【綜述】什麼是裝配式建築？

前言

裝配式建築是以構件工廠預製化生產，現場裝配式安裝為模式，以標準化設計、工廠化生產、裝配化施工，一體化裝修和信息化管理為特徵，整合從研發設計、生產製造、現場裝配等各個業務領域，實現建築產品節能、環保、全周期價值最大化的可持續發展的新型建築生產方式。

裝配一詞最早使用於機械領域，指將零件按規定的技術要求組裝起來，並經過調試、檢驗使之成為合格產品的過程。簡單地講就是把零部件組裝成一個整體的過程。

沿用到建築領域，裝配式建築可以簡單地理解為：把建築的各個部分在現場進行直接組裝而成的建築。一棟建築，大到上海中心、哈利法塔，小到自家祖上傳下來的兩層小樓，其最基本的組成部件無非是：基礎、柱、梁、樓板、樓梯等幾個主要部分。要實現建築各構件的現場組裝，前提條件是這些構件必須提前在工廠生產好，簡稱預製。所以很多時候，裝配式建築又被稱作為預製建築或者建築工業化。

當然，一棟建築遠不止這麼簡單。梁、板、柱等只是建築的結構部分，相當於一個人的骨骼。一棟功能完整的建築還離不開外圍護系統（皮膚）；設備管線系統（血液）等等。所以裝配式建築也並不僅僅涉及結構的裝配，還涉及到其他相當多專業的裝配或者配合問題，是一個非常複雜而系統的工程。

裝配式建築的歷史

建國初期，在前蘇聯幫助下，掀起了一個大規模工業化建設高潮。從前蘇聯搬、抄了單層工業廠房體系。該體系中的柱、吊車梁、人字形屋架和薄腹屋面梁、槽型屋面板、天溝板和槽，均採用預製生產，圍護結構多為磚砌體。在這個年代構件的預製生產大多是在工程現場，且多為非預應力構件，技術水平不高，質量也不穩定。

1950s，新中國首次提出了建築工業化的口號，當時建築工業化的主要內容就是指構件的工業化生產。經過十年建設，我國國民經濟不僅恢復、而且有了較大發展，也在此期間，我國在蘇聯幫助下，在清華大學、原南京工學院、同濟大學、天津大學和哈爾濱建築工程學院等高等院校，專門設立了混凝土製品構件本科專業。

1960s，工業建築的主要構件已是工廠化集中生產，構件質量明顯提高；特別是預應力技術在鋼筋混凝土預製構件企業得到推廣應用，不但節省了原材料，還提高了構件的性能。

1970s~1980s，國民經濟的高速發展， 促成了我國裝配式鋼筋混凝土建築、部分裝配式混合建築和構件預製生產，獲得空前的發展機遇，達到了行業一個輝煌的峰值。但在構件類型和生產原理方面並沒有重大突破。值得一提的是：以高強鋼絲和鋼絞線為代表的高效預應力鋼材，在預應力混凝土構件生產中開始得到推廣應用。

1990s,進入九十年代後，由於（部分）裝配式建築自身有許多問題，主要可用「熱、裂、漏「來概括，和現澆結構相比，這些問題更顯突出。於是現澆結構幾乎全部替代了裝配式結構。

現階段裝配式技術相比之前取得了明顯的進步，主要體現在以下幾個方面。

設計概念的的進步

上世紀

• 認可接縫對裝配式混凝土結構剛度的影響，計算中有許多折減
• 強調全裝配，盡量減少現場濕作業
• 通過強調牆體的規則布置實現結構的整體性能，建築的多樣化受到較大的限制，體型及立面單一化
• 僅適用於小開間的居住建築
• 沒有強調部品的工業化

現階段

• 裝配式混凝土結構強調等同現澆混凝土，計算簡圖與現澆混凝土基本相同
• 強調預製與現澆相結合，更注重裝配式結構的整體性能
• 在標準化的基礎上，通過合理的結構構造，和飾面材料和質感的變化，實現建築的多樣。化，對建築師的限制較少
• 同時適用居住建築和公共建築
• 強調了部品的工業化

材料及施工機具的進步

上世紀

• 多層建築採用少筋混凝土牆板 ，高層建築採用鋼筋混凝土牆板
• 水平縫中受力鋼筋的豎向連接主要依靠預留銷鍵中的搭接焊
• 垂直縫中的水平鋼筋的連接主要依靠銷鍵和鋼筋錨環，僅接縫處有少量現澆混凝土，無邊緣構件的要求
• 接縫的界面為光滑面
• 樓板採用全預製大板

現階段

• 全部要求採用鋼筋混凝土牆板
• 水平縫中受力鋼筋的豎向連接主要依靠灌漿套筒
• 垂直縫中的水平鋼筋的連接在採用銷鍵和鋼筋錨環的同時，根據抗震規範增加邊緣構件的要求
• 接縫的界面為光滑面增加抗剪粗糙面的要求
• 樓板採用主要推薦採用帶有桁架鋼筋或砼肋的疊合樓板

實現設計技術和施工技術的進步

上世紀

• 手工業的設計技術；
• 工廠生產線上手工業的操作方式；
• 吊車最大噸位數小；
• 用工人數5000人-20餘萬平方米

現階段

• BIM技術的引進
• 工廠生產線上機器手和電腦自動控制程序的引進
• 吊車最大噸位數2000T-m
• 用工人數100人-20餘萬平方米

裝配式建築的優勢

• 保證工程質量。傳統的現場施工受限於工人素質參差不齊，質量事故時有發生。而裝配式建築構件在預製工廠生產，生產過程中可對溫度、濕度等條件進行控制，構件的質量更容易得到保證。
• 降低安全隱患。傳統施工大部分是在露天作業、高空作業，存在極大的安全隱患。裝配式建築的構件運輸到現場後，由專業安裝隊伍嚴格遵循流程進行裝配，大大提高了工程質量並降低了安全隱患。
• 提高生產效率。裝配式建築的構件由預製工廠批量採用鋼模生產，減少腳手架和模板數量，因此生產成本相對較低，尤其是生產形式較複雜的構件時，優勢更為明顯; 同時省掉了相應的施工流程，大大提高了時間利用率。
• 降低人力成本。目前我國建築行業勞動力不足、技術人員缺乏、工人整體年齡偏大、成本攀升，導致傳統施工方式難以為繼。裝配式建築由於採用預製工廠施工，現場裝配施工，機械化程度高，減少現場施工及管理人員數量近10 倍。節省了可觀的人工費，提高了勞動生產率。
• 節能環保，減少污染。裝配式建築循環經濟特徵顯著，由於採用的鋼模板可循環使用，節省了大量腳手架和模板作業，節約了木材資源。此外，由於構件在工廠生產，現場濕作業少，大大減少了噪音。

裝配式建築的分類

從結構材料分類，裝配式建築大體可以分為：裝配式混凝土體系（PC）、裝配式鋼結構體系、裝配式木結構體系。

1.裝配式混凝土

常見的裝配式混凝土體系：

• "外掛內澆」PCF（預製裝配式外掛牆板）剪力牆體系
• 雙面疊合板式剪力牆體系
• 全裝配整體式剪力牆體系
• 裝配式框架-現澆剪力牆體系
• 全裝配整體式框架體系
• 提拔體系

2.裝配式鋼結構

常見的裝配式鋼結構體系

• 鋼框架結構體系
• 鋼框架-支撐結構體系
• 鋼框架-延性牆板結構體系
• 交錯桁架結構體系
• 門式剛架結構體系
• 低層冷彎薄壁型鋼結構體系
• 分層裝配式結構體系
• 鋼管束結構體系
• 其他新型結構體系

3.裝配式木結構

裝配式建築的發展瓶頸

先期成本提高的瓶頸

• 初期建造成本提高，根本原因是企業還沒有完全掌握技術，沒有專業隊伍和熟練工人，沒有建立現代化企業管理模式，企業做好了這些準備，成本自然會降下來。

行業管理體制的瓶頸

• 工業化生產方式與現行的管理體制機制不相適應是發展的現實，設計、生產、施工、監理等環節都發生移位，主體責任範圍都將發生變化。

建築企業管理運行機制的瓶頸

• 傳統的企業運行管理模式根深蒂固，各自為戰、以包代管、層層分包的管理模式嚴重束縛了產業化的發展，必須要打破。

生產活動過程中利益鏈的瓶頸

• 傳統的生產方式早已形成了固有的利益鏈，要在工程總承包（EPC）管理模式下，形成新的利益分配機制。

裝配式建築的成本

裝配式混凝（PC）土建築

目前裝配式混凝土建築的建築成本是高於傳統建築，主要原因如下：

1.上下游供應商資源不足，未形成市場競爭

• 預製構件及部品的生產商太少，生產能力也還不夠。
• 總承包企業往往不同時具備生產和裝配的能力。
• 有成熟經驗和技術能力的施工單位寥寥無幾。
• 有PC建築全過程（含深化）設計經驗的設計單位很少。
• 配套連接件、臨時支撐、鋼筋套筒及灌漿料等供應商不足。
• 運輸設備、吊裝設備等專用配套設施的生產商不多。
• 具備質量檢測和產品檢驗能力的機構還沒有在全國建立。

2.設計標準化程度不高，未體現出規模化效應

• 設計單位大多不熟悉模數化、標準化、工業化的設計方法。
• 設計尚不適應主體結構、裝修和設備管線的裝配化集成技術。
• 設計模數化、標準化與建築立面多樣化和美觀要求往往是衝突的。
• 主體設計單位對PC的製作、運輸、安裝等產業鏈了解程度低。
• PC方案策劃及構件深化未前置，導致後期構件拆分及節點設計困難。
• 建設方習慣了傳統設計管理流程，「邊決策、邊設計、邊修改」使得PC深化和製作工作難以展開。
• 設計後期變更在模數化、標準化、一體化的設計中未嚴格控制。

3. 鋼筋及混凝土用量增加：

• 構件拆分後拼接部位連接鋼筋和加強鋼筋增加。
• 夾芯保溫外頁牆增加了鋼筋及混凝土用量。
• 疊合板、疊合牆、預製梁、預製柱等尺寸大於現澆。
• 疊合樓板、疊合剪力牆的桁架筋增加用鋼量。
• 鋼筋連接及夾芯牆板的內、外頁牆之間的連接件費用較高。
• 臨時支撐、運輸、吊裝、就位等增加了施工安裝費用。
• 定型鋼模板以及各種預埋件、吊環等增加了製作成本。
• 預製構件或部品作為建築產品，需要交納17%的增值稅。

裝配式混凝土建築的成本分析

• 隨著產業化住宅量逐年提高，其建安成本將逐年下降。
• 預計未來2~3年可實現與傳統住宅建造成本持平。

裝配式建築規範及行業標準

裝配式混凝土系列圖集

• 《預製混凝土剪力牆外牆板》15G365-1
• 《預製混凝土剪力牆內牆板》15G365-2
• 《桁架鋼筋混凝土疊合板（60mm厚底板）》15G366-1
• 《預製鋼筋混凝土板式樓梯》 15G367-1
• 《預製鋼筋混凝土陽台板、空調板及女兒牆》 15G368-1
• 《裝配式混凝土結構住宅建築設計示例（剪力牆結構）》15J939-1
• 《裝配式混凝土結構表示方法及示例（剪力牆結構）》 15G107-1
• 《裝配式混凝土結構連接節點構造（樓蓋和樓梯）》 G310-1~2

裝配式混凝土系列規範（建築+結構）

• 《裝配式鋼結構建築技術標準》 GB/T 51232-2016
• 《裝配式混凝土結構建築技術標準》 GB/T51231-2016
• 《裝配式混凝土結構技術規程》 JGJ1-2014

裝配式建築系列標準應用實施指南

• 《裝配式建築系列標準應用實施指南2016（鋼結構建築）》
• 《裝配式建築系列標準應用實施指南2016（混凝土結構建築）》

地方標準

參考文獻