我國裝配式結(jié)構(gòu)的發(fā)展與應(yīng)用趨勢

河南大學(xué)土木建筑學(xué)院 宋濤，任廣寧，雷康

一、我國裝配式建筑的發(fā)展背景

20世紀(jì)90年代以來，我國逐步開始布局綠色建筑和商品住宅產(chǎn)業(yè)化（即裝配式建筑），而在同一時(shí)期也正是新一代勞動力開始大規(guī)模進(jìn)城務(wù)工的關(guān)鍵時(shí)期。在相關(guān)產(chǎn)業(yè)勞動力普遍成本不高的事實(shí)情況下，我國的現(xiàn)澆混凝土的施工模式得到了極大規(guī)模的實(shí)際應(yīng)用，為我國經(jīng)濟(jì)的高速增長提供了重要支撐。而另一方面的行業(yè)技術(shù)，即裝配式建筑整體發(fā)展相對滯后。直到2010年后，我國裝配式新型建筑才逐漸開始萌芽。

到2015年，中國政府職能部門對預(yù)制裝配式建筑的整體關(guān)注度顯著提高。與此同時(shí)，國務(wù)院發(fā)改委發(fā)布的《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理的若干意見》，指出要力爭用10年左右的時(shí)間，使裝配式建筑中新建建筑的占比達(dá)到30%以上；同年3月，國務(wù)院總理李克強(qiáng)在政府工作報(bào)告中指出，為符合生態(tài)文明建設(shè)要求，我國當(dāng)前應(yīng)當(dāng)大力發(fā)展新型裝配式建筑。然后在2017年，國家對裝配式建筑又給予了更多的關(guān)注。相關(guān)政策性文件提出，要重點(diǎn)全面推進(jìn)綠色建材、裝配式新型建筑和鋼結(jié)構(gòu)綠色建筑；國務(wù)院常務(wù)會議指出，要深化建筑業(yè)改革，繼續(xù)大力推進(jìn)裝配式建筑。近兩年來，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部還陸續(xù)出臺了《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑工程施工圖設(shè)計(jì)文件技術(shù)審查要點(diǎn)》《裝配式建筑行動計(jì)劃“十三五”規(guī)劃》等重要文件，其中明確指出到2020年，我國新建建筑中裝配式建筑的比重應(yīng)當(dāng)達(dá)到當(dāng)?shù)厝吭诮ńㄖ?5%以上，另外全國重點(diǎn)核心地區(qū)的整體占比要達(dá)到20%以上。

自2016年9月《國務(wù)院辦公廳關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》出臺以來，全國31個(gè)省（自治區(qū)、直轄市）都陸續(xù)出臺了關(guān)于促進(jìn)裝配式建筑發(fā)展的相關(guān)支持與配套的政策性文件，尤其一攬子的特別經(jīng)濟(jì)激勵(lì)政策與相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。從圖1可以明顯看出，預(yù)制構(gòu)件新開工面積近4年來增長迅速，反映出我國預(yù)制構(gòu)件發(fā)展環(huán)境良好，這與國家政策支持和技術(shù)進(jìn)步密切相關(guān)。今年，政府將繼續(xù)結(jié)合基本國情和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的情況，逐步開展有利于裝配式建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)法規(guī)政策，從頂層設(shè)計(jì)出發(fā)優(yōu)化建筑技術(shù)基本體系，提高相關(guān)產(chǎn)業(yè)配套創(chuàng)新能力，進(jìn)一步提高建筑質(zhì)量和人民群眾的居住舒適度與幸福感。

圖1 2016-2019年全國裝配式建筑新開工建筑面積

二、裝配式建筑的特點(diǎn)

預(yù)制建筑主要用于住宅、應(yīng)急、景觀、幕墻等，與傳統(tǒng)的施工方法相比，裝配式預(yù)制建筑具有生產(chǎn)效率高、不受季節(jié)性限制、減輕施工壓力、材料科學(xué)準(zhǔn)確等特點(diǎn)，同時(shí)又具有節(jié)約材料、安全環(huán)保等突出特點(diǎn)。另一方面，從房屋建筑工程實(shí)際項(xiàng)目現(xiàn)場施工的角度來看，裝配式預(yù)制構(gòu)件在工程中可以同時(shí)進(jìn)行多個(gè)連接，以提高施工效率，預(yù)制構(gòu)件中的主要構(gòu)件在相關(guān)的工廠提前預(yù)制，生產(chǎn)后可運(yùn)至施工現(xiàn)場完成裝配組件工作，從而減少了外界環(huán)境（如氣候等）對工程網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃進(jìn)度的影響，避免了立體交叉作業(yè)現(xiàn)場，提高了施工機(jī)械化水平，大大降低了人力資源成本。

另外，從施工的精度和結(jié)構(gòu)質(zhì)量來看，預(yù)制施工不再拘泥于人工建筑的計(jì)算和施工，取而代之以達(dá)到準(zhǔn)確施工的目的。同時(shí)對建筑工程質(zhì)量的評價(jià)方法也進(jìn)行了改進(jìn)，基于人工評估的工作經(jīng)驗(yàn)，逐漸轉(zhuǎn)向?qū)α悴考a(chǎn)中的各種參數(shù)進(jìn)行精確調(diào)整，從而更精確地解決了早期工程中潛在的質(zhì)量問題。

另外，從環(huán)境保護(hù)的角度看，使用預(yù)制建筑也有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)生態(tài)發(fā)展。人們對傳統(tǒng)建筑場地的印象往往是臟亂差，雖然文明建筑管理逐步嚴(yán)格，但本質(zhì)上仍難以提高，預(yù)制建筑將部分施工活動轉(zhuǎn)移出現(xiàn)場，減少了揚(yáng)塵、噪音、建筑垃圾等。同時(shí)，由于生產(chǎn)的構(gòu)件精度較高，尺寸逐步模塊化，減少了建材浪費(fèi)和資源消耗，滿足了生態(tài)文明建設(shè)的需要。

三、目前我國裝配式建筑存在的若干問題

除上文所提到的相關(guān)特點(diǎn)外，裝配式建筑在實(shí)際工程中還存在部分亟待解決的問題。

第一，與傳統(tǒng)建筑施工技術(shù)相比，裝配式建筑誕生較晚，雖然近幾年來得到了國家的大力支持并快速發(fā)展，也還是相對缺乏應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，故裝配式建筑的技術(shù)體系還不完善。即便是在重點(diǎn)發(fā)展的北上廣深地區(qū)，裝配式建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的局面也一直存在，完整的技術(shù)體系還尚未形成。

第二，當(dāng)前新型裝配式建筑所用的各部分構(gòu)件都是按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一設(shè)計(jì)規(guī)格進(jìn)行的工業(yè)化生產(chǎn)，盡管部分生產(chǎn)廠家能夠按照設(shè)計(jì)方案制作出個(gè)性化的預(yù)制部件，但建筑施工的特殊環(huán)境以及其他難以預(yù)測的不利因素致使大部分預(yù)制構(gòu)件無法支持實(shí)際的需求，因而無法達(dá)到最佳應(yīng)用效果。通常，我們同時(shí)考慮到構(gòu)件的承重性質(zhì)與壽命周期，并結(jié)合其在建筑中的不同作用與生產(chǎn)條件，將建筑構(gòu)件主要?jiǎng)澐譃榻Y(jié)構(gòu)體、圍護(hù)體、分隔體、設(shè)備體和裝修體五個(gè)部分，要根據(jù)各個(gè)部分不同精度和需求進(jìn)行制作加工。

第三，從建筑設(shè)計(jì)與觀感的角度來看，裝配式建筑較傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)施工會稍稍遜色，缺乏個(gè)性化的元素，設(shè)計(jì)感與實(shí)際要求難以協(xié)調(diào)。因?yàn)檠b配式建筑在大量建造的標(biāo)準(zhǔn)單元中重復(fù)應(yīng)用，同時(shí)配置相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化裝配式預(yù)制構(gòu)件，不可避免地出現(xiàn)較為雷同的建筑。中國裝配式建筑市場不大，維修配套設(shè)施并不完善，施工隊(duì)伍技術(shù)也不夠成熟全面，造成我國裝配成本增加的主要因素是設(shè)計(jì)與生產(chǎn)不協(xié)調(diào)，“高成本”是一種短期和早期的市場發(fā)展現(xiàn)象；在這些方面存在一些現(xiàn)實(shí)矛盾與問題，但是一旦行業(yè)與市場不斷發(fā)展到一定層次，整體項(xiàng)目達(dá)到一定的建筑規(guī)模，整體建造成本就會基本持平，甚至更低。在技術(shù)層面，因?yàn)閲獍l(fā)達(dá)國家的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)支持，我國相關(guān)裝配式建筑物的技術(shù)總標(biāo)準(zhǔn)相對比較完備。我國目前缺少與產(chǎn)業(yè)工業(yè)生產(chǎn)體制與之相適應(yīng)的建筑結(jié)構(gòu)和建筑體系；生產(chǎn)、管理以及相對應(yīng)的新型商業(yè)模式需要重新改變和創(chuàng)新，任何先進(jìn)的技術(shù)與匹配的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)全都離不開行業(yè)中優(yōu)秀專業(yè)人才的支持。一棟裝配式建筑從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到施工、組裝、以及最終的交付使用，從根本上改變了以往的生產(chǎn)方式，因此正如習(xí)近平總書記說的：培養(yǎng)新人才是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重中之重。建筑的發(fā)展應(yīng)該是相輔相成的人才前赴后繼，通過政府項(xiàng)目、相關(guān)法律法規(guī)、通過支持各條產(chǎn)業(yè)鏈上的標(biāo)桿企業(yè)，利用好行業(yè)的資金和相關(guān)政策支持，加快行業(yè)發(fā)展。但是，這些問題是可以改進(jìn)的。裝配式建筑制造商可結(jié)合項(xiàng)目的環(huán)境特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)狀況，因地制宜地逐步開展裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的區(qū)域模塊化的批量生產(chǎn)，進(jìn)而提高裝配式建筑整體質(zhì)量，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，促進(jìn)BIM技術(shù)與內(nèi)建設(shè)計(jì)的結(jié)合。此外，施工技術(shù)的發(fā)展也將提高設(shè)計(jì)和生產(chǎn)效率，組件裝配問題將無法解決。

四、由“火神山醫(yī)院”看裝配式建筑發(fā)展概況

在2020年新冠肺炎疫情爆發(fā)的初期，疫情的中心武漢作為國內(nèi)疫情最嚴(yán)重的地區(qū)，醫(yī)療資源匱乏且符合要求的傳染病病房床位需求短時(shí)間出現(xiàn)了爆炸式增長；為了響應(yīng)黨中央號召，堅(jiān)決徹底打贏這場疫情防控全面阻擊戰(zhàn)，武漢市以2003年非典時(shí)期北京小湯山傳染病醫(yī)院的建造經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，迅速下達(dá)建造命令，快速設(shè)計(jì)并建造火神山與雷神山兩座高標(biāo)準(zhǔn)傳染病醫(yī)院來收治患者。這兩座醫(yī)院總面積達(dá)11.4萬平方米，共計(jì)擁有2500個(gè)床位，自一月底開工到二月初交付使用僅用了將近十天，在建造速度和建造質(zhì)量方面實(shí)現(xiàn)了令人驚嘆的“中國力量”。而“中國力量”的背后則有“中國技術(shù)”的支持，裝配式建筑的采用大大節(jié)省了兩座醫(yī)院的建造時(shí)間，為疫情防控提供了有力保障。

在臨時(shí)緊急情況建設(shè)項(xiàng)目的施工中，一個(gè)預(yù)制的裝配式設(shè)施優(yōu)勢十分明顯，全部建設(shè)在很短的時(shí)間內(nèi)完成和交付是項(xiàng)目建設(shè)的基本要求。一座預(yù)制建筑將大量的現(xiàn)場操作轉(zhuǎn)移到工廠，這將減少現(xiàn)場施工工作量，使工作流程更加簡單和清晰，在同一個(gè)時(shí)間維度中，操作工人可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)過程的操作和步驟，并滿足了項(xiàng)目建設(shè)周期短的要求。

從兩所醫(yī)院的建設(shè)來看，預(yù)制裝配式建筑的質(zhì)量可以提高，如建筑時(shí)間、減少粉塵污染、減少人力勞動量等；但潛在的挑戰(zhàn)是，建設(shè)成本較高，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)必須進(jìn)一步細(xì)化，我國預(yù)制建筑的發(fā)展時(shí)間還很短，經(jīng)驗(yàn)積累還不夠；但是，從火神山和雷神山醫(yī)院的建設(shè)來看，中國在預(yù)制建筑方面正經(jīng)歷著一個(gè)質(zhì)的飛躍，不可否認(rèn)這是一個(gè)正確的發(fā)展方向。

五、未來及展望

綜上可知，在建筑工程項(xiàng)目的施工過程中，裝配式建筑的特點(diǎn)優(yōu)勢十分明顯；雖然還有一些實(shí)際問題亟待解決，但隨著我國建造能力和科技水平的提高，彌補(bǔ)不足指日可待。在愈發(fā)同質(zhì)化的城市中，需要突出不同城市的個(gè)性與特色，而略顯單一的裝配式建筑與多樣化的設(shè)計(jì)方案仍需磨合。而當(dāng)下的國家政策與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展給予了裝配式建筑發(fā)展機(jī)遇，裝配式建筑的整體需求和應(yīng)用方面也越來越多元化。隨著人們對綠色環(huán)保以及節(jié)約型社會的要求，新型裝配式建筑結(jié)構(gòu)在社會各方面的發(fā)展都將更為完善，并更好地服務(wù)于為城市的發(fā)展。