工程建设不仅投资数额大、参与主体多、施工周期长,而且消耗大量的资源能源,造成环境和生态影响。为破解能源资源短缺矛盾,突破建筑业管理粗放和劳动密集的发展瓶颈,2015年12月,中央城市工作会议确定了我国城市建设和发展的思路,提出要大力推动建造方式创新,以推广装配式建筑为重点,促进建筑业转型升级。之后,随着《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》(中发[2016]6号)和《关于大力发展装配式建筑的指导意见》(国办发[2016]71号)等一系列政策的发布,我国装配式建筑迎来了千载难逢的发展机会,建筑产业链上的各类企业纷纷入局。
为保护既有的市场,同时也为了抢得发展先机、抓住政策红利,各大型建筑施工企业正在快速切入装配式建筑这一领域,对市场份额的抢夺已日趋白热化。目前,我国建筑建设正面临着生态环境保护的矛盾,以及人工、建设等成本大幅上涨的压力;与此同时,产业链的集成与整合则较为有限,越来越难以适应城市现代化建设新时期的发展要求。在此背景下,装配式建筑逐渐兴起,给传统建筑行业带来新方向,且有望重构建筑业生态。
一、装配式建筑兴起的背景
为了进一步加强低碳、绿色、环保理念,促进装配式建筑发展,住建部和地方政府多次出台政策,鼓励和强制使用装配式建筑。《上海市绿色建筑发展三年行动计划(2014—2016)》[沪府办发〔2014〕32号]规定:“新建装配式建筑2014年不少于25%;2015年不少于50%;2016年,外环线以内符合条件的新建民用建筑原则上全部采用装配式建筑。”在政策期限内,对符合示范要求的装配式建筑项目,由市级财政给予60元/平方米的资金补贴(单个项目最高补贴600万元),同等条件下优先获奖。由此可见政府对装配式建筑的重视、支持和推广的力度。
目前,全国已有56个国家住宅产业化基地,11个住宅产业化试点城市,装配式建筑的推广正如火如荼。从具体数据来看,2016年,全国装配式建筑行业面积达到11,000万平方米,与2014年的1200万平方米相比,实现大幅度跨越式发展。在政策大力推动下,装配式建筑行业的市场规模也得以迅猛扩张。据统计,2016年,装配式建筑市场规模约2100亿元,相关配套产业产值规模约1068亿元,总产值达到3168亿元左右。
但目前装配式建筑的工程造价与传统式建筑工程造价相比要高很多。传统建筑的楼板厚度大约为100mm,而装配式建筑的楼板为60mm叠合板加80mm现浇板,总体厚度达到了140mm,较传统建筑板厚很多;外墙外挂板与剪力墙连接,使外墙厚度大幅增加,所用材料也就大幅增加:这些都导致了造价的增加。同时,由于外墙厚度的增加,导致用户在同等建筑面积上,装配式建筑的净空面积比传统式建筑的净空面积小很多,从而导致了装配式建筑的单位造价比传统式建筑贵很多,也不容易被消费者所接受;装配式建筑在我国尚处于新事物发展阶段,造价管理部门编制定额还不能实时跟进,这就造成了生产厂家一家独大的现象,造价由生产厂家说了算,对施工企业而言,装配式建筑市场竞争任重而道远。
二、装配式建筑定义
装配式建筑是指用预制的构件在工地装配而成的建筑。这种建筑的优点是:建造速度快、受气候条件制约小、节约劳动力并可提高建筑质量。“装配式建筑”是相对于“现浇式建筑”发展而来的新型建筑模式。现浇式建筑的所有构件采用现场支模板,现场浇筑混凝土,现场养护。现浇式建筑整体性好,刚度大,抗震抗冲击性好,防水性好,对不规则平面的适应性强。但是需要大量的模板,现场的作业量大,工期也较长。
装配式建筑施工要求放线准确,标高测量精确:由于工厂化的生产,使得预制构件的尺寸已经固定,如果放线时尺寸偏小,则预制构件安装不下去;如果放线时尺寸偏大,则又会造成构件拼缝偏大的现象。同时,对预留孔洞位置精度要求较高:装配式建筑由于为混凝土结构,要求在预留预埋时,尺寸、位置尽量精确,否则要重新开槽、开洞,增加施工难度,甚至影响结构。
装配式建筑是指使用预制的构件在工地装配而成的建筑,其特点包括几个方面:大量的建筑部品由车间生产加工完成;现场大量的装配作业;采用建筑、装修一体化设计、施工;设计标准化、管理信息化;符合绿色建筑要求。
◆ 装配式建筑的优越性
第一,有效缩短整体工期。装配式建筑的构件可以在工厂实现产业化的生产,构件就相当于标准的产品,运到现场就可以直接进行安装,甚至省去了砌筑和抹灰工序,可以说是既方便又快捷,在争分夺秒抢工期的建筑领域,大大缩短了整体工期,具有无可比拟的优越性。
第二,质量保证。构件在工厂进行标准化生产,质量比在现场生产更有保证,生产过程可以得到有效的控制。
第三,用于周转的材料投入量相对减少,降低了租赁费用。标准化的生产可以节省材料,减少浪费;由于其采用叠合板做楼板底模、外挂板作剪力墙的一侧模板,因此节省了大量的模板。
第四,环保。由于采用工厂化生产,使得施工现场的建筑垃圾大量减少,因而更环保。
第五,构件高标准的机械化程度,减少了现场人员的配备,在用工成本和安全生产方面都有帮助。新加坡政府对于建筑行业发展的要求就是通过技术来减少人力投入,并且也一直致力于降低人力成本。
第六,节能。由于外挂板为两面混凝土中间夹50mm挤塑板,其保温性能较传统建筑的外墙外保温或外墙内保温性能更好,同时,也解决了传统建筑因做了外保温而带来的外墙面装修脱落现象。
第七,成本更具优势。从成本角度来考虑,装配式建筑对钢材有一定的要求,与此相对应使用钢材的成本也较高。表1是装配式混凝土与钢结构建筑的成本比较,可以看出PC率20%~60%的混凝土建筑单位造价均低于钢结构,主因是混凝土结构建筑材料费更低;而木结构建筑则对木材的数量和质量要求较高,大量使用木结构住宅对于生态环境可能也有一定的负面影响。因此,预制混凝土建筑在当前来说综合成本较低,更受开发商和建筑商的青睐。
◆ 装配式建筑的局限性
第一,在我国,目前的设计验收等相关规范明显滞后于施工技术的发展,装配式建筑的应用领域还相当有限,并受限于建筑的总高度和层高。
第二,建筑物的预埋件等使用量较传统技术有很大的增加。
第三,构件的机械化生产由于设备的限制,对尺寸要求较高,具有局限性。
第四,构件生产的工厂距离施工现场如果太远,将会增加运输成本。
第五,尽管是工厂化生产,但预制构件也可能有一定的尺寸偏差,同时由于现场施工时的人为误差,拼装时可能会产生缝隙过大或不均匀的现象。
第六,外挂板无止水橡胶带。装配式建筑外挂板的设计,平楼板面带有止水橡胶带,但高出楼板面200mm的外挂板就没有止水橡胶带了。如果没有止水橡胶带,尽管在外缝处已使用耐候胶进行处理,但仍存在渗漏的可能,建议所有外挂板都要有止水橡胶带。
三、西方国家装配式建筑的发展
西方发达国家的装配式住宅已经发展到了相对成熟、完善的阶段。日本、美国、法国、德国、瑞典、丹麦是最具典型的国家。
发达国家和地区装配式住宅发展大致经历了三个阶段:第一阶段是工业化形成的初期阶段,重点建立工业化生产(建造)体系;第二阶段是工业化的发展期,逐步提高产品(住宅)的质量和性价比;第三阶段是工业化发展的成熟期,进一步降低住宅的物耗和环境负荷,发展资源循环型住宅。发达国家的实践证明,利用工业化的生产手段是实现住宅建设低能耗、低污染,达到资源节约、提高品质和效率的根本途径。
日本1968年提出装配式住宅的概念,1990年推出了采用部件化、工业化生产方式,通过立法来保证混凝土构件的质量,针对装配式住宅制定了一系列方针政策和标准,解决了标准化、大批量生产和多样化需求这三者之间的矛盾。日本经历了从标准化、多样化、工业化到集约化、信息化的不断演变和完善过程。在此期间建造的预制混凝土结构经受了1995年阪神7.3级大地震的考验。
美国的装配式住宅起源于20世纪30年代,1976年美国国会通过了《国家工业化住宅建造及安全法案》,同年开始出台一系列严格的行业规范标准。除了注重质量,更注重提升美观、舒适性及个性化。现在每16个人中就有1个人居住的是装配式住宅,并成为非政府补贴的经济适用房的主要形式。
法国预制混凝土结构的使用已经历了130余年的发展历程,构造体系以预应力混凝土装配式框架结构体系为主(装配率达到80%),钢、木结构体系为辅。焊接、螺栓连接等干法作业流行,结构构件与设备、装修工程分开,减少预埋,生产和施工质量高,
德国主要采用叠合板混凝土剪力墙结构体系,剪力墙板、梁、柱、楼板、内隔墙板、外挂板、阳台板、空调板等构件采用预制与现浇混凝土相结合的建造方式,并注重保温节能特性,目前已发展成系列化、标准化的高质量、节能的装配式住宅生产体系。
据统计,装配式建筑在国际较有影响力的建筑中,已经广为应用,悉尼歌剧院、纽约大都会人寿大厦、阿联酋阿布达比剧院、沙特阿拉伯吉达港防波堤灯塔、墨尔本南十字火车站办公楼、新加坡达士岭组屋、克罗地亚克尔克体育馆、荷兰海牙市政厅办公大楼等建筑均是采用装配式建筑的装配手法。