2016年9月份国务院办公厅发布的《关于大力发展装配式建筑的指导意见》明确提出八项重要任务,即健全标准规范体系、创新装配式建筑设计、优化部品部件生产、提升装配式施工水平、推进建筑全装修、推广绿色建材、推行工程总承包、确保工程质量安全。
装配式建筑是指在工厂化生产的部品部件,在施工现场通过组装和连接而成的建筑。相对于现在仍然在施工当中占主流的现浇建筑来说,就是把一部分原来通过现浇成型的构配件,比如梁、柱、板,拿到工厂去生产,生产之后再运到工地来组装,把它的节点做好,然后采用一部分的现场浇筑将这两部分结合起来,形成一个完整的建筑。
装配式建筑是建造方式的一种改革,是贯彻绿色发展、实现建筑现代化的需求,也是保证工程质量、缩短工期的重要手段,更是建筑业落实党中央、国务院提出的推动供给侧结构性改革的一个重要举措。
眼下,装配式建筑正呈现全面发展态势,并得到业界普遍认知,装配式建筑也得到了多方面大力支持,但在装配式建筑的发展过程中仍面临一些难题和挑战。对此,中建科技集团有限公司董事长叶浩文从以下几个方面进行了总结。
首先,技术体系不够成熟先进。在剪力墙结构体系中,只有标准层部分构件预制装配,底部加强区及裙房不能预制,核心筒不能预制,顶层不能预制;在一个项目里,预制体系和现浇体系混用交叉,没有主次,发挥不出预制装配的优势;同时,预制构件的连接方式单一,普遍为套筒灌浆连接和节点后浇连接。目前,框架体系没有被积极采用,预制装配式建筑框架结构简单易做,但推广度并不高,反而选择难做的剪力墙结构来做,给装配式建筑的发展增加了难度。
其次,装配式建筑没有实现系统性装配。只研究、发展主体预制装配,没有将建筑、结构、机电、装修一体化预制装配,各个系统不协调、不统一,忽视了建筑、机电和装修的预制装配,使装配式建筑成为了只是部分主体构件的装配,而不是整个工程的预制装配,更没有充分考虑部品部件配套发展。
第三,设计没有充分考虑构件的加工和装配工艺要求。现有的结构构件标准化程度低,并且为二次拆分设计,构件形式较为复杂、连接节点复杂,工程钢筋绑扎和模具组装费时费工,很难实现自动化生产;现场安装对构件的节电连接钢筋需要进行一一对接,也很难实现高效装配。此外,现有构件配筋设计间距小并且直径小,构造复杂,不利于工厂的标准化生产;由于构件连接钢筋多达几十根,受累积误差影响,不利于现场墙体构件底部两排连接钢筋的逐根精准对接。
第四,工厂生产自动化程度低。现有工厂生产的智能化、自动化程度较低,各个生产环节的联动性差,工厂内钢筋的绑扎成型以及模具的组装仍采用传统手工方式,达不到工业化生产的要求。同时,设计、加工、施工各个环节信息化应用程度低,各环节有其独立的信息和平台,上下游不联通。设计信息仍然要通过图纸进行传递,不能在各个环节、各个参与方进行实时共享共用,各环节存在信息孤岛,增加了大量的人力和物力。
第五,预制安装成本较高。造成这一现象的原因包括多方面因素,一是由于工业化程度低,现场的作业内容转到工厂仍然还是手工作业为主,造成工作效率低下,人工节省不明显。二是可预制的结构构件产品不多,不成批量,且非标化产品偏多,摊销成本大。三是设计产品不利于工厂自动化加工,工效低。四是没有EPC工程总承包,单方现浇混凝土对单方预制混凝土的单价对比,并不是整个工程的造价成本对比。
第六,建造全过程管理信息化水平较低。装配式建筑的建造全过程中,信息化应用程度低,基于BIM的设计、生产、装配全过程信息集成和共享系统还没有形成;项目实施全过程中成本、进度、合同、物料等各业务信息化集成管理系统也没有形成。
第七,地产开发方态度不够积极。不少人担心结构安全问题和装配式立面形式单一问题,开发商对装配式建筑积极性不高,不想采用预制装配。基本上都是被动式的做装配式,只为完成拿地时的规定,并不是主动干,也不会多干,这也是目前装配式建筑存在的问题,市场的积极性有待提高。
第八,缺乏配套的体制机制。装配式建筑在发展过程中出现很多政策不配套的现象,例如一些地方由于政策限制,设计施工不能一家完成,同时招投标制度、施工图审查、施工报建报批、质量监督、检查验收等各种制度不太支持装配式建筑。
第九,缺少复合型人才和产业队伍。预制装配式建筑中既懂设计又懂工艺还懂装配的设计师较少,目前一些设计师所设计的东西并不太适合在工厂进行加工,从而造成生产环节自动化程度较低,这就需要让设计师们迅速掌握预制装配项目构件特点。此外,发展装配式建筑的人才和产业工人稀少,工人们大多不会做、不敢做、做不好,往往还是按照现浇工艺来做,这要求加强产业工人的培育。
叶浩文认为,上述这些问题可以用“三个一体化”的建造方式进行解决。第一个一体化:建筑、结构、机电、内装一体化是系统性装配的要求。装配式建筑是由建筑、结构、机电、装修四个子系统组成,它们各自既是一个完整独立存在的子系统,又共同构成一个更大的系统,而这个更大的系统就是建筑工程项目。四个子系统独立存在,又从属于大的建筑系统,每个子系统是装配式,整个大系统也是装配式。
叶浩文强调:“一体化系统性装配原则按照建筑集成、结构支撑、机电配套、装修一体的协同设计思路,统一空间基准规则、标准化模数协调规则、标准化接口规则,实现以建筑系统为基础,与结构系统、机电系统和装修系统的一体化装配。每个系统各自集成、系统之间协同集成,最终形成完整的装配建筑。”
系统性装配还需要全专业、一体化和系统性集成设计支撑。建筑、结构、机电、装修设计互为约束、互为条件,通过模数协调,研究功能协同技术(机电系统、结构体系支撑并匹配建筑功能、装修效果)、空间协同技术(建筑、结构、机电、装修不同专业空间协同,消除错漏碰缺)、接口协同技术(建筑、结构、机电、装修不同专业的接口标准化,实现精准吻合),有效打造一体化系统性的集成设计平台。通过模数协调实现平面和立面的多样化设计, 通过不同立面单元可以组装成丰富多彩的立面,基本的改建可以组成千变万化的立面。研发承重、保温、装饰一体化剪力墙外墙系统,利用外墙的装配式特性在工厂集成制造外墙,既承重,又有保温隔热功能,装饰饰面也能同步完成,系统集成提高质量和性能,减少人工,是节能环保的建筑新体系。创新采用接缝企口设计,结合材料防水,通过企口构造设计,实现水平方向上的两道防水设计。通过机电、装修的标准化接口设计,主体结构与管线、内装分离,实现机电管线、内装部品、集成厨卫的集成化干法装配。
系统性装配还需要全专业、全员、全过程的信息化设计技术。利用信息共享平台,通过各专业设计人员的参与,实现建筑、结构、机电、内装各专业设计信息交互和共享,避免信息二次录入和传导,实现建筑、结构、机电、内装一体化设计协同控制。
第二个一体化:设计、生产、装配一体化是工业化生产的要求,这需要研发优化标准化设计,利于工厂自动化、规模化加工。因为只有标准化的设计产品才适合工业化生产,研究设计标准化,设计出利于机械化、自动化、规模化加工的系列标准化构配件,与之相应的加工机具和设备也是标准化,能够批量化生产,从而降低生产成本、提高生产效率。包括加强构件标准化设计,在构件标准化设计基础上,进行配套模具的标准化、模数化设计,结合配套标准化制造工艺和标准化装配工法,实现规模化生产制造和高效装配。
还要研发优化连接节点设计,利于现场简易化、高效化装配。包括研发利于装配的大直径、大间距钢筋设计技术,通过大直径、大间距的配筋设计技术,增加间距,增大钢筋直径,实现在保证连接可靠的条件下,减少钢筋连接个数,便于大直径钢筋的对接和连接,提高工厂生产效率和现场构件连接效率。研发利于装配的交错型大直径钢筋设计技术,连接钢筋由双排优化设计为交错性连接布置,增大连接处钢筋直径。这种连接方式不仅减少了钢筋连接数量,同时还提高了连接效率,保证了墙体平面外的刚度,具有良好的受力性能。
研发利于生产和装配的结构设计技术体系。包括研发底部加强区可预知设计技术,建立以预制装配为核心的设计体系,实现正负零以上即可全装配,提高装配建造效率。要研发与构件设计相协同的自动化加工技术。研发与构件设计相协同的高效装配技术。
叶浩文表示:“最重要的是要研发装配式建筑信息化应用技术。装配式建筑信息化应用存在两个方面,一方面是实现基于BIM技术的设计、生产、装配全过程信息集成和共享;另一方面是建立装配式建筑实施全过程的成本、进度、合同、物料等各业务信息化集成管理系统。EPC模式下,结合企业项目管理系统和各部门的业务管理流程,研发形成信息化管理系统,实现工程项目全过程的合同、物料、成本、进度、质量可追溯的信息化管理,基于信息化平台和管理系统,实现政府监管部门、业主、工程总包、设计方、生产方、施工方、部品配送及运输方等多方的协同工作。此外,还要注重研发利于全过程相协同的工程总承包管理模式。”
第三个一体化:技术、管理、市场一体化是产业化发展的要求。发展装配式建筑需建立成熟完善的技术体系,建立与之相适应的管理模式,建立与技术体系、管理模式相适应的市场机制。营造良好的市场环境,推行技术、管理、市场一体化,突破政府和行业积极、市场反应冷淡的发展瓶颈,推进装配式建筑的产业化发展。在此过程中,需要坚持“技术、管理、市场一体化”,发挥技术支撑作用;坚持“技术、管理、市场一体化”,增强管理创效能力;坚持“技术、管理、市场一体化”,加快市场化发展进程。