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像造汽车一样造房子
—— 绿色建筑之装配式建筑
    发布日期:2014-09-03
日前,上海市发布了《上海市绿色建筑发展三年行动计划(2014-2016)》(以下简称“行动计划”)。《行动计划》对绿色建筑发展提出了新的更高的要求。作为实现绿色建筑发展的重要途径,装配式建筑得到了前所未有的重视,并规定了严格的量化指标,如文中规定:“(上海市)各区县政府在本区域供地面积总量中落实的装配式建筑的建筑面积比例,2014年不少于25%;2015年不少于50%;2016年,外环线以内符合条件的新建民用建筑原则上全部采用装配式建筑。”基于这一背景,本文从装配式建筑的特点、国内外发展现状出发,综合探讨发展装配式建筑的意义、目前存在的瓶颈、未来的发展趋势,并结合装配式建筑在二十冶的发展状况进行梳理总结,以期达到抛砖引玉的作用。
一、装配式建筑发展历史及现状
预制装配式建筑是用工业化的生产方式来建造建筑,是将建筑的部分或全部构件在工厂预制完成,然后运输到施工现场,将构件通过可靠的连接方式组装而建成的建筑。常见诸报端的“住宅产业化”是建筑工业化在住宅建筑领域的另一种称谓。工业化建造模式与传统的现场建造方式不同,其建造环节、产业链构成、甚至工程建设和市场运行模式也存在明显的差别。简言之,工业化建造就是“像造汽车一样造房子”。 装配式建筑的发展是工业化大生产及特定社会历史条件下的结果。第二次世界大战后的20世纪50年代,由于住房紧缺和劳动力匮乏,欧洲掀起了建筑工业化高潮。随着各国经济的恢复和建筑技术水平的提高,欧洲国家采用预制装配的工业化生产方式建造建筑,为后来的装配式建筑发展奠定了基础。这期间前苏联、英、法等国重点发展了装配式大板结构体系。与此同时,北欧的瑞典和丹麦大力发展装配式建筑,并产生了适于自己的结构体系,订立了相应的规范、标准。此后,美国于20世纪70年代颁布了预制建筑施工和安全标准,使预制建筑比现场施工建筑更有保障。在亚洲,日本一直走在装配式建筑发展的前列。从上个世纪六十年代开始,伴随着日本经济的恢复和腾飞,预制装配式建筑得到了飞速的发展,并逐渐形成了一套完整的体系,是世界上装配式建筑发展最为成熟的国家之一。同为亚洲国家和地区的新加坡和香港于上个世纪80年代开始引入预制技术,开启了建筑工业化的发展历程。 回顾装配式建筑在国外的发展历程,日本、美国、法国、瑞典、丹麦等是最具典型性的国家,都根据自己的国情选择了不同的道路和方式,呈现出各自的特点。例如,日本是率先在工厂中批量生产建筑的国家;美国注重建筑的舒适性、多样性、个性化:法国是世界上推行工业化建筑最早的国家之一;瑞典是世界上建筑装配化应用最广泛的国家,其80%的建筑采用以通用部件为基础的建筑通用体系;丹麦发展建筑通用体系化的方向是“产品目录设计”,它是世界上第一个将模数法制化的国家。 在我国,预制装配式建筑始于20世纪50、60年代从苏联引进的装配式大板结构体系。但限于历史条件及技术水平的限制,当时的装配式建筑缺乏对抗震性能的考虑,1976年唐山大地震后装配式建筑发展陷入了停滞状态。此后,现浇混凝土建筑成为房屋建造的主流。然而,随着施工现场湿作业的复苏,现浇技术的缺点日益突出,劳动力成本日益增加,使得装配式建筑重新回到国人视野。上个世纪末,国务院重新出台了推动住宅产业化的相关文件,我国建筑工业化再次启程。此次建筑工业化发展过程中,我国充分吸收国外先进经验,引进国外先进技术,充分考虑结构整体抗震性能,形成了以装配整体式建筑为主流的装配式建造技术。诸如,万科集团的“装配整体式剪力墙结构体系”、南京大地集团的“预制预应力混凝土装配整体式框架结构体系”、中南建设集团的“全预制装配整体式剪力墙结构(NPC)体系”等。同时,在这一过程中,除预制装配式混凝土结构体系(框架体系、剪力墙体系)外,预制装配式木结构体系、预制装配式钢结构体系(低多层的轻钢龙骨体系、多层轻钢框架体系、高层框架-剪力墙/支撑体系等)以及模块化体系,也得到了快速发展,受到了部分企业和高校等科研机构的关注,并出现了一些工程实例和示范,如宝业集团推出的轻型钢结构框架体系、远大可建模块化体系等。二、 发展装配式建筑的意义
建筑业是当今碳排放量最大的行业,据估计,在二氧化碳排放总量中,建筑排放量占到了近50%,这一比例远远高于运输和工业领域。伴随着我国经济和城镇化的高速发展,世界大约50%的建筑开发在中国,在这些建筑的建造和使用过程中,消耗的能源占社会总能耗的30%,相关建材的生产能耗占16.7%,这造成了能源的极大浪费,对环境造成了严重的污染。相比而言,采用建筑工业化的生产方式将有效地解决此类问题。据统计,由于大量高噪声高污染的“湿作业”在工厂中进行,装配式建筑垃圾将减少91%,脚手架用量减少50%以上,钢材节约2%,混凝土节约7%,同时极大程度地减少了建筑污水的排放、建筑噪音的干扰、有害气体及粉尘的排放,最大限度地减少建筑施工对周边环境的影响。显而易见,推动装配式建筑发展,是有效地降低资源、能源消耗,实现节能减排,是发展低碳经济的必然要求。 由于装配式建筑部件通过工厂化制作,标准化生产,产品的质量和精度可以得到有效保证,产品性能可得到有效提高。例如,装配式建筑可以改善结构精度、渗漏、开裂等质量通病,提高隔声、保温、防火等性能,便于系统维护、更新。根据日本、美国等建筑工业化发达国家的经验,在国外众多建筑投诉案例中,使用装配式技术的建筑保温、防噪、防水投诉率比现浇模式减少9成以上。因此,发展装配式建筑是提升建筑品质的有效方式。 与传统的以现场施工为主的建造方式相比,装配式建造技术表现在建筑构配件生产工厂化、现场施工机械化、组织管理信息化,体现了工业化社会的建造方式和技术手段,是一种现代的高技术含量的建造方法,具有建造速度快、建设周期短的特点。根据欧洲的统计,传统建造方法每平方米建筑面积需2.25个工日,而预制装配式施工仅用1个工日,可节约人工25%~30%,降低造价约10%~15%,缩短工期30~50%左右。由此可见,发展装配式建筑是提高建筑业生产效率、降低成本的理想途径。 由于装配式建筑有着巨大的节能减排作用,提升了建筑品质和效能,大大提高了施工效率,缩短了施工周期,并充分体现了绿色建筑“四节一环保”的特点,可以预见,在未来的建筑业发展过程中,装配式建筑的重要意义将会日益凸显。三、制约我国装配式建筑发展的瓶颈
自建设部1998年发布《关于推进建筑产业现代化提高建筑质量若干意见的通知》,特别是2006年6月下发《国家建筑产业化基地试行办法》以来,中央政府先后批准建立了45个国家建筑产业化基地,我国装配式建筑研究及工程应用取得了长足的进步。但这一过程中,建筑工业化在顶层设计、技术标准、全产业链打造、关键技术等方面仍存在明显欠缺,从全国来看,还不具备全面大规模推广的条件和能力。 住房和城乡建设部副部长仇保兴将上述问题归结为:技术标准滞后、建造成本偏高、项目建设管理体制不利于工业化建筑发展等三大瓶颈。其一,装配式建筑的设计、生产、安装施工、验收评定等技术标准尚未建立,试点成果无法大规模推广。 其二,由于至今预制构件尚未形成大规模生产,规模效益无法体现;同时,由于税收成本过高增加了生产成本,也阻碍了预制构件的生产发展。据统计,装配式建筑的建造成本比传统方式成本每平方米高500元左右。其三,具备总承包资质的企业目前不具备专业化生产能力,尤其是装配式建筑生产、安装的能力不足,少数具备能力的企业又无承包项目资格,造成专业化公司需要挂靠,增加管理成本。 针对上述问题,上海市在政策上给予了大力支持。《行动计划》中提出的“完善建筑工业化技术和标准、增加财政政策激励、完善土地供应项目落地机制” 等政策为上海市大力发展装配式建筑提供了助力。四、装配式建筑的发展趋势
回顾发达国家和地区的装配式建筑发展经历,可以发现,技术进步对推动装配式建筑产业发展产生了重要的推动作用。综合考察国内外装配式技术发展走向,从技术角度而言,装配式建筑呈现出这样的发展趋势,即向开放体系、干体系、集成体系以及信息管理体系方向发展。 从闭锁体系向开放体系转变。在装配式建筑的发展过程中,原来的闭锁体系强调标准设计、快速施工,但结构形式非常有限,设计缺乏灵活性。开放体系致力于发展标准化功能块、设计上统一模数,这样易于统一又富于变化,方便生产和施工,给设计更大自由。 从湿体系向干体系转变。装配式建筑湿体系是指在施工过程中,预制构件接口通过现浇混凝土连接以提高其整体性能。而对于干体系,即采用螺丝螺帽等方式连接,这一体系在控制施工的环境污染等方面,具有明显的优势。 从只强调结构的装配式,向结构装配式和内装系统化、集成化方向发展。 建筑产业不仅包括主体结构的产业化也包括内部装修部品的产业化,两者相辅相成,互为依托,因此,未来装配式建筑将由单部分构件预制向内装系统集成化方向发展。 信息化管理将发生更为突出的作用。BIM技术将在其中发挥重要作用。通过BIM技术搭建建筑的咨询、规划、设计、建造和管理各个环节中的信息交换平台,进一步以“信息化”促进“产业化”,实现全产业链的信息支持,最终实现建筑全生命周期的质量可追溯管理。五、装配式建筑在二十冶的发展
2012年以来,中国二十冶精准把握装配式建筑发展方向,充分发挥中国二十冶在构件房地产开发、检测、设计、构件生产、施工这一完整产业链优势,以中国二十冶工程技术分公司(建筑设计院)及混凝土构件分公司为基础,依托中冶集团科技创新平台适时成立中冶装配式建筑工程技术中心,开展了以装配式节点为核心的系列研究工作。在组建期的两年内,工程中心参加国家“十二五”科技支撑项目1项,省部级科研项目2项,授权、受理专利6项,研发新型装配式混凝土柱-柱、梁-柱节点4种,完成装配式建筑梁柱节点试验1项,发表学术论文1篇,完成基于自主研发节点的装配式实验建筑1栋。同时,与同济大学、沈阳建筑大学、上海应用技术学院等高校建立合作关系,签订科研项目合作合同3项。在工程中心不断发展壮大的过程中,所做的技术工作为集团公司装配式建筑研究奠定了基础,将会进一步为公司装配式建筑推广应用起到技术支撑作用。六、结语
我国目前正处于城镇化高速发展时期,每年约有一千万人住进城市,每年的新建建筑总量达20亿平方米,占全世界年建筑总量的40%。对于如此巨大建筑体量,继续采用原有的建筑生产模式必将对环境产生严重的影响,生产不可持续。因此,寻找一种既是绿色又能快速生产的方式已经迫在眉睫,而装配式建筑恰好提供了有效的解决途径。 现阶段,中国二十冶正处于转型升级的关键时期,充分利用公司现有优势,借助国家和上海绿色建筑发展的有力政策,大力发展装配式建筑,必将为公司带来新的发展机遇。 (中国二十冶集团 孙千伟) ②
