大力发展装配式混凝土建筑的思考

叶耀先

中国建筑设计研究院顾问总工程师

我国现在推行的装配式建筑有钢、木和混凝土建筑三种。钢材只能在高温下铸造成型，木材只能在自然环境生长，用这两种材料盖的房子，都只能是装配。唯有混凝土建筑，既可以现浇，也可以装配，因为混凝土能在常温下浇注成型。

2015年大力发展混凝土等装配式建筑以来，城镇新建装配式建筑就达3.4亿平方米，由于实施过程中存在不少问题，实际效果不佳，引发众多争议。有人提出让装配式建筑去死；有人反驳说，让无知去死，让无耻去死，装配式建筑不会死。装配式混凝土建筑是当前国际上的前沿研究领域，它有现浇混凝土建筑所没有的优势，国家大力发展的方向是正确的，为何出现这种情况，值得思考。

一、发展装配式混凝土建筑是建筑业转型升级和建设创新型国家的需要

装配式混凝土建筑主要的优势有四：一是预制构件在环境可控的预制工厂生产，可以做到质量好、精度高，误差小，容易做预应力、容易做建筑饰面、少受气候影响；二是预制构件运到工地后，主要是安装，可以缩短工期，对环境影响也小；三是预制构件误差小，加上应用高强材料、新技术和新工法，可以建造超高层和体型复杂的建筑；四是工厂采用自动化生产设备，可以生产各种形状和尺寸的预制构件，能满足设计灵活和多样化的需求。这些优势都是现浇混凝土建筑所不具备的。

装配式混凝土建筑是推进建筑业转型升级的重要抓手，因为建筑业转型升级必须走劳动力、技术驱动的增长模式。建筑业的产出量取决于三个因素，一是生产效率和技术进步，二是资金，三是劳动力（见下式）。只有提高人力资本在产出量中的比重，劳动者的收入才能增加，建筑业才能转型。而发展装配式混凝土建筑，必须采用现代新技术，必须提升劳动者的技能，这就必然会促进建筑业转型升级。

我们正在建设创新型国家，装配式混凝土建筑有很大的创新空间，国际上正在花大力气研究。我国现在几乎是空白，国内需求旺盛，国家大力倡导，只要加强规划领导，完全有可能在15～20年内占领世界制高点，在装配式混凝土建筑领域为建设创新型国家做出贡献。

二、正在发展的是“优势没有发挥出来的”装配式混凝土建筑

首先要思考的是，我们正在大力发展的装配式混凝土建筑究竟是什么样的建筑？一般认为就是国际上先进的装配式混凝土建筑，实际上是缺乏先进技术，经济和性能尚不及现浇混凝土，技术上比发达国家落后的装配式混凝土建筑。

图1 神奈川县川崎市新型钢筋混凝土建筑Park City Musashikosugi一栋高203米，59层，另一栋高162米，47层，2009年竹中工务店建造。钢筋强度685MPa，混凝土强度150MPa

现在推行的装配式混凝土建筑缺乏先进技术、新材料和新工法。我国和日本都是地震多发的国家，日本多年研发隔震、减震和制震技术，已有比较多的应用，我国则研发和应用都不多；我国的混凝土强度为15～80MPa，日本已是60～150MPa，我国台湾已达70～100MPa；我们的钢筋强度为355～600MPa，日本已经是420～685～1275MPa，我国台湾已达420～685MPa；日本和欧洲采用装配和现浇相结合的工法，采用半预制、预制和现浇工法，都由市场决定，我国则发展装配，以装配率和新建装配式建筑面积占比为目标；我国装配式混凝土建筑设计规范采用“等同现浇”概念，地震区装配式混凝土框架和剪力墙结构房屋的最大适用高度都低于现浇混凝土结构，在抗震设防烈度为6度的地区，装配式混凝土建筑最大适用高度仅为130米，现浇混凝土建筑也不过140米，而日本2009年就建成了203米的超高层混凝土建筑，钢筋和混凝土强度分别达到685和150MPa，采用现浇+装配的混合工法（图1）。

图2 日本新型钢筋混凝土项目（1988～1992）各阶段钢筋和混凝土强度关系

我们现在推行的装配式混凝土建筑的造价比现浇的高出10%～15%，有资料显示，大约每平方米高出400～900元；2014年度预制构件厂实际产量仅为总生产能力的20.3%，产能严重过剩；现场作业质量没有达到预期水平，节点施工质量尤其是套筒灌浆和座浆质量令人担忧。

我们现在推行的装配式混凝土建筑已经落后发达国家30年。日本1988年开始研发新型钢筋混凝土结构，图2为1988～1992研究项目三个阶段钢筋和混凝土强度的研究目标。第一和第二阶段钢筋强度都是从420MPa提高到685MPa，而混凝土强度则分别是从30MPa提高到60MPa，和从60MPa提高到120MPa。我国台湾在19年之后，即2007年，由建筑研究所、台湾混凝土学会和实验研究院、地震工程研究中心三个单位合作，仿效日本，开始研发新型钢筋混凝土结构。

三、发展装配式混凝土建筑准备不足

1949年建国以后不久，装配和现浇混凝土建筑同期降生。装配式混凝土建筑主要用于单层工业厂房、居住建筑、饭店和办公建筑。北京市发展最快，1958年就有三个预制构件厂，生产大板的是亚洲最大，先后建成12～16层装配式混凝土框架、框架-剪力墙和大板建筑。

上世纪70年代，北京市为了回应“现浇不是工业化，装配才是工业化”的争论，提出混凝土预制装配和现浇机械化施工并举，后来对应用较多的4种装配和现浇混凝土结构开展竞赛，结果是“装配式”败给“现浇”。1988年以后，预制构件厂纷纷下马，市场萎缩，装配式混凝土建筑渐渐死去，30年无人问津。“装配式”失利以后，“现浇”就在北京市大面积推开。2010年，全市现浇混凝土建筑占比高达80%以上，从混凝土外加剂、掺和料生产到商品混凝土生产、运输、泵送上楼、浇注入模，形成了成套技术和完整的产业链，不但能满足抗震、防水、大开间、大空间和多样化需求，而且有多项创新成果，达到世界领先水平，至今市场份额仍比装配式建筑领先。

在国际上，二战以后，欧洲一些国家住房严重短缺，劳动力缺乏，要在短期内建造大量住房，装配式混凝土建筑应运而生。上世纪70年代，装配式混凝土建筑因缺乏灵活性，不适应新的需求，以及连接抗震和接缝防水没有解决，而被后来的现浇混凝土建筑超过。但因装配和现浇各有优势，就对装配和现浇存在的问题开展研究，发挥各自的优势。现在已有新型高性能混凝土结构，装配优势得以发挥，而且部分性能超过了现浇，正沿着装配和现浇相结合的路子走下去。

2015年以后，大力推行装配式混凝土建筑，规定目标和装配率，还给以各种优惠，很多人不理解，认为应当继续应用和发展现浇混凝土建筑，同时对装配式建筑和现浇混凝土建筑加强研究，待装配式混凝土建筑性能优势发挥出来以后，再大面积推广；认为对待装配和现浇混凝土建筑应当发挥各自的优势，采取“不主观定调，让市场和用户选择，哪个合适用哪个”的态度。

装配式混凝土建筑我们有38年的研究和实践经验，曾经有过风光的岁月。但是，我们又有26年的断档期，这在世界上其他国家绝无仅有。至今我们对这段历史没有深入研究，不知道今天大力发展装配式建筑的艰难，没有扎实地做好准备工作，就走上了大力发展的道路。

我们没有充分认识断档26年的影响，不知道许多问题无法在短期内从根本上解决，只能稳步发展，步子不可能太快。

我们对装配式混凝土建筑竞赛失败时存在的缺陷和近年推行中发现的问题，如：造价高于现浇，竖向钢筋连接质量难保证，预制构件厂产能过剩，标准、规范沿用“等同现浇”，增加拆分设计，难以做到灵活和多样化；预制厂建厂投资和成本高，房屋最大高度低于现浇，抗震构造措施高于现浇等，没有来得及制定计划，逐步解决。

我们也没有梳理标准、规范、规程、定额、手册和技术名词，改变无序的状况。特别是装配率、预制率、装配化率、预制装配率，不同标准、规范定义不一样，也没有统一的计算方法，弄得相关人员昏头转向。

我们对国际上装配式混凝土建筑的研究、应用和发展现状，没有组织专门队伍收集研究，对国际发展动向不完全了解。

成功总是属于准备好的人。发展装配式混凝土建筑是一件大事，而我们却准备不足。

四、追求面积占比和装配率要冒风险

2015和2016 年，全国新建装配式建筑面积分别为7260万和1.14亿平方米，2017年1～10月，全国已落实新建装配项目约1.27亿平方米。不到3年，城镇新建装配式建筑就达3.4亿平方米，如果其中70%，即2.38亿平方米是装配式混凝土建筑，造价按每平方米增加500元计算，建造费用就要多花1190亿元。

2014年度，全国共有111家预制构件厂，279条生产线，实际产能仅为总生产能力的20.3%，产能已经严重过剩。

2017年11 月，住建部认定了30个城市和195家企业为第一批装配式建筑示范城市和产业基地。地方政府计划在建的县一级的装配式建筑产业园区就有近20多个。这样下去，产能过剩的局面恐怕难以改变。

2018年2 月实施的《装配式建筑评价标准》是在《工业化建筑评价标准》的基础上修编的，但只保留了装配率，成了《装配化程度评价标准》，把原来标准中的建造成本、技术进步和节能、节水、节材、环保等许多评价装配式建筑的重要内容都取消了。《工业化建筑评价标准》才实施1年，而且比新编的《装配式建筑评价标准》内容还多，就作废了。评价装配式建筑应当考虑资源利用、环境影响和生物种群的感受，不能单纯用装配率考核。

装配率和建筑安装工程造价的关系是现在尚未搞清楚的问题。根据住建部发布、2017年3月1日起执行的《装配式建筑工程消耗量定额》，对于装配式混凝土小高层住宅，装配率（实际上应当是预制率）每提高10%，每平方米建筑安装工程造价就要多化61元。装配率从20%提高到60%，建筑安装工程造价每平方米增加243.44元（图3）。对于装配式混凝土高层住宅结果类似，但造价稍高。这里的装配率（又称PC率）是“建筑单体范围内，预制构件混凝土方量占所使用的所有混凝土方量的比率”。这些数据如果正确，用增加造价来换取装配率，就匪夷所思了。

为推行装配式建筑，2016年新编了装配式混凝土、钢结构和木结构三本建筑技术标准，有的原来就有，没有新的研究成果，造成标准没有新内容，实质变化很少。日本推行新型钢筋混凝土建筑，仍然以现行规范为基础，不修编现行规范，也不重新编制规范。凡符合现行规范和超越现行规范适用的“新型钢筋混凝土建筑的设计、施工和质量管理指南”，经指定的审查机构审查，符合营建署“建筑新技术新工法新设备及新材料认可申请要点”，政府部门颁发施工许可，即可施工。

图3 装配式混凝土小高层住宅不同装配率时的建筑安装工程单方造价（元/m2）

五、装配和现浇相结合，把装配式混凝土建筑的优势发挥出来

发挥装配式混凝土建筑优势，要实行装配和现浇相结合，具体分两步走：

第一步：赶上现浇。通过抓技术创新，即新材料、新技术、新工法研发，实现装配式混凝土建筑在性能、品质、成本、工期等方面同现浇媲美。具体办法是：预制构件厂建设要做好可行性研究，确保构件投产后能批量生产，生产出来的构件有人要，前提是预制厂辐射范围内要有相当数量的装配式混凝土建筑待建；改进建造过程，使设计和生产相适应；实行劳动力分工和专业化，开展技术和上岗培训；采用市场现有的高强钢筋（如600MPa）和高强混凝土（如80MPa）；研究钢筋连接和有效的检验方法；改进设计计算方法；采用预应力和自密实混凝土；关注节材和材料再生利用。

第二步：超过现浇。采用现代科学技术的新成果，狠抓新材料、新技术、新工法的研发和应用，把现浇混凝土建筑不具备的优势发挥出来，使装配式混凝土建筑在性能和品质方面超过现浇。具体办法是：开展材料基本性能研究，包括：高强度螺纹钢筋（685～1275MPa），高强度混凝土（60～150MPa）研发，并能达到量产；高强钢筋连接器和端部锚定器研发；高强螺纹钢筋和高强混凝土握裹性状研究等；开展结构构件性状研究，包括：高层钢筋混凝土结构柱和梁构件、梁柱接头、剪力墙构件性状，以及构件裂缝开展与控制等研究；地震区混凝土建筑隔震、减震、制震装置的开发应用研究；预制构件生产技术改进研究；结构分析、设计、施工规范（特别是地震区）研究；预制构件增加跨度、减少断面、增加装饰、增加保温方面的研究。

高性能装配式混凝土建筑是世界混凝土建筑的前沿，同日本相比，我们已经落后了30年，必须迎头赶上，占领制高点。