成都地區(qū)建筑工業(yè)化施工初探——以綠地東村幼兒園建筑工業(yè)化項目為例

繆　英， 鄢　偉， 趙雪媛

(1. 四川大學(xué)錦城學(xué)院， 四川成都 611731;

2. 成都建工集團(tuán)總公司， 四川成都 610014; 3. 四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院, 四川成都 610065)

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成都地區(qū)建筑工業(yè)化施工初探
——以綠地東村幼兒園建筑工業(yè)化項目為例

繆英1， 鄢偉2， 趙雪媛3

(1. 四川大學(xué)錦城學(xué)院， 四川成都 611731;

2. 成都建工集團(tuán)總公司， 四川成都 610014; 3. 四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院, 四川成都 610065)

【摘要】建筑工業(yè)化是建筑業(yè)轉(zhuǎn)變發(fā)展方式的必然趨勢,作為西部重要城市，成都也在積極探索建筑工業(yè)化的實施和發(fā)展。文章介紹了成都市首個新型建筑工業(yè)化示范項目——綠地東村幼兒園在建筑設(shè)計、構(gòu)件預(yù)制、現(xiàn)場吊裝、BIM應(yīng)用等方面進(jìn)行的建筑工業(yè)化探索。

【關(guān)鍵詞】建筑;工業(yè)化；施工；發(fā)展；建筑業(yè)

1建筑工業(yè)化的起源

建筑工業(yè)化是指用現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)方式和組織管理手段代替?zhèn)鹘y(tǒng)的、以現(xiàn)場濕作業(yè)人力生產(chǎn)方式來建造房屋，也即是采用類似其他工業(yè)行業(yè)的生產(chǎn)組織模式，用工廠化、機械化、規(guī)模化手段生產(chǎn)建筑產(chǎn)品[1]。基于建筑業(yè)自身的很多特點，其工業(yè)化步伐比其他行業(yè)遲緩很多。第二次世界大戰(zhàn)后，隨著世界經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)和發(fā)展，生產(chǎn)性和非生產(chǎn)性建筑的建設(shè)數(shù)量猛增而勞動力缺少，傳統(tǒng)的建造方式已不能適應(yīng)大規(guī)模建設(shè)的需求。形勢迫使建筑業(yè)必須改變單件定制式生產(chǎn)、受外部環(huán)境和氣候條件影響大、生產(chǎn)周期長等缺點。因此，適應(yīng)大規(guī)模、高速度建設(shè)的建筑工業(yè)化技術(shù)體系應(yīng)運而生(圖1、圖2)。

圖1　國外大板建筑居住區(qū)

圖2　盒子裝配式建筑

2我國建筑工業(yè)化的發(fā)展

2.1我國建筑工業(yè)化的起源

相對于國外建筑工業(yè)化的發(fā)展，我國建筑工業(yè)化的起步更晚，直到20世紀(jì)50年代，預(yù)制構(gòu)件才開始應(yīng)用。由混凝土預(yù)制構(gòu)件廠，按統(tǒng)一模數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計生產(chǎn)的構(gòu)配件，運到施工現(xiàn)場后，進(jìn)行機械吊裝建成建筑主體。優(yōu)點是解決了人工在現(xiàn)場制作的缺點，工程施工速度加快。但不足之處是削弱了結(jié)構(gòu)整體性，由于接縫處理不當(dāng)而產(chǎn)生滲漏、隔熱問題，結(jié)構(gòu)形式和外觀設(shè)計單調(diào)，使城市建筑缺乏特色和美感。20世紀(jì)70年代，混凝土裝配式預(yù)制構(gòu)件的應(yīng)用與研究更加普遍，并研究開發(fā)了混凝土大板建筑體系、框架輕板建筑體系等，鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架在大跨度空間結(jié)構(gòu)中也開始使用。20世紀(jì)80年代，隨著垂直運輸機械化和混凝土泵的使用，使現(xiàn)澆混凝土技術(shù)的應(yīng)用更為廣泛。利用大模板和滑升模板的現(xiàn)澆混凝土的建筑結(jié)構(gòu)也大量使用。預(yù)制裝配式混凝土構(gòu)件建筑由于結(jié)構(gòu)的整體性、抗震性和墻體防水問題未能很好地解決以及堆放場地大、經(jīng)濟(jì)性問題等諸多原因，至20世紀(jì)80年代末，僅北方局部地區(qū)還在使用。20世紀(jì)90年代后，隨著大量農(nóng)村富余勞動力進(jìn)入建筑業(yè)，建筑工程中以現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用較多，而預(yù)制裝配式混凝土構(gòu)件僅用于單層工業(yè)廠房和民用建筑的局部構(gòu)件。輕鋼結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房、倉庫、住宅、商場等民用建筑中開始得到應(yīng)用。鋼結(jié)構(gòu)自重輕，整體性、抗震性好，施工速度快，大大減輕工人的勞動強度，又具有環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和美觀的優(yōu)點，建筑工業(yè)化開始向輕鋼結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)方向發(fā)展。

2.2現(xiàn)代建筑工業(yè)化的發(fā)展

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著我國社會的發(fā)展，城市化進(jìn)程的加快，傳統(tǒng)的建造方式給社會帶來的高能耗和高消耗，嚴(yán)重阻礙了經(jīng)濟(jì)的循環(huán)發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展。環(huán)保壓力和成本壓力兩大因素倒逼建筑業(yè)向更高層次的建筑工業(yè)化方向發(fā)展。建筑業(yè)相關(guān)各方開始對新型建筑工業(yè)化的建造方式進(jìn)行研究，并借鑒西方發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗探索。如黑龍江出臺地方標(biāo)準(zhǔn)DB 23-T1400《預(yù)制裝配整體式房屋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》，北京萬科推出了“裝配整體式剪力墻體系”和“復(fù)合外墻夾芯保溫體系”，安徽合肥推廣的剪力墻預(yù)制裝配技術(shù)為德國西偉德預(yù)制夾芯墻板技術(shù)，上海萬科引進(jìn)日本技術(shù)在萬科新里程、地杰等項目建造外掛預(yù)制墻板工程。2014年，天津首條“裝配式住宅生產(chǎn)線”正式啟動，該生產(chǎn)線將涵蓋預(yù)制混凝土、自動輸送、構(gòu)件生產(chǎn)、倉儲和物流配送等完整產(chǎn)業(yè)鏈，建成后每年可滿足200×104m2建筑的建設(shè)需求[2]。

2.3成都建筑工業(yè)化現(xiàn)狀

全國各地建筑工業(yè)化持續(xù)升溫，成都作為我國西部最重要城市之一，也于2013年就已經(jīng)開始對建筑工業(yè)化先期進(jìn)行了研究，積極探索建筑工業(yè)化。2015年4月，成都市首個新型建筑工業(yè)化示范項目“綠地東村幼兒園”預(yù)制構(gòu)件正式吊裝安裝；2015年5月，成都建工集團(tuán)建筑工業(yè)化生產(chǎn)基地正式投產(chǎn)，標(biāo)志著成都市進(jìn)入建筑工業(yè)化的新時代。

3成都綠地東村幼兒園建筑工業(yè)化介紹

3.1工程概況

成都市綠地中心東村幼兒園項目，建筑層數(shù)3層，局部2層，建筑總高度10.25 m，總建筑面積3 433.88 m2。建筑結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)類型為獨立柱基礎(chǔ)，抗震烈度為7度，抗震等級為2級(圖3)。該工程在建筑工業(yè)化方面的探索，主要表現(xiàn)在建筑設(shè)計階段、預(yù)制構(gòu)件制作階段、現(xiàn)場安裝施工階段、BIM與工業(yè)化的結(jié)合。

圖3　綠地東村幼兒園方案效果

3.2建筑設(shè)計階段的探索

同其他地區(qū)一般采用立面規(guī)整、平面規(guī)則的住宅項目作為建筑工業(yè)化試點不同，綠地東村幼兒園項目從設(shè)計初期開始就對建筑工業(yè)化提出了更為苛刻的要求。該項目分為兩階段設(shè)計，第一階段仍為目前常規(guī)的二維平面建筑及結(jié)構(gòu)設(shè)計，第二階段再對其進(jìn)行面向構(gòu)件的分解和構(gòu)件化設(shè)計。經(jīng)設(shè)計及施工單位反復(fù)研究、論證，最終決定采用預(yù)制PC構(gòu)件的建筑工業(yè)化技術(shù)。經(jīng)優(yōu)化、拆分后，具體的大板有外墻復(fù)合大掛板147塊，大疊合樓板256塊，大樓梯斜板8塊(圖4、圖5)。

圖4　外墻復(fù)合大掛板工業(yè)化設(shè)計

圖5　大疊合樓板、大樓梯斜板工業(yè)化設(shè)計

在建筑工業(yè)化的進(jìn)程中，建筑標(biāo)準(zhǔn)化與多樣化是一對固有的矛盾，如何協(xié)調(diào)這一對矛盾，是衡量某一工業(yè)化建筑體系成熟度的重要標(biāo)志。綠地東村幼兒園的設(shè)計，在探索如何既保證立面造型豐富、色彩多樣、平面布局靈活、進(jìn)退有度的幼兒建筑特征，又滿足“重復(fù)使用最多的三個規(guī)格構(gòu)件的總個數(shù)占預(yù)制構(gòu)件總數(shù)的比例不低于60 %”這一建筑工業(yè)化的要求做出了積極的探索。

3.3預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段的探索

該工程工業(yè)化預(yù)制構(gòu)件主要為：外墻復(fù)合大掛板147塊，大疊合樓板256塊，大樓梯斜板8塊。這些預(yù)制構(gòu)件均由成都市首個建筑工業(yè)化生產(chǎn)基地——成都建工集團(tuán)建筑工業(yè)化生產(chǎn)基地生產(chǎn)。該生產(chǎn)基地?fù)碛泻w疊合板、內(nèi)(外)墻板、預(yù)制樓梯、梁柱以及市政橋梁等全部PC部品構(gòu)件的生產(chǎn)能力。目前含內(nèi)墻板、外墻板、固定臺座、鋼筋加工共4條生產(chǎn)線，年產(chǎn)量約15×104m3部品構(gòu)件，能滿足150×104m2以上的建筑工業(yè)化工程的建設(shè)需要，是目前國產(chǎn)最大的、最先進(jìn)的生產(chǎn)線之一(圖6～圖8)。

圖6　成都建工工業(yè)化生產(chǎn)基地

圖7　疊合樓板生產(chǎn)過程

圖8　綠地東村幼兒園預(yù)制構(gòu)件成品

高效、整潔、有序的工業(yè)化生產(chǎn)基地，必然能提供質(zhì)量穩(wěn)定、尺寸統(tǒng)一的預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)品。構(gòu)件生產(chǎn)不再受天氣和季節(jié)的影響，機械化程度顯著提高，用工需求明顯減少，工人勞動強度也得到了極大的改善。但是，一次性生產(chǎn)基地投入大，需要有大型吊裝設(shè)備，在城市狹窄路上運輸困難，預(yù)制構(gòu)件成品保護(hù)的要求高，這些都是新型預(yù)制構(gòu)件發(fā)展道路上遇到的困難。總結(jié)成都首個工業(yè)化建設(shè)基地的建成，若能規(guī)模化、成片化、標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)行房屋建造，勢必能提高效益、降低造價，揚長避短的加速推進(jìn)建筑工業(yè)化道路。

3.4現(xiàn)場安裝階段的探索

相對于傳統(tǒng)的全現(xiàn)澆建造方式，工業(yè)化建筑的現(xiàn)場施工安裝有以下的技術(shù)特點：

(1)傳統(tǒng)工藝外墻施工都需要搭設(shè)腳手架進(jìn)行濕作業(yè)施工，而采用外墻掛板可以提前在工廠內(nèi)將外墻裝飾面及保溫做好，運至現(xiàn)場后直接進(jìn)行吊裝。這樣一方面減少了現(xiàn)場的濕作業(yè)工作量，另一方面在做好室內(nèi)臨邊防護(hù)的情況下，外架在主體完成后即可拆除，可減少鋼管和扣件等周轉(zhuǎn)材料的租賃費用。同時其裝飾層的觀感質(zhì)量、外墻面磚、保溫層的結(jié)構(gòu)粘接強度得到大幅度提升，徹底杜絕了外墻面磚滲水、脫落等質(zhì)量通病(圖9)。

圖9　傳統(tǒng)面磚粘貼與工業(yè)化成品對比

(2)采用工業(yè)化施工，疊合樓板是在構(gòu)建廠加工完畢后運至現(xiàn)場進(jìn)行吊裝，故只需在現(xiàn)場澆筑疊合樓板上幾厘米現(xiàn)澆層混凝土。一方面減少了混凝土的損耗，另一方面縮短了現(xiàn)場澆筑混凝土的時間。同時，樓板底面光滑平整，可以實現(xiàn)清水混凝土裝飾效果，也可大大減少裝飾膩子、乳膠漆的用量。

(3)由于采用疊合板，樓板不需要采用方木與模板結(jié)合的方式支設(shè)底板，而采用可重復(fù)使用的方鋼對疊合板進(jìn)行支撐。方鋼在使用中基本不會損耗，重復(fù)使用次數(shù)多；每塊疊合板只需2根方鋼進(jìn)行支撐，相比傳統(tǒng)方式采用方木支撐的情況，大大減少了施工強度和木材的消耗，實現(xiàn)了綠色低碳的施工生產(chǎn)。

(4)由于采用建筑工業(yè)化，將原來需現(xiàn)場作業(yè)的部分工作放在了構(gòu)建廠，從而使現(xiàn)場的作業(yè)量和作業(yè)人員減少(表1)，這樣便于項目上加強管控力度，提高了工程質(zhì)量，減少了安全事故發(fā)生的幾率。

表1　綠地東村幼兒園施工現(xiàn)場作業(yè)人員數(shù)量對比

(5)成品保護(hù)、運輸、起吊、安裝、連接的難度大。由于PC構(gòu)件均有自重大、易碰損的特點。在施工過程中，其成品保護(hù)、運輸、吊裝、連接都需要制定專門的施工方案(圖10)，對參與施工的各工種人員都要進(jìn)行適應(yīng)性培訓(xùn)，甚至開發(fā)專門的施工工具，以便配合這種不同于以往傳統(tǒng)工藝的施工生產(chǎn)方式。

圖10　綠地東村幼兒園工業(yè)化施工現(xiàn)場作業(yè)

3.5BIM與建筑工業(yè)化的融合探索

如何利用BIM技術(shù)上的優(yōu)勢，促進(jìn)建筑工業(yè)化的發(fā)展，綠地東村幼兒園項目也進(jìn)行了初步的嘗試。新型建筑工業(yè)化需要實現(xiàn)施工安裝裝配化，傳統(tǒng)做法需要人工記錄、比對構(gòu)件信息，工作量大且容易出錯。綠地東村幼兒園運用BIM技術(shù)及構(gòu)件身份編碼體系，確保了信息傳遞的完整和正確及可追溯性。3D模型能夠準(zhǔn)確顯示出構(gòu)件應(yīng)在的位置和搭接順序，并在建模和其他階段不斷完善各構(gòu)件的物理信息和技術(shù)信息，這些信息自動傳遞到虛擬施工軟件中隨時進(jìn)行4D施工過程模擬，找出錯誤點并進(jìn)行修改(圖11)。

圖11　運用BIM技術(shù)發(fā)現(xiàn)裝配式構(gòu)件與現(xiàn)澆構(gòu)件的連接問題

建筑工業(yè)化作為一種新型的建造方式，新型建筑工業(yè)化在設(shè)計精度、構(gòu)件部品生產(chǎn)、施工方法、項目管理上都有著更高的要求，以此達(dá)到全壽命周期價值最大化。BIM技術(shù)不僅僅在于糾錯，其自身特點使得它在新型建筑工業(yè)發(fā)展的建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)件部品生產(chǎn)工廠化、施工安裝裝配化、生產(chǎn)經(jīng)營信息化、項目生產(chǎn)集成化五個方面均可以發(fā)揮其優(yōu)勢。

4存在的不足及思考

作為成都地區(qū)的首個示范性建筑工業(yè)化項目，其實施過程也暴露出諸多問題，留待在以后的應(yīng)用中不斷加以研究解決。

(1)建筑工業(yè)化的應(yīng)用范圍。受建筑工業(yè)化技術(shù)體系的先天性的制約，該技術(shù)并不是適應(yīng)一切的“萬能技術(shù)”，必然有其適用的范圍。作為一種新的技術(shù)體系，有必要從技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上界定其應(yīng)用范圍，避免無謂的“為工業(yè)化而工業(yè)化”，盲目的追求其預(yù)制率。

(2)建筑工業(yè)化的設(shè)計技術(shù)。該項目的兩階段設(shè)計技術(shù)，還是傳統(tǒng)的二維設(shè)計對三維化的建筑工業(yè)化設(shè)計技術(shù)的模擬，其技術(shù)框架仍然停留在現(xiàn)澆鋼筋混凝土技術(shù)體系階段。從生產(chǎn)組織形式來看，建筑工業(yè)化是一種全新的、非傳統(tǒng)的技術(shù)框架體系，作為其核心配套的設(shè)計思想，包括設(shè)計技術(shù)都應(yīng)顯著區(qū)別于傳統(tǒng)的二維平面設(shè)計方式，只有面向構(gòu)件的技術(shù)規(guī)范、設(shè)計工具所設(shè)計的建筑產(chǎn)品，才是真正的建筑工業(yè)化。

(3)建筑工業(yè)化和BIM技術(shù)的融合。建筑工業(yè)化的基礎(chǔ)就是BIM技術(shù)，其融合的程度，決定了建筑工業(yè)化的生命力。信息化、網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)在本質(zhì)上改變了各行業(yè)的生產(chǎn)、組織及行為方式。作為傳統(tǒng)行業(yè)的建筑業(yè)，面臨著越來越復(fù)雜的功能、安全、技術(shù)、組織管理的要求，只有融合了BIM技術(shù)的建筑工業(yè)化，才能充分發(fā)揮其理論上的先進(jìn)性，否則就是空談。

(4)作業(yè)人員的轉(zhuǎn)型升級。作為轉(zhuǎn)型升級的一部分，建筑行業(yè)的從業(yè)人員也要轉(zhuǎn)型升級。建筑業(yè)從業(yè)人員的思想觀念、組織管理模式都應(yīng)針對建筑工業(yè)化做一次整體“升級”，而不是“舊瓶裝新酒”。

5結(jié)束語

綠地東村幼兒園項目作為成都首個新型建筑工業(yè)化示范項目，采用的是工廠預(yù)制PC構(gòu)件、現(xiàn)場安裝施工的建筑工業(yè)化技術(shù)路線，在建筑設(shè)計、預(yù)制構(gòu)件、現(xiàn)場吊裝、BIM應(yīng)用等方面都進(jìn)行了有益的探索。僅施工現(xiàn)場統(tǒng)計，采用工業(yè)化建筑模板的節(jié)約率達(dá)到了45 %，建筑方木的節(jié)約率達(dá)到了95 %，建筑混凝土澆筑時間降低率達(dá)到了41 %，現(xiàn)場的作業(yè)量和作業(yè)人員具有明顯減少。目前，綠地東村幼兒園已進(jìn)入施工尾期，即將正式投入使用。根據(jù)成都市政府的統(tǒng)一規(guī)劃，以后大量的保障房、公共建筑將采用建筑工業(yè)化方式進(jìn)行生產(chǎn)建設(shè)，在總結(jié)綠地東村幼兒園的經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，整合各種資源，成都必定會很快走上一條“又好又快”的建筑工業(yè)化之路。

參考文獻(xiàn)

[1]劉建榮.建筑構(gòu)造(下)[M].中國建筑工業(yè)出版社, 2013：174.

[2]汪中林. 湖北省建筑工業(yè)化發(fā)展存在的問題及其對策研究[J]. 長江大學(xué)學(xué)報：自科版，2015(5)：65-67.

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B

【中圖分類號】TU741

[定稿日期]2015-09-10