預制裝配式建筑結構施工技術現狀與問題研究

席金虎

1. 上海建工二建集團有限公司 上海 200080；2. 上海建筑逆作法工程技術研究中心 上海 200080

建筑工業化的提出，主要是由于我國現有建筑的高耗能問題，節能相對落后，節能空間大。同時，市場渴望大量優質建筑，以滿足日益增長的改善居住品質的需求以及確保高質量的要求。近年來，隨著中國房地產行業的快速發展，工業化的建設更環保、高效快捷，正在被越來越多的企業所采用。大量企業也作了嘗試，并取得了一定的成果。

然而，由于種種原因，中國的建筑產業化發展過程緩慢，不完善的相關標準也已成為大多數企業的發展瓶頸。上海市正加速推進建筑工業化發展，大力推進綠色節能建筑，保障新公共租賃住房和外環線一體化住宅的實施。單體結構的預制率為40%以上，目前全國推廣已經進入快車道，加快推進了裝配式建筑的發展。

1 預制裝配式建筑概述

預制裝配式建筑也就是通過使用裝配式施工技術建造的建筑；裝配式建筑施工技術主要就是把混凝土構件或者部品、部件利用工業化方式進行生產制造，其中主要就是生產制造混凝土主體結構中的梁、板、柱、樓梯等結構部件，以及生產幕墻、一體化的廚衛設施、室內天花地板等裝飾、機電預埋等部品部件；通過專用車輛將部件運輸到建筑施工的現場進行裝配施工；把預制好的混凝土構件、部品部件吊至預定好的位置，利用預留的插筋、預留孔等進行組合，然后進行節點連接等，最后把構件、部品部件連接成為一個完整連續的整體，達到建筑應該有的結構強度和使用要求。

這樣的一種預制裝配式結構施工建設的方法能夠利用工廠化的生產來提高建筑建造的效率，在更好地保證建筑施工質量的同時，能夠有效地實現建筑的工廠化生產建造，且有利于提高綜合性能。

20世紀80年代，我國施工了大量的大板結構住宅，其結構體系與預制裝配式結構非常相似，大量采用預制的墻板、樓板、樓梯等構件，通過少量的混凝土現澆進行連接，施工效率相當高。但是經過長時間的使用后，其容易產生滲漏、樓板裂縫等問題，結構整體性較差，抗震性能薄弱，逐漸被淘汰并被現澆混凝土結構所取代。但隨著近年來引進國外先進技術規模的增加，國內不少企業通過消化吸收，改進裝配式混凝土結構施工的新技術正在逐步形成[1-2]。

2 預制裝配式建筑結構體系

1）裝配整體式混凝土框架結構：框架梁、柱、板等全部或部分采用預制構件構成的裝配整體式混凝土結構。結構傳力路徑明確，裝配效率高，現澆濕作業少，是最適合進行預制裝配化的結構形式。主要用于需要開敞大空間的廠房、倉庫、商場、停車場、辦公樓、教學樓、醫務樓、商務樓等建筑，近年來也逐漸應用于居民住宅等民用建筑。

2）裝配整體式混凝土剪力墻結構：剪力墻全部或部分采用預制墻板建造，整體為混凝土結構。施工現場拼裝后，墻板之間的豎向連接節點用于連接現澆部分與上、下墻板之間的主豎向鋼筋和錨桿，樓板梁板疊合澆筑成整體結構形式。預制混凝土剪力墻結構側向剛度大，兼有承重、保溫和圍護等功能。在我國居住性建筑尤其是保障性住房和經濟適用房中應用較為普遍。

3）裝配式整體式框架-現澆剪力墻體系：剪力墻采用現澆結構?？蚣芰?、柱預制，節點與節點之間的連接構件符合設計和施工相同的澆筑結構要求。結構體系與現澆結構具有相同的性能。結構的高度、結構的抗震等級、設計方法和現澆結構基本相同。

以上是對裝配式建筑的通常劃分方式，但不同的地區、不同的機構對裝配式建筑也有不同的劃分方法。如按照結構（拆分連接）形式可分為：全預制裝配式混凝土結構、單面裝配式混凝土結構PCF/PCTF、雙面疊合墻結構，還有以輕鋼構架固模技術為代表的改良式現澆混凝土結構技術等。

3 預制裝配式建筑構件施工技術

3.1 圖紙的深化

由于裝配式構件建筑建造方式的特殊性，也為了保證建筑的安全以及質量，生產中對于構件的性能也有著較高的要求。裝配式建筑構件制作前應進行深化設計，深化設計應包括以下內容：預制構件模板、配筋圖、預埋吊具和埋設構件的細部結構；帶飾面磚或飾面板構件的排磚圖或排板圖；復合保溫墻板的連接件布置圖及保溫板排板圖；構件加工圖；預制件在脫模、翻轉過程中的強度，構件的承載能力、構件和吊具的變形；預埋吊件的承載力驗算等。

1）構件加工制作深化。包括模板固定連接預埋、構件臨時加固措施、脫模吊點設置、鋼筋及其他預埋件固定措施等。

2）預制構件與現澆節點深化。包括墻板豎向縫深化、墻板水平縫深化、疊合板板端支座深化、預制墻板與現澆邊緣節點深化等。

3）施工總承包深化。包括塔吊電梯附墻連接埋件、臨時固定支撐連接埋件、安全防護設施連接埋件、模板體系與構件連接埋件深化等。

4）其他。施工過程中和裝配式建筑施工相關的其他內容，如施工道路、堆場、構件的固定和脫模起吊等。

3.2 構件的制作

在澆筑工作開始之前，必須要對混凝土構件的模具質量進行檢查，保證模具嚴格地符合設計要求，然后要對構件內的鋼筋成品部件進行嚴格的檢查，之后才能夠涂刷隔離劑進行混凝土的澆筑工作，以保證混凝土澆筑的均勻性和混凝土振搗過程中對鋼筋或者內部預設的部件的保護；澆筑過程中要嚴格地觀察構件有沒有任何的形變問題，一旦有問題要及時解決；混凝土澆筑以后要進行蒸汽養護。

上道工序質量檢測和檢查結果不合格時，不得進行下道工序的生產。構件生產過程中應對原材料、半成品和成品等進行標記，并應對不合格品的標識、記錄、評價、隔離和處置進行規范。

3.3 構件的運輸

構件的運輸是構件從生產到使用最為重要的中間步驟之一；必須要合理地選擇運輸的車輛，同時在運輸的過程中必須要進行構件的固定，運輸中必須要有柔性材料對構件進行保護，并嚴格按照計劃好的路線進行運送，構件運輸過程中，必須要極力避免急剎車、突然加速變道等情況的出現。

3.4 構件的存放

構件堆放場地應進行專門設計與規劃，地坪必須硬化處理，并做好排水措施；堆放構件的支墊應堅實可靠。構件應按類堆放，并應單獨封閉管理。

構件的堆放，應按構件剛度及受力情況平放或豎放并保持穩定，預埋吊件應朝上，標識宜朝向外側容易觀測到的位置。堆放架應有足夠的承載力和穩定性，并應進行力學計算，確定貨架材料承載力及抗傾覆性能。

豎向構件堆放要求：豎向構件如預制混凝土疊合剪力墻板、疊合夾心剪力墻板、夾心保溫外墻板、外掛墻板等宜采用插放或靠放的方式，堆放架上應鋪墊橡膠墊或墊木，防止碰壞預制構件。

選擇靠放形式時，宜對稱靠放，與地面的傾斜角度宜大于80°，相鄰堆放架宜連成整體。

連接止水條、高低企口、墻體轉角等薄弱部位，應采用定型保護墊塊或專用式套件作加強保護[3-4]。

3.5 構件的驗收

構件生產企業應按照有關標準規定或合同要求，產品質量證書發給所提供的產品，重要的技術參數有明確規定。有特殊要求的產品也應提供安裝說明。構件生產企業的質量證明書應包括下列內容：合格證編號，構件編號，產品的數量，部件的型號、質量，生產企業的名稱，生產日期，工廠的日期，檢查員的簽字或蓋章（可以用檢查員的代碼來表達）。

應對進入施工現場的每批預制構件全數進行質量驗收，可在監理單位檢查后使用。驗收內容包括零部件型號、部件與生產單位、生產日期和質量驗收，在零部件的不同部位進行識別；預埋件、起重和補強以及孔的尺寸、位置和數量是否符合設計要求；構件外觀及尺寸偏差是否有影響結構性能和安裝、使用功能的嚴重缺陷等。施工單位和監理單位同時還須復核預制構件產品質量保證文件，包括吊點的隱蔽驗收記錄、混凝土強度等相關內容及相關性能檢驗報告。

3.6 構件的裝配施工

3.6.1 定位技術

預制構件采用套筒灌漿技術或漿錨間接連接技術都對鋼筋的定位有較高的要求，鋼筋偏差較大，上部預制構件套筒安裝不進，規范要求現澆結構施工后預留鋼筋中心位置偏差0～＋3 mm。

預制豎向構件吊裝之前應對預制構件拼縫位置進行雜質清理，調節標高螺栓或硬質墊片以達到設計板底標高，預留鋼筋中心位置及其他預埋件進行尺寸偏差復核；放置PE條或橡膠條。

根據墻體、立柱平面布置圖及吊裝順序圖，對墻體或柱進行吊裝就位，構件就位后立即安裝定位支撐，每塊構件用不少于2組斜支撐進行固定。定位支撐安裝在墻體的同一側面，柱子的兩個垂直側面，支撐點距離板底的距離不宜小于構件高度的2/3，且不應小于構件高度的1/2。安裝好定位支撐后，通過微調調整預制構件進出，然后使用長2 m的靠尺或線錘進行預制構件垂直調整，確保其滿足規范要求。

梁板類構件定位前，下部必須設置支撐系統：如梁底支撐采用立桿支撐＋可調頂托，也可采用盤扣排架或者快拆模板體系調節。

梁主筋通過套筒連接時，應在主筋上標出套筒的位置，保證鋼筋伸入套筒的長度滿足規范要求。梁就位應借助柱頭上的梁端定位線將梁精確校正。

預制疊合板支撐體系安裝：第1道支撐需在樓板邊0.2～0.5 m范圍內設置。疊合樓板支撐體系安裝應垂直，三角支架應卡牢。支撐最大間距不得超過1.8 m，當跨度達4 m時，房間中間的位置適當起拱。

3.6.2 預制構件吊裝

對側向剛度差預的制構件，可通過對構件加臨時撐桿的方法進行加固解決，撐桿與構件通過預埋螺母連接。在構件運輸、翻轉、吊裝時將支承點設置在加強撐桿上，保證構件在運輸、翻轉、吊裝中不變形。

翻轉是預制構件運輸到工地堆放中必須完成的一項工作，在構件翻轉時一般用4根吊索，即兩長兩短加2只手拉葫蘆；起吊前將吊索調整到相同長度，帶緊吊索。將墻板吊離地面，然后邊起高墻板邊松手拉葫蘆，到墻板拎直，松去墻板下面帶葫蘆吊索，把墻板吊到鋼架上。

根據預制構件安裝順序起吊，起吊前吊裝人員應檢查所吊構件的型號規格是否正確、外觀質量是否合格，確認后方能起吊。構件離地后應先將構件安裝面水平用手拉葫蘆調平，構件根部系好纜風繩。在構件安裝位置標出定位軸線，裝好臨時支座靠山。在構件吊裝過程中由于構件引風面大，在構件下降時，可采用慢就位機構使之緩慢下降。為克服塔機在吊裝墻板就位時晃動，可通過在墻板和安裝面安裝臨時導向裝置，使吊裝墻板一次精確到位。構件就位臨時固定后，必須經過吊裝指揮人員確認構件連接牢固后方能松鉤[5-6]。

3.6.3 構件的連接

構件進行連接的方法一共有以下幾種：

1）套筒灌漿連接：主要就是利用鋼套筒對構件進行灌漿式的連接，通過高強度無收縮灌漿料的作用來保證構件的有效連接與穩定。通常分為全灌漿和半灌漿套筒連接。

2）漿錨搭接：漿錨搭接連接，包括螺旋箍筋、漿錨搭接連接、金屬波紋管漿錨搭接連接及其他預留縫和插入鋼筋的間接搭接方法。其對鋼筋直徑和剪力墻使用部位有限制，通常鋼筋直徑≤20 mm，且不得用于邊緣約束構件。

3）現澆式：對于一些構件連接但連接部分較為狹窄的多采用現澆混凝土的方式進行連接施工，混凝土澆筑前，構件預留鋼筋的連接方式通過焊接或者直螺紋連接進行。

4）其他：螺栓連接等其他連接方式的預制剪力墻。通過預留螺栓來連接構件與結構，是一種柔性連接方式，其主要受力仍然是通過現澆邊緣約束構件來實現的。

現在工程常用的節點連接都存在施工工藝復雜、技術要求高等諸多缺點，尤其在鋼筋較密的梁柱節點施工中更是困難。

為此國內不少科研機構、大型企業也都在開發各種新型連接方式。如基于超高性能水泥基復合材料（UHPC）的連接方式，并在此基礎上進一步提出2種新的裝配模式。

UHPC具有超高強度、超高韌性、超高抗開裂能力、裂縫自愈合、超高耐久性能和超高施工性能等特點。經過30多年的發展，UHPC到了一個可以實際應用的水平，并在國內外橋梁、高層建筑、海洋工程等結構中開始得到應用。以UHPC連接的裝配式框架體系，有錨固長度短、直錨的顯著特點，便于施工。

配合相應的工具化施工設備的研發，將進一步提高施工效率，有望解決裝配式施工連接形式復雜、施工困難的難題。

4 建筑工業化技術對裝配式建筑的經濟性影響

隨著國家對裝配式建筑的推動，全國大部分地區相繼開始推行裝配式建筑施工，多個“國家住宅產業化示范基地”建成，建筑工業化技術得到了重視，預制裝配式混凝土結構建筑應用越來越廣泛。但是，與傳統施工方法相比，目前大多數預制裝配式混凝土建筑相比傳統現澆結構造價仍然偏高。大多數地方政府采取出臺扶持鼓勵和補貼政策加以促進，但只能暫時解決一些問題。今年上海等地對裝配式建筑的獎勵政策逐步縮水，如在政策紅利期不能解決經濟性問題，今后，企業參與及推進裝配式建筑的積極性或將不斷下降。

目前，將一般裝配式住宅和現澆結構工期進行對比，對上部結構而言，預制裝配式建筑在工期方面較傳統施工優勢不大，但是外裝施工和室內裝飾施工的工期卻大大減少?？傮w來說預制率越高，縮短工期越多（表1）。

表1 傳統工藝與裝配式工藝對比

4.1 與傳統結構對比，費用增加部分

1）PC構件增加的費用〔預制外墻板（包括保溫）、樓梯、內墻、空調板等〕。

2）金屬構件、預埋件增加費（斜撐、連接片等）。

3）PC吊裝增加費（含輔料，PE條等）。

4）PC板密封膠嵌縫增加費（密封膠）。

5）塔吊機械費增加費。

6）窗框增寬增加費（傳統的窗框5 cm，PC窗框6 cm，增加窗框剛度，防止吊裝時破壞）。

7）外墻涂料施工措施費增加費（吊籃增加費）。

8）措施費增加（道路加厚加寬，PC堆場，倉庫等）。

9）管理成本增加（吊裝風險較大，管理人員增加）。

4.2 與傳統結構對比，費用減少部分

1）現澆混凝土用量減少（傳統結構墻厚200 mm，裝配式結構墻厚180 mm）。

2）外墻面粉刷減少（裝配式結構外墻面平整度較高）。

3）外墻保溫費用減少（夾心保溫體系已包含保溫）。

4）外墻模板主材材料費用減少，但模板人工費增加（單面支模）。

5）腳手架費用減少（但采用安全防護圍擋、挑網等安全措施）。

4.3 裝配式結構不確定費用

1）臨時基礎費用（項目設計的PC基礎是否與傳統基礎一樣）。

2）臨時道路的布置路線不確定，構件堆放場地的不確定（如果堆放在地庫上，地庫要增加支撐）。

3）單件PC質量、建筑高度的不確定導致塔吊型號的不確定（型號不同的塔吊費用有很大差異）。

4）業主與總承包之間采用何種管理模式（如采用EPC管理模式則會使總體成本費用減少）。

5）戶型優化可減少鋼模費用。

5 目前裝配式建筑施工的痛點問題

5.1 沒有形成全方位的完全的共同認識

裝配式建筑發展是建筑業“十三五”規劃的重要組成部分，規劃提出，到2020年末，全國裝配式建筑面積占新建建筑面積比例達到15%；但是，業內仍然對裝配式建筑存在種種疑慮。從最早的對裝配式建筑的抗震性能、外墻滲漏的擔憂，到最近對裝配式建筑節點連接的可靠性、施工的質量和結構安全，以及推廣速度的擔憂等時有出現。

客觀而言，裝配式建筑作為新型的建筑施工技術，不會十全十美。但建筑工業化是我國未來建筑業的發展趨勢和方向，是構建綠色環保型社會的重要內容。新型預制裝配式結構在縮短建造施工期限、降低材料消耗、實現綠色環保目標、形成流水線工業化等方面具有巨大優勢。

裝配式建筑施工有利于發揮標準化設計、工廠化制作、機械化施工的優勢，降低現場施工難度，是提高施工效率、節能降耗的重要手段；圍護構件采用預制不但提升建筑質量還能夠取消外架。

但同時要認識到現階段我國人力成本、從業人員水平、檢驗檢測手段和國外先進、規范標準相比還有差距，而且部品部件的標準化工作尚未到位。如果預制率過高，不但造成費用增加，而且提高了質量安全風險。我國實行預制與現澆相結合為主的技術路線，在設計階段應合理確定預制范圍，不可盲目追求過高預制率，也不可因存在一些問題而不預制。

目前的現實情況是，國內在這方面的宣傳和科普工作嚴重滯后，一方面施工熱火朝天，另一方面基礎理論研究、教育培訓普及不及時，業內意見不夠統一，在社會上更加被動[7-8]。

5.2 技術體系缺乏，沒有在結構體系上形成共識

目前，國內有許多科研院校、設計院、大型房企、施工企業都在參與裝配式建筑的設計、施工等研究。由于裝配式建筑在國內發展時間不長，正處于百花齊放的階段，一方面促進了裝配式建筑的發展，但另一方面也造成了目前裝配式建筑結構體系、施工工藝、構件種類、連接方式等各方面的復雜局面，沒有權威性的標準，各個地區都各行其是，客觀上對裝配式建筑發展不利。

從市場情況來看，裝配式混凝土結構和裝配式鋼結構兩分天下，住宅和公建齊頭并進。從裝配式建筑長遠發展來看，市場因素占主導作用，兩者互為補充，但也確實需要政府或者第三方來引導裝配式建筑結構體系的相對統一、建筑房型的相對統一、部品部件規格種類的相對統一，建立部品部件一體化高效生產、安裝及成品保護技術體系，從而使裝配式建筑工業化、標準化、一體化的特點得到發揚。

5.3 裝備技術水平低

國內裝配式建筑施工采用的設備、機械仍然和現澆結構相差不大，無從體現其優勢。從發達國家的裝配式建筑發展經驗以及國內情況來看，目前應著重進行以下方面的研究：

1）研究大型預制構件無損及智能倉儲物流技術與平臺系統。

2）研制全地形自適應編組式大運量節能運輸車輛。

3）裝配式混凝土結構高效吊裝的工裝系統及配套裝置。

4）裝配式混凝土結構智能化高精度安裝測控及校正技術。

5）裝配式混凝土結構智能升降操作平臺裝備，通過建立技術平臺系統，研發技術體系和裝備，研制運輸車輛，使大型預制構件達到無損性庫存及安全、方便、快捷高效運輸的目的。

6）改進、創新吊裝機具、調節設備、測控方式、安全防護設施等直接影響建造安全、質量、進度等相關工藝設備。

7）提升施工現場的效率及安裝精度，實現全產業鏈的綠色化、信息化、精益化、智能化。

5.4 進行質量檢測的技術手段和方法尚待進一步研究

目前，針對裝配式建筑的質疑，很重要的一點是對裝配式建筑的質量、安全風險和檢驗檢測能力的質疑。由于裝配式結構的構件、部品部件大多數不在現場施工，現場的構件連接也與傳統現澆施工工藝不同，因此如何保證其質量與安全以達到甚至超過現澆結構的水準，今后應做好以下研究：

1）確立工業化建筑施工安裝質量控制及評估方法。

2）研究部品部件數字化檢測及連接質量快速檢測技術。

3）裝配式混凝土建筑高效施工安裝質量監控技術。

4）研究基于新型高強、高韌性材料的分離式鋼筋連接技術、工藝及驗收標準。

5）研究基于抗震性能的混合節點連接技術、工藝及驗收標準。

通過理論分析和大量工程實踐，提出質量安全控制及評估方法，開發相應檢測技術，研發監測與控制技術，提出適用范圍廣、抗震性能好、安裝施工高效的連接技術、成套施工及驗收標準。

5.5 技術工人及管理者的素質、數量和技能不能滿足快速發展的要求

人員的培養和培訓是必不可少的，但是傳統的素質、技能培養方式對裝配式建筑的要求來說還不夠。我們要在此基礎上建立適合我國工業化建筑施工全過程的精細化施工技術及安全控制技術的平臺，運用信息化技術為裝配式建筑發展加速。

1）研發基于BIM 和物聯網的工業化建筑精益建造全過程管理平臺系統。

2）研究裝配式混凝土工業化建筑施工安全評估、預警、控制技術。

6 結語

預制裝配式建筑施工技術已經開始在如今的建筑施工中被大范圍地使用，可以預見這種施工技術在未來建筑施工工程中的作用是不可估量的，尤其是對于未來建筑施工效率提高、質量提高都有著非常重要的作用，值得我們更多地去學習探索。

通過這樣的探討，希望有更多的人關注到預制裝配式建筑施工技術的發展，通過更多從業人員的共同努力來給預制裝配式施工技術更多的應用空間以發揮其巨大的作用。

由于國內建筑業的發展規模、政策、標準、技術、管理和產業鏈將更加完善，只要適當的技術、適用的法律，在提高建筑質量、加快建設進度的同時，成本也會繼續下降。根據目前的技術水平，一些具有全產業鏈條件的工業企業經過了幾年的磨練，已經在按照傳統的建筑造價水平承接工程，它突出了建筑工業化的技術和經濟優勢。隨著未來幾年市場競爭力的進一步擴大，這將很快導致建筑業的巨大變革。