建筑工業化建造模式與技術探討

文/中國建筑第八工程局有限公司 馬昕煦 廖顯東 朱 海 劉亞男

馬昕煦，中國建筑第八工程局有限公司業務經理，工程師，工學博士

廖顯東，中國建筑第八工程局有限公司裝配式建筑設計研究所所長，高級工程師，工學博士

朱 海，中國建筑第八工程局有限公司業務經理，高級工程師

劉亞男，中國建筑第八工程局有限公司業務經理，工程師

0 引言

我國建筑業目前仍處于勞動密集粗放型行業階段，勞動生產率總體偏低，資源與能源消耗嚴重，建筑環境污染問題突出，建筑施工人員專業技術程度偏低，建筑工程質量與壽命不高。針對這一現狀，大力推行建筑工業化已成為解決“四節一環保”問題、實現“兩提兩減”目標和推進“兩型”社會建設的必要途徑。葉浩文等[1]提出“三個一體化”概念，即建筑結構機電裝修一體化，設計加工裝配一體化，技術管理市場一體化，為我國的建筑工業化指明了發展方向。

目前，我國建筑工業化的頂層組織框架已基本形成，自20世紀90年代至今，國家陸續出臺了一系列政策，發展裝配式建筑已上升為推進社會經濟發展的國家戰略，國務院及住建部出臺了相應的行業規程、國家標準及圖集，為裝配式建筑的發展提供了很好的標準和規范支撐，全國各地也陸續建立示范城市和產業化基地并發揮引領和示范作用。隨著勞動力成本提高、市場內動力逐步增強及建筑工業化技術水平提升，裝配式建筑業發展開始加速進行，以上海為例，至2016年，上海已落成1385萬m2裝配式建筑，建成預制混凝土構件廠57家，實現產能120萬m3。

雖然裝配式建筑的推廣工作如火如荼，但發展過程中仍然面臨諸多問題和挑戰。本文將系統指出裝配式建筑全過程建造的技術要點，總結常見問題，并分享工程實踐經驗。

1 裝配式混凝土建筑深化設計

我國設計人員對于裝配式建筑的設計尚處于起步階段，普遍走的是先結構定型，再結構拆分的技術路線，設計人員通常缺乏裝配式建筑的全局性、系統性設計思維，在結構方案設計階段并未考慮好如何平衡建筑多樣性需求與裝配式建筑標準化特點的矛盾，造成拆分后構件復雜、規格繁多，極大地增加了生產、建造成本。

裝配式建筑設計應綜合考慮方案階段、設計階段、深化設計、構件生產、安裝階段的全局性工作。其中，深化設計起到承上啟下、全程跟蹤的作用，需配合各專業進行措施整合，并指導生產和施工。

預制構件拆分是深化設計的一項重要工作，拆分方案是否合適將直接影響生產建造成本。構件拆分要盡量做到少規格、多組合、模數化的要求，應遵循“先水平、再豎向，先外墻、再內墻，外圍護單間拆分，接縫位置選受力較小處，構件不過大過重”的原則。

2 預制構件生產

目前預制構件生產主要有2種方法：①固定臺座法；②循環流水線法。2種方法都有各自的優勢和適用范圍，必須根據實際條件進行選擇。

1）固定臺座法 以固定模具為中心、橋吊為物料運輸工具的生產組織系統（見圖1），主要設備為模具、橋吊及養護罩，混凝土成型主要依靠附著式振動器或手動插入式振搗器。其優點在于工藝簡單，操作方便，有利于質量控制，一次性投資較小；缺點在于車間占地面積大，混凝土攪拌、運輸及澆筑環節緊湊性差、效率較低。固定臺座法一般適用于各種條件和場合的項目，尤其是一次性項目。

2）循環流水線法 以循環流水線配套專業攪拌站的自動生產組織系統（見圖2），主要設備包括攪拌站、模具、振動臺、傳送線、養護窯及橋吊，混凝土成型主要靠振動臺完成。其優點在于流水線組織，集成化程度很高，長期大規模專業化生產標準產品的優勢明顯；缺點是只適合板類構件，不適合異形構件，機動靈活性差，建設期較長，一次性投資大。循環流水線法適用于投資規模大、運行期也較長的項目，不適用于一次性項目或短期項目。

圖1 固定臺座法

圖2 循環流水線法

3 裝配式混凝土建筑施工

裝配式建筑施工策劃在裝配式建筑建造過程中至關重要，包括平面布置、起重設備選型、構件運輸與堆放、支撐系統和外架形式、預制構件安裝和施工連接等方面，策劃水準直接影響裝配式建筑的施工質量、施工效率及建造成本。

3.1 平面布置

以某工程為例，其平面布置應結合起重設備布置堆放場地；應滿足車輛運輸的道路要求，包括寬度、轉彎半徑和承載力等；以循環或單向通行道路為優（見圖3）。

3.2 起重設備

起重設備應滿足構件吊裝需求；根據覆蓋范圍確定施工場地、分區、堆場布置的合理性；根據占用時間確定構件卸車、吊裝等工序和時間節點安排；根據起重需求確定塔式起重機型號；根據區段間流水、相互影響、作業量均衡確定塔式起重機位置，以保證塔式起重機群協調作業。

3.3 構件運輸

預制構件運輸過程中應采取防破損保護措施，在構件和剛性擱置點處填塞柔性墊片；預制柱、梁、疊合樓板、陽臺板、樓梯、空調板宜采用平放駁運；預制墻板宜采用豎直立放駁運；復合保溫或形狀特殊的墻板宜采用插放架、靠放架直立堆放，插放架、靠放架應通過計算并具有足夠的強度、剛度和穩定性，支墊應穩固，并宜采取直立運輸的方式（見圖4）。

3.4 構件堆放

結合工期計劃制定構件進場計劃及堆場面積，現場應留有1層構件堆放所要求的面積，避免“等構件”現象發生。堆場應做硬化處理，并采用合適的堆放方式與工具（見圖5）。

3.5 支撐措施

安裝施工前，根據臨時斜支撐的可調節長度確定規格型號；連接件應方便、可靠（見圖6）；樓板預埋件需滿足承載力需求；根據實際荷載確定水平構件支撐的形式、數量及支撐點位置。

圖3 平面布置

圖4 構件運輸的保護措施

圖5 構件堆放

圖6 連接件

3.6 外架形式

施工前應根據實際需要確定外架形式，常用的外架形式包括：懸挑架、爬架及掛架（見圖7）。

1）懸挑架 屬于傳統腳手架，搭設簡單，工字鋼洞口需在構件上進行預留，適合外墻作業量較多的項目。

2）爬架 預埋件較少，成本高，適合外立面簡單且層數較多的項目。

3）掛架 和預制墻板整體吊裝，需提前在預制墻板上預留孔洞，吊裝前，掛架安裝在預制墻上然后整體吊裝，適合外墻作業量較少的項目。

3.7 構件安裝

安裝施工應事先確定合理的構件吊裝順序，并選擇方便實用且效率高的安裝工具，控制構件的安裝精度。

可采用預留鋼筋定位器（見圖8），以實現墻板預留鋼筋的精準定位；應精準設定標高控制點，并測量樓面各處標高，利用鋼質或硬橡膠墊片調整墻底標高。

3.8 施工連接

現澆節點區域應確定合理的鋼筋連接與綁扎順序，避免返工；模板的加固需滿足剛度需求。

疊合板上的預埋水電管線宜先于樓面鋼筋進行施工；樓面需按要求設置預埋件（見圖9）。

4 裝配式建筑建造過程中常見的質量問題

1）深化設計造成的質量問題，比較常見的是后澆部位鋼筋碰撞、關鍵構造遺漏，圖10所示為柱底鍵槽排氣孔遺漏（按照JGJ 355—2015《鋼筋套筒灌漿連接應用技術規程》的要求，柱底鍵槽應設置排氣孔）。

2）生產制作的常見質量問題主要包括：粗糙面做法不合格、構件裂縫、灌漿孔和出漿孔布置不合理（見圖11）、構件夾渣、預留鋼筋偏位等。

圖7 外架形式

圖8 預留鋼筋定位器

圖9 設置預埋件

圖10 柱底鍵槽排氣孔遺漏

圖11 灌漿孔和出漿孔布置問題

3）運輸堆放時產生的質量問題，主要有折板、局部破損、構件開裂等（見圖12）。

4）安裝施工常見問題包括未使用角件保護造成的撬棍損傷、構件污漬、吊裝作業不規范、臨時支撐設置不合理、現澆段平整度偏差過大、外墻板接縫漏漿、構件安裝精度不夠、套筒灌漿不密實、外頁墻板爆模、樓板露筋等（見圖13）。

造成這一系列問題的原因是多方面的：①業主方往往習慣于“邊決策-邊設計-邊修改”的模式；②設計方缺乏對生產工藝和施工技術的充分了解；③總承包方未開展前期策劃和專項施工方案編制，以致施工組織管理仍按傳統現澆建造方式進行，PC安裝在分項工程中的核心地位未被重視；④現場監理對生產施工的質量監督不到位。因此一旦上游環節工作缺位，就會致使問題在PC安裝階段集中爆發，所以真正做到管理前置十分重要。

5 裝配式建筑項目實例

中國建筑第八工程局有限公司（以下簡稱中建八局）在裝配式建筑領域經歷多年實踐與探索，獲得豐碩成果，已形成建筑裝配式預應力雙T板-框架/剪力墻結構體系、裝配整體式預應力混凝土框架結構體系、“綠科”鋼結構住宅體系及地下基坑的裝配式鋼結構內支撐體系等建筑工業化體系[2-4]。公司憑借科學管理和不斷探索創新，陸續完成如華為上海基地、江蘇宜興大溪河北岸公建、上海迪士尼、虹橋生態商務區售樓處（見圖14）、長春一汽全裝配式停車樓（見圖15）、深圳市職工繼續教育學院新校區、上海顓橋萬達廣場、上海市楊浦區平涼社區18街坊、深圳大運會體育中心等公建項目；萬里居住區8號西地塊商品住宅、上海萬科新里程、上海彩虹灣項目四期動遷安置房、寶應縣經濟適用房發展中心馨怡家園13號樓、上海市浦東新區民樂大型居住社區C01-05地塊1～4號樓等住宅項目。

圖12 成品運輸保護問題

圖13 吊裝問題

圖14 虹橋生態商務區售樓處裝配整體式預應力混凝土框架結構體系

圖15 長春一汽全裝配式停車樓預應力雙T板-框架/剪力墻結構體系

6 建筑工業化創新模式展望

傳統的建筑工業化概念局限于建筑工廠化，多把加快建筑工業化進程等同于提高構件的工廠預制裝配率。建筑工業化是一種高效、節能、環保的建筑設計和施工組織方式，只要是滿足高效、節能、環保并利用現代工業化技術成果的施工方法和措施，無論其應用在工廠還是工地均應屬于建筑工業化，按此標準，工具式腳手架、整體式模板、預制鋼筋骨架均屬于建筑工業化。因此，不可單純從預制率上衡量工業化程度[5]。我國的建筑工業經歷了半個多世紀的發展，獲得的成績毋庸置疑，如混凝土攪拌站的建立、高強鋼筋的應用、泵送代替罐送等，不可因為裝配式的興起而舍去過去的研究成果和經驗。

為此，中建八局提供了一種我國建筑工業化發展的新思路——基于“六化”策略的現澆混凝土結構建筑工業化創新建造模式。其中，“六化”具體指材料高強化、鋼筋裝配化、模架工具化、混凝土商品化、建造智慧化、部品模塊化。

1）材料高強化 應用600MPa級高強鋼筋以減少梁、柱、板的鋼筋數量，600MPa級高強鋼筋比目前廣泛采用的Ⅲ級鋼筋強度提高45%。用600MPa級鋼筋代替Ⅲ級鋼筋可節約鋼材20%～30%，使建筑鋼筋用量大幅下降，在降低勞動強度的同時，減少人工1/4，縮短鋼筋工程施工工期1/4。高強鋼筋的推廣應用還將降低鋼鐵業對環境的污染，是真正實現綠色建筑與施工、節能環保、踐行低碳理念的重要途徑。

2）鋼筋裝配化 采用成型鋼筋骨架自動化生產與裝配技術，實現鋼筋數控加工，焊接成型或機械綁扎，現場整體裝配，替代傳統手工綁扎鋼筋的施工模式，并可實現節材20%～30%，降低勞動強度25%，縮短鋼筋工程施工工期25%，達到高效節材的目的。

3）模架工具化 采用可快速安裝、拆卸的工具式模架體系，通過標準模架板塊配合非標準模架板塊之間的拼裝，形成完整的模架體系。設計時還通過模板設計軟件，對模架板塊的配置進行標準化設計，提高模板配置效率。這種工具式模架體系可重復利用，并可縮短工期、節省成本、提高施工質量、降低勞動強度。

4）混凝土商品化 采用混凝土超高超低泵送技術、超大超厚底板混凝土施工技術、超長無縫混凝土施工技術、大型混凝土溜管施工技術、清水混凝土施工技術等，保證商品化混凝土在施工現場的工業化應用。

5）建造智慧化 以BIM平臺為載體，以“互聯網+”為手段，以智慧建造為目標，運用BIM的“互聯網+智能化”項目協同管理系統，在項目協同、設計優化、工期管控、流程管理、質量安全、材料跟蹤、智慧工地、智慧物業、運維監管等方面，實現工程項目智慧建造、企業總部遠程監管、建設單位智慧運維。

6）部品模塊化 通過采取深化設計模塊化、部品制造工廠化、施工現場裝配化的操作模式，將機電、裝飾模塊化施工技術應用在機電、裝飾等建筑部品上。生產時采用機械化加工方式，有利于加工效率、加工精度的提高及產品質量的提升，同時起到節省材料、降低造價、減少垃圾、綠色環保的作用。

雖然裝配式建造方式是實現建筑工業化的核心途徑，但在未來的住宅建設中，我國現澆混凝土結構仍會占極大比重，即便是裝配式結構，仍需現澆混凝土的配合。所以，只有依靠基于“六化”策略的現澆混凝土建筑工業化建造模式，才能使得占有主要市場量的現澆混凝土結構不至于成為“高效保質”“節能環保”的短板，才能使現澆混凝土結構與裝配式結構相對平衡發展。

7 結語

本文對裝配式建筑全過程建造中的技術要點進行闡述，總結一系列裝配式建筑的常見問題，并介紹了一些中建八局近年的來裝配式建筑實踐項目，最后對基于現澆建造方式的建筑工業化創新模式進行了展望，希望通過實踐獲得的技術經驗能為同行提供參考。

參考文獻：

[1]葉浩文，江國勝，周沖．裝配式建筑三個一體化的發展思考[J]．建設科技，2016（19）：50-52．

[2]廖顯東．預制預應力混凝土框架結構體系研究與應用進展[J]．建筑結構，2015（22）：65-70．

[3]廖顯東，胡翔，馬榮全，等．高軸壓比裝配整體式預應力混凝土框架中節點抗震性能試驗研究[J]．建筑結構學報，2016（10）：82-89．

[4]周光毅，張廣韜，白羽，等．裝配式停車樓建造關鍵技術[J]．施工技術，2016，45（4）：23-26，30．

[5]李本悅，徐成，樊啟廣．建筑工業化的發展現狀與對策[J]．山西建筑，2014（8）：27-28．