发展中国特色建筑装配式结构探讨与研究

赵金保（上海百通项目管理咨询有限公司，上海200120）

0 引言

建筑(住宅)工业化的严格意义上讲必须具备以下特征：标准化设计、工厂化生产、装配式施工、专业化协调、自动化管理和产业化思维。从建筑(住宅)工业化的定义来看，装配式结构仅仅是实现建筑(住宅)工业化的一个步骤，但实现全装配式结构施工就为整个建筑工业化奠定了坚实的基础。因此，研究与发展全装配式建筑结构形式变得意义非凡。

1 三大装配式结构的历史与现状

装配式建筑是用预制的部品或部件在工地装配而成的建筑。包括：装配式混凝土建筑、钢结构建筑、现代木结构建筑。中国是最早发展装配式建筑的国家之一，但近代远远落后于日本及西方。从人类学会利用自然界的物质建筑房屋以来，迄今为止传统建筑最有影响的只有欧洲建筑、伊斯兰建筑和中国建筑，而中国是最早采用木结构进行建筑的国家，这个特点是区别于西方装配式结构的重要特征之一。早在 7000 a 前，在浙江余姚河姆渡村先民们建造的木屋就是原始的木结构。中国传统的木结构体系主要是由立柱、横梁、斗拱等构件组成。荷载由屋面到梁架再到立柱层层传递，构件之间以榫卯连接；而榫卯又有若干伸缩余地，从而使建筑稳固而有弹性。北宋《营造法式》是各种建筑设计、结构、用料、和施工的“规范”，这种结构方式能抵御地震灾害，在丽江和汶川大地震中，也印证了中国木结构的减震功效。中国古建筑讲究群体组合，轴线突出、主次分明、繁而不乱，能适应多种功能需求，结构设计采用“模数制”，尺寸准确、结构严密，有很好的整体性。在古建筑的建筑施工上，中国采用“预制安装法”，材料耗费有度、污染最少、速度较快。另外，中国古建筑的艺术造型有着突出的民族性和地方特色，空间构图高低错落，富有诗意和节奏感，建筑语言极其丰富，中国一脉相承的木建筑体系是世界三大建筑装配式结构体系之一，曾经代表了东方建筑的最高水平。近代以来，代表现代木结构最高水平的恰恰成为了我们的邻国—日本。日本是一个地震、台风多发的国家，其木结构的发展得到了举世瞩目的发展，日本木结构建筑文化与技术被誉为世界之冠。在日本，住宅的下部基础采用现浇钢筋混凝土结构，中部框架和上部屋架部分采用工厂化生产的集成木材承重骨架体系，上部木结构系统和下部钢筋混凝土结构通过预先预埋的镀锌钢制螺栓连接，最终形成一个稳固的整体，对传统的木结构进行了很好的继承和发扬。对比日本，我国对祖国建筑文化中最为值得炫耀的瑰宝没有进行很好地传承与发扬，各地所建设的住宅千篇一律，毫无地方特色与民族特色，建筑中缺少中国元素。这样的趋势再不调整，我们实在愧对五千年的建筑文化。

除建筑结构木体系以外，其他两种建筑结构体系(欧洲建筑、伊斯兰建筑)皆是以砖石为主要的建筑材料。近代以来，欧洲工业水平飞速发展，原有的建筑形式种种的缺点已经满足不了对建筑产品的大量需求，从而钢筋混凝土结构应运而生。钢筋混凝土源于 1884 年德国建筑公司购买法国人莫尼埃的发明专利，后逐渐改良完善，充分发挥混凝土抗压强度与钢筋的抗拉强度，可以适应不同环境与功能要求，从而在世界范围内得到广泛使用，近代逐步实施预制装配化施工并得到广泛使用。

第三种重要的装配式结构是钢结构，也是源于欧洲。钢结构是由钢制材料组成的结构，是主要的建筑结构类型之一。其结构主要由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成，各构件或部件之间通常采用焊缝、螺栓或铆钉连接。因其自重较轻且施工简便，广泛应用于大型厂房、场馆、超高层等领域。钢材的特点是强度高、自重轻、整体刚度好和变形能力强，故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特别适宜。由于其材料塑性、韧性好，可有较大变形，能很好地承受动力荷载，建筑工期短，工业化程度高，即可进行机械化程度高的专业化生产。

2 中国在推进建筑(住宅)工业化进程的积极举措

鉴于国内劳动力短缺、资源消耗紧张、环境污染严重、建筑产品需求旺盛等诸多矛盾因素，国家要求发展建筑工业化，而装配式建筑的研究与实践提上日程，系列政策相继推出。国务院办公厅《关于大力发展装配式建筑的指导意见》，住建部《十三五装配式建筑行动方案》，以及《装配式木结构建筑技术标准》《装配式钢结构建筑技术标准》《装配式钢筋混凝土结构建筑技术标准》等技术规范相继颁布，各省市法规也紧跟步伐。《上海市装配式建筑 2016～2020 发展规划》指出，装配式建筑是上海建筑业转型发展的必然选择。政策的跟进为装配式的发展注射了一剂强心针，但在政策一片大好的形势下却暴露出许多急功近利的弊端。

3 以装配式混凝土为例中国装配式建筑在实践中暴露出的问题

3.1 建筑装配式混凝土结构生产安装质量及效率难以保障

在建筑装配式混凝土结构生产安装质量及效率方面，有以下几大问题。

(1)目前虽然实现了工厂预制，但是工厂还是采取人工钢筋绑扎、人工制模、人工浇筑和人工组装，相对于旧的生产方式，不过是换了个地方而已，没有采取机械化流水线作业，工业化水平较低。

(2)施工质量的不可靠性因素较多，如现浇与预制的连接部位薄弱，预制构件钢筋与现场钢筋的错漏碰缺现象，工人未接受正规的专业培训，检测手段的缺乏等。这些都会使装配效率与质量大打折扣。

(3)在实践当中，PC 构件厂家与现场缺乏沟通，PC 构件生产产品供不应求，导致出厂验收把关不严，成品保护不到位，PC 构件观感质量较差，部分退厂修补延误工期。楼板预埋钢筋偏位导致 PC 安装无法对中，采用植筋方案延误工期。灌浆前板底封堵强度不高，导致漏浆；清孔工作不到位，导致灌浆不饱满或堵塞，影响灌浆质量和灌浆效率。另外在施工措施方面，存在对现浇结构的全盘套用，也影响装配效率。

综合以上问题，本项目部分楼号打破常规，实行定型化铝模、独立钢支撑、外架采用挂架施工等，同时加强设计、生产厂家、现场安装等各个环节的沟通协调，严把验收关口，逐步提高了装配式结构的质量及效率。

3.2 开发成本过高造成科研技术成本投入占比低

房地产企业是项目的关键，但根据有关数字统计，某项目开发费用总支出中向政府购买土地及缴纳的税收就占比50%；项目建成后，其销售收入由于部分是有关部门获取的，且比例比房地产企业还高 11%；同时，企业的运营成本也需要由销售收入中支出。现行的土地分配制度以及以上这些因素，导致企业成本压力过大，致使房地产企业难以积累资金来进行创新及科研的投入。住宅产业化涉及到土地、税收、技术研究等领域，需要投入巨额资金及相关的政策优惠政策、尤其是金融优惠政策作为有力支撑。此外，由于现在的装配式构件单方成本远远超出现浇结构的成本，这也制约了房地产开发企业的使用积极性。以上所有问题的根本解决依赖于政府的主导。

3.3 现阶段装配率比较低

以上海为例，目前装配率仅为 30%～40%。设计阶段通常考虑到国情、成本等因素，多采用钢筋混凝土结构体系。能否在钢筋混凝土的结构基础上尽可能考虑其他两种装配式结构，综合比较优缺点，择优而用，这才是今后需要考虑的。比如多层或者景观工程可采用中国传统建筑类型，高层的屋顶也可传承中国建筑结构形式，在装配式钢筋混凝土基础上适当采用钢结构，尤其要发扬中国木结构体系的优良传统，打造具有中国符号意义的建筑作品。尤其是如何能使装配式结构体现地方特色与民族特色，这就需要加快材料的研究，选择木材的替代品，合理利用工矿企业废料以及无所不在的生物材料。只有最大可能地提高装配率，建筑工业化才有意义。

4 中国特色的装配式建筑未来发展的几点建议

笔者认为要实现建筑工业化(住宅)，需要解决装配式结构以下几个关键环节：(1)科技创新是核心，国家应加大科技创新投入，建立创新产业基地；(2)加快研发利用传统建筑木结构体系建材的更新替代品，达到资源节约、循环利用；(3)汲取钢结构及钢筋混凝土装配式建筑体系的优点，发展复合形式的建筑工业产品来提高装配率；(4)培养大型装配式构件生产工厂及专业分包企业，实现生产安装一体化；(5)实现机械化生产或者采用智能机械生产，减少工人数量，提高劳动生产率，以降低建筑(住宅)工业化成本，提高市场竞争力；(6)加强信息化管理水平，推广BIM技术的使用，发挥设计的关键作用，实现设计生产施工一体化。

归根到底，国家和政府政策的支持是加快发展的有效手段。政府应加大宣传培训、引导行业发展，有关部门应加大推进建筑工业化宣传力度，积极引导消费者全面认识工业化产品，让建筑产业化能够得到公众的认可与支持，使建筑工业化提高到“美丽中国、绿色发展、资源节约、循环利用”的理念上来。在现阶段，发达国家人均竣工面积 100m2～120m2，而中国人均竣工面积只有20m2，且由于劳动生产率效率低下，我国的建筑施工仍是以手工作业与湿作业为主，劳动力文化素质普遍较低，整个社会对建筑工业化认识不足。因此，相关部门及企业应加大科研力度，逐步推进机械化，引导装配式结构工程实行专业分包或者联合体分包，实现生产与安装一体化。

5 结语

在这场建筑领域深刻的变革中，笔者认为应该始终把握建筑产品的中国化，同时做到 “洋为中用、古为今用”，让带有中国烙印的建筑(住宅)工业化成为目前装配式建筑发展的终极目标。政府支持、财政倾斜是龙头，产业化、工业化是主体，科学创新信息管理是翅膀，这样全面而协调的方针，将有助于中国特色的建筑(住宅)工业化走出中国，飞向世界。