裝配式建筑的發展瓶頸與未來發展趨勢研究

武立恒

裝配式建筑通常是指那些主要組件在工廠中預先制造并隨后運輸至施工現場以進行裝配的建筑。裝配式建筑與傳統的現場澆筑建筑形式不同，其主要優點是能顯著提升施工效率、降低成本，并減少建筑過程對環境的影響。與傳統現澆建筑相比，裝配式建筑顯著提高了建設效率，降低了環境污染。隨著全球對可持續發展和綠色建筑的重視程度不斷提升，裝配式建筑環保、節能的特性使其成為建筑行業的重要發展方向。

裝配式建筑在歐美等發達國家擁有較長的發展歷史，這些國家關于裝配式建筑在技術、設計、標準化和政策等方面相對成熟。在中國，裝配式建筑起源于20 世紀50 年代，但其直到最近幾十年才開始得到政府的大力支持和推廣。2016 年9 月，國務院辦公廳印發的《關于大力發展裝配式建筑的指導意見》指出，要因地制宜發展裝配式混凝土結構、鋼結構和現代木結構等裝配式建筑[1]。2020 年7 月，住房和城鄉建設部等部門發布了《關于推動智能建造與建筑工業化協同發展的指導意見》，旨在推動建筑工業化、數字化、智能化升級，加快建造方式的轉型[2]。2022 年1 月，住房和城鄉建設部發布《“十四五”建筑業發展規劃》，要求到2025 年，裝配式建筑在新建建筑中的占比達到30%以上[3]。

雖然裝配式建筑具有明顯的優勢，其發展仍然面臨一系列挑戰，如較高的初始投資成本、技術和設計的局限性、缺乏標準化與規?；葐栴}。這些挑戰限制了裝配式建筑的應用與推廣。

1 裝配式建筑的發展瓶頸

1.1 技術限制

裝配式建筑在技術層面上存在多項限制，具體為：第1，預制構件的設計與制造需要極高的精確度和質量控制，其質量直接影響結構的整體穩定性。由于預制部件的標準化和模塊化，建筑設計的靈活性受到限制，這對多元化建筑的設計構成了挑戰[4]。第2，雖然理論上建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術能顯著提高裝配式建筑的設計和施工效率，但在實際應用中，BIM 技術對從業人員提出了更高的要求，要求其應具有高水平的專業知識和軟件操作能力。第3，與傳統現澆建筑相比，裝配式建筑在耐久性、防火性和隔音性等方面有一定的局限性，這要求裝配式建筑在材料和工程設計方面仍需不斷進行創新和改進。

1.2 成本與經濟性考量

初始投資成本相對較高是裝配式建筑面臨的一大瓶頸[5]。預制組件的生產需要有專用工廠和設備，這導致較高的初始資金投入。與傳統現澆建筑相比，裝配式建筑在設計和生產階段要有更高的精度和更嚴格的質量控制，這使生產成本提升。技術的快速更新和對新技術的需求給施工單位帶來額外的成本。從長期來看，裝配式建筑快速的建造速度有助于縮短投資回收期，預制構件的高質量標準也意味著維修和維護成本較低。盡管初期投資較高，但從全生命周期的角度來看，裝配式建筑有一定的經濟效益。

1.3 政策與法規約束

裝配式建筑的發展受到現行政策和法規的影響。政策支持的不足會影響行業發展。盡管我國和各省份已開始推行發展裝配式建筑的政策，但大多數地區的相關政策缺失，而部分出臺了裝配式建筑發展政策的地區存在執行不力的情況，這些問題都限制了裝配式建筑的廣泛應用。除此之外，現有的建筑法規和標準可能難以滿足裝配式建筑的發展需求[6]。例如，關于建筑設計、安全、耐久性和環境影響的規定可能需要針對裝配式建筑的實際進行修改。法規的不確定性或缺乏專門針對性會導致裝配式建筑行業發展的不穩定。因此，建立健全專門針對裝配式建筑的政策和法規體系，對促進該行業的健康發展至關重要。這需要政府、行業協會、工程建設方共同努力，確保政策和法規既促進行業創新和發展，又保障裝配式建筑的安全和質量。

1.4 供應鏈與物流影響

裝配式建筑的供應鏈和物流問題是其發展面臨的重要挑戰之一。高效和可靠的供應鏈對裝配式建筑按期交付至關重要。這要求預制構件的設計、制造、運輸和現場組裝等每個環節必須嚴格協調和優化。大型預制構件需要特殊的運輸工具和路線，運輸成本較高。施工組織制訂的計劃需要精確，任何延誤都可能導致整個施工進度的推遲。裝配式建筑的供應鏈管理還涉及倉儲問題。由于部件是預先制造的，因此，需要有足夠的存儲空間。優化供應鏈和物流管理，降低相關成本，提高效率和可靠性是裝配式建筑行業發展過程中需要解決的關鍵問題。

2 國內外案例研究

2.1 國際案例研究

在國際上，裝配式建筑的案例遍布許多發達國家[7]。在美國，裝配式建筑在商業和住宅市場中，占比都有顯著增長。美國的一些大型建筑項目通過采用預制構件，不僅加快了建設進度，而且在成本控制和建筑質量方面取得了良好效果。例如，位于紐約布魯克林的11 HOYT 項目，該項目通過119 個模具生產1205 塊預制混凝土帶窗洞外墻板，安裝工作僅用了2 年多的時間。再比如，位于弗吉尼亞州桑德白橡樹半導體廠的1 號和2 號廠房建設同樣采用了裝配式技術，該項目從開始施工到第一次投入生產用了11 個月，預制構件生產以及設計商在2 個月內提供了近1500 件預制件用于支撐結構的安裝，顯著提升了施工效率。

在芬蘭，裝配式木結構住宅因具有環境友好和能源效率高的特點而廣受歡迎。例如，Puukuokka 街區是芬蘭裝配式木結構建筑的經典案例。Puukuokka 街區是一系列多層木結構公寓建筑，整個承重結構和框架由大量的預制交叉復合木材模塊組成。交叉復合木材模塊是在離現場不到2 h車程的當地工廠預制的。預制模塊的使用使現場施工時間減少到每個建筑6 個月。Puukuokka 街區不僅凸顯了木材的環保特性，也展示了裝配式木結構建筑的發展潛力和技術進步。

2.2 國內案例研究

近年來，中國裝配式建筑的發展得到了政府的大力支持，眾多城市積極參與。裝配式建筑不僅提高了建設效率，也推動了中國建筑行業的綠色轉型[8]。例如，廣東省深圳市萬科云城是當地首個大規模建設的裝配式高層辦公建筑群。該項目在方案設計初期經過裝配式建筑技術策劃，根據項目特點、建筑高度和立面形式，確定了采用內澆外掛體系，建筑外墻采用清水混凝土預制外墻構件。與玻璃幕墻相比，預制混凝土外墻具有立面多樣性、建筑外圍護體系耐久性好、造價低等優勢。該項目通過裝配化的生產與施工，充分發揮預制外墻自身優勢，打破了玻璃幕墻在公共建筑“一家獨大”的局面[9]。位于浙江省杭州市的未來新湖中心，是當地積極探索裝配式建筑新技術的標桿案例。未來新湖中心是鋼結構裝配式體系建筑，建筑南北2 ～12 層鋼連廊采用整體提升技術，分3 次提升安裝到位，結構樓板全部采用鋼筋桁架樓承板，并應用一體化、模數化設計技術[10]。

通過分析這些案例發現，政府支持和政策引導、對質量和效率的嚴格要求以及對環境可持續性的高度重視，共同推動了裝配式建筑在各個地區的成功應用和發展。

3 未來發展趨勢

3.1 新材料與新技術應用

裝配式建筑的發展依賴新材料和新技術的創新應用，具體為：第1，不斷發展的材料科學為裝配式建筑帶來了更輕、更環保的建筑材料。例如，高性能混凝土和輕質復合材料被廣泛用于制造更耐用、更有效的預制構件。第2，在技術創新方面，數字化和自動化技術的應用逐漸改變裝配式建筑的設計和生產過程。3D 打印技術使建筑設計更加精確和靈活，并提高了生產效率?？沙掷m發展技術在裝配式建筑中變得越來越重要。例如，太陽能集成、雨水回收系統和高效隔熱材料等被集成到建筑設計中，提高裝配式建筑的能源利用率和環境可持續性。

3.2 數字化與自動化在裝配式建筑中的應用

數字化和自動化技術被廣泛應用于裝配式建筑領域。這些技術為提高效率、降低成本、提升質量和安全性提供了新的手段。BIM 使裝配式建筑從設計到施工的每個階段都更加精確和高效。通過利用BIM 技術，設計師和工程師能在虛擬環境中準確模擬建筑的全生命周期，并預測潛在問題。自動化技術在生產預制構件方面也起到了關鍵作用。例如，利用機器人和自動化生產線，可以提高生產速度，減少人工錯誤，確保構件質量的一致性。自動化技術的應用還有助于減少物料浪費，使生產過程更加環保。此外，數字化工具，如增強現實（Augmented Reality，AR）以及虛擬現實（Virtual Reality，VR），也被越來越多地用于設計演示和施工指導。這些技術不僅提升了客戶參與度，而且有助于施工人員更準確地理解和執行設計意圖。數字化和自動化技術正在裝配式建筑中發揮著越來越重要的作用，其不僅推動了行業的現代化，也為未來建筑行業的發展提供了新方向。

3.3 可持續發展與綠色建筑

在裝配式建筑發展過程中，可持續發展和綠色建筑越來越重要。具體表現為：第1，環保材料的使用在減少建筑對環境的影響方面發揮重要作用。例如，使用可回收或可再生的建筑材料有助于減少能源消耗以及碳排放。第2，能源利用效率的提高對裝配式建筑的可持續發展起重要推動作用。采用被動式設計原理、高效的能源系統和可再生能源技術（如太陽能和風能），可顯著降低建筑的運營成本和對環境的影響。第3，水資源的循環利用是裝配式建筑發展過程中的重要研究方向。通過積極利用雨水回收系統和高效的水處理技術，可有效節約水資源。可持續發展和綠色建筑技術與裝配式建筑結合，不僅有利于環境保護，而且也符合全球對構建人類命運共同體的追求。

4 對策及建議

4.1 政策與監管框架改進

為促進裝配式建筑的發展，改進政策與監管框架至關重要，具體為：第1，政府應制定鼓勵裝配式建筑發展的具體政策，如財政補貼、稅收減免、研發支持等，以激勵更多企業和投資者參與裝配式建筑的建設。第2，完善裝配式建筑相關的法規和標準體系是推動行業健康發展的關鍵，因此，需要制訂明確的設計、生產、施工以及驗收標準，確保建筑安全和質量。第3，加強政府與行業的合作，共同推動技術創新和應用。政府可以通過建立研究基金、支持行業協會和學術交流等方式，促進技術的發展和成果轉化。此外，政府還應考慮地區差異，制定具有地方特色的支持政策，以滿足不同地區的發展需要。

4.2 技術創新與研發投入

技術創新和研發投入對裝配式建筑的發展至關重要。政府和企業應加大對裝配式建筑技術研發的資金投入。這包括資助新材料的研發、建筑設計軟件的創新和施工技術的改進。鼓勵行業內外加強合作，如加強大學、研究機構與建筑公司之間的合作，促進理論知識和專業技術的交融，加快創新的步伐。對現有技術進行持續優化和升級，確保技術能適應市場需求和法規變化。此外，還要建立一個支持創新的環境，包括構建技術創新的獎勵機制，鼓勵企業和個人積極參與新技術的研發與應用。

4.3 市場推廣與教育培訓

為了促進裝配式建筑的市場接受度和普及，市場推廣和教育培訓至關重要。各地可通過媒體宣傳、展覽會和專家學者論壇等方式，提高公眾對裝配式建筑的認識，突出其環保、高效和經濟優勢。同時，加強專業教育和培訓，包括在高等教育機構設立專門的課程，以及為建筑從業者提供專業培訓和持續教育。需要注意，教育和培訓不僅要涉及技術與理論層面，還應包括項目管理、成本估算等方面。政府和行業組織可以通過舉辦研討會、講座等形式，為高校、項目建設方和施工方提供交流與學習的平臺，共同探討行業發展的方向和策略。

4.4 行業協作與標準化

行業內部的協作和建筑標準的統一對裝配式建筑的發展至關重要。對于行業協作，可以通過共享資源、案例研討等方式促進整個建筑行業的良性發展。這包括跨行業的合作，如建筑公司與材料供應商、設計師和工程師之間的合作。為促進行業協作，可以設立專門的行業協會或論壇，以便分享信息、討論行業趨勢和解決共同面臨的問題。建立統一的建筑標準對確保建筑質量和安全至關重要。這不僅涉及建筑設計和施工的技術標準，還包括環境保護和能源效率等方面的標準。這些措施的有效實施可以增強行業內部的合作，促進技術創新與應用，推動裝配式建筑行業的健康發展。

5 結語

本文從技術、成本、政策、供應鏈等方面探討了裝配式建筑發展的瓶頸，并分析了國內外裝配式建筑發展案例，提出裝配式建筑發展的對策和建議。研究發現，雖然裝配式建筑在提升建設效率、減少環境影響方面具備顯著優勢，但其在發展過程中仍存在諸多問題。為了有效解決這些問題，要積極改進政策與監管框架，加強技術創新與研發投入，并做好市場推廣與教育培訓工作，加強行業協作，實現裝配式建筑標準化。