裝配式建筑建造效率的影響因素及對策

謝本飛

（福州桂武置業有限公司，福建 福州 350011）

0 引言

中國作為世界最大的建筑市場，建筑業面臨諸多問題：人口紅利消失、建造成本不斷增加、建筑垃圾引起污染、工業化程度低、施工質量難以保證等，因此對建筑產業鏈進行全新升級成為必然趨勢。工業4.0是由人工智能、物聯網、智能制造等新技術引領的重大改革，改變了整個建筑行業，使其以數字化、智能化的方式得以重新塑造。

隨著我國對建筑工業化的推廣，各地紛紛出臺了推進裝配式建筑發展的相關政策，各類裝配式建筑項目陸續在全國落地。裝配式建筑是指用預制的構件在工地裝配而成的建筑，因其工業化的建造方式，近年得到大力推廣。由于預制構件在工廠生產、現場拼裝，具有施工現場作業量少、建筑垃圾和揚塵污染少、受氣候條件制約小、施工周期短等優點。

裝配式建筑作為完成我國建筑業轉型升級的重要抓手，迎來了爆發式發展的窗口期。但由于裝配式建筑尚未形成成熟的產業鏈、相關標準和技術人員的缺失，現階段的建造和管理方式無法跟上裝配式建筑高速發展，導致裝配式建筑不僅沒有發揮其應有的優越性，還暴露出諸多建造問題。其中大部分問題均可在設計、生產、施工階段解決，所以亟需對現階段建造和管理方式進行升級改造，尋找可提高裝配式建筑建造效率的可行性方案，為裝配式建筑發展所面臨的問題提供解決思路。

1 裝配式建筑建造效率影響因素分析

1.1 裝配式建筑設計標準化水平低

一體化標準設計是裝配式建筑的設計特點，為實現最優的設計方案，各專業之間需相互融合、協調，以確保在施工及吊裝階段順利進行。然而，當前大部分設計單元依舊延續傳統設計理念：（1）設計方案采用的是先現澆結構設計，再拆分成裝配式構件的模式，沒有考慮各專業之間的協同集成設計，與協同設計背道而馳。（2）裝配式建筑部品部件互換能力低，無法滿足不同項目同類型建筑采用規格化的部品部件的需求，標準化、通用化設計難以實現，大大增加了預制構件的模具成本，降低了預制工廠的生產效率，延長生產周期。

1.2 施工整體水平不高

裝配式混凝土結構的預制構件節點連接主要是指梁與板、梁與柱、柱與柱之間的連接，為保證后澆區域的鋼筋錨固及相鄰構件的連接，其連接區域通常相對復雜。連接質量的好壞成為影響結構整體性、穩定性及承載力的關鍵。通過國內外研究發現，若節點連接性能出現問題，輕則導致開裂、滲漏，重則影響構件之間的傳力，導致構件偏移、整體倒塌，引發安全性問題。

在進行結構拆分設計時，應首要保證受力合理，遵循抗震設計規范中的強連接、弱構件原則，在遵循合理耗能機制的前提下，盡量避免發生破壞的薄弱部位出現于節點連接區域。其次應滿足制作、施工的要求，降低運輸和吊裝難度，保證施工的便利性和可靠性。

干連接和濕連接是裝配式結構節點連接的主要形式，其中干連接是通過預制構件中埋設的鋼筋、螺栓等進行連接，受傳統現澆結構的設計理念影響，目前國內市場對干連接形式應用較少。濕連接是在節點處后澆區域澆筑混凝土連接。但在實際項目中，由于混凝土配比不當、流動性不足，或現場施工人員技術水平不穩定等因素，常常影響連接效果，留下安全隱患。而節點區域在澆筑后，不僅無法檢驗連接內部質量問題，也很難進一步整改，在工程應用上存在一定局限性。目前研究和應用均表明需進一步改善節點連接區域，提高預制構件連接的穩定性，加快安裝速度。

1.3 缺乏全生命周期思維

裝配式建筑項目從前期策劃、方案設計、工程建設再到竣工，都需要參建各方的全過程協同管理。在傳統現澆結構模式下，設計階段和建造階段相對獨立，若設計圖紙出現錯誤或遺漏，可以通過圖紙變更進行完善或修改，對施工進度及質量影響較小。但裝配式建筑項目需要設計單位具備全生命周期的思維模式，摒棄設計僅是完成施工圖紙的慣性思維，設計應是貫穿部品部件生產、安裝的全過程。一方面，設計進度和圖紙內容的完整性直接影響了預制廠的生產效率和施工現場的安裝精度、質量；另一方面，設計圖紙錯誤或設計缺陷將嚴重影響整個裝配式建筑項目的進程，導致出現生產的部品部件運輸到施工現場無法安裝、接口不吻合等情況，甚至可能產生嚴重質量問題及高昂的返工成本。因此，設計階段更需要以建筑全生命周期的思維去統籌整個項目，不僅考慮建筑方案、結構受力，更應為制造和安裝而設計。

1.4 信息化應用水平亟待提升

伴隨著信息技術的快速發展，建筑信息數字化表達——建筑信息模型（BIM）應運而生，通過實時的信息共享為項目各方決策提供可靠的基礎，但這項高效的技術工具卻沒有得到充分的應用。雖然近年來出臺了許多政策推廣BIM技術，但多數項目對BIM技術的應用仍停留在翻模階段，即先完成建筑和結構施工圖，再進行建筑信息模型創建。由于建筑信息模型精度不高，無法貫穿全部建設環節，達到各階段的信息共享。同時，大多數建筑施工單位雖有信息化意識，但由于缺乏經驗，缺少信息技術的專業人才，其應用水平仍停留在探索階段。如何更好地在裝配式建筑建造全過程中充分發揮BIM技術，加強與裝配式建筑的融合，提升信息化管理水平是當前需要重點改進的問題。

2 提高裝配式建筑建造效率的對策

2.1 提高裝配式建筑設計標準化水平

標準化設計是指按照通用化、模數化、標準化的要求，以少規格、多組合的原則，實現建筑及部品部件的系列化和多樣化。預制構件的設計一方面要滿足建筑設計，另一方面應便于構件加工生產及現場安裝[1]。因此在裝配式建筑設計初期，應重點分析各方的需求，注重設計的協調性，確保形成切實可行的標準化設計路徑。在設計過程中，遵循標準化原則，將功能空間預設為不同的平面形態、格局等，使之形成特定的模數和組合規則，從而實現不同功能要求與設計標準的模塊化組合。通過優化戶型，減少建筑構件種類，提高構件的通用性。實現建筑功能空間模塊化、構配件族系化、設備系統標準化和裝飾裝修可選化。

2.2 以EPC模式聯通裝配式建筑產業鏈

傳統建造管理模式是建設單位與設計、生產、施工單位分別簽訂合同，但這種分離式的管理模式無法滿足裝配式建筑建造過程的整體協調要求。EPC工程總承包管理模式是由承包聯合體對工程項目建設的設計、采購、施工等全過程進行統籌管理[2]。針對裝配式建筑工程項目產業鏈中設計、施工、生產等部門不能協調發揮作用等問題，工程總承包作為統籌方全程參與項目的各個環節，提高溝通效率，打破各部門信息壁壘。全過程貫徹精益化的建造方式，保證各階段工作的有序銜接，避免裝配式建筑設計與生產、施工脫節的問題，最大限度減少設計變更次數，以免出現頻繁返工情況。相比于傳統建造管理過程中項目碎片化的管理方式，EPC模式利用一體化的管理方式降低了建設成本，縮短了建設工期。EPC模式能有效整合產業鏈上下游，為實現標準化設計、規范化采購、規模化制造、精準化裝配打造先進管理平臺。

2.3 選用合理接縫形式，保障施工質量

以疊合樓蓋為例，其中桁架鋼筋混凝土疊合板是常用的疊合樓蓋形式，由底板和后澆面層兩部分組成。根據尺寸和構造要求，疊合板分為單向板和雙向板。當采用雙向板設計時，由整體式接縫將預制板連接成雙向板（如圖1所示）；當采用單向板設計時，板側采用分離式接縫（如圖2所示）。

圖1 雙向板接縫構造大樣

圖2 單向板接縫構造大樣

根據對施工現場的走訪調查，分離式接縫容易出現以下問題：（1）板縫寬度控制不到位，泡棉填塞不夠緊密，或受混凝土澆筑與振搗的影響，從而導致漏漿現象，影響外觀；（2）對預制底板下方的模板支撐要求高，若標高控制不當易造成拼縫處出現高差（如圖3所示），產生裂縫；（3）需對接縫處的填縫進行專門處理，施工工藝要求高。

圖3 分離式接縫做法

基于以上因素，為保障施工質量，建議疊合板接縫處采用整體式接縫構造，保證樓板的整體受力性能、避免接縫處出現裂縫，保證施工質量，施工過程如圖4所示。

圖4 整體式接縫做法

2.4 利用信息化技術，提高建造效率

BIM技術作為串聯裝配式建筑建造過程的信息集成主線，從技術和組織兩個方面提高項目管理效率，實現項目各方主體的高效協同工作[3]。BIM技術的主要軟件包括三維建模、檢測分析、協同管理和運營維護等。

首先由設計部門通過BIM技術進行正向設計、建立模型，常用的軟件包括Revit、Tekla、PCMaker、YJK等；利用Lumoin、3DMax等軟件進行三維渲染、模型展示，業主可通過模型提出相應的優化要求，如建筑平面布置、空間布局、內外裝修材料品質及其效果、室外景觀綠化效果等；聯合各專業進行檢測分析，利用Navisworks軟件進行碰撞檢查，特別是機電管線的碰撞檢查，發現問題進一步修改方案，減少圖紙錯誤；為提升設計精度，提高建筑品質，進行裝配式建筑模型的三維拆分設計，如圖5所示，并實現對預制構件數量、預制率的精確計算，為生產和施工階段奠定基礎。

圖5 裝配式建筑深化模型

在構件生產階段，若僅憑借平面圖紙對復雜的預制構件進行加工，可能引起圖紙理解錯誤而導致返工、生產效率低等問題。若采用BIM模型指導構件生產，通過可視化的三維效果，可清晰查看構件信息，包括預埋件、鋼筋型號、構件尺寸等，方便技術交底避免生產錯誤。結合信息化生產管理系統、物聯網及RFID技術，提供部品部件生產所需的下料信息、物料清單（BOM）、生產排產、存儲查詢等，可大幅度提高生產效率。

施工前利用Navisworks軟件進行施工模擬，如圖6所示，以減少施工過程的返工，避免造成返工費用和局部停工，按以往結算審核的經驗，該部分費用約占建安工程費的2%～3%；施工階段利用BIM技術進行協同管理，如廣聯達BIM5D管理平臺、Luban Builder、品茗、斯維爾等，在3D模型的基礎上增加進度控制和成本控制，形成5D模型，還能在手機端或網頁端遠程監控，查看項目進展情況，對質量問題實時跟蹤和管理；運營維護階段，將BIM建筑信息模型數據傳輸到ArchiBUS系統，有效承接各環節信息，提高運維效率。

圖6 施工模擬

3 結束語

裝配式建筑具有建造效率高、產品質量好、工業化程度高等優勢，是建筑產業化發展的趨勢。但當前裝配式建筑面臨著設計標準化水平低、施工整體水平不高、缺乏全生命周期思維、信息化應用水平不高等問題，在管理方法和技術上仍存在較大不足，亟需得到改善。本文通過分析國內裝配式建筑發展存在的問題，提出升級現有設計思路，提高裝配式建筑設計標準化水平，以EPC模式聯通裝配式建筑建造各環節，利用信息化技術提高管理效率，為助力我國裝配式建筑高質量發展提供思路。