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)拼裝為主，影響裝配式建筑的技術(shù)問題主要集中在構(gòu)件的設(shè)計(jì)、預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)拼裝、安裝質(zhì)量等方面，這些方面均會(huì)產(chǎn)生更多的建筑質(zhì)量問題。鄧?yán)誓莸萚5]提出了依托BIM（建筑信息模型）的裝配式構(gòu)件深化設(shè)計(jì)流程，依托Revit軟件開發(fā)了設(shè)計(jì)平臺(tái)，完成建庫(kù)、驗(yàn)算、生產(chǎn)計(jì)劃等工作，同時(shí)以SQL 數(shù)據(jù)庫(kù)為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)，建立信息模型，進(jìn)行分層推進(jìn)裝配式建筑設(shè)計(jì)構(gòu)件信息管理，通過實(shí)例驗(yàn)證得知相較于一般裝配式建筑構(gòu)件設(shè)計(jì)方法，該流程可以有效提高構(gòu)件的設(shè)計(jì)精度與可視化管理水平。Yao Jian 等[6]研究了利用無人機(jī)進(jìn)行裝配式建筑的傾斜攝影測(cè)量的相關(guān)方法研究，通過無人機(jī)實(shí)現(xiàn)施工三維地形模型構(gòu)建，同時(shí)對(duì)裝配式建筑構(gòu)件進(jìn)行了建模，其建模精度可滿足城市級(jí)復(fù)雜場(chǎng)景下的單體、綜合體建筑的模型構(gòu)建，為裝配式建筑構(gòu)件的安裝提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2 裝配式建筑發(fā)展制約因素分析

2.1 基于CiteSpace的裝配式建筑發(fā)展制約因素分析

本文在研究裝配式建筑發(fā)展的制約及影響因素時(shí)，為了保證相關(guān)結(jié)論的準(zhǔn)確性、全面性以及時(shí)效性，本文選擇了國(guó)內(nèi)外核心期刊數(shù)據(jù)庫(kù)近10 年來的相關(guān)文獻(xiàn)，并利用CiteSpace 軟件進(jìn)行關(guān)鍵詞提取與分析，初步得到了各學(xué)者研究的相關(guān)熱點(diǎn)與重點(diǎn)內(nèi)容，具體如表1 所示。

表1 中英文文獻(xiàn)研究核心關(guān)鍵詞

2.2 裝配式建筑發(fā)展制約因素分類

從歷年文獻(xiàn)研究的結(jié)果數(shù)據(jù)及近年來實(shí)際案例調(diào)研數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，裝配式建筑的發(fā)展受到了不同因素的制約及影響，總體來看可將其分作5 個(gè)主要影響因素，分別為技術(shù)認(rèn)知與應(yīng)用、成本控制及工程項(xiàng)目管理、供應(yīng)關(guān)系、市場(chǎng)接受與認(rèn)可、地區(qū)政策及規(guī)范配套，具體影響因素分類如圖1所示。

圖1 裝配式建筑發(fā)展制約及影響因素

2.2.1 技術(shù)層面因素

裝配式建筑在我國(guó)的推廣仍處于興起階段，在推廣過程中仍存在較多的阻礙。從技術(shù)角度來講，目前裝配式建筑在構(gòu)件設(shè)計(jì)與制造、施工現(xiàn)場(chǎng)安裝等過程中的標(biāo)準(zhǔn)化方案不夠完備，并且可操作性仍存在一定的不確定性。目前解決該問題的主要技術(shù)思路是依托BIM 技術(shù)，完成構(gòu)件、建筑等數(shù)字化信息模型，統(tǒng)籌構(gòu)件的制造、預(yù)拼裝、碰撞監(jiān)測(cè)等，將現(xiàn)場(chǎng)安裝工作的風(fēng)險(xiǎn)降低到最低水平，減輕各承建單位的技術(shù)壓力。但較多學(xué)者研究均表明，BIM 技術(shù)輔助施工操作標(biāo)準(zhǔn)化缺失，相關(guān)技術(shù)人才不足，多專業(yè)及多部門的協(xié)同管理與信息共享不夠順暢，多數(shù)施工單位仍習(xí)慣于傳統(tǒng)項(xiàng)目管理的運(yùn)作流程，難以流暢運(yùn)作基于BIM技術(shù)為依托的信息化管理流程[7-8]。

除此以外，裝配式建筑的結(jié)構(gòu)部件設(shè)計(jì)也是一個(gè)重要的影響因素，不同于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，裝配式建筑構(gòu)件需提前預(yù)制，預(yù)制過程需要對(duì)各參數(shù)進(jìn)行精確把控，否則會(huì)直接影響后期拼裝環(huán)節(jié)。包括較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)模塊與構(gòu)件需要預(yù)制、運(yùn)輸、拼裝等各項(xiàng)工作，而大批量的預(yù)制產(chǎn)品幾乎不可能返工，不僅會(huì)增加制造成本，同時(shí)還會(huì)對(duì)工期產(chǎn)生嚴(yán)重影響，其風(fēng)險(xiǎn)是不言而喻的?？紤]到不可控制的預(yù)制、安裝、運(yùn)輸?shù)刃屎唾|(zhì)量控制因素，也會(huì)對(duì)裝配式建筑的推廣產(chǎn)生較為嚴(yán)重的負(fù)面影響。

由于裝配式建筑技術(shù)的匱乏與施工標(biāo)準(zhǔn)化的缺失等原因，導(dǎo)致社會(huì)及市場(chǎng)對(duì)裝配式建筑本身存在一定程度的質(zhì)量擔(dān)憂，從而更多情況下仍然會(huì)選擇傳統(tǒng)的施工技術(shù)流程完成項(xiàng)目建設(shè)。

2.2.2 成本及管理因素

從市場(chǎng)調(diào)研及相關(guān)案例分析能夠得知，相較于傳統(tǒng)建筑的建設(shè)成本，裝配式建筑的施工方法產(chǎn)生的成本較高，主要體現(xiàn)在以下方面：首先，裝配式施工的高技能人工費(fèi)用、設(shè)計(jì)費(fèi)用、變更費(fèi)用，尤其是各施工構(gòu)件、模塊等所產(chǎn)生的由工廠到現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)輸費(fèi)用、車輛調(diào)度費(fèi)用、場(chǎng)地吊裝與布設(shè)費(fèi)用等；其次，各產(chǎn)品構(gòu)件是否通用式批量化生產(chǎn)，或是定制化生產(chǎn)、構(gòu)件的生產(chǎn)規(guī)模與數(shù)量、設(shè)計(jì)工藝的復(fù)雜程度，相關(guān)稅費(fèi)等，均會(huì)較大幅度提高建筑成本。相關(guān)學(xué)者的研究成果也同樣表明，在裝配式建筑發(fā)展的制約因素中，建設(shè)成本較高是非常重要的一個(gè)因素[9-10]。

2.2.3 供應(yīng)關(guān)系因素

裝配式建筑是由多個(gè)供給單位共同提供業(yè)務(wù)服務(wù)以完成裝配式建筑項(xiàng)目的推進(jìn)工作，但由于各單位多數(shù)情況下并沒有全面統(tǒng)籌與信息共享，這就導(dǎo)致各個(gè)單位之間獨(dú)立工作，在各環(huán)節(jié)之間存在銜接不夠緊密的問題，無形中給進(jìn)度控制帶來了較大困難。近年來，已經(jīng)有較多裝配式建筑項(xiàng)目在裝配部件運(yùn)輸、安裝等各個(gè)環(huán)節(jié)信息傳遞不方便，導(dǎo)致了裝配式建筑管理的難度要大于傳統(tǒng)工程項(xiàng)目管理，若能夠解決好各供給單位之間的信息流轉(zhuǎn)與銜接工作并改善供應(yīng)鏈間關(guān)系形態(tài)，則會(huì)對(duì)裝配式建筑的生產(chǎn)效率和市場(chǎng)占有率產(chǎn)生積極影響和一定的推動(dòng)作用。

2.2.4 市場(chǎng)接受與認(rèn)可因素

作為建筑市場(chǎng)與社會(huì)相關(guān)行業(yè)，建設(shè)單位與消費(fèi)者均對(duì)裝配式建筑有著一定的認(rèn)知問題，前文已經(jīng)提到了成本偏高、項(xiàng)目管理難度較大等因素會(huì)導(dǎo)致建設(shè)投資單位對(duì)裝配式建筑缺乏投資熱情。在建筑市場(chǎng)消費(fèi)領(lǐng)域，多數(shù)消費(fèi)者由于對(duì)建筑設(shè)計(jì)存在個(gè)性化需求，并且因無法正確認(rèn)知裝配式建筑的若干優(yōu)勢(shì)而仍對(duì)傳統(tǒng)建筑交付形式有所偏愛等原因，也導(dǎo)致了在市場(chǎng)機(jī)制下裝配式建筑無法占領(lǐng)主導(dǎo)地位。

2.2.5 區(qū)域政策傾斜導(dǎo)向因素

縱觀全球范圍，裝配式建筑在部分國(guó)家已經(jīng)推廣并實(shí)施多年，同時(shí)也具備了較為完整的政策規(guī)范體系，部分國(guó)家則利用政府資助的相關(guān)部分、企業(yè)直接推動(dòng)實(shí)施[11]。2017 年6 月，我國(guó)開始實(shí)施基于裝配式建筑技術(shù)規(guī)范，并從裝配式建筑結(jié)構(gòu)、混凝土等方面給出了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，由此可見，近年來我國(guó)已經(jīng)著手研究以裝配式建筑為背景的部分政策及技術(shù)規(guī)范。目前我國(guó)裝配式建筑的政策文件多數(shù)還停留在理論階段，對(duì)于實(shí)際施工需要的相關(guān)規(guī)范仍不能滿足實(shí)際需求，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的建筑行業(yè)管理制度及規(guī)范是將設(shè)計(jì)過程、生產(chǎn)施工過程分開管理，同裝配式建筑一體化管理機(jī)制有較大出入。接下來則需要加快相關(guān)技術(shù)規(guī)范與政策的實(shí)踐及可操作性驗(yàn)證，進(jìn)一步推進(jìn)裝配式建筑的快速發(fā)展。

3 裝配式建筑發(fā)展激勵(lì)策略研究

持續(xù)加快推進(jìn)裝配式建筑的整體規(guī)模，從技術(shù)層面來講，能夠制定基于BIM技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)流程是一項(xiàng)重要舉措，該流程能夠?qū)崿F(xiàn)裝配式建筑多專業(yè)、多環(huán)節(jié)的協(xié)同信息共享的精細(xì)化管理，該方式可以很好地規(guī)避裝配式建筑項(xiàng)目管理的薄弱環(huán)節(jié)，提高一體化管理效率。擬從建筑各模塊與部件的設(shè)計(jì)階段便開始介入BIM 技術(shù)，按照設(shè)計(jì)要求，以信息模型技術(shù)實(shí)現(xiàn)構(gòu)件安裝等環(huán)節(jié)的碰撞檢測(cè)，在滿足碰撞檢測(cè)的精度要求后，可以將相關(guān)構(gòu)件少量進(jìn)行加工生產(chǎn)，利用測(cè)繪技術(shù)觀測(cè)構(gòu)件特征點(diǎn)形態(tài)信息，并結(jié)合RFID 等技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速對(duì)接，在工廠便可進(jìn)行實(shí)體構(gòu)件的預(yù)拼裝。若拼裝效果滿足設(shè)計(jì)要求，則可以大批量生產(chǎn)，以此來提升后期大批量構(gòu)件拼裝效率。

從成本控制及項(xiàng)目管理角度來看，裝配式建筑的建造成本偏高，而高成本的原因主要除高技能人工費(fèi)用、設(shè)計(jì)費(fèi)用外，構(gòu)件的運(yùn)輸成本占比較大，若能夠降低運(yùn)輸成本，則會(huì)對(duì)裝配式建筑有很好的推進(jìn)作用。這一方面，建議將中大型結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理化拆分，減小單體構(gòu)件的實(shí)際體積，從而能夠在一定程度上降低運(yùn)輸成本；其次，可以在部分地區(qū)建立裝配式建筑構(gòu)件生產(chǎn)基地，采用本土化生產(chǎn)加工，減少跨地區(qū)運(yùn)輸成本。

從其他方面來看，建筑行業(yè)與政府部門需要加大對(duì)裝配式建筑優(yōu)勢(shì)的宣傳與普及，使得市場(chǎng)消費(fèi)者能夠接納這種綠色建筑生產(chǎn)模式，并且逐步認(rèn)同裝配式建筑的建筑質(zhì)量、使用壽命、設(shè)計(jì)風(fēng)格等核心技術(shù)參數(shù)與傳統(tǒng)建筑并無太大差別。同時(shí)，需加快制定標(biāo)準(zhǔn)化可操作性的施工技術(shù)方案與相關(guān)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，使得標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)流程能夠更好地適應(yīng)市場(chǎng)建設(shè)需求。同時(shí)建議政府及相關(guān)部門通過完善補(bǔ)貼制度、降低開發(fā)成本與合理化行政管理審批流程，以提升投資建設(shè)方的開發(fā)意愿。

4 結(jié)語(yǔ)

文章在碳中和、綠色建造背景下，從成本控制、工程管理與施工技術(shù)創(chuàng)新視角下，對(duì)裝配式建筑的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，剖析目前裝配式建筑在全球范圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)與進(jìn)展，同時(shí)總結(jié)裝配式建筑的各類優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，文章對(duì)目前我國(guó)裝配式建筑的發(fā)展制約因素進(jìn)行了分析，得出了技術(shù)綜合應(yīng)用不夠完善、成本控制難度偏大及項(xiàng)目管理較為分散、市場(chǎng)供應(yīng)關(guān)系不夠穩(wěn)定等方面的若干因素，制約著裝配式建筑的快速發(fā)展。本文提出通過優(yōu)化技術(shù)實(shí)施方案，持續(xù)推進(jìn)BIM 技術(shù)應(yīng)用、新型測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用的方面，擬將構(gòu)件的設(shè)計(jì)-運(yùn)輸-安裝等環(huán)節(jié)高度精簡(jiǎn)化，以壓縮運(yùn)輸成本，便于全過程項(xiàng)目管理。同時(shí)提出了政策傾斜的若干辦法，如設(shè)定補(bǔ)貼制度、優(yōu)化行政審批流程等，進(jìn)一步提升市場(chǎng)接受意愿，推進(jìn)裝配式建筑的快速發(fā)展。