建筑工業化是中國建筑業發展的必由之路

◎ 本刊記者 劉 禹

目前，我國城鎮化正處于快速提升期，2011年底，中國城鎮化規模已經達到了51.27%，并繼續以每年1%的速度增長，到2020年將達到60%以上。城鎮化率每提高1%就要新增城市用水17億立方米，消耗6000萬噸的標準煤。因此，發展綠色建筑是解決我國資源能源問題的重要戰略。

我國十二五規劃提出，綠化發展建設資源節約型、環境友好型社會指出建筑業要推廣綠色建筑、綠色施工，著力用先進建造材料、信息技術優化結構和服務模式，加大淘汰落后產能力度，壓縮和疏導過剩產能。2012年3月5日，在第十一屆全國人民代表大會第五次會議上，國務院總理溫家寶在《政府工作報告》中指出：推進建筑節能減排和生態環境保護，節能減排的關鍵是節約能源，提高能效、減少污染 ；綜合運用經濟、法律和必要的行政手段，突出抓好工業、交通、建筑、公共機構、居民生活等重點領域和千家重點耗能企業節能減排，進一步淘汰落后產能。深入貫徹節約資源和保護環境基本國策。開展節能認證和能效標識監督檢查，鼓勵節能、節水、節地、節材和資源綜合利用。大力發展循環經濟，加強環境保護，著力解決重金屬、飲用水源、大氣、土壤、海洋污染等關系民生的突出環境問題。

一、建筑工業化推動綠色建筑發展

眼下，中國建筑行業的可持續發展能力不足，建筑業發展很大程度上仍依賴于高速增長的固定資產投資規模。發展模式粗放，工業化、信息化、標準化水平偏低，管理手段落后；建造資源耗費量大，碳排放量突出；多數企業科技研發投入較低，專利和專有技術擁有數量少；高素質的復合型人才缺乏，一線從業人員技術水平不高。

在國際上，參照歐美，日本，新加坡等國家建筑業的發展過程，當人均GDP達到一千到三千美元后，開發新型的預制裝配式結構體系，實現工廠化生產、機械化施工，成為克服傳統生產方式缺陷，促進建筑業快速發展的主要途徑。到2010年，我國人均GDP已經達到了4300美元，這意味著經濟增長要從投資驅動轉向創新驅動，技術創新逐漸成為經濟社會發展的主要驅動力。

在我國2010年到2015年的《建筑技術發展綱要》中指出，混凝土結構材料要采用高強鋼筋，以HRB400級熱軋鋼筋作為混凝土結構配筋的主力鋼筋，發展HRB500級熱軋鋼筋；光圓鋼筋采用HPB300級熱軋鋼筋；全面推廣鋼筋直螺紋等強連接；推廣高效預應力用的高強鋼絞線。適當提高混凝土強度等級，倡導使用高強混凝土。

積極研究與推廣鋼結構住宅體系，對重工業的單層工業廠房倡導采用鋼柱、鋼屋架的鋼排架結構體系。高層建筑應積極采用鋼筋混凝土簡體+鋼外框架的混合結構體系，在低層住宅中，可采用輕鋼龍骨結構體系，大跨度公共建筑應積極采用空間鋼結構。

在鋼與混凝土組合結構上，大力研發與推廣鋼與混凝土組合結構，包括鋼管混凝土、型鋼混凝土、鋼與混凝土組合梁、壓型鋼板組合樓蓋。大力研發與推廣大跨度預應力樓蓋結構，包括后張有粘結預應力梁與框架梁、無粘結預應力平板，大跨度公共建筑屋蓋可采用預應力空間鋼結構。預制裝配混凝土結構，應積極研發預制裝配混凝土結構技術，實現住宅產業化。要研發預制框架梁柱結點后交整體式連接技術，鋼筋灌漿式連接技術，疊合板施工技術，高精度預制構建施工技術。

2011年5月，葉可明院士在接受記者采訪時指出，綠色施工作為建筑全壽命周期中的一個重要階段，是建筑領域資源節約和節能減排的關鍵環節，是建造綠色建筑的重要環節，在施工過程中體現了可持續發展戰略。綠色施工是指工程建設中，在保證質量、安全等基本要求的前提下，通過科學管理和技術進步，最大限度地節約資源并減少對環境負面影響的施工活動，實現節能、節地、節水、節材和環境保護。葉院士提出要大力推廣應用新型環保材料和節能型設備，應用先進成熟的施工技術，加強數字化工地等信息化技術應用。大力發展建筑標準件，加大建筑部品部件的工業化生產比重，從而有利于構建密切聯系生產的企業技術創新機制和推廣機制，增強其原始創新、集成創新、引進消化吸收再創新能力，全面加快建筑業技術進步。

二、發揮集團優勢 形成“建筑工業化”產業鏈

2011年住房和城鄉建設部的課題研究成果指出，建筑工業化是“以構件預制化生產、裝配式施工為生產方式，以設計標準化、構件部品化、管理信息化為特征，能夠整合設計、生產、施工等整個產業鏈，實現建筑產品節能、環保、全生命周期價值最大化的可持續發展”的新型建筑生產方式。根據相關統計，采用建筑工業化的生產方式在施工用水量、混凝土消耗、鋼材消耗、木材消耗、施工垃圾、環境影響等多方面的資源能耗都要遠遠低于傳統建筑方式。

為了響應我國建筑產業化政策，提高建筑施工的技術水平，南京大地建設集團于1998年從法國引進了世構（scope）體系。組成“產、學、研”團隊，通過消化、吸收和再創新，形成了該框架結構體系設計，生產及施工成套技術，并成功應用于300多萬平方米的各類建筑。

以南京大地建設集團為例，該集團通過多年來的創新改制與不懈努力，已經成功由一個傳統的施工產業集團轉型為建筑工業化的一個產業鏈。集團囊括以房地產、股權投資、資產管理為核心的投融資板塊子；以新型建筑材料、節能減排、環保低碳體系一體化為主體，并逐步形成四大系列建材產品的新型建材板塊。南京大地建設集團將旗下四大板塊：投融資板塊，新型建材板塊，以及外經貿板塊和建筑施工板塊，運用建筑工業化這一條紅線成功貫穿起來。最大程度的發揮了產業集團的優勢，力求本集團的房地產使用本集團的生產基地，研發和生產的構件，并且在國內國外市場被運用。

自2004年南京大地建設集團改制以后，企業研發中心獲得了一系列各種技術成果，使集團的構件生產、研發有了更好的技術保障。同時，大地工業園在2007年正式成立，他的前身是南京第一構件廠和第二構件廠，主要研發、生產和銷售房屋預制構件、市政預制構件和裝飾類預制構件，以及商品混凝土，沙漿等四大系產品。南京大地建設集團的房屋預制構件年生產能力可以為50萬平方米的各類房屋進行配套；以及30公里左右的地鐵管片、大規格地下停車場等提供預制混凝土沉積、外墻裝飾面磚系列產品和常規構件。

1998年，南京大地建設集團通過廣泛的調研，從法國KPI公司引進一種新型結構體系技術——預制預應力混凝土裝配整體式框架結構（簡稱世構體系）技術，并從法國全套引進了生產設備，大型模具和設計軟件。世構體系是采用現澆或者預制鋼筋混凝土柱，預制預應力混凝土疊合梁、板、柱及鍵槽節點連成整體的新型框架結構體系，通過鋼鐵混凝土后澆部分把兩個板柱以及鍵槽結點連成整體的新型框架結構體系。

三、世構體系的優越性

世構體系在國外建筑領域的應用已相當成熟，其產品在歐洲建筑市場占有額高達40%以上，這種新型框架結構體系具有質量好、工期快、節能減排、造價合理等建筑低碳特色。由于采用預應力技術，減小了構件截面，含鋼量降低20%以上；預件可事先在工廠內生產，施工現場直接安裝，既方便又快捷，總工期可節約20%；此外，構件在工廠機械化生產，質量更能得到控制，構件外觀質量好、耐久性好，后期不需粉刷；施工現場模版用量減少80%，支撐減少50%以上，節省周轉材料總量達60%；減少施工現場濕作用量，有利于環境保護，減輕噪音污染，現場施工更加文明，符合環保綠色施工要求。

目前，世構體系在歐洲的建筑市場占有份額高達40%以上，它具有質量快、質量好、工期快、節能減排、造價合理等建筑綠色特點。由于采用了減少結構斷面，用鋼量降低20%；構件實現工廠生產，施工現場直接安裝，總工期可以節約20%。同時，在工廠采用機械化生產，質量更加容易得到控制，外觀質量好，耐久性好，后期無須試作業。

預制混凝土多節注，采用C40混凝土，現場安裝時，柱與柱的連接有密封鋼管連接與型鋼支撐連接兩種方式，柱與梁的連接采用鍵槽節點。預制預應力混凝土疊合梁是世構體系的重點推廣應用構件，特別適用于辦公樓、教室、超市、廠房等比較規則或大開間的框架建筑。疊合梁的預制部分分為：預制框架梁、預制次梁，均采用C40混凝土，先張法施工。框架梁、柱節點處設置U型鋼筋，澆筑高強度混凝土。疊合梁后澆層為C30及以上混凝土。

預制預應力混凝土疊合板為世構體系的重點推廣應用構件，適用于各類建筑工程，且不受抗震烈度的限制，特別適用于集體宿舍、辦公室、教室、超市等大規模的保障性住房等建筑。疊合板的預制部分采用C40混凝土，先張法生產工藝，板面劃痕以滿足新老混凝土的粘結。疊合板后澆部分的混凝土為C30及以上，受力鋼筋和構造鋼筋按設計要求，厚度不得小于預制層厚度，各類管線均可埋設在后澆層內。

為了讓世構體系新技術成功運用于我國，南京大地建設集團結合國內規范進行技術轉化。在住房和城鄉建設部、江蘇省住建廳領導的關心下，大地建設集團和東南大學，江蘇省建筑設計研究院等單位聯合成立課題組，潛心研究，協同攻關。十四年來，經過300多萬平方米各類建筑的工程實踐和理論研究，已經形成了適合我國國情的一套完整的技術體系，包括設計軟件、技術規程、標準圖集和施工工法等，并且在抗震設計、節點構造、施工安裝等方面有所創新。

在工程應用中，南京大地建設集團堅持科技為先導，科研課題《世構體系成套技術在工程中的應用》于2004年通過江蘇省科技廳、建設廳組織的專家鑒定，成果達到國際先進水平。2011年9月，受住房城鄉建設部的委托，江蘇省住建廳主持召開了“基于節能保溫的預制裝配整體式結構體系的建筑工業化集成創新研究”項目驗收會。基于節能保溫的預制裝備整體式結構體系的建筑工業化基層創新研究，由七位著名專家組成的驗收委員會認為：結構體系以及內外新型保溫墻體構件全部或部分采用工業化生產方式，節點連接質量可靠，工程觀感質量好，提高了建筑物的整體品質和工業化程度，降低工程造價，縮短施工工期，滿足環保高效、節能減排的要求，具有顯著的技術經濟效益和社會效益。新型結構體系結合我國國情，符合建筑工業化發展方向，對推動我國建筑工業化、建筑業轉型升級和可持續發展具有重要的示范作用，研究成果總體達到國際先進水平。

近十年來。南京大地建設集團先后編制了一系列省級和國家級的標準，主編省級地方標準《預制預應力混凝土裝配整體式框架（世構體系）技術規程》；主編了國家一級工法《預制預應力混凝土裝配整體式框架結構梁柱鍵槽節點施工工法》，這是我國在建筑工業方面較早的國家行業標準。這個技術規程對于世構體系適用范圍給予了明確，其中裝配式框架結構在七度區的高度可以達到45米，如果采用現澆術在七度區可以達到50米，如果增加了減力墻在七度區可以達到一百米，這已經突破了超高層建筑。

“預制鋼筋混凝土裝配整體式結構”建筑技術被列入住房和城鄉建設部2010版“建筑業十項新技術”，南京大地建設集團為該子項新技術的主編單位。蘇州萬科公司和南京萬科公司在近兩年開工的經濟適用住房、住宅小區工程中，先后應用了這項新技術和新結構，被評為江蘇省二星級“綠色建筑”。

四、結構性能試驗

結構性能安全是業主、設計單位和使用單位非常關注的問題，十幾年來，南京大地建設集團在應用中對世構體系進行了大量的結構性能實驗，并積累了豐富的經驗。通過72個構件的疊合面抗剪試驗和1000次抗疲勞實驗，驗證了世構體系疊合板的預制與現澆部分能夠整體工作，疊合面粘結良好。同時，在2002年至2009年間，多次進行世構體系鍵槽節點擬靜力試驗，包括框架終結點，端部結點，驗證世構體系的抗震性能，為設計計算機施工工藝提供依據。擬靜力試驗結果表明：鍵槽節點的滯回曲線比較飽滿，功比指數比較大，試件有良好的耗能能力，節點的延性系數大于4，完全滿足國家規范規定的抗震要求。

為進一步研究世構體系的整體抗震性能，南京大地建設集團于2009制作了1：2縮尺的框架模型在東南大學的結構實驗臺上進行抗震試驗。共進行了43種工況的振動臺試驗，包括日本，美國等各種典型大地震的工況，在試驗中，世構體系表現優異，大震下破壞輕微，僅在部分柱端及梁端出現彎曲裂縫，樓板無裂縫產生，疊合面也未出現滑移現象，框架結構仍保持較好的整體性。試驗和分析結果表明，世構體系與現澆結構的抗震性能完全一致。

在預制樓梯的試驗中發現，由于溫度收縮及施工現場諸多不確定因素，現澆樓面容易出現開裂現象。而疊合梁、板應用預應力技術，受力鋼筋為高強預應力鋼絲，它的抗裂性能遠遠由于普通現澆板。預制梁、板在廠內機械化生產，混凝土澆搗密實，在后期使用中有較好的隔音效果；疊合板底平整光滑，后期無需抹灰，避免了現澆板抹灰脫落的質量通病。

在工期對比方面，基礎施工階段，預制構件可以在工廠生產、現場安裝，僅僅需要少量的模板，支撐架用量僅為現場樓面的50%左右，現場完場了鋼筋混凝土工程量僅為現澆樓板的30%左右。 （未完待續）