建筑預制構件的工業化生產

李上志， 金　偉

(溫州建正節能科技有限公司，浙江溫州 325000)

改革開放以來，隨著社會經濟的蓬勃發展，住房產業也推動整個國民經濟，成為經濟發展的重要支柱產業[1]。當前，我國正處于城市化建設高峰期，每年新建房屋建筑面積高達近20×108m2[2]。為此，我國就全面推進住房產業現代化，提出節能減排降碳的目標，從根本上實現由粗放型發展向集約型發展轉變。基于技術創新、科技進步、提高產業集約化水平、以及整體綜合效益，從而實現住房建設的可持續發展[3]。

工業化生產的建筑預制構件是一類綠色環保節能型建筑部件，但將其納入新型產業并不恰當。早在1958年，王建瑚[4-5]就翻譯了來自蘇聯的《裝配式鋼筋混凝土結構在工業建筑中的應用》和《裝配式空心陶塊樓板》，這類構件是通過整合設計、生產、運輸、施工等多道環節，實現尺寸標準化、房屋建筑營造標準化，以達到降低資源、能源消耗和環境污染，提高房屋建筑品質和勞動生產率，為實現建筑業的可持續發展提供保障[6]。本文以此為研究背景，重點探討“工業化生產的建筑預制構件相關內容”，為工程應用提供依據。

1　建筑預制構件概述

1.1　工業化生產的建筑預制構件概念

工業化生產的建筑預制構件通常是指在工廠車間完成生產，再通過載重車等物流方式運送到建筑工地，然后輔以專業技術完成組裝的建筑構件。該預制構件可經裝配和現澆相結合而形成一種工業化施工的建筑，在國外及我國港澳地區已廣泛應用。

預制構件主要有：梁、柱、外墻板、陽臺板、樓板、樓梯等組成[7]。

1.2　工業化制造房屋建筑的分類

由工業化生產的建筑預制構件直接組裝而成的建筑，也稱裝配式建筑。從結構體系分有框架、剪力墻、框架—剪力墻三大類，這與現澆結構類似。結合預制內容、抗震等級和高度來區分則如表1所示。

2　建筑預制構件的工業化生產及安裝流程

預制構件的工業化生產及安裝流程主要可分為四塊，分別是設計流程、制作流程、施工流程、檢驗流程(圖1)。

2.1　設計流程

2.1.1建筑施工圖設計

建筑施工圖設計應遵循《裝配式住宅建筑設計規程》、JGJ 1-2014《裝配式混凝土結構技術規程》等現行設計規范進行設計要求，達到施工圖深度，預制構件生產企業應參與施工圖紙會審，并提出相關意見。

表1　建筑預制構件的內容與適用情況一覽[8]

圖1　預制構件的流程

2.1.2預制構件的拆分設計和模具設計

將建筑施工圖設計轉化為建筑構件設計圖，并進行模具設計。由于該過程工作量大、圖紙多、牽涉專業多，需要由建筑設計單位或專業的第三方單位進行預制構件的拆解設計。操作辦法是按照建筑結構特點和預制構件生產工藝的要求，并考慮方便模具加工和構件生產效率，現場施工吊運能力限制等因素，將建筑物拆分為獨立的構件單元。

2.2　制作流程

建筑預制構件的工業化生產，其工藝流程可以參考深圳市住房和建設局組織編寫的《裝配式混凝土構件制作與安裝操作規程》[9]第4部分“預制構件制作”：模具安裝、鋼筋籠安裝、混凝土澆筑、脫模、洗水、修補及養護、成品存放及檢測等。

2.2.1模具制作

就像樂高積木，構件能否順利裝配、能否成功拆模、表觀精度是否平整，主要取決于模具設計與制作精度。按照構件的特點和施工工藝，模具的設計可分為“平脫法模具”以及“翻轉臺法模具”[10]，兩者均為平躺式澆筑，再翻轉脫模，單從操作上看與金屬翻砂鑄造工藝類似。

2.2.2預埋件制作

預制構件涉及到與其他構件或結構件的連接，所以在預制構件的生產制作中有大量的預埋件需要預先安裝，以方便澆筑，如內外門窗的框、外墻磚還有臨時吊鉤等。窗框這種預埋件還需要做好限位與保護措施，而預制外墻板飾面磚，重點控制保護的則是模具支架，鋼筋骨架、飾面磚、窗框和預埋件[6]。

2.2.3脫模、洗水、修補及養護

當混凝土強度應符合強度及剛度要求后，構件可按照作業程序進行脫模，構件可以和模具一起翻轉脫模，確定其重心，以確保后續安裝起吊豎直，方便安裝。

構件脫模后的沖洗與養護也可以參照現澆混凝土的養護進行。當然，作為環節閉合的一部分，構件還需與設計圖紙逐項進行核對檢查。

2.3　安裝流程

預制構件的安裝流程見圖2。

圖2　預制構件的安裝流程[12]

2.4　質量驗收

流程可以參考深圳市《裝配式混凝土構件制作與安裝操作規程》進行，與建筑工程中的其他分項、子項工程的質量驗收程序類似，包括原材料進場報告、實驗室送檢報告、現場檢測報告、隱蔽工程驗收記錄、影像證明材料等[9]。

3　工業化生產的建筑預制構件的優缺點

3.1　建筑預制構件的優點

(1)設計多樣化：在產品多樣化的方面，用比較前沿的說法，這一種準3D打印技術，而且是可定制、可批量生產的。

(2)節能環保：這里有雙重含義，一是性能上的，指構件自身精度高、又常采用各種新型保溫、隔熱材料、自重較輕、有較強的抗震能力；二是環境友好，指構件部分可回收加工重復利用，減少建筑垃圾。

(3)高質量生產：因為采取了工業化手段，生產環境穩定，有標準是產品產出質量保障，因而效果會優于現場制作。

(4)施工裝配化：因為采用預制及半預制形式，現場濕作業大大減少，工廠預制的建筑構件運到施工場地后，立刻可按設計要求安裝施工，有利于環境保護和減少施工擾民。

(5)時間成本優化：這是預制構件的最大賣點，使用預制構件將毫無疑問的縮短了現場施工的時間，對工期有更高的可預測性。只要施工時段允許，就可以齊頭并進，極大地加快工程進展速度，從而減少時間成本及相應的工程貸款成本等。

3.2　建筑預制構件的缺點

工業化生產的建筑預制構件雖然優點很多，但不足之處也是存在的[13]。

(1)技術研究不完善：主要是結構受力、變形、抗震等方面。

(2)軟件配套不完善：諸如BIM技術、施工安裝協調管理軟件等。

(3)模數化、標準化設計等不足：這還需要建立一整套從設計、到施工、到管理、到驗收的規范體系。

(4)配套材料開發不足：工業化生產的建筑預制構件應像3D打印一樣，有充沛的材料庫做后盾，生產適用于當前多樣化的建筑市場。

4　結論

面對國內當前節能減排、綠色環保、可持續的浪潮，推進建筑工業化保障環境友好型社會逐步實現已是大勢所趨，這也是整個建筑行業發展的必然出路。因此，必須加速建筑產業的工業化建設步伐，以積極的姿態去引進各國先進技術，全面提高我國建筑業現代化建設水平。