建筑设计行业前沿技术之三——工业化住宅设计

张 桦

（上海现代建筑设计（集团）有限公司,上海 200000）

1 工业化住宅定义

当前工业化住宅是国内工程建设关注的热点，各种名称和定义同时并存，如装配式住宅、PC预制混凝土住宅、模块化建筑、工业化住宅、住宅产业化、建筑工业化等。装配式住宅是从建造形式定义，装配形成的住宅；PC预制混凝土住宅则是从建造材料定义，采用预制混凝土；模块化建筑从方法维度定义，模块化方法设计的建筑；工业化住宅从技术角度定义，用工业化的方式代替手工业生产方式建造的住宅；住宅产业化从政策角度定义，实现住宅生产、供应等的工业化；建筑工业化从生产方式定义，通过现代化的大工业生产方式，代替传统建筑业的手工业生产方式。

工业化住宅多种定义共存现象所隐含的问题：住宅产业化定义多样性，表明国内对住宅产业化工作的重视，不同类型的企业从建造形式、建造材料、技术角度、政策角度和生产方式等多个角度对工业化住宅理解和解析；同时，住宅产业化不同定义的共存，表明国内对住宅产业化本质认识理解准确性和概念模糊性，导致了“住宅产业化=预制装配率”的局限性理解，从工业化住宅看到差距和理解的误区。

图1 工业化住宅建造现场

根据“十二五”上海市住宅产业化工作两个阶段目标：2011—2013年为试点推广期，到2013年度项目面积达到150万m2；预制装配率达15%以上；2014—2015年为面上推广期，2015年逐步实现新建公租房和内环线新建住宅全面推进装配整体式，预制装配率达30%以上。结合上海地区产业化工作目标，如何开展工业化住宅建设工作？首先要开展工业化住宅的定义，建立适合上海地区特点的工业化住宅体系。

根据现代设计集团开展的“工业化住宅标准体系研究”课题调研成果，工业化住宅是按照统一、标准的建筑部品规格，在工厂流水线预制生产住宅的单元或构件，运输至工地现场拼装形成的住宅，工业化住宅的基本特征包括社会化模式、市场化运作、工厂化生产、标准化体系等。

2 工业化住宅标准体系研究

2010年以后，国内上海、沈阳、深圳、合肥、长沙地区等多个大型综合建设企业和地产商加大了对工业化住宅技术的研发和实践力度，并根据各自技术优势和特点形成了多种模式工业化住宅技术体系。现代设计集团结合上海地区工业化住宅建设的需求，开展国内外工业化住宅技术调研考察，先后参观沈阳、深圳、日本、台湾、合肥、长沙等国家和地区的工业化住宅项目。根据对工业化住宅的项目考察结果，开展了工业化住宅体系的梳理。本次调研范围为混凝土结构多、高层工业化住宅，根据“主体结构是否预制”的原则，主要包括主体结构构件预制、非受力结构构件预制、所有结构构件预制3种类型，对国内工业化住宅技术体系梳理如图2所示。

图2 工业化住宅技术体系梳理

当前国内尚没有所有结构构件预制的工业化住宅项目，根据高层住宅主体结构框架及剪力墙是否预制，可以分为5种工业化住宅体系，包括预制框架剪力墙现浇体系、预制剪力墙结构体系、预制框架结构体系、预制外墙剪力墙现浇体系、预制外墙框架现浇体系。表1为分别对5种工业化住宅体系的预制和工程案例列表。

表1 国内不同工业化住宅技术体系汇总

2.1 预制框架现浇剪力墙体系

预制框架现浇剪力墙体系的基本特征：主体结构框架预制、主体结构剪力墙现浇；楼板采用叠合楼板，楼梯、雨棚、阳台等围护结构预制。典型案例是城建集团浦江瑞和新城05-02地块，由4幢18层和1幢14层的高层住宅组成，引进消化吸收“台湾润泰”预制框架剪力墙体系。主体剪力墙结构现浇，框架结构梁柱预制及周边外墙板、阳台和楼梯等围护结构工厂预制，楼板采用叠合楼板。

图3 城建集团浦江瑞和新城05-02地块

2.2 预制剪力墙结构体系

预制框架现浇剪力墙体系的基本特征：主体结构剪力墙预制，楼板采用叠合楼板，楼梯、雨棚、阳台等围护结构预制。根据剪力墙预制形式不同可以分为整体预制和叠合预制两种形式。

叠合剪力墙的典型案例为合肥新站平板显示基地公租房项目，由4栋地上18层、地下1层楼房组成。主体结构采用预制叠合板剪力墙结构体系，楼板采用预制叠合楼板，部品构件真正实现了工厂化生产；叠合剪力墙结构形式采用等同现浇剪力墙结构的理念，抗震性能与传统一致。

整体预制剪力墙典型案例为沈阳万科春河里项目，2＃、3＃采用北京万科自主研发的套筒剪力墙体系，主要受力构件剪力墙预制，剪力墙之间连接的连梁采用现浇方式，楼板采用叠合方式，复合夹芯保温外墙及楼梯采用预制方式；万科集团在与日本前田建筑株式会社研究成果的基础上，与北京榆构和长春亚泰集团共同开发了剪力墙技术体系。

图4 合肥新站平板显示基地公租房项目

图5 沈阳万科春河里2＃、3＃楼项目

2.3 预制框架结构体系

预制框架结构体系的基本特征：主体结构框架预制，楼板采用叠合楼板，楼梯、雨棚、阳台等围护结构预制，框架结构连接形式主要采用套筒灌浆形式。预制框架结构体系的典型案例是沈阳万科春河里项目17＃楼，采用日本鹿岛框架筒体结构体系，核心筒采用现浇方式；框架梁、框架柱采用预制方式；楼板采用叠合方式；内墙、复合夹芯保温外墙及楼梯均采用预制方式，结构预制部分达到70%以上。施工速度快，构件质量控制好，但存在构件造价高等问题。

图6 沈阳万科春河里17＃楼项目

2.4 预制外墙现浇剪力墙体系

预制外墙现浇剪力墙体系的基本特征：主体结构剪力墙现浇（内浇外挂），外墙采用叠合预制外墙、门窗整体预制，楼梯、雨棚、阳台等围护结构预制，外墙质量问题大大改善，如漏水、裂缝、面砖脱落和发霉等。典型案例是上海万科城花新园工程项目，位于七宝镇35#地块，是上海万科首个“三星级绿色建筑标识证书”项目；采用了PC技术外墙、窗户和阳台等周边围护结构以及楼梯采用PC工厂预制的方式生产。

图7 上海万科城花新园工程项目

图8 长沙远大浑南公租房项目

另一个典型案例是长沙远大浑南公租房，采用长沙远大住工装配式技术体系，剪力墙采用现浇方式，剪力墙之间的连梁采用叠合方式，楼板采用叠合方式，内墙板、外墙板、叠合楼板、叠合梁、预制楼梯、预制阳台等采用预制。

图9 长沙洋湖#25号栋工程项目

2.5 预制外墙现浇框架体系

预制外墙现浇框架体系的基本特征：主体结构框架柱现浇，叠合梁。外墙采用预制夹芯保温外墙、门窗后装；楼板采用叠合楼板，楼梯、雨棚、阳台等围护结构预制，叠合梁和内隔墙一体化设计（等宽）。典型案例为长沙洋湖#25号栋工程项目，21层商务酒店。采用主体受力结构框架柱现浇；框架梁采用叠合梁，楼板采用叠合楼板。外围护墙体采用预制夹心保温墙体；阳台、楼梯采用工厂预制的方式，采用整体式浴室，整体标高抬高。

3 不同模式工业化住宅技术生产模式分析

对比分析不同工业化住宅实践生产模式，可以分为3种类型，包括异地建造预制生产、部分构配件的社会化生产和工业化流水线生产，从而区别“建造”和“制造”的特点。

3.1 模式1：异地建造预制生产

异地建造预制生产方式指结构构件材料和施工工艺仍为传统材料和工艺，采用手工支模板、绑扎钢筋，浇筑混凝土构件，养护完成后构件运输至施工现场，进行装配施工。这种工业化住宅的建造模式和传统的现场施工，仅仅建造场地和空间发生变化，构件预制完成后运至现场装配完成，减少了现场手工劳动的工作量，在预制构件厂完成，生产方式没有实现根本的变化。国内较早的预制构件厂基本上都属于这种“建造”模式，如工业厂房的预制框架柱、杯口基础等的预制施工。

图10 异地建造预制生产方式

3.2 模式2：部分构配件的社会化生产

部分构配件的社会化生产指在预制构件厂的生产过程中，考虑引入工业化的加工方式，并考虑对构件类型进行调整，以适应社会化的生产方式。如在台湾润泰集团考虑框架柱的工业化制造模式，发明多螺旋箍筋的框架柱配筋方式，研发套筒注浆连接技术，实现框架柱的工厂化制造。螺旋钢筋适合于工厂的机械化加工，预制框架柱的模板仍采用手工制模，在工厂实现大批量的工业化制造。这种工业化预制构件生产实现了钢筋加工的流水线施工，通过技术研发实现连接技术和钢筋加工技术的标准化，减少了手工操作，提高了制作效率和现场连接质量，实现了手工“建造”模式向工厂“制造”模式的变革与进步。

图11 异地建造预制生产方式

3.3 模式3：工业化流水线生产

工业化流水线生产指采用专业的预制构件流水线生产方式，通过电脑中控将预制构件深化设计图纸输入流水线系统，可以采用电脑控制的机械手自动完成实现模板放样、商品化钢筋加工、自动混凝土浇筑、构件养护完成，在工厂内的流水线完成，大大降低了构件制作的手工劳动，实现了工厂化的流水线制作方式。构件完成后作为产品运输至现场，机械化装配完成，完全实现了构件的工厂制造模式。国内目前已研发和引进多条工业化墙板、楼板自动化生产流水线。如合肥西伟德的叠合楼板生产线、长沙远大住工的复合夹芯保温层外墙生产线，以及宝业集团从德国引进的全自动叠合楼板生产线等。

图12 工业化流水线生产方式

4 结语

目前，工业化住宅技术“设计—制造—施工”体系中，施工技术占比重最大，未来的发展要实现三足鼎立的局面，实现设计全过程参与的“制造”工业化住宅体系。上海地区工业化住宅技术应该具备“社会化、市场化、工厂化、标准化”的特点，包括：生产流水线技术、信息化技术、集成化技术和部品构件连接技术：“社会化”表现在链接上下游模块、部品配件制作采用社会化的生产模式；“市场化”表现在统一的标准下，部品配件采购采用市场化商品模式；“工厂化”表现在引进工厂制造，部品配件生产采用工业化流水线生产技术；“标准化”表现在部品构件实现模块化、连接件、钢筋套筒等实现标准化设计。