工業化建筑部品發展現狀探究

程亞美 李志永 趙玉清 苑翔

（北方工業大學土木工程學院，北京 100144）

通過研究我國建筑業的發展過程可以看出，由于傳統的建筑方式具有工期長，能耗高，污染嚴重的弊端，已經給城市建設，生態環境以及建筑產業結構方面帶來了巨大的消極影響，從而具有相對優勢的工業化建筑方式運應而生，并在建筑業領域展現出強勁的勢頭。但目前建筑工業化以及預制裝配式住宅的發展還處于起步階段，沒有形成一定的市場規模，因此在應用過程中出現了概念不明確，部品化制度不完備，標準化程度低等問題。為了給解決上述問題提供參考，本文對工業化部品概念體系劃分、應用中存在的問題及相關研究等內容進行了分析總結。

1 工業化建筑部品概念辨析

日本在工業化建筑發展方面處于世界前列。“部品”這個詞語首先是日本提出來的，其定義一是特指那些在工廠加工生產的產品；二是屬于非結構體，能夠輕易的從建筑中分離出來；三是部品能夠運用規模化和標準化的方式從具體的建筑物中獨立出來，作為商品流通；四是部品不能夠過于特殊或簡單，要適合工業化的生產方式和作為商品流通的附加價值。此外，部品不同于傳統的構件，它自身就具有品牌和型號[1]。

我國在工業化發展方面處于初期階段，借鑒于日本的工業化建筑模式，建筑部品又多被稱為住宅部品。我國對建筑部品的定義見住房和城鄉建設部在2009年頒布的《住宅部品術語》其定義為：“有一定的邊界條件和配套技術作為制約，由兩個或兩個以上的單一產品或復合產品集成的，構成住宅某一部位中的一個功能單元，能夠滿足該部位一項或者幾項功能要求的產品”[2]。這個定義表明住宅部品具有集成的特性，自身具有一定的接口協調與模數化的約束，并在建筑物中具有獨立的功能。

另外在我國國標“ISO/FDIS6707.1（2002E）房屋和土木工程處-詞匯-第一部分”的建筑材料一節中部品的定義也有所提及：“Products manufactured as a distinct unit to serve a specific function or functions”[3]，翻譯成中文是：“產品作為一個特定的部件被生產，用于服務于一種或多種功能”。該定義重點闡述了部品的功能性，并未提及部品的集成與模數化特點，是一種不完備的定義。

本文所界定的建筑部品特指工業化建造方式生產的產品。早在1974年，聯合國出版的《政府逐步實現建筑工業化的政策和措施指引》中給出了“建筑工業化”的定義，其中提到的“構配件生產工廠化”也就是現在我們所提出的建筑工業化所涉及的“建筑部品”的前身。需要說明的是建筑部品既不單純的屬于建筑原材料也不屬于預制構件。建筑原材料屬于原料，經工廠加工成為預制構件或建筑部品。后兩者雖然都是工廠預制，但建筑部品中只包括以建筑為主體的預制混凝土構件，而預制構件不僅包括建筑構件還包括市政工程中的管溝和管件，所以二者有本質上的差別。

通過上述分析可見，目前我國還沒有明確給出工業化建筑部品的定義，通過相關文獻發現我國通常把建筑部品作為工業化建筑部品。基于上述幾種給出的部品定義，本文初步給出了建筑工業化部品的定義，為：由兩個或多個單品或是復合產品集成的，在工廠進行生產，并能夠從建筑中拆分出來的具有多項功能的自身攜帶信息的建筑產品總稱。目前常見的工業化建筑部品包括預制門窗、預制墻體、整體廚衛間、預制樓梯、智能系統等。

2 工業化建筑部品體系劃分

部品體系是實現新型建筑工業化的重要因素，其貢獻率達到11.42%[4]。推進部品化發展并建立完備的部品體系是發展工業化建筑的技術基礎與關鍵環節[5]。基于工業化建造方式，根據部品的不同特性可以將部品進行多體系劃分，各劃分方法都具有自己的優勢與不足，筆者特將現階段部品體系劃分內容做了相關歸納，詳見表1。

表1 建筑部品體系劃分

表1根據部品使用功能的劃分方式中，在住房和城鄉建設部2009年頒布的國標《住宅部品術語》中部品被分成十大類并下設相應的子類目，規定選取子類目中的任意兩項或多項進行組合組成的產品，能夠滿足特定的功能就是相應的部品。在IFC入庫標準（Industry Foundation Classes）的體系劃分方式中結構與外圍部品體系這兩類屬于建筑的主體部分，是建筑的支撐部分；內裝部品、廚衛部品、設備部品以及智能化部品屬于與建筑內裝有關的部品體系，屬內裝部分，其中的廚衛部品體系是集成化程度最高的體系[6]；小區配套部品體系屬于室外設計部分。上述兩種根據功能進行分類的方法，前者各子類目中各單品隨意組合組成部品的劃分方式一方面體現出了部品是集成產品的特點，另一方面反映了其具有劃分簡單但部品涵蓋多樣的優點；后者從宏觀的視角出發將整個建筑物劃分成支撐、內裝與室外三大區域七大類目，不僅涵蓋了建筑本身的部品種類還考慮了配套設施的部品種類，是一種較完備的部品體系劃分方式。

根據部品在建筑中的主次關系的劃分方式將技術也劃分到部品體系中按照形狀特征、標準化程度不同劃分有利于部品批量生產及存儲管理[7]。標準部品是具有相同或類似屬性的能夠批量生產的產品。異形部品是指由于部品樣式、接口、尺寸或用料中某種屬性較為特殊的產品，無法進行批量生產。通用部品是能夠批量生產并具有共同屬性或特征的產品，各產品間可以互換。此處所指的是相對意義上的通用，是建立在滿足建筑需求基礎之上的[8]。目前我國的工業化部品生產大多還處于訂制設計生產階段，通用部品較少。國外經歷了從專用部品體系向通用部品體系過渡的過程，一般都只分為通用部品體系和專用部品體系兩類[9]。

最后，按照結構原材料劃分，建筑部品的建筑體系中鋼筋混凝土結構體系在實際使用中最為普遍，此類結構節省材料且造價低，具有較高的承載力和良好的防火性能。鋼結構體系重量輕且裝拆方便，能夠用于大跨度的建筑。竹木結構抗震性能好、耐腐蝕、安裝勒性好且節能環保。

基于上述對工業化建筑部品的定義和體系劃分的歸納梳理，以下內容分別從部品標準化程度、部品認證制度、部品個性化需求以及部品生產成本與能耗方面對各學者的研究進行了調查總結，反映出了工業化建筑部品發展過程存在的問題以及相應的解決方法。

2.1 部品標準化程度

我國部品標準化程度較低。一個完善的部品體系需要有相應的標準化制度，部品的非標準化生產使各體系部品在尺寸上缺少全國統一的標準，這就使得部品的工廠化生產、機械化裝配受到了阻礙，同時造成設計重復、施工重復的后果。針對部品標準化制度缺失，劉春梅給出了一個相對完善的建筑部品體系，提出了BIM技術在工業化建筑領域的信息傳遞功能。通過BIM技術的仿真模擬功能可以對建筑部品進行三維信息化管理，通過可視化功能可以對部品進行蹤跡識別。鄭華海、劉勻[10]等人以輕鋼龍骨體系工業化住宅為例，利用 REVIT軟件族的概念提出基于BIM（建筑信息模型）創建包含工業化住宅建造全過程信息的輕鋼龍骨式復合墻的信息模型，使用部品專用編碼，可直接定位部品的具體位置，管理部品的存儲、運輸和施工安裝。以上研究反映出利用BIM技術在一定程度上可以解決各體系部品尺寸不匹配帶來的困擾，但此技術更應該成為工業化部品在整個產業鏈中的優化手段，建立完整具有權威性的部品標準化制度仍舊是今后研究的重點。

2.2 部品認證

部品認證體系不完備。我國由于起步較晚，部品認證體系還不夠完善。周曉紅對比研究了中日兩國的住宅部品的認證制度，詳細闡述了日本的部品認定基準、認定流程，發現我國的部品認證制度標準低、認證程序不規范且保險意識差。所以應從這三個方面出發修改完善我國的部品認證制度。此外關柯[11]對國內外的住宅產品認證管理體制進行了分析研究，認為從我國國情角度出發，認證機構的建立應首先得到政府授權，確立其權威性，而后分區設立。

2.3 個性化需求

工業化建筑模式單一，不能滿足人們多樣化的需求。部品發展過程中裝飾個性化、規格多樣化與工廠大批量生產存在一定的矛盾。基于建筑部品缺乏個性化的問題，蔡天然[12]的研究表明工業化住宅的研究重點應該是開發適用于不同體系建筑的通用構配件，這樣不僅可以滿足使用者的多樣化需求，還可以使構配件批量生產，進行商品化供應。由此也可知，只有個性化部件不斷進行設計優化，才能得到成熟的部品接口、尺寸形式，進而設計出通用形式的部品。此外李淑萍[13]的調查研究表明可以通過建筑部品工廠化的發展，企業采用大規模定制方式，商品的多樣化來解決。調查發現注重個性化的這一部分人群經濟水平較高，而建筑工業化最主要的目標群體是中層階級，可以看出目前我國工業化建筑發展個性化并非首要問題。

2.4 部品成本

工業化建筑部品存在造價偏高，經濟性能低的問題。鄒晶[14]研究了鋼結構住宅體系技術性能、經濟性能以及環境性能，在對資源方面進行的測算表明水泥和瓷磚這兩種建材屬高能耗和高污染的建材，應該在今后部品發展過程中減少使用，宜選用較為環保的SMC材料。巨選博[15]在研究中發現目前住宅部品的應用主要集中在裝飾部品和設備部品，占部品建造成本比例最高的結構性部品的運用率極低，結構性部品如外墻板的全生命周期成本比傳統砌塊外墻高約5%，生產成本高致使企業對住宅結構性部品的研發與生產都缺乏動力。宋薇[16]分析裝配式建筑工程成本較高的原因是生產技術較低以及部品生產不精細導致的部品生產和安裝過程的人工費高，降低工業化建筑部品的生產安裝成本能夠通過規范生產實現。美國能源部對在住宅建筑中使用SIPs（Structural Insulated Panels）很感興趣[17]，雖目前SIPs沒有在制造房屋中使用，但它們可能非常適合用于制造工業化建筑生產過程，它們需要更少的原始木材，這可能會降低揮發性和提高木材價格的影響。

2.5 部品能耗

建筑部品能耗方面，受生產工藝和建筑材料種類影響，建筑部品存在能耗高、不利于工業化建筑可持續性發展的問題。杜建東[18]在假設一些計算基礎數據的基礎上，對我國墻體材料常用塊材產品的單位面積砌體產生的綜合能耗、生產過程的碳排放量進行推算，提出采用薄灰縫對降低塊材砌體的碳排放量意義重大。秦珊[19]的研究中指出日本KSI體系旨在綜合開發出長期耐久性住宅，將日本耐久年限全面提升到100年，從而能夠延長建筑生命周期，節約相應建設成本、降低能源消耗。可以發現杜建東對部品能耗研究集中于結構部品生產能耗，秦珊對于部品能耗研究側重于建筑部品體系方面，偏理論。二者的能耗研究都針對部品能耗問題中的一部分展開，研究缺乏整體性。宏觀整體的分析研究建筑部品的能耗問題是今后我們所要努力的方向。

3 結語

本文歸納了工業化建筑部品的定義與建筑部品體系劃分方式，并對各體系的劃分方式優缺點進行了比較說明。此外，對我國學者在工業化部品發展過程中各方面做出的努力進行了總結，可以看出目前我國在研究建筑部品的設計、施工安裝、政策條例以及工程造價等方面有了一定的研究成果。但僅有不多的關于工業化建筑部品能耗的研究都是通過工業化建筑全生命周期開展的，對建筑部品生產、運輸、施工本身的能耗研究太少且不夠系統，且研究進展緩慢。因而需要我們大力開展建筑部品能耗等問題的研究，為實踐綠色工業化建筑，減少建筑部品碳排放提供參考。