我國建筑工業化應用現狀與發展建議

孫澤世（徐州中國礦業大學建筑設計咨詢研究院有限公司,江蘇 徐州221008）

我國建筑工業化應用現狀與發展建議

孫澤世
（徐州中國礦業大學建筑設計咨詢研究院有限公司,江蘇 徐州221008）

闡述了建筑工業化的定義、特點及優勢;結合建筑工業化構配件生產、建筑結構體系和構配件連接處理論述了我

國建筑工業化的應用現狀；總結和提出了制約當前我國建筑工業化發展的主要問題，如預制構件成本高、國家標準不完善、建筑工業化人才不足,以及建筑工業化技術落后等，并提出了相應應對措施，為我國建筑工業化發展提供參考和借鑒。

建筑工業化；優勢；應用現狀；問題

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.11.035

1　引言

建筑業是我國重要的國民經濟支柱產業，同時也是一個勞動密集型的粗放產業。這種生產方式一方面需要較多的勞動力，另一方面技術含量不高。而且這種以手工操作為主的傳統小生產方式還會帶來一系列問題，比如污染環境、工期長、建筑質量得不到保證、資源能源消耗量大等[1，2]。所以，近年來，國家提出要加快推進建筑工業化，將現場制作轉為工廠化生產，機械化作業取代手工作業，現場混凝土澆筑改為預制裝配，并且將建筑業和現代先進的信息化技術相結合，促使建筑產業的轉型升級，這無疑將是我國建筑業的一次革命。

2　建筑工業化的特點與優勢

黨的十八大報告中提及的建筑工業化可以稱之為“新型建筑工業化”，這不同于我國20世紀50年代推行的建筑工業化。傳統的建筑工業化僅指生產部分預制構配件，比如預制空心樓板等；而新型建筑工業化是將現代化的工業生產方式用于整個建筑產品生產線，包括采用建筑標準化設計、構配件工廠化生產、機械裝配化施工和一體化裝修以及組織管理信息化的方式，形成包含設計、生產、施工、開發和經營等環節在內的完整產業鏈，讓造房子變得像造汽車一樣[3～6]。

2.1建筑工業化的特點

相對傳統的建筑業生產模式，新型建筑工業化具有建筑設計標準化、構配件生產工業化、施工機械裝配化、結構裝修一體化和生產管理信息化等特點。

建筑設計的標準化是推進建筑工業化的首要任務，這包括構件、部品的模數化以及建筑單元的標準化。按一定的模數來設計生產構配件，不僅能夠節省設計時間，也能提高預制構件廠的生產效率、模板的重復使用率，進而降低預制構件的生產成本。但這里的模數化不僅僅指構配件，而且相應的建筑設備和設施以及不同行業建筑部品之間也應當約定相應的模數。當然，模數化只是實現標準化的前提，由模數化為基礎裝配成的建筑單元才是標準化的整體，比如整個圍護結構、墻板組成的1個開間以及擁有成套設備的廚房、衛生間等[7,8]。

顧名思義，構配件生產的工業化是對建筑物的各個零部件，比如墻、梁、柱等，不進行現場澆筑，而是在工廠進行流水線式的生產。相比于傳統的現場澆筑作業，工廠預制生產效率更高、誤差更小、質量更易得到保證，并且采用預制構件也減少了現場濕作業的工作量，保護了環境?？梢哉f，構配件生產的工業化是實現建筑工業化的重要環節，也是建筑工業化發展的標志。國家建筑工業化的發展很大程度上取決于構配件工業化生產水平。

預制構配件生產完成后，需要運輸至施工現場進行現場組裝和拼接。施工機械裝配化所需現場施工工人較少，多數或全部采用施工機械完成，這也是實現建筑工業化的重要環節。采用機械裝配具有施工進度快、勞動強度低、施工噪聲小和施工成本低等優點。

從建筑設計開始就同步設計裝修，并且裝修所需的構件部品也與建筑構件的生產、制作和裝配同時進行，比如盒子結構的生產安裝，它和主要結構構配件同步生產預制，當主體施工完成后，就直接整體安裝衛生間或廚房。不同于毛坯房，還需要用戶自己再裝修；通過一體化裝修，用戶在建筑設計時就能了解到它裝修后的樣子，交付時就可以直接使用，給用戶帶來極大便利[9]。

生產管理信息化使建筑全過程實現信息化，通過應用BIM技術，將有關建筑的所有信息都匯集起來，形成信息交流平臺，供不同專業、不同階段的建設人員查閱和補充，實現資源共享。利用信息化管理雖然前期工作量大，但能夠有效解決之前各專業間不協調，防止構配件和建造技術脫節，設計和施工不對應等問題，并且還可以實現對建筑整個生命周期的管理?？梢哉f，信息化管理是新型建筑工業化最主要的特點，也是推動建筑工業化發展的動力源[10，11]。

2.2建筑工業化的優勢

基于建筑工業化的特點，相比傳統的建筑物建造模式，建筑工業化的優勢是非常明顯的。它能夠在不提高（或有可能降低）建造成本的前提下，使得建筑物的建造速度更快（工期更短）、質量更高，同時節約能源、資源和保護環境[12]。

在建筑工業化中，首先，由于大部分構配件都是在工廠流水線上預制和批量生產的，比起在施工現場純手工支模、澆筑混凝土構配件，所產生的制作誤差可以大幅度減小，從而提高建筑整體質量；其次，預制好的構配件在施工現場僅需要采用流程化和工法化的方式進行連接和安裝，所需的工作主要為機械吊裝作業，現場工人數量及工人的勞動強度均大幅度降低，而且機械作業受外部環境氣候條件影響相對較小，施工速度快加之由于預制構配件在出廠時強度均已滿足要求，故而可以大幅縮短現場的施工工期，提高經濟效益。

除此之外，建筑工業化的建造方式基本是在工廠提前完成的，現場施工只是機械安裝為主，所以施工現場的環境會得到明顯改善，傳統建筑施工現場的揚塵、垃圾和噪聲問題將會得到明顯改善。有資料顯示與目前的傳統混凝土現澆技術相比，建筑工業化可使現場的建筑垃圾減少80%，材料損耗率減少60%，建筑節能至少為65%。在裝配化率達到50%左右時，建筑工人的勞動生產率將是目前建筑施工勞動生產率的1倍[13]。

3　我國建筑工業化的應用現狀

3.1構配件生產

從20世紀50年代開始，國內就開始出現建筑工業化，各種預制吊車梁、屋面梁、預制屋面板空心樓板和大板樓板被廣泛應用。但大體來說，我國當時的技術水平落后，沒有很好的信息交互平臺，工業化整體水平低，并且構配件跨度小、承載能力低、延性差等，使建筑工業化到最后不了了之。從20世紀90年代至今，使建筑產業化憑借其自身的優勢又重新提及，并且快速發展，國家在21世紀初進行住宅工業化試驗基地的嘗試，批準了遠大住工等一批國家住宅工業化基地的建設。近幾年，國家相關部門接連發布多項政策和規范，比如《工業化建筑評價標準》《住宅產業化建設意見書》等。國內的建筑工業化在住宅產業化方面發展最為迅速，許多構配件生產廠家對工業化都進行了探索和實驗，尤其是對預制混凝土裝配式房屋方面研究和應用較多，現有產品有樓梯、內外墻體、樓板和窗框浴室等[14～17]。

目前，預制構配件的生產方式主要有兩種。一種是固定工位法生產方式，顧名思義，將模具放置在工廠的固定位置，鋼筋和混凝土等建筑工人按制作工序輪流在模具上施工。這種方式主要從日本和香港引進，設備投入費用少，可以生產相對復雜的異形構件，但是模具使用次數少，平均為100～200次，模具攤銷成本很高。另一種是流水線的生產方式，模臺隨著工序的不斷流動，各類建筑工人的位置是相對不變的，這種生產方式在歐洲比較普遍，生產效率高，并且模臺壽命長，可以循壞使用2000～3000次；但是設備初期投資費用高，無法生產復雜異形構件[18]。

3.2建筑結構體系

當前，可以實施建筑工業化的建筑結構體系主要有鋼結構和混凝土結構體系，其中混凝土結構體系又包括裝配整體式框架結構體系和裝配整體式剪力墻體系。

鋼結構本身就是建筑工業化的代表，鋼材由于自身特性，構配件采用工業化生產，加工運輸方便，施工現場機械化組裝，安裝維護易于操作，容易形成標準化和系列化。目前我國鋼結構發展迅速，并且常用于大跨度工業廠房和多高層民用建筑等。另外，由于鋼結構標準化較為成熟，各種新型建筑材料（比如保溫隔熱材料等）在鋼結構中應用廣泛，這些新型建筑材料綠色環保、高效節能，能夠帶動建筑產業化進一步發展。目前，國內主要的鋼結構體系有薄板鋼骨體系、格構式鋼剪力墻體系以及鋼框架結構體系。鋼構件產品主要有預制鋼梁和鋼柱以及采用半成品模塊化的圍護結構。

混凝土裝配整體式框架結構體系是目前在我國應用最成熟、最廣泛的建筑工業化形式之一?；炷林捎矛F澆方式，混凝土梁采用預制疊合梁，樓板采用預制圓孔板或疊合樓板，外墻和樓梯等其余構件除伸入支座處采用現澆外，其他均全部預制。每個施工段構配件吊裝到位后統一進行澆筑，這樣能提高拼裝工程的整體性和抗震性能[19，20]。

混凝土裝配整體式剪力墻結構體系，一般外墻板采用預制剪力墻板和預制連梁，內墻和電梯間采用現澆剪力墻，預制墻板之間采用豎向現澆段，樓板可以采用疊合樓板或現澆樓板。這種結構形式既節省模板，又降低工程費用，而且建筑的整體性和抗震性能得到保證。國內目前主要采用的結構形式是內澆外掛式剪力墻結構體系，能減少工人高空作業和外腳手架的搭設，同時又能保證建筑的抗震性能，在高層建筑中應用廣泛。

3.3構配件連接處理

建筑工業化的關鍵在于構配件工業化生產和機械裝配化，而機械裝配化的重點在于各預制構件的連接處理。對于鋼結構而言，構件的連接方式可以采用焊接、栓接和鉚接，其連接工藝、設計方法和質量標準已經有成熟的設計和施工規范，這里就不再贅述。下面僅闡述目前在混凝土裝配式建筑中構配件連接的各種處理方法。

對于全預制裝配式結構，梁、板、柱之間的連接目前主要采用漿錨連接。首先是構件連接面的處理，在柱與基礎和梁與樓板連接過程中，先要對構件表面抹坐漿臥牢，然后將構件一端預留的插筋插入另一構件的漿錨孔中，最后灌注膨脹性水泥砂漿。對于梁與樓板的連接要先對梁上預留鋼筋和預制板端的鋼筋進行焊接，然后用至少C20混凝土把空隙部位澆筑搗實[21，22]。這種連接方式施工方便，效率高，但是其整體性和抗震性能還有待提高。

墻和基礎以及墻與墻的連接。墻板主要通過吊裝與基礎相連接，相比于日本的后安裝墻板的裝配式工法，我國目前大多采用香港的先安裝墻板的裝配整體式工法[23]。這種工法利用墻板與墻板之間的現澆連接部分，既消除了誤差，又保證了結構的整體性，并且不會產生較大縫隙，防水性能好。

4　我國建筑工業化存在的問題及建議

我國的建筑工業化雖然有預制構件生產的相關經驗積累，但與發達國家相比還處在初級階段，在建筑工業化的設計、生產、裝配和經營管理過程中還存在下列幾方面的問題，并針對各問題提出相應解決措施。

4.1預制構配件成本高

從理論上講，采用工業化批量生產的混凝土預制構配件其成本應比施工現場澆筑的混凝土構配件低。但由于我國建筑工業化還處于研發和探索階段，并且建筑工業化需要購置大型機械設備以及生產構配件的產房，前期固定資產投入高，機械化施工相比于傳統施工的成本高出7.1%。有數據顯示，目前采用建筑工業化方式建造的建筑，其建設成本每平方米比傳統建筑成本高出500元，大約為總成本的30%，這極大地阻礙了我國建筑工業化的推廣和應用。

在建筑工業化推進初期，政府就是推進建筑工業化的動力源，應該盡快制定相關政策，對建筑業的轉型升級加以扶持，可以對建筑企業予以補貼，并且可以組織開發商、設計單位和施工單位一起研究標準規范、圖集和施工技術規程等的制定。

4.2國家標準不完善

設計標準化是實現建筑工業化的前提，但是目前我國在設計、制造和技術方面的標準都不完備，而且沒有相關強制性準則。企業每做一個項目，都需對其定制一套模具和施工方案，并且重復利用率低，造成極大浪費。另外，由于標準不完善，設計標準化無從談起，多樣化更遙遙無期，設計人員目前還只能根據企業標準或依據自己經驗來設計構配件。

所以建立標準化體系、出臺相關標準和規范是促進建筑工業化發展的重中之重，而且該標準不僅針對設計，而是要對整個建筑產業鏈形成標準體系，使建筑產品的設計和施工效率大大提高，實現規模效應，降低建造成本。并且從日本的住宅工業化發展過程可以看出，只有先實現標準化的構配件，進而形成標準化的建筑單元，然后將不同的建筑單元進行組裝，才能發展建筑的多樣化，進而形成大規模工業化。

4.3建筑工業化人才不足

在現代土木工程的教育中，一方面，學生學習的還都是傳統建筑設計、施工的專業知識，并沒有關于建筑工業化知識的學習，對建筑工業化認識不深，更別提從事建筑工業化設計了；另一方面，現有的結構設計人員并沒有經過建筑工業化方面的職業技能訓練，并且年齡較大，對新技術轉型缺乏積極性。

在土木工程專業教育中，要添加相關課程，加大對學生建筑產業化知識的培養。另外，設計單位和研究院應該積極引進先進的建筑工業化理念體系，鼓勵學習國外的成熟技術，但也不能完全照抄，要符合中國國情。

4.4建筑工業化技術落后

我國目前建筑工業化的科技含量水平還很低，首先沒有相關的材料、設備和機械來支持設計和研發，其次構件重復利用率低，結構、裝飾和保溫還是無法達到同步作業；同時，目前國內的建筑工業化產品還存在穩定性和牢固性方面的問題，尤其是構件連接處，漿錨連接的施工方法整體性還不強，很多產品還禁不住地震的考驗。

我國要向國外學習經驗技術，主要針對施工工法和連接構造技術，以及信息化管理系統的應用。目前，國外某些發達國家的建筑工業化技術已經相當成熟，比如利用GRC技術實現裝飾構件一體化、日本滑動式外墻板以及先進的建筑設計軟件Revit等[24]。國內企業可以和國外企業多合作，開展技術交流，吸取經驗，借鑒技術，同時也要有自我創新意識，對可行的方案可先用ANSYS軟件進行模擬分析，是否滿足建筑要求。

5　結語

目前，我國建筑工業化進入快速發展時期，以各大先進集團為首的國內企業在住宅產業化方面快速發展，建筑工業化的面積不斷擴大，并取得一定成果，但也存在不少問題亟需解決。信息科技、政府和集團的推動以及專業化的技術水平對促進建筑工業化尤為重要，需要不斷地探索和研究。建筑工業化是建筑轉型升級的必然趨勢，政府、企業乃至民眾都應積極面對，努力形成以BIM技術為信息化交流平臺，形成包含設計、生產、施工、開發和經營等環節的建筑產業鏈，推進我國建筑工業化的變革。

【1】秦亮，張季超，王蘊，等.適于建筑工業化的裝配式結構體系[J].工業建筑,2006(S)：1518-1521.

【2】龍玉峰，焦楊，丁宏.BIM技術在住宅建筑工業化中的應用[J].住宅產業,2012(9):79-82.

【3】楊嗣信.關于建筑工業化問題的探討[J].建筑施工,2011,40(347): 1-3.

【4】任憑，牛凱征，莊建英，等.淺議新型建筑工業化[J].建材發展導向, 2014(12):11-15.

【5】紀穎波.建筑工業化發展研究[M].北京：中國建筑工業出版社, 2011.

【6】高瑜.建筑工業化趨勢與發展措施[J].產業與科技論壇,2010,9(5): 117-204.

【7】陳敖宜，張肇毅，王卉，等.建筑工業化與綠色模塊建筑[J].建筑結構,2013,43(S2):334-336.

【8】王有為.對建筑工業化的一些認識[J].住宅產業化,2015(5):16-18.

【9】鄒曄.新型建筑工業化發展淺析[J].中國金屬結構,2015(7):46-47.

【10】紀穎波，周曉茗，李曉桐.BIM技術在新型建筑工業化中的應用[J].建筑經濟,2013(8):14-16.

【11】熊誠.BIM技術在PC住宅產業化中的應用[J].住宅產業,2012 (6):32-36.

【12】紀穎波.新型建筑工業化前路漫漫[J].施工企業管理,2012(6): 10-13.

【13】溫可.淺談建筑工業化與工業化建筑[J].今日科苑,2010(8):20-23.

【14】張洋.工業化建筑體系中建筑設計的若干問題[J].科技創新與應用,2015(36):268.

【15】張希黔，康明，黃樂鵬.對我國建筑工業化現狀的了解和建議[J].施工技術,2015，44(4):5-13.

【16】賀靈童，陳艷.建筑工業化的現在與未來[J].工程質量,2013(2): 50-53.

【17】徐瑩瑩.建筑工業化實踐及問題總結[J].天津科技,2013(1):41-43.

【18】浦艷.建筑工業化設計的研究[J].中國高新技術企業,2011(34): 29-31.

【19】蔣勤儉.中國建筑產業化發展研究報告[J].混凝土世界,2014(7): 10-20.

【20】劉禹.我國建筑工業化發展的障礙與路徑問題研究[J].建筑經濟, 2012(4):28-30.

【21】楊嗣信.對多層住宅建筑工業化施工的建議[J].建筑技術開發, 2015,42(10):14-17.

【22】龍玉峰.工業化住宅建筑的特點和設計建議[J].住宅科技,2014 (6):50-52.

【23】顧泰昌.國內外裝配式建筑發展現狀[J].工程建設標準化,2014 (8):48-51.

【24】葉明.武潔青.關于推動新型建筑工業化發展的思考[J].住宅產業, 2013(3):11-14.

CurrentApplicationand FutureDevelopmentSuggestionofBuilding Industrialization in China

SUN Ze-shi
(XuzhouChinaUniversityofM iningand TechnologyArchitecturalDesignConsulting InstituteCo.Ltd.,Xuzhou 221008,China)

Thispaperdescribed thedefinition,characteristicsand advantagesofbuilding industrialization firstly,and thenanalyzed the current situation of domestic building industrialization from the production of prefabricated concrete members,industrialized buildingstructuresystem to theconnection technologiesbetweenprecastmembers.Next,someproblemsand correspondingsolutions to domestic building industrialization are put forward,such as the high cost of prefabricated members,the deficiency of national standards,professional talents,and the lag in technology,which can provide suggestion and reference for the future development of building industrializationinourcountry.

buildingindustrialization;advantages;applicationstatus;problems

TU506

A

1007-9467（2016）11-0118-05

孫澤世（1973～），男，高級工程師，從事結構設計、項目管理及材料研究。

2016-07-17