我国装配式建筑的现状与发展

赵延春, 郑 娟, 郑 林

(1.扬州职业大学, 江苏 扬州 225009; 2.青州市花卉产业管理局, 山东 青州 262500)

装配式建筑是一种新型现代化的房屋建造方式[1],首先将构件在图纸上进行标准化设计,其次根据设计结果确定构件的型号、尺寸、数量,再次将这些信息汇总传递到预制厂进行生产,最后由专业的运输车队运到现场,在现场通过牢固的连接，通过叠合、浆锚、灌浆等方式,最终形成具有一定的可承载能力的建筑结构。

1 装配式建筑发展现状

1.1 国外发展现状

装配式建筑的概念首先由德国现代建筑师Walter Gropius提出的,概念提出后西方国家便陆续进行了装配式建筑建造方式的研究[2]。美国著名建筑师Richard Buckminster Fuller在1927年设计出第一代多边形“最大限度利用能源建筑”并总结出了丰富的经验;瑞士在1928年召开第一届国际现代建筑会议,会议明确提到了判断建筑质量好坏的标准是生产方式采取的合理性和普遍性[3]。西方发达国家的装配式住宅建筑发展到今天大致经历了三个阶段:(1)第二次世界大战之后,是工业化形成的初期阶段,重点建立工业化体系,以发展装配式建筑的数量为主;(2)1980年后,是工业化的发展期,逐步提高建筑的质量和性价比,消费者更注重房屋的质量和舒适度;(3)1990年后,是工业化发展的成熟期,进一步降低住宅的物耗和环境负荷,同时对房屋的美观度和多样性提出了更高的要求。

德国建筑工业化起源于20世纪20年代,当时因为德国需要大幅度的发展工业化城市,农村的大量人口涌入城市,需要在较短时间内满足大量人口需要的住宅、办公房和厂房;二次世界大战后,预制混凝土大板建造技术成熟,并占据主导市场;到1990年,大板建筑造价高、缺少个性等弊端显现,此时混凝土叠合墙板技术发展迅速且应用广泛,并迅速占领了主导市场地位。随着工业化进程的不断发展和BIM(Building Information Modeling)技术的广泛应用,目前德国装配式住宅的建筑剪力墙板、梁、柱、楼板、内隔墙板、外挂板、阳台板等构件,其预制与装配建设已实现工业化、专业化设计,标准化、模块化、工厂化生产,构件部品不仅便于运输和仓储,而且还可实现多次的重复利用和临时周转,具有节能低耗、绿色环保的性能。德国在推广装配式建筑产品技术、实施节能环保以及绿色建筑等方面都有比较成熟的经验,而且已建立了非常完善的绿色装配及产品技术体系。

日本在第二次世界大战之后也开始对装配式建筑进行探索,既要考虑住房短缺的问题,又要考虑到国家发展的需要,为此,日本政府相关部门成立了经济产业省(原通产省)和国土交通省,分别制定装配式建筑发展的相关政策和负责装配式建筑的推进工作。到1960年日本的装配式建造技术基本成熟,并且占领了主导市场,一大批建筑企业崛起,同时引领着中小企业在建设能力和设计能力方面得到长足的发展。在技术体系上,设计构件采用了模数协调机制,构件部品形成了通用体系和专用体系。到20世纪70至80年代,日本政府颁布了一系列的制度和规范进一步引导建筑市场的良性发展,如金融政策及税收制度、技术规范、金融和财税政策等,使装配式建筑推广成本大为降低。随着建筑产业的蓬勃发展,装配式建造技术愈加成熟。日本政府在20世纪80年代之后又出台了新的规定——《工业化住宅性能认定规程》,此规定的出台进一步提高了住宅的整体质量和性能。目前日本装配式建筑已经进入到了发展成熟期,人们可以自由选择想要兴建房屋的式样。

美国的装配式建筑起源于20世纪30年代,装配式建筑主要为低层木结构。进入90年代,美国的装配式建筑己经发展成熟。美国地广人稀的特点使其装配式建筑形成了适应于美国本土风格的以独幢别墅为主的建筑体系,可以说在世界住宅建筑领域里独树一帜。

1.2 国内发展现状

我国装配式建筑早在20世纪50年代已开始涉足[4],而且在工业建筑和公共建筑领域都有应用,当时主要学习的是前苏联预制装配式混凝土技术,但由于建材产业发展落后,密封、防水等专用建材匮乏,生产过程中机械化程度很低,致使生产效率和质量低下,从而导致装配式建筑不能满足需求。20世纪80年代,现浇混凝土体系建造方式推动了装配式建筑构件大规模工业化生产,并慢慢占领市场。到21世纪初期,现浇混凝土体系在高层住宅方面几乎全面占领市场,但现浇技术的缺点也开始日益彰显，如工人劳动强度大、行业危险性比较大、施工时间长、施工现场污染严重等,建筑业如何减少用工、提升质量和减少浪费等问题开始受到社会各界的重视,在这一时期,装配式建筑产业重新引起了广泛关注,特别是预制装配式混凝土结构得到了进一步应用。

由于政策的推进和引导,我国在1999年已经批准了33个龙头企业进行装配式建筑产业构件的研发、设计、生产和施工等工作,在发展装配式建筑产业的道路上有了示范和辐射效应。2011年后,我国在北京、上海、深圳、沈阳、济南建立了现代建筑产业化基地,其中沈阳市在2014年被评为首个国家装配式建筑示范城市。

目前,我国装配式建筑走在行业前列的主要有长沙远大住宅工业有限公司、黑龙江宇辉建设集团、万科集团和中南建设等建筑企业。长沙远大住宅工业有限公司是我国首个提出“住宅工业”的企业[5],作为建筑产业化的开拓者,远大集团已经制定出标准住宅产业化技术体系,产品的精度已经从“厘米时代”跨越式发展到“毫米时代”,集团研发的现浇剪力墙预制叠合板体系非常适合装配式建筑的要求,使住宅建筑在性能、外观、功能方面都达到了行业顶尖水平。黑龙江宇辉建设集团(现代房建集团),成立于2000年,自主研发的PC装配式整体剪力墙结构技术,其预制装配率高达95%以上。自1999年,万科集团便开始重视发展装配式建筑,2004年便建立现代产业园,推广装配式建造技术,经过不断技术探索、实践,万科集团目前无论在技术体系、构件组装还是模块化设计上都取得了很大突破,符合我国工业化住宅建造体系的发展要求。

纵观国内外装配式建筑的发展状况,西方国家在发展装配式建筑产业方面起步比较早[6],目前建筑构配件的尺寸已经实现了毫米级的精度,这在现代建筑产业的生产方式上是一种颠覆性的技术革命;我国装配式建筑的发展还处于初级阶段,而且市场占有的份额也较小[7],目前装配式建筑主要集中在几个龙头建筑企业,普及率比较低,但是装配式建筑产业符合我国国情,在我国推广装配式建造方式势在必行。

2 装配式建筑发展意义

在建筑物使用功能上,相比传统建筑,装配式建筑构件和部品设计多样化,根据使用者的需要可以灵活分隔室内空间[8],并且在结构体系方面变化也比较多,比如填充墙的开间可以自行控制尺寸,空间分隔比较灵活。

在施工现场上,可以减少模板、现场湿作业和脚手架作业，提高建造速度,还可以降低粉尘污染、施工噪音，减少污水排放、建筑垃圾、安全隐患,提高施工安全性。标准化的流水施工,不但能保证构配件供应的连续性,还可以保证构配件的质量。

在绿色生产、环境保护上,装配式建筑可以做到节能、环保,而且装配式建筑会增加使用面积,提高土地的利用率。

在建筑劳动力使用上,装配式建筑构件和部品都是在预制厂进行加工生产[9],然后由专业车队运输到施工现场,在施工现场只需对节点进行混凝土的浇筑,这种施工方式不仅节省用工、减少了劳动力，同时还降低了施工现场的湿作业,施工方便。装配式建造施工方式针对目前我国人口红利已经消失的现状,在劳动力严重匮乏的今天,可以大大缓解劳动力紧缺、建筑用工成本节节上升的状态。

在国家政策上,装配式建筑作为新时代新型的建造方式,对建筑业来说是颠覆性的改革,发展装配式建筑是推进供给侧结构性改革和新型城镇化发展的重要举措,国家和地方企业都为大力支持和推广装配式建筑提供强了有力的保障。

3 我国装配式建筑目前存在问题

尽管近年来我国装配式建筑产业得到了快速的发展,但推广程度较世界先进水平仍有差距。从我国装配式建筑所处的发展阶段特点来看,主要存在以下问题。

3.1 装配式建筑人才短缺

具有高水平、高素质专业人才是建筑业转型成功的基础所在,装配式建筑的建设项目与传统现浇式建造方式相比将更为复杂,对复合型和专业型人才要求也愈加严格。据统计,目前我国装配式建筑专业技术人才缺口近100万人,远远不能满足行业发展的要求[10],而各类职业院校和应用型本科院校在装配式建筑人才培养方面还处于起步阶段,有的院校甚至还未开设相关教学课程,装配式建筑专业人才的短缺将成为制约装配式建筑快速发展和推进的瓶颈。基于建筑装配式的发展需求,我们应进一步重视专业人才的培养,加强职业化培训,培养“少而精”的装配式建筑人才队伍,真正发挥装配式建筑的产业优势。

3.2 监管和保障制度不完善

加强政府部门的引导和服务,促进装配式建筑产业化健康发展。装配式建筑的发展和推进离不开制度的监管和保障。政府应在政策上给予一定支持,并制定合理的审查制度和必要的激励政策。

我国目前在装配式建筑方面仍然延续使用《建筑法》《工程建设法》《招标投标法》等行业法规,对装配式建筑的针对性不强,有待于进一步完善,使之进一步从政府和产业(行业、企业、项目)两个层面加快构建更具可操作性和实施性的装配式建筑发展监管和保障措施。当前阶段装配式建筑标准体系需要进一步完善,使得相关企业有章可循。装配式建筑在梁、柱钢筋如何配比,水、电设施如何安装等方面还需要制定统一的标准体系,由于没有健全与装配式建筑相配套的图集、标准和相关体系,从而制约了我国装配式建筑的快速高效发展。

3.3 技术衔接不成熟

在当前发展阶段下,装配式建筑产业链发展尚不成熟,各环节协调配合不足,信息沟通存在障碍。装配式建筑与传统建筑相比,对从业人员的能力要求更高,更综合。尤其是在深化设计阶段,深化设计的精准性直接影响现场的施工安装,这要求从业人员对建筑、结构、水电等方面都要融会贯通。此外,建筑劳动力因文化水平较低,且没有经过装配式建筑施工方式的专门培训,在生产和现场安装过程中技术不熟练,使钢筋、混凝土等建筑材料产生的下料较多;其次,在进行工厂化生产方面,目前主要是几个建筑龙头企业具备生产能力,而且生产的部品更多的是供应单位内部工程使用,不同工厂生产的部品不能通用;再次,由于装配式建筑的发展,不可避免地增加交通运输的负担,对原有交通造成更大的影响,且对路面路基的碾压增加,如果预制构件和部品在运输和吊装环节发生损坏，一般都要返回预制厂进行重新预制,这不但影响了工期,而且还造成一定的经济损失。受市场环境和道路运输政策的影响,目前装配式建筑构配件的运输效率偏低,而且构件专用运输车辆不但少而且价格高；最后,装配式建筑主要应用于住宅建筑中,而且主要结构为装配剪力墙结构,在应用范围上具有一定的局限性,而且在现场主要采用现浇混凝土进行连接,目前的装配式建筑等同于钢筋混凝土现浇建筑,从而降低施工速度,增加施工危险性。此外,我国建筑业迅速推广BIM技术,但目前更多地适用于建筑物的建模阶段,在有效提升装配式建筑的预制和施工效率,降低施工成本，控制质量方面有待于进一步提高[11]。由于以上各环节的衔接还存在技术问题,导致目前装配式建筑成本偏高,这也是阻碍装配式建筑快速发展和推广的重要因素之一。

3.4 建造成本偏高

装配式建筑产业只有在达到相当规模的前提下,才能发挥出其标准化与工业化的优势,成本也就越低。装配式建筑产业化初期成本远高于传统建造方式,导致有意介入行业的先驱企业因初期的巨额投入望而却步。首先在生产环节要投入大量资本,生产配套设备、工具、大面积堆场的成本也需前期投入,配套的物流运输、安装施工队伍的组织等环节也容易造成预期外成本增加。作为行业本身,应该通过研发新技术、核心技术来提升自身的竞争力,同时还要发挥上下游企业间的结构产业链作用,为装配式建筑产业的发展奠定基础,同时作为建材企业本身,也应该破旧立新,促进建材产业核心技术转型升级、更新换代。

3.5 社会认可度偏低

经调查,居民对装配式建筑了解较少,而且大部分消费者认为装配式建筑在抗震和耐久性等方面不如传统的钢筋混凝土现浇建筑物[12]。

4 我国装配式建筑的发展趋势

装配式建筑作为一种新的建筑理念,虽然目前在推广和发展中存在着很多制约因素,但是它切实转变了我国建筑产业的发展模式,而且是建设资源节约型和绿色环保型社会的重要支撑[13]。从我国装配式建筑发展的长远目标来看,装配式建筑今后必导致建筑产业的重新布局,将成为我国未来建筑业的发展方向。伴随着技术不断完善、法律法规的健全、专业人才的培养,装配式建筑的设计、生产、运输、安装会更加完善，会像“造汽车”一样“造房子”,最终达到设计标准化、部品生产工厂化、现场施工装配化、结构装修一体化和建造过程全信息化。

5 结语

虽然装配式建筑的目前发展受到很多因素的制约,但它是在我国建筑业转型升级正在进行、建筑施工技术成熟、建筑材料丰富、人力资源缺乏、传统建筑施工已经造成大量负面影响的状况下的必然产物。针对当前发展中存在的问题,应通过采取政策推进、提高效益、健全技术体系等一系列综合措施，铲除阻碍装配式建筑发展和推广的障碍,促进装配式建筑多快好省发展。