我国建筑工业化应用现状与发展建议

孙泽世（徐州中国矿业大学建筑设计咨询研究院有限公司,江苏 徐州221008）

我国建筑工业化应用现状与发展建议

孙泽世
（徐州中国矿业大学建筑设计咨询研究院有限公司,江苏 徐州221008）

阐述了建筑工业化的定义、特点及优势;结合建筑工业化构配件生产、建筑结构体系和构配件连接处理论述了我

国建筑工业化的应用现状；总结和提出了制约当前我国建筑工业化发展的主要问题，如预制构件成本高、国家标准不完善、建筑工业化人才不足,以及建筑工业化技术落后等，并提出了相应应对措施，为我国建筑工业化发展提供参考和借鉴。

建筑工业化；优势；应用现状；问题

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

1　引言

建筑业是我国重要的国民经济支柱产业，同时也是一个劳动密集型的粗放产业。这种生产方式一方面需要较多的劳动力，另一方面技术含量不高。而且这种以手工操作为主的传统小生产方式还会带来一系列问题，比如污染环境、工期长、建筑质量得不到保证、资源能源消耗量大等[1，2]。所以，近年来，国家提出要加快推进建筑工业化，将现场制作转为工厂化生产，机械化作业取代手工作业，现场混凝土浇筑改为预制装配，并且将建筑业和现代先进的信息化技术相结合，促使建筑产业的转型升级，这无疑将是我国建筑业的一次革命。

2　建筑工业化的特点与优势

党的十八大报告中提及的建筑工业化可以称之为“新型建筑工业化”，这不同于我国20世纪50年代推行的建筑工业化。传统的建筑工业化仅指生产部分预制构配件，比如预制空心楼板等；而新型建筑工业化是将现代化的工业生产方式用于整个建筑产品生产线，包括采用建筑标准化设计、构配件工厂化生产、机械装配化施工和一体化装修以及组织管理信息化的方式，形成包含设计、生产、施工、开发和经营等环节在内的完整产业链，让造房子变得像造汽车一样[3～6]。

2.1建筑工业化的特点

相对传统的建筑业生产模式，新型建筑工业化具有建筑设计标准化、构配件生产工业化、施工机械装配化、结构装修一体化和生产管理信息化等特点。

建筑设计的标准化是推进建筑工业化的首要任务，这包括构件、部品的模数化以及建筑单元的标准化。按一定的模数来设计生产构配件，不仅能够节省设计时间，也能提高预制构件厂的生产效率、模板的重复使用率，进而降低预制构件的生产成本。但这里的模数化不仅仅指构配件，而且相应的建筑设备和设施以及不同行业建筑部品之间也应当约定相应的模数。当然，模数化只是实现标准化的前提，由模数化为基础装配成的建筑单元才是标准化的整体，比如整个围护结构、墙板组成的1个开间以及拥有成套设备的厨房、卫生间等[7,8]。

顾名思义，构配件生产的工业化是对建筑物的各个零部件，比如墙、梁、柱等，不进行现场浇筑，而是在工厂进行流水线式的生产。相比于传统的现场浇筑作业，工厂预制生产效率更高、误差更小、质量更易得到保证，并且采用预制构件也减少了现场湿作业的工作量，保护了环境。可以说，构配件生产的工业化是实现建筑工业化的重要环节，也是建筑工业化发展的标志。国家建筑工业化的发展很大程度上取决于构配件工业化生产水平。

预制构配件生产完成后，需要运输至施工现场进行现场组装和拼接。施工机械装配化所需现场施工工人较少，多数或全部采用施工机械完成，这也是实现建筑工业化的重要环节。采用机械装配具有施工进度快、劳动强度低、施工噪声小和施工成本低等优点。

从建筑设计开始就同步设计装修，并且装修所需的构件部品也与建筑构件的生产、制作和装配同时进行，比如盒子结构的生产安装，它和主要结构构配件同步生产预制，当主体施工完成后，就直接整体安装卫生间或厨房。不同于毛坯房，还需要用户自己再装修；通过一体化装修，用户在建筑设计时就能了解到它装修后的样子，交付时就可以直接使用，给用户带来极大便利[9]。

生产管理信息化使建筑全过程实现信息化，通过应用BIM技术，将有关建筑的所有信息都汇集起来，形成信息交流平台，供不同专业、不同阶段的建设人员查阅和补充，实现资源共享。利用信息化管理虽然前期工作量大，但能够有效解决之前各专业间不协调，防止构配件和建造技术脱节，设计和施工不对应等问题，并且还可以实现对建筑整个生命周期的管理。可以说，信息化管理是新型建筑工业化最主要的特点，也是推动建筑工业化发展的动力源[10，11]。

2.2建筑工业化的优势

基于建筑工业化的特点，相比传统的建筑物建造模式，建筑工业化的优势是非常明显的。它能够在不提高（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）、质量更高，同时节约能源、资源和保护环境[12]。

在建筑工业化中，首先，由于大部分构配件都是在工厂流水线上预制和批量生产的，比起在施工现场纯手工支模、浇筑混凝土构配件，所产生的制作误差可以大幅度减小，从而提高建筑整体质量；其次，预制好的构配件在施工现场仅需要采用流程化和工法化的方式进行连接和安装，所需的工作主要为机械吊装作业，现场工人数量及工人的劳动强度均大幅度降低，而且机械作业受外部环境气候条件影响相对较小，施工速度快加之由于预制构配件在出厂时强度均已满足要求，故而可以大幅缩短现场的施工工期，提高经济效益。

除此之外，建筑工业化的建造方式基本是在工厂提前完成的，现场施工只是机械安装为主，所以施工现场的环境会得到明显改善，传统建筑施工现场的扬尘、垃圾和噪声问题将会得到明显改善。有资料显示与目前的传统混凝土现浇技术相比，建筑工业化可使现场的建筑垃圾减少80%，材料损耗率减少60%，建筑节能至少为65%。在装配化率达到50%左右时，建筑工人的劳动生产率将是目前建筑施工劳动生产率的1倍[13]。

3　我国建筑工业化的应用现状

3.1构配件生产

从20世纪50年代开始，国内就开始出现建筑工业化，各种预制吊车梁、屋面梁、预制屋面板空心楼板和大板楼板被广泛应用。但大体来说，我国当时的技术水平落后，没有很好的信息交互平台，工业化整体水平低，并且构配件跨度小、承载能力低、延性差等，使建筑工业化到最后不了了之。从20世纪90年代至今，使建筑产业化凭借其自身的优势又重新提及，并且快速发展，国家在21世纪初进行住宅工业化试验基地的尝试，批准了远大住工等一批国家住宅工业化基地的建设。近几年，国家相关部门接连发布多项政策和规范，比如《工业化建筑评价标准》《住宅产业化建设意见书》等。国内的建筑工业化在住宅产业化方面发展最为迅速，许多构配件生产厂家对工业化都进行了探索和实验，尤其是对预制混凝土装配式房屋方面研究和应用较多，现有产品有楼梯、内外墙体、楼板和窗框浴室等[14～17]。

目前，预制构配件的生产方式主要有两种。一种是固定工位法生产方式，顾名思义，将模具放置在工厂的固定位置，钢筋和混凝土等建筑工人按制作工序轮流在模具上施工。这种方式主要从日本和香港引进，设备投入费用少，可以生产相对复杂的异形构件，但是模具使用次数少，平均为100～200次，模具摊销成本很高。另一种是流水线的生产方式，模台随着工序的不断流动，各类建筑工人的位置是相对不变的，这种生产方式在欧洲比较普遍，生产效率高，并且模台寿命长，可以循坏使用2000～3000次；但是设备初期投资费用高，无法生产复杂异形构件[18]。

3.2建筑结构体系

当前，可以实施建筑工业化的建筑结构体系主要有钢结构和混凝土结构体系，其中混凝土结构体系又包括装配整体式框架结构体系和装配整体式剪力墙体系。

钢结构本身就是建筑工业化的代表，钢材由于自身特性，构配件采用工业化生产，加工运输方便，施工现场机械化组装，安装维护易于操作，容易形成标准化和系列化。目前我国钢结构发展迅速，并且常用于大跨度工业厂房和多高层民用建筑等。另外，由于钢结构标准化较为成熟，各种新型建筑材料（比如保温隔热材料等）在钢结构中应用广泛，这些新型建筑材料绿色环保、高效节能，能够带动建筑产业化进一步发展。目前，国内主要的钢结构体系有薄板钢骨体系、格构式钢剪力墙体系以及钢框架结构体系。钢构件产品主要有预制钢梁和钢柱以及采用半成品模块化的围护结构。

混凝土装配整体式框架结构体系是目前在我国应用最成熟、最广泛的建筑工业化形式之一。混凝土柱采用现浇方式，混凝土梁采用预制叠合梁，楼板采用预制圆孔板或叠合楼板，外墙和楼梯等其余构件除伸入支座处采用现浇外，其他均全部预制。每个施工段构配件吊装到位后统一进行浇筑，这样能提高拼装工程的整体性和抗震性能[19，20]。

混凝土装配整体式剪力墙结构体系，一般外墙板采用预制剪力墙板和预制连梁，内墙和电梯间采用现浇剪力墙，预制墙板之间采用竖向现浇段，楼板可以采用叠合楼板或现浇楼板。这种结构形式既节省模板，又降低工程费用，而且建筑的整体性和抗震性能得到保证。国内目前主要采用的结构形式是内浇外挂式剪力墙结构体系，能减少工人高空作业和外脚手架的搭设，同时又能保证建筑的抗震性能，在高层建筑中应用广泛。

3.3构配件连接处理

建筑工业化的关键在于构配件工业化生产和机械装配化，而机械装配化的重点在于各预制构件的连接处理。对于钢结构而言，构件的连接方式可以采用焊接、栓接和铆接，其连接工艺、设计方法和质量标准已经有成熟的设计和施工规范，这里就不再赘述。下面仅阐述目前在混凝土装配式建筑中构配件连接的各种处理方法。

对于全预制装配式结构，梁、板、柱之间的连接目前主要采用浆锚连接。首先是构件连接面的处理，在柱与基础和梁与楼板连接过程中，先要对构件表面抹坐浆卧牢，然后将构件一端预留的插筋插入另一构件的浆锚孔中，最后灌注膨胀性水泥砂浆。对于梁与楼板的连接要先对梁上预留钢筋和预制板端的钢筋进行焊接，然后用至少C20混凝土把空隙部位浇筑捣实[21，22]。这种连接方式施工方便，效率高，但是其整体性和抗震性能还有待提高。

墙和基础以及墙与墙的连接。墙板主要通过吊装与基础相连接，相比于日本的后安装墙板的装配式工法，我国目前大多采用香港的先安装墙板的装配整体式工法[23]。这种工法利用墙板与墙板之间的现浇连接部分，既消除了误差，又保证了结构的整体性，并且不会产生较大缝隙，防水性能好。

4　我国建筑工业化存在的问题及建议

我国的建筑工业化虽然有预制构件生产的相关经验积累，但与发达国家相比还处在初级阶段，在建筑工业化的设计、生产、装配和经营管理过程中还存在下列几方面的问题，并针对各问题提出相应解决措施。

4.1预制构配件成本高

从理论上讲，采用工业化批量生产的混凝土预制构配件其成本应比施工现场浇筑的混凝土构配件低。但由于我国建筑工业化还处于研发和探索阶段，并且建筑工业化需要购置大型机械设备以及生产构配件的产房，前期固定资产投入高，机械化施工相比于传统施工的成本高出7.1%。有数据显示，目前采用建筑工业化方式建造的建筑，其建设成本每平方米比传统建筑成本高出500元，大约为总成本的30%，这极大地阻碍了我国建筑工业化的推广和应用。

在建筑工业化推进初期，政府就是推进建筑工业化的动力源，应该尽快制定相关政策，对建筑业的转型升级加以扶持，可以对建筑企业予以补贴，并且可以组织开发商、设计单位和施工单位一起研究标准规范、图集和施工技术规程等的制定。

4.2国家标准不完善

设计标准化是实现建筑工业化的前提，但是目前我国在设计、制造和技术方面的标准都不完备，而且没有相关强制性准则。企业每做一个项目，都需对其定制一套模具和施工方案，并且重复利用率低，造成极大浪费。另外，由于标准不完善，设计标准化无从谈起，多样化更遥遥无期，设计人员目前还只能根据企业标准或依据自己经验来设计构配件。

所以建立标准化体系、出台相关标准和规范是促进建筑工业化发展的重中之重，而且该标准不仅针对设计，而是要对整个建筑产业链形成标准体系，使建筑产品的设计和施工效率大大提高，实现规模效应，降低建造成本。并且从日本的住宅工业化发展过程可以看出，只有先实现标准化的构配件，进而形成标准化的建筑单元，然后将不同的建筑单元进行组装，才能发展建筑的多样化，进而形成大规模工业化。

4.3建筑工业化人才不足

在现代土木工程的教育中，一方面，学生学习的还都是传统建筑设计、施工的专业知识，并没有关于建筑工业化知识的学习，对建筑工业化认识不深，更别提从事建筑工业化设计了；另一方面，现有的结构设计人员并没有经过建筑工业化方面的职业技能训练，并且年龄较大，对新技术转型缺乏积极性。

在土木工程专业教育中，要添加相关课程，加大对学生建筑产业化知识的培养。另外，设计单位和研究院应该积极引进先进的建筑工业化理念体系，鼓励学习国外的成熟技术，但也不能完全照抄，要符合中国国情。

4.4建筑工业化技术落后

我国目前建筑工业化的科技含量水平还很低，首先没有相关的材料、设备和机械来支持设计和研发，其次构件重复利用率低，结构、装饰和保温还是无法达到同步作业；同时，目前国内的建筑工业化产品还存在稳定性和牢固性方面的问题，尤其是构件连接处，浆锚连接的施工方法整体性还不强，很多产品还禁不住地震的考验。

我国要向国外学习经验技术，主要针对施工工法和连接构造技术，以及信息化管理系统的应用。目前，国外某些发达国家的建筑工业化技术已经相当成熟，比如利用GRC技术实现装饰构件一体化、日本滑动式外墙板以及先进的建筑设计软件Revit等[24]。国内企业可以和国外企业多合作，开展技术交流，吸取经验，借鉴技术，同时也要有自我创新意识，对可行的方案可先用ANSYS软件进行模拟分析，是否满足建筑要求。

5　结语

目前，我国建筑工业化进入快速发展时期，以各大先进集团为首的国内企业在住宅产业化方面快速发展，建筑工业化的面积不断扩大，并取得一定成果，但也存在不少问题亟需解决。信息科技、政府和集团的推动以及专业化的技术水平对促进建筑工业化尤为重要，需要不断地探索和研究。建筑工业化是建筑转型升级的必然趋势，政府、企业乃至民众都应积极面对，努力形成以BIM技术为信息化交流平台，形成包含设计、生产、施工、开发和经营等环节的建筑产业链，推进我国建筑工业化的变革。

【1】秦亮，张季超，王蕴，等.适于建筑工业化的装配式结构体系[J].工业建筑,2006(S)：1518-1521.

【2】龙玉峰，焦杨，丁宏.BIM技术在住宅建筑工业化中的应用[J].住宅产业,2012(9):79-82.

【3】杨嗣信.关于建筑工业化问题的探讨[J].建筑施工,2011,40(347): 1-3.

【4】任凭，牛凯征，庄建英，等.浅议新型建筑工业化[J].建材发展导向, 2014(12):11-15.

【5】纪颖波.建筑工业化发展研究[M].北京：中国建筑工业出版社, 2011.

【6】高瑜.建筑工业化趋势与发展措施[J].产业与科技论坛,2010,9(5): 117-204.

【7】陈敖宜，张肇毅，王卉，等.建筑工业化与绿色模块建筑[J].建筑结构,2013,43(S2):334-336.

【8】王有为.对建筑工业化的一些认识[J].住宅产业化,2015(5):16-18.

【9】邹晔.新型建筑工业化发展浅析[J].中国金属结构,2015(7):46-47.

【10】纪颖波，周晓茗，李晓桐.BIM技术在新型建筑工业化中的应用[J].建筑经济,2013(8):14-16.

【11】熊诚.BIM技术在PC住宅产业化中的应用[J].住宅产业,2012 (6):32-36.

【12】纪颖波.新型建筑工业化前路漫漫[J].施工企业管理,2012(6): 10-13.

【13】温可.浅谈建筑工业化与工业化建筑[J].今日科苑,2010(8):20-23.

【14】张洋.工业化建筑体系中建筑设计的若干问题[J].科技创新与应用,2015(36):268.

【15】张希黔，康明，黄乐鹏.对我国建筑工业化现状的了解和建议[J].施工技术,2015，44(4):5-13.

【16】贺灵童，陈艳.建筑工业化的现在与未来[J].工程质量,2013(2): 50-53.

【17】徐莹莹.建筑工业化实践及问题总结[J].天津科技,2013(1):41-43.

【18】浦艳.建筑工业化设计的研究[J].中国高新技术企业,2011(34): 29-31.

【19】蒋勤俭.中国建筑产业化发展研究报告[J].混凝土世界,2014(7): 10-20.

【20】刘禹.我国建筑工业化发展的障碍与路径问题研究[J].建筑经济, 2012(4):28-30.

【21】杨嗣信.对多层住宅建筑工业化施工的建议[J].建筑技术开发, 2015,42(10):14-17.

【22】龙玉峰.工业化住宅建筑的特点和设计建议[J].住宅科技,2014 (6):50-52.

【23】顾泰昌.国内外装配式建筑发展现状[J].工程建设标准化,2014 (8):48-51.

【24】叶明.武洁青.关于推动新型建筑工业化发展的思考[J].住宅产业, 2013(3):11-14.

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

孙泽世（1973～），男，高级工程师，从事结构设计、项目管理及材料研究。

2016-07-17