制約赤峰市混凝土裝配式建筑發展的因素研究

徐超

摘 要：本文研究分析制約赤峰市混凝土材料裝配式建筑發展的因素，從工藝成本、物流成本、裝配式施工技術疑難問題、技術人員培養、機械化成本、預制構件辦廠成本等六個方面進行總結及調研分析，建立傳統混凝土現場澆筑施工方式的建筑模型和混凝土裝配式結構的建筑模型進行成本造價的對比分析，從而得到科學結論，為赤峰市建筑行業發展以及百姓住房等民生問題貢獻力量。

關鍵詞：混凝土結構;裝配式建筑施工;物流成本;機械化成本;預制構件

中圖分類號：TU755? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2021）02-0037-04

1 引言

裝配式建筑是指把傳統建造方式中的大量現場作業工作轉移到工廠進行，在工廠加工制作好建筑用構件和配件（如樓板、墻板、樓梯、陽臺等），運輸到建筑施工現場，通過可靠的連接方式在現場裝配安裝而成的建筑（如圖1、圖2）。裝配式建筑最早產生于十七世紀，國外先應用裝配式建筑，我國相對較晚，2012年我國裝配式建筑面積僅0.14億平方米，2018年我國裝配式建筑面積達到2.9億平方米，可見裝配式建筑在我國未來的發展空間較大。在北方地區，由于冬季寒冷，傳統的施工方式會進入冬歇期，但是裝配式建筑會避免此類問題，裝配式建筑不僅能夠縮短工期，節省人工，還減少了建筑垃圾，達到綠色環保，符合國家建筑行業可持續發展的戰略布局[1]。

裝配式雖然有很多優勢，但我國裝配式建筑起步較晚，對比發達國家，技術較為落后，所以裝配式建筑成本過高，在全國一、二線城市，裝配式建筑在國家的支持下已經初具規模。赤峰市建筑施工模式多以現場澆筑混凝土形式而非裝配式施工模式，出現較少的裝配式建筑僅限于鋼材料所組成的鋼結構，裝配式建筑形式有限。

本文內容圍繞著工藝成本、物流成本、混凝土結構裝配式施工技術疑難問題、技術人員培養、機械化成本以及混凝土預制構件辦廠成本等6個方面進行研究，分析制約混凝土裝配式建筑的因素。

2 制約混凝土裝配式建筑因素分析：

2.1 工藝及施工成本

本文對裝配式施工模式和傳統現澆施工模式的工藝及施工成本分析是通過對赤峰周邊兩種施工模式的工地調研走訪分析和建立模型對比分析組成。

2.1.1 經走訪調研發現，與傳統的現澆施工作業相比較，裝配式建筑成本偏高的原因是PC構件即裝配式建筑結構構件生產成本偏高，這是由于我國裝配式建筑仍然處于發展階段，保證PC構件在荷載作用時安全、適用、耐久的前提下，生產技術比西方裝配式建筑成熟的國家相對落后，因而成本偏高，其次赤峰周邊裝配式建筑發展規模小，造成構件價格偏高，另外PC構件作為商品，需要征收17%的增值稅，這就不利于裝配式建筑在赤峰地區的大力推廣。

工藝成本在傳統現澆與裝配式施工中主體上部結構的成本差異是關鍵性因素，兩種建筑模式的基礎，即下部結構都是采用現場制造，工藝成本相差別并不是很大[2]。上部結構，兩種施工模式差別大，因為裝配式建筑的構件是通過現場拼接形成的結構整體，分單元的拼接技術需要特殊處理才能保證其結構整體穩定和均勻受力，而傳統現澆模式施工的整體性良好并不需要這一過程，例如，上部結構的樓板工程，預制裝配式建筑主要采用疊合式樓板，為保證樓板構件的整體性，在此基礎上現澆一層鋼筋混凝土板層，此種工藝手法被稱為現澆整體式，此種方法雖一定程度上解決了裝配式整體性能偏弱的劣勢，但造成了更大的經濟造價，同時接縫處多用黏膠粘連，遇到凍脹、腐蝕等情況下后續的維護費用增加。兩種施工手法的上部結構在磚砌體工程中成本差別也較大，預制率較高的裝配式建筑，磚砌筑費用成本在每平米5元以下，但是傳統的現澆施工手法磚砌筑費用成本在25元每平方米上下波動，所以上部結構的輕質隔墻采用傳統模式的施工方法比裝配式施工手法造價高。兩種施工模式場地準備的差異也是非常大的，因此從場地準備的角度來講成本相差較大，傳統的施工技術手段現場的施工場布技術成熟，費用低廉，但裝配式除了應具備大型的塔吊設備場地外，還應具備PC構件放置的場地，以及吊裝設備場地，費用增加。從裝飾裝修以及房屋設備上來講，兩種施工方案產生的費用亦有不同，裝配式造價要高于傳統現澆施工模式，現場走線，裝修抹灰等施工手段，現澆施工要明顯比裝配式施工模式方便，從而造價更為低廉。此外預制構件的裝配、預制構件的生產以及運輸等方面都是傳統現澆施工模式不予考慮的問題。屋面建造及防水方面，兩種施工手法也是有差別的，因此也會產生費用的不同，屋面的樓蓋采用裝配式構件，通常做法是在PC板上澆筑一層2cm厚的混凝土板層，用以提高其整體性，而傳統施工方法則無須加厚，造價更為低廉。在防水方面，室內通常采用PC構件加節點澆筑，預制外墻板的接縫防水施工難度大，采用密閉優質的高造價材料，從而費用更高。

預制構件生產費用主要包括材料費、人工費、機械費以及工廠、土地、管理成本和模具設計成本。經赤峰周邊地區工地調研、走訪并通過模型對比分析發現，在人工費上，混凝土、鋼筋等其節約比例約為16%及8%。裝配式建筑預制件的生產需要特殊材料，還需要一系列的專業化設備，因此，傳統方法中使用的混凝土現澆方式比預制構件成本要低。

此外，裝配式建筑與現澆建筑相比較腳手架、模板支撐、現場工人費用大量減少，減少趨勢隨著裝配式裝配率的增加而增大。因此在這些方面預制裝配式施工模式比現澆施工模式造價大幅度降低。

調研分析裝配式建筑項目與傳統現場澆筑施工項目費用項比較如表一所示。

2.1.2 模型對比分析：本文選取赤峰市某教學樓工程項目為例，利用BIM建筑信息軟件模擬建立裝配式結構模型及傳統施工手藝的結構模型，模型建立需滿足安全、適用、耐久的要求，并考慮建筑成本。運用BIM Revit建模軟件、GTJ造價軟件對兩種結構模型進行造價預算，最終進行對比。建筑模型如圖一、圖二所示。

赤峰市某教學樓模型介紹：本模型仿照工程實體建立，總建筑面積為15360平方米，其中地上建筑面積為12800平方米，地下室建筑面積為2560平方米，南北寬度88米，東西長度60米，建筑總高度16.6米，二類建筑，抗震設防烈度為7度，建筑抗震設防類別為丙類，該模型為框架結構，采用獨立基礎。后期用造價軟件GTJ分析裝配式與傳統現澆施工模式的預算。兩種施工模式在赤峰市項目費用詳解如表二所示.GTJ軟件清單規則采用房屋建筑與裝飾工程計量規范規則（2013-北京）（R1.0.24.0）定額規則采用北京市房屋建筑與裝飾工程預算定額計算規則（2012）（R1.0.24.0），清單庫采用工程量清單項目計量規范（2013-北京），定額庫采用北京市建設工程預算定額（2012）。

通過軟件分析，采用裝配式施工對上部結構預算為21196800元，采用現澆式建筑上部結構預算為14376960元，因為兩種施工形式下部結構費用基本相同，所以整個模型從兩種不同的施工模式進行預算分析，顯然傳統的現澆式建筑更為節省。

2.2 物流成本分析

裝配式建筑預制構件工廠到施工現場的距離決定著運輸費用和建筑工期的控制，赤峰市周邊近距離的混凝土構件預制廠家正在籌劃建設中并沒有實現零的突破，如果需在赤峰市內及周邊地區進行裝配式建筑施工，就必須從外地購買及運送裝配式構件，距離赤峰最近的混凝土預制構件廠在北京、沈陽，距離都比較遠。那么就必須衡量物流的費用。通過走訪、調研分析得出，只有從工廠到施工地點距離在100公里左右，物流成本才相對合適。此外從整條產業鏈接來看，裝配式建筑從規劃、設計、生產、運輸到施工，每一個環節的銜接不夠流暢也會影響建筑進度，增加了建筑成本，這也是制約赤峰市混凝土材料裝配式建筑發展的一個必要因素。

2.3 裝配式施工技術疑難問題

由于傳統的施工方式耗費大量的技術工種，需要大量的工人，工人的工資低導致施工現場的人員平均年齡為48歲，偏于老齡化，為了解決這個問題，裝配式技術近幾年才成為建筑行業的熱門，相對于預制裝配式施工發達的國家，我們國家的裝配式施工技術正在發展階段，相應的就會出現很多問題急需解決，例如，裝配式施工對于構件的安裝、支撐、現場搬運儲存以及與現代化信息技術的結合都是此種施工模式的難點，并且裝配式建筑結構的穩定性、抗震能力方面，節點強度及連接構造等均需要進一步的深入研究，確保結構的安全可靠。經過不斷努力，國內在裝配式施工建筑的科研有了很大的發展，例如膜殼剪力墻技術[3]，在現澆式建筑施工中，經過分析發現，各個工種，混凝土工種效率最高，創造的價值遠比其他工種要多，在此背景下，由上海天華設計院與同濟大學合作，研究創作出我國獨有的裝配式膜殼剪力墻前沿技術（如圖三所示），此種技術處在研究階段，運用并不是非常廣泛。

此外，在施工過程中，梁柱節點的精確對接也是施工的一大難題，如圖四、五所示，需要與現代化的信息軟件相結合，這需要大量的工程實踐、豐富的工程經驗以及高素質技術人才。在節點受力方面，國內裝配式建筑構件安裝均采用節點處拼接，但是節點受力復雜，復雜的受力下影響構件整體性，國內科研考慮是否可以將連接面設置在彎矩為零的反彎點處，目前此做法的面臨的難題是如果將拼接點設置在反彎點處那么拼接由平面變成空間，難度加大，而且構件生產出來，放置困難[4]。雖然可以保證節點的整體性但是隨之產生的難題仍需充分的科研作保障。

當然還有很多施工技術上的難題需要解決，以上種種施工難點以及新技術的研發并為推廣均成為限制裝配式建筑發展的因素，亟待解決。

2.4 技術人員培養

混凝土裝配式施工對工人的技術要求嚴格，并且國內裝配式施工經驗不是非常豐富，從而導致了缺乏相關技術人員，裝配式施工技術人員的培養需要從高校入手，通過對沈陽建筑大學、內蒙古工業大學、內蒙古農業大學以及赤峰學院等赤峰周邊具有土木工程專業的高校走訪、調研發現，關于裝配式施工技術的本科教學僅僅體現在土木工程施工技術的某一個章節，并未作為重點進行專門的培養，同時，赤峰市關于建筑行業的社會培訓機構也沒有關于裝配式施工技術方面的培訓，由于國內混凝土裝配式建筑僅在一線城市較為常見但對比傳統的混凝土現澆施工建筑仍然是九牛一毛，非常的少，那么沒有學業經歷的施工工人得不到混凝土裝配式施工培訓與鍛煉。綜上所述，從技術人員數量的角度上，赤峰地區缺少經驗豐富的混凝土裝配式施工的技術人員及工作的工人，從而，在此方面制約著赤峰市混凝土裝配式建筑的發展。

2.5 機械化成本

裝配式建筑的預制構件體積和重量非常大，單靠人力及傳統施工設備無法實現正常的安裝，所以需要增加大型吊機等設備，此種設備在赤峰市并沒有相關的廠家及租賃公司，如果僅滿足某一工程項目去購置相應設備花銷巨大，這也成為制約赤峰市混凝土裝配式建筑的發展又一關鍵因素。

2.6 混凝土預制構件辦廠成本

上文提到赤峰市及周邊地區除少數鋼結構構件預制廠家并沒有混凝土預制構件的生產廠家，因為混凝土裝配式建筑并沒有形成相應的產業鏈，辦廠成本高，生產構件的工藝復雜，辦廠生產構件并不具備共通性，而是因建筑不同生產的構件相應也不一樣，例如每個結構都有自身獨特的結構性質，構件布局，管線布置，這就要求構件預制廠家具有相當高的技術水平、生產能力，最關鍵因素還是赤峰地區很少有混凝土裝配式建筑的施工，辦廠的盈利效益低，所以從混凝土預制構件辦廠這方面也成為了限制赤峰市混凝土裝配式建筑發展的因素。

3 結論

混凝土建筑常見的結構形式有框架結構、剪力墻結構以及框架剪力墻結構，傳統的現澆式混凝土施工技術在常見的混凝土建筑結構形式上已經非常成熟，從調研和模型對比發現，正處于發展中的混凝土裝配式建筑技術造價高，如果沒有政府的宏觀調控和大力扶持，赤峰市難以開展混凝土裝配式建筑施工，雖然裝配式技術是以后建筑行業的大勢所趨，但從盈利的角度，開發商也不會傾向此種新型施工技術。因為我國混凝土裝配式技術正處于發展階段，一些前沿的裝配式專利發明以及先進施工技術科學研究并未廣泛地運用到建筑行業內，技術人才的培養相對滯后，此外，混凝土裝配式施工模式所需要的機械化設備在赤峰市并不常見，混凝土預制構件廠在赤峰市并沒有實現零的突破，遠距離運送預制構件產生更大的成本，這些都是制約混凝土裝配式在赤峰市發展的關鍵因素。

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參考文獻：

〔1〕唐玉嬌.我國裝配式建筑發展及前景分析[J].湖北師范大學學報，2020，33（01）：10-15.

〔2〕茍寒梅.毛超.董茜月.預制裝配式與現澆式建筑施工成本對比研究[J].建筑經濟，2018，57（03）：20-23.

〔3〕李齊.孔祥海.高層剪力墻結構設計的問題與處理[J].工程技術，2015，42（06）：110-113.

〔4〕朱敏敏.王建淑.曹志毅.童曉剛.基于BIM技術裝配式混凝土結構節點模型探析[J].江西建材，2020，57（09）：70-76.