我國建筑工業(yè)化應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展建議

孫澤世（徐州中國礦業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計咨詢研究院有限公司,江蘇 徐州221008）

我國建筑工業(yè)化應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展建議

孫澤世
（徐州中國礦業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計咨詢研究院有限公司,江蘇 徐州221008）

闡述了建筑工業(yè)化的定義、特點及優(yōu)勢;結(jié)合建筑工業(yè)化構(gòu)配件生產(chǎn)、建筑結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)配件連接處理論述了我

國建筑工業(yè)化的應(yīng)用現(xiàn)狀；總結(jié)和提出了制約當前我國建筑工業(yè)化發(fā)展的主要問題，如預(yù)制構(gòu)件成本高、國家標準不完善、建筑工業(yè)化人才不足,以及建筑工業(yè)化技術(shù)落后等，并提出了相應(yīng)應(yīng)對措施，為我國建筑工業(yè)化發(fā)展提供參考和借鑒。

建筑工業(yè)化；優(yōu)勢；應(yīng)用現(xiàn)狀；問題

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.11.035

1　引言

建筑業(yè)是我國重要的國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)，同時也是一個勞動密集型的粗放產(chǎn)業(yè)。這種生產(chǎn)方式一方面需要較多的勞動力，另一方面技術(shù)含量不高。而且這種以手工操作為主的傳統(tǒng)小生產(chǎn)方式還會帶來一系列問題，比如污染環(huán)境、工期長、建筑質(zhì)量得不到保證、資源能源消耗量大等[1，2]。所以，近年來，國家提出要加快推進建筑工業(yè)化，將現(xiàn)場制作轉(zhuǎn)為工廠化生產(chǎn)，機械化作業(yè)取代手工作業(yè)，現(xiàn)場混凝土澆筑改為預(yù)制裝配，并且將建筑業(yè)和現(xiàn)代先進的信息化技術(shù)相結(jié)合，促使建筑產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，這無疑將是我國建筑業(yè)的一次革命。

2　建筑工業(yè)化的特點與優(yōu)勢

黨的十八大報告中提及的建筑工業(yè)化可以稱之為“新型建筑工業(yè)化”，這不同于我國20世紀50年代推行的建筑工業(yè)化。傳統(tǒng)的建筑工業(yè)化僅指生產(chǎn)部分預(yù)制構(gòu)配件，比如預(yù)制空心樓板等；而新型建筑工業(yè)化是將現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)方式用于整個建筑產(chǎn)品生產(chǎn)線，包括采用建筑標準化設(shè)計、構(gòu)配件工廠化生產(chǎn)、機械裝配化施工和一體化裝修以及組織管理信息化的方式，形成包含設(shè)計、生產(chǎn)、施工、開發(fā)和經(jīng)營等環(huán)節(jié)在內(nèi)的完整產(chǎn)業(yè)鏈，讓造房子變得像造汽車一樣[3～6]。

2.1建筑工業(yè)化的特點

相對傳統(tǒng)的建筑業(yè)生產(chǎn)模式，新型建筑工業(yè)化具有建筑設(shè)計標準化、構(gòu)配件生產(chǎn)工業(yè)化、施工機械裝配化、結(jié)構(gòu)裝修一體化和生產(chǎn)管理信息化等特點。

建筑設(shè)計的標準化是推進建筑工業(yè)化的首要任務(wù)，這包括構(gòu)件、部品的模數(shù)化以及建筑單元的標準化。按一定的模數(shù)來設(shè)計生產(chǎn)構(gòu)配件，不僅能夠節(jié)省設(shè)計時間，也能提高預(yù)制構(gòu)件廠的生產(chǎn)效率、模板的重復(fù)使用率，進而降低預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)成本。但這里的模數(shù)化不僅僅指構(gòu)配件，而且相應(yīng)的建筑設(shè)備和設(shè)施以及不同行業(yè)建筑部品之間也應(yīng)當約定相應(yīng)的模數(shù)。當然，模數(shù)化只是實現(xiàn)標準化的前提，由模數(shù)化為基礎(chǔ)裝配成的建筑單元才是標準化的整體，比如整個圍護結(jié)構(gòu)、墻板組成的1個開間以及擁有成套設(shè)備的廚房、衛(wèi)生間等[7,8]。

顧名思義，構(gòu)配件生產(chǎn)的工業(yè)化是對建筑物的各個零部件，比如墻、梁、柱等，不進行現(xiàn)場澆筑，而是在工廠進行流水線式的生產(chǎn)。相比于傳統(tǒng)的現(xiàn)場澆筑作業(yè)，工廠預(yù)制生產(chǎn)效率更高、誤差更小、質(zhì)量更易得到保證，并且采用預(yù)制構(gòu)件也減少了現(xiàn)場濕作業(yè)的工作量，保護了環(huán)境?？梢哉f，構(gòu)配件生產(chǎn)的工業(yè)化是實現(xiàn)建筑工業(yè)化的重要環(huán)節(jié)，也是建筑工業(yè)化發(fā)展的標志。國家建筑工業(yè)化的發(fā)展很大程度上取決于構(gòu)配件工業(yè)化生產(chǎn)水平。

預(yù)制構(gòu)配件生產(chǎn)完成后，需要運輸至施工現(xiàn)場進行現(xiàn)場組裝和拼接。施工機械裝配化所需現(xiàn)場施工工人較少，多數(shù)或全部采用施工機械完成，這也是實現(xiàn)建筑工業(yè)化的重要環(huán)節(jié)。采用機械裝配具有施工進度快、勞動強度低、施工噪聲小和施工成本低等優(yōu)點。

從建筑設(shè)計開始就同步設(shè)計裝修，并且裝修所需的構(gòu)件部品也與建筑構(gòu)件的生產(chǎn)、制作和裝配同時進行，比如盒子結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)安裝，它和主要結(jié)構(gòu)構(gòu)配件同步生產(chǎn)預(yù)制，當主體施工完成后，就直接整體安裝衛(wèi)生間或廚房。不同于毛坯房，還需要用戶自己再裝修；通過一體化裝修，用戶在建筑設(shè)計時就能了解到它裝修后的樣子，交付時就可以直接使用，給用戶帶來極大便利[9]。

生產(chǎn)管理信息化使建筑全過程實現(xiàn)信息化，通過應(yīng)用BIM技術(shù)，將有關(guān)建筑的所有信息都匯集起來，形成信息交流平臺，供不同專業(yè)、不同階段的建設(shè)人員查閱和補充，實現(xiàn)資源共享。利用信息化管理雖然前期工作量大，但能夠有效解決之前各專業(yè)間不協(xié)調(diào)，防止構(gòu)配件和建造技術(shù)脫節(jié)，設(shè)計和施工不對應(yīng)等問題，并且還可以實現(xiàn)對建筑整個生命周期的管理?？梢哉f，信息化管理是新型建筑工業(yè)化最主要的特點，也是推動建筑工業(yè)化發(fā)展的動力源[10，11]。

2.2建筑工業(yè)化的優(yōu)勢

基于建筑工業(yè)化的特點，相比傳統(tǒng)的建筑物建造模式，建筑工業(yè)化的優(yōu)勢是非常明顯的。它能夠在不提高（或有可能降低）建造成本的前提下，使得建筑物的建造速度更快（工期更短）、質(zhì)量更高，同時節(jié)約能源、資源和保護環(huán)境[12]。

在建筑工業(yè)化中，首先，由于大部分構(gòu)配件都是在工廠流水線上預(yù)制和批量生產(chǎn)的，比起在施工現(xiàn)場純手工支模、澆筑混凝土構(gòu)配件，所產(chǎn)生的制作誤差可以大幅度減小，從而提高建筑整體質(zhì)量；其次，預(yù)制好的構(gòu)配件在施工現(xiàn)場僅需要采用流程化和工法化的方式進行連接和安裝，所需的工作主要為機械吊裝作業(yè)，現(xiàn)場工人數(shù)量及工人的勞動強度均大幅度降低，而且機械作業(yè)受外部環(huán)境氣候條件影響相對較小，施工速度快加之由于預(yù)制構(gòu)配件在出廠時強度均已滿足要求，故而可以大幅縮短現(xiàn)場的施工工期，提高經(jīng)濟效益。

除此之外，建筑工業(yè)化的建造方式基本是在工廠提前完成的，現(xiàn)場施工只是機械安裝為主，所以施工現(xiàn)場的環(huán)境會得到明顯改善，傳統(tǒng)建筑施工現(xiàn)場的揚塵、垃圾和噪聲問題將會得到明顯改善。有資料顯示與目前的傳統(tǒng)混凝土現(xiàn)澆技術(shù)相比，建筑工業(yè)化可使現(xiàn)場的建筑垃圾減少80%，材料損耗率減少60%，建筑節(jié)能至少為65%。在裝配化率達到50%左右時，建筑工人的勞動生產(chǎn)率將是目前建筑施工勞動生產(chǎn)率的1倍[13]。

3　我國建筑工業(yè)化的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1構(gòu)配件生產(chǎn)

從20世紀50年代開始，國內(nèi)就開始出現(xiàn)建筑工業(yè)化，各種預(yù)制吊車梁、屋面梁、預(yù)制屋面板空心樓板和大板樓板被廣泛應(yīng)用。但大體來說，我國當時的技術(shù)水平落后，沒有很好的信息交互平臺，工業(yè)化整體水平低，并且構(gòu)配件跨度小、承載能力低、延性差等，使建筑工業(yè)化到最后不了了之。從20世紀90年代至今，使建筑產(chǎn)業(yè)化憑借其自身的優(yōu)勢又重新提及，并且快速發(fā)展，國家在21世紀初進行住宅工業(yè)化試驗基地的嘗試，批準了遠大住工等一批國家住宅工業(yè)化基地的建設(shè)。近幾年，國家相關(guān)部門接連發(fā)布多項政策和規(guī)范，比如《工業(yè)化建筑評價標準》《住宅產(chǎn)業(yè)化建設(shè)意見書》等。國內(nèi)的建筑工業(yè)化在住宅產(chǎn)業(yè)化方面發(fā)展最為迅速，許多構(gòu)配件生產(chǎn)廠家對工業(yè)化都進行了探索和實驗，尤其是對預(yù)制混凝土裝配式房屋方面研究和應(yīng)用較多，現(xiàn)有產(chǎn)品有樓梯、內(nèi)外墻體、樓板和窗框浴室等[14～17]。

目前，預(yù)制構(gòu)配件的生產(chǎn)方式主要有兩種。一種是固定工位法生產(chǎn)方式，顧名思義，將模具放置在工廠的固定位置，鋼筋和混凝土等建筑工人按制作工序輪流在模具上施工。這種方式主要從日本和香港引進，設(shè)備投入費用少，可以生產(chǎn)相對復(fù)雜的異形構(gòu)件，但是模具使用次數(shù)少，平均為100～200次，模具攤銷成本很高。另一種是流水線的生產(chǎn)方式，模臺隨著工序的不斷流動，各類建筑工人的位置是相對不變的，這種生產(chǎn)方式在歐洲比較普遍，生產(chǎn)效率高，并且模臺壽命長，可以循壞使用2000～3000次；但是設(shè)備初期投資費用高，無法生產(chǎn)復(fù)雜異形構(gòu)件[18]。

3.2建筑結(jié)構(gòu)體系

當前，可以實施建筑工業(yè)化的建筑結(jié)構(gòu)體系主要有鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)體系，其中混凝土結(jié)構(gòu)體系又包括裝配整體式框架結(jié)構(gòu)體系和裝配整體式剪力墻體系。

鋼結(jié)構(gòu)本身就是建筑工業(yè)化的代表，鋼材由于自身特性，構(gòu)配件采用工業(yè)化生產(chǎn)，加工運輸方便，施工現(xiàn)場機械化組裝，安裝維護易于操作，容易形成標準化和系列化。目前我國鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展迅速，并且常用于大跨度工業(yè)廠房和多高層民用建筑等。另外，由于鋼結(jié)構(gòu)標準化較為成熟，各種新型建筑材料（比如保溫隔熱材料等）在鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣泛，這些新型建筑材料綠色環(huán)保、高效節(jié)能，能夠帶動建筑產(chǎn)業(yè)化進一步發(fā)展。目前，國內(nèi)主要的鋼結(jié)構(gòu)體系有薄板鋼骨體系、格構(gòu)式鋼剪力墻體系以及鋼框架結(jié)構(gòu)體系。鋼構(gòu)件產(chǎn)品主要有預(yù)制鋼梁和鋼柱以及采用半成品模塊化的圍護結(jié)構(gòu)。

混凝土裝配整體式框架結(jié)構(gòu)體系是目前在我國應(yīng)用最成熟、最廣泛的建筑工業(yè)化形式之一。混凝土柱采用現(xiàn)澆方式，混凝土梁采用預(yù)制疊合梁，樓板采用預(yù)制圓孔板或疊合樓板，外墻和樓梯等其余構(gòu)件除伸入支座處采用現(xiàn)澆外，其他均全部預(yù)制。每個施工段構(gòu)配件吊裝到位后統(tǒng)一進行澆筑，這樣能提高拼裝工程的整體性和抗震性能[19，20]。

混凝土裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)體系，一般外墻板采用預(yù)制剪力墻板和預(yù)制連梁，內(nèi)墻和電梯間采用現(xiàn)澆剪力墻，預(yù)制墻板之間采用豎向現(xiàn)澆段，樓板可以采用疊合樓板或現(xiàn)澆樓板。這種結(jié)構(gòu)形式既節(jié)省模板，又降低工程費用，而且建筑的整體性和抗震性能得到保證。國內(nèi)目前主要采用的結(jié)構(gòu)形式是內(nèi)澆外掛式剪力墻結(jié)構(gòu)體系，能減少工人高空作業(yè)和外腳手架的搭設(shè)，同時又能保證建筑的抗震性能，在高層建筑中應(yīng)用廣泛。

3.3構(gòu)配件連接處理

建筑工業(yè)化的關(guān)鍵在于構(gòu)配件工業(yè)化生產(chǎn)和機械裝配化，而機械裝配化的重點在于各預(yù)制構(gòu)件的連接處理。對于鋼結(jié)構(gòu)而言，構(gòu)件的連接方式可以采用焊接、栓接和鉚接，其連接工藝、設(shè)計方法和質(zhì)量標準已經(jīng)有成熟的設(shè)計和施工規(guī)范，這里就不再贅述。下面僅闡述目前在混凝土裝配式建筑中構(gòu)配件連接的各種處理方法。

對于全預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)，梁、板、柱之間的連接目前主要采用漿錨連接。首先是構(gòu)件連接面的處理，在柱與基礎(chǔ)和梁與樓板連接過程中，先要對構(gòu)件表面抹坐漿臥牢，然后將構(gòu)件一端預(yù)留的插筋插入另一構(gòu)件的漿錨孔中，最后灌注膨脹性水泥砂漿。對于梁與樓板的連接要先對梁上預(yù)留鋼筋和預(yù)制板端的鋼筋進行焊接，然后用至少C20混凝土把空隙部位澆筑搗實[21，22]。這種連接方式施工方便，效率高，但是其整體性和抗震性能還有待提高。

墻和基礎(chǔ)以及墻與墻的連接。墻板主要通過吊裝與基礎(chǔ)相連接，相比于日本的后安裝墻板的裝配式工法，我國目前大多采用香港的先安裝墻板的裝配整體式工法[23]。這種工法利用墻板與墻板之間的現(xiàn)澆連接部分，既消除了誤差，又保證了結(jié)構(gòu)的整體性，并且不會產(chǎn)生較大縫隙，防水性能好。

4　我國建筑工業(yè)化存在的問題及建議

我國的建筑工業(yè)化雖然有預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的相關(guān)經(jīng)驗積累，但與發(fā)達國家相比還處在初級階段，在建筑工業(yè)化的設(shè)計、生產(chǎn)、裝配和經(jīng)營管理過程中還存在下列幾方面的問題，并針對各問題提出相應(yīng)解決措施。

4.1預(yù)制構(gòu)配件成本高

從理論上講，采用工業(yè)化批量生產(chǎn)的混凝土預(yù)制構(gòu)配件其成本應(yīng)比施工現(xiàn)場澆筑的混凝土構(gòu)配件低。但由于我國建筑工業(yè)化還處于研發(fā)和探索階段，并且建筑工業(yè)化需要購置大型機械設(shè)備以及生產(chǎn)構(gòu)配件的產(chǎn)房，前期固定資產(chǎn)投入高，機械化施工相比于傳統(tǒng)施工的成本高出7.1%。有數(shù)據(jù)顯示，目前采用建筑工業(yè)化方式建造的建筑，其建設(shè)成本每平方米比傳統(tǒng)建筑成本高出500元，大約為總成本的30%，這極大地阻礙了我國建筑工業(yè)化的推廣和應(yīng)用。

在建筑工業(yè)化推進初期，政府就是推進建筑工業(yè)化的動力源，應(yīng)該盡快制定相關(guān)政策，對建筑業(yè)的轉(zhuǎn)型升級加以扶持，可以對建筑企業(yè)予以補貼，并且可以組織開發(fā)商、設(shè)計單位和施工單位一起研究標準規(guī)范、圖集和施工技術(shù)規(guī)程等的制定。

4.2國家標準不完善

設(shè)計標準化是實現(xiàn)建筑工業(yè)化的前提，但是目前我國在設(shè)計、制造和技術(shù)方面的標準都不完備，而且沒有相關(guān)強制性準則。企業(yè)每做一個項目，都需對其定制一套模具和施工方案，并且重復(fù)利用率低，造成極大浪費。另外，由于標準不完善，設(shè)計標準化無從談起，多樣化更遙遙無期，設(shè)計人員目前還只能根據(jù)企業(yè)標準或依據(jù)自己經(jīng)驗來設(shè)計構(gòu)配件。

所以建立標準化體系、出臺相關(guān)標準和規(guī)范是促進建筑工業(yè)化發(fā)展的重中之重，而且該標準不僅針對設(shè)計，而是要對整個建筑產(chǎn)業(yè)鏈形成標準體系，使建筑產(chǎn)品的設(shè)計和施工效率大大提高，實現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)，降低建造成本。并且從日本的住宅工業(yè)化發(fā)展過程可以看出，只有先實現(xiàn)標準化的構(gòu)配件，進而形成標準化的建筑單元，然后將不同的建筑單元進行組裝，才能發(fā)展建筑的多樣化，進而形成大規(guī)模工業(yè)化。

4.3建筑工業(yè)化人才不足

在現(xiàn)代土木工程的教育中，一方面，學(xué)生學(xué)習(xí)的還都是傳統(tǒng)建筑設(shè)計、施工的專業(yè)知識，并沒有關(guān)于建筑工業(yè)化知識的學(xué)習(xí)，對建筑工業(yè)化認識不深，更別提從事建筑工業(yè)化設(shè)計了；另一方面，現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計人員并沒有經(jīng)過建筑工業(yè)化方面的職業(yè)技能訓(xùn)練，并且年齡較大，對新技術(shù)轉(zhuǎn)型缺乏積極性。

在土木工程專業(yè)教育中，要添加相關(guān)課程，加大對學(xué)生建筑產(chǎn)業(yè)化知識的培養(yǎng)。另外，設(shè)計單位和研究院應(yīng)該積極引進先進的建筑工業(yè)化理念體系，鼓勵學(xué)習(xí)國外的成熟技術(shù)，但也不能完全照抄，要符合中國國情。

4.4建筑工業(yè)化技術(shù)落后

我國目前建筑工業(yè)化的科技含量水平還很低，首先沒有相關(guān)的材料、設(shè)備和機械來支持設(shè)計和研發(fā)，其次構(gòu)件重復(fù)利用率低，結(jié)構(gòu)、裝飾和保溫還是無法達到同步作業(yè)；同時，目前國內(nèi)的建筑工業(yè)化產(chǎn)品還存在穩(wěn)定性和牢固性方面的問題，尤其是構(gòu)件連接處，漿錨連接的施工方法整體性還不強，很多產(chǎn)品還禁不住地震的考驗。

我國要向國外學(xué)習(xí)經(jīng)驗技術(shù)，主要針對施工工法和連接構(gòu)造技術(shù)，以及信息化管理系統(tǒng)的應(yīng)用。目前，國外某些發(fā)達國家的建筑工業(yè)化技術(shù)已經(jīng)相當成熟，比如利用GRC技術(shù)實現(xiàn)裝飾構(gòu)件一體化、日本滑動式外墻板以及先進的建筑設(shè)計軟件Revit等[24]。國內(nèi)企業(yè)可以和國外企業(yè)多合作，開展技術(shù)交流，吸取經(jīng)驗，借鑒技術(shù)，同時也要有自我創(chuàng)新意識，對可行的方案可先用ANSYS軟件進行模擬分析，是否滿足建筑要求。

5　結(jié)語

目前，我國建筑工業(yè)化進入快速發(fā)展時期，以各大先進集團為首的國內(nèi)企業(yè)在住宅產(chǎn)業(yè)化方面快速發(fā)展，建筑工業(yè)化的面積不斷擴大，并取得一定成果，但也存在不少問題亟需解決。信息科技、政府和集團的推動以及專業(yè)化的技術(shù)水平對促進建筑工業(yè)化尤為重要，需要不斷地探索和研究。建筑工業(yè)化是建筑轉(zhuǎn)型升級的必然趨勢，政府、企業(yè)乃至民眾都應(yīng)積極面對，努力形成以BIM技術(shù)為信息化交流平臺，形成包含設(shè)計、生產(chǎn)、施工、開發(fā)和經(jīng)營等環(huán)節(jié)的建筑產(chǎn)業(yè)鏈，推進我國建筑工業(yè)化的變革。

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CurrentApplicationand FutureDevelopmentSuggestionofBuilding Industrialization in China

SUN Ze-shi
(XuzhouChinaUniversityofM iningand TechnologyArchitecturalDesignConsulting InstituteCo.Ltd.,Xuzhou 221008,China)

Thispaperdescribed thedefinition,characteristicsand advantagesofbuilding industrialization firstly,and thenanalyzed the current situation of domestic building industrialization from the production of prefabricated concrete members,industrialized buildingstructuresystem to theconnection technologiesbetweenprecastmembers.Next,someproblemsand correspondingsolutions to domestic building industrialization are put forward,such as the high cost of prefabricated members,the deficiency of national standards,professional talents,and the lag in technology,which can provide suggestion and reference for the future development of building industrializationinourcountry.

buildingindustrialization;advantages;applicationstatus;problems

TU506

A

1007-9467（2016）11-0118-05

孫澤世（1973～），男，高級工程師，從事結(jié)構(gòu)設(shè)計、項目管理及材料研究。

2016-07-17