工业化建筑部品发展现状探究

程亚美 李志永 赵玉清 苑翔

（北方工业大学土木工程学院，北京 100144）

通过研究我国建筑业的发展过程可以看出，由于传统的建筑方式具有工期长，能耗高，污染严重的弊端，已经给城市建设，生态环境以及建筑产业结构方面带来了巨大的消极影响，从而具有相对优势的工业化建筑方式运应而生，并在建筑业领域展现出强劲的势头。但目前建筑工业化以及预制装配式住宅的发展还处于起步阶段，没有形成一定的市场规模，因此在应用过程中出现了概念不明确，部品化制度不完备，标准化程度低等问题。为了给解决上述问题提供参考，本文对工业化部品概念体系划分、应用中存在的问题及相关研究等内容进行了分析总结。

1 工业化建筑部品概念辨析

日本在工业化建筑发展方面处于世界前列。“部品”这个词语首先是日本提出来的，其定义一是特指那些在工厂加工生产的产品；二是属于非结构体，能够轻易的从建筑中分离出来；三是部品能够运用规模化和标准化的方式从具体的建筑物中独立出来，作为商品流通；四是部品不能够过于特殊或简单，要适合工业化的生产方式和作为商品流通的附加价值。此外，部品不同于传统的构件，它自身就具有品牌和型号[1]。

我国在工业化发展方面处于初期阶段，借鉴于日本的工业化建筑模式，建筑部品又多被称为住宅部品。我国对建筑部品的定义见住房和城乡建设部在2009年颁布的《住宅部品术语》其定义为：“有一定的边界条件和配套技术作为制约，由两个或两个以上的单一产品或复合产品集成的，构成住宅某一部位中的一个功能单元，能够满足该部位一项或者几项功能要求的产品”[2]。这个定义表明住宅部品具有集成的特性，自身具有一定的接口协调与模数化的约束，并在建筑物中具有独立的功能。

另外在我国国标“ISO/FDIS6707.1（2002E）房屋和土木工程处-词汇-第一部分”的建筑材料一节中部品的定义也有所提及：“Products manufactured as a distinct unit to serve a specific function or functions”[3]，翻译成中文是：“产品作为一个特定的部件被生产，用于服务于一种或多种功能”。该定义重点阐述了部品的功能性，并未提及部品的集成与模数化特点，是一种不完备的定义。

本文所界定的建筑部品特指工业化建造方式生产的产品。早在1974年，联合国出版的《政府逐步实现建筑工业化的政策和措施指引》中给出了“建筑工业化”的定义，其中提到的“构配件生产工厂化”也就是现在我们所提出的建筑工业化所涉及的“建筑部品”的前身。需要说明的是建筑部品既不单纯的属于建筑原材料也不属于预制构件。建筑原材料属于原料，经工厂加工成为预制构件或建筑部品。后两者虽然都是工厂预制，但建筑部品中只包括以建筑为主体的预制混凝土构件，而预制构件不仅包括建筑构件还包括市政工程中的管沟和管件，所以二者有本质上的差别。

通过上述分析可见，目前我国还没有明确给出工业化建筑部品的定义，通过相关文献发现我国通常把建筑部品作为工业化建筑部品。基于上述几种给出的部品定义，本文初步给出了建筑工业化部品的定义，为：由两个或多个单品或是复合产品集成的，在工厂进行生产，并能够从建筑中拆分出来的具有多项功能的自身携带信息的建筑产品总称。目前常见的工业化建筑部品包括预制门窗、预制墙体、整体厨卫间、预制楼梯、智能系统等。

2 工业化建筑部品体系划分

部品体系是实现新型建筑工业化的重要因素，其贡献率达到11.42%[4]。推进部品化发展并建立完备的部品体系是发展工业化建筑的技术基础与关键环节[5]。基于工业化建造方式，根据部品的不同特性可以将部品进行多体系划分，各划分方法都具有自己的优势与不足，笔者特将现阶段部品体系划分内容做了相关归纳，详见表1。

表1 建筑部品体系划分

表1根据部品使用功能的划分方式中，在住房和城乡建设部2009年颁布的国标《住宅部品术语》中部品被分成十大类并下设相应的子类目，规定选取子类目中的任意两项或多项进行组合组成的产品，能够满足特定的功能就是相应的部品。在IFC入库标准（Industry Foundation Classes）的体系划分方式中结构与外围部品体系这两类属于建筑的主体部分，是建筑的支撑部分；内装部品、厨卫部品、设备部品以及智能化部品属于与建筑内装有关的部品体系，属内装部分，其中的厨卫部品体系是集成化程度最高的体系[6]；小区配套部品体系属于室外设计部分。上述两种根据功能进行分类的方法，前者各子类目中各单品随意组合组成部品的划分方式一方面体现出了部品是集成产品的特点，另一方面反映了其具有划分简单但部品涵盖多样的优点；后者从宏观的视角出发将整个建筑物划分成支撑、内装与室外三大区域七大类目，不仅涵盖了建筑本身的部品种类还考虑了配套设施的部品种类，是一种较完备的部品体系划分方式。

根据部品在建筑中的主次关系的划分方式将技术也划分到部品体系中按照形状特征、标准化程度不同划分有利于部品批量生产及存储管理[7]。标准部品是具有相同或类似属性的能够批量生产的产品。异形部品是指由于部品样式、接口、尺寸或用料中某种属性较为特殊的产品，无法进行批量生产。通用部品是能够批量生产并具有共同属性或特征的产品，各产品间可以互换。此处所指的是相对意义上的通用，是建立在满足建筑需求基础之上的[8]。目前我国的工业化部品生产大多还处于订制设计生产阶段，通用部品较少。国外经历了从专用部品体系向通用部品体系过渡的过程，一般都只分为通用部品体系和专用部品体系两类[9]。

最后，按照结构原材料划分，建筑部品的建筑体系中钢筋混凝土结构体系在实际使用中最为普遍，此类结构节省材料且造价低，具有较高的承载力和良好的防火性能。钢结构体系重量轻且装拆方便，能够用于大跨度的建筑。竹木结构抗震性能好、耐腐蚀、安装勒性好且节能环保。

基于上述对工业化建筑部品的定义和体系划分的归纳梳理，以下内容分别从部品标准化程度、部品认证制度、部品个性化需求以及部品生产成本与能耗方面对各学者的研究进行了调查总结，反映出了工业化建筑部品发展过程存在的问题以及相应的解决方法。

2.1 部品标准化程度

我国部品标准化程度较低。一个完善的部品体系需要有相应的标准化制度，部品的非标准化生产使各体系部品在尺寸上缺少全国统一的标准，这就使得部品的工厂化生产、机械化装配受到了阻碍，同时造成设计重复、施工重复的后果。针对部品标准化制度缺失，刘春梅给出了一个相对完善的建筑部品体系，提出了BIM技术在工业化建筑领域的信息传递功能。通过BIM技术的仿真模拟功能可以对建筑部品进行三维信息化管理，通过可视化功能可以对部品进行踪迹识别。郑华海、刘匀[10]等人以轻钢龙骨体系工业化住宅为例，利用 REVIT软件族的概念提出基于BIM（建筑信息模型）创建包含工业化住宅建造全过程信息的轻钢龙骨式复合墙的信息模型，使用部品专用编码，可直接定位部品的具体位置，管理部品的存储、运输和施工安装。以上研究反映出利用BIM技术在一定程度上可以解决各体系部品尺寸不匹配带来的困扰，但此技术更应该成为工业化部品在整个产业链中的优化手段，建立完整具有权威性的部品标准化制度仍旧是今后研究的重点。

2.2 部品认证

部品认证体系不完备。我国由于起步较晚，部品认证体系还不够完善。周晓红对比研究了中日两国的住宅部品的认证制度，详细阐述了日本的部品认定基准、认定流程，发现我国的部品认证制度标准低、认证程序不规范且保险意识差。所以应从这三个方面出发修改完善我国的部品认证制度。此外关柯[11]对国内外的住宅产品认证管理体制进行了分析研究，认为从我国国情角度出发，认证机构的建立应首先得到政府授权，确立其权威性，而后分区设立。

2.3 个性化需求

工业化建筑模式单一，不能满足人们多样化的需求。部品发展过程中装饰个性化、规格多样化与工厂大批量生产存在一定的矛盾。基于建筑部品缺乏个性化的问题，蔡天然[12]的研究表明工业化住宅的研究重点应该是开发适用于不同体系建筑的通用构配件，这样不仅可以满足使用者的多样化需求，还可以使构配件批量生产，进行商品化供应。由此也可知，只有个性化部件不断进行设计优化，才能得到成熟的部品接口、尺寸形式，进而设计出通用形式的部品。此外李淑萍[13]的调查研究表明可以通过建筑部品工厂化的发展，企业采用大规模定制方式，商品的多样化来解决。调查发现注重个性化的这一部分人群经济水平较高，而建筑工业化最主要的目标群体是中层阶级，可以看出目前我国工业化建筑发展个性化并非首要问题。

2.4 部品成本

工业化建筑部品存在造价偏高，经济性能低的问题。邹晶[14]研究了钢结构住宅体系技术性能、经济性能以及环境性能，在对资源方面进行的测算表明水泥和瓷砖这两种建材属高能耗和高污染的建材，应该在今后部品发展过程中减少使用，宜选用较为环保的SMC材料。巨选博[15]在研究中发现目前住宅部品的应用主要集中在装饰部品和设备部品，占部品建造成本比例最高的结构性部品的运用率极低，结构性部品如外墙板的全生命周期成本比传统砌块外墙高约5%，生产成本高致使企业对住宅结构性部品的研发与生产都缺乏动力。宋薇[16]分析装配式建筑工程成本较高的原因是生产技术较低以及部品生产不精细导致的部品生产和安装过程的人工费高，降低工业化建筑部品的生产安装成本能够通过规范生产实现。美国能源部对在住宅建筑中使用SIPs（Structural Insulated Panels）很感兴趣[17]，虽目前SIPs没有在制造房屋中使用，但它们可能非常适合用于制造工业化建筑生产过程，它们需要更少的原始木材，这可能会降低挥发性和提高木材价格的影响。

2.5 部品能耗

建筑部品能耗方面，受生产工艺和建筑材料种类影响，建筑部品存在能耗高、不利于工业化建筑可持续性发展的问题。杜建东[18]在假设一些计算基础数据的基础上，对我国墙体材料常用块材产品的单位面积砌体产生的综合能耗、生产过程的碳排放量进行推算，提出采用薄灰缝对降低块材砌体的碳排放量意义重大。秦珊[19]的研究中指出日本KSI体系旨在综合开发出长期耐久性住宅，将日本耐久年限全面提升到100年，从而能够延长建筑生命周期，节约相应建设成本、降低能源消耗。可以发现杜建东对部品能耗研究集中于结构部品生产能耗，秦珊对于部品能耗研究侧重于建筑部品体系方面，偏理论。二者的能耗研究都针对部品能耗问题中的一部分展开，研究缺乏整体性。宏观整体的分析研究建筑部品的能耗问题是今后我们所要努力的方向。

3 结语

本文归纳了工业化建筑部品的定义与建筑部品体系划分方式，并对各体系的划分方式优缺点进行了比较说明。此外，对我国学者在工业化部品发展过程中各方面做出的努力进行了总结，可以看出目前我国在研究建筑部品的设计、施工安装、政策条例以及工程造价等方面有了一定的研究成果。但仅有不多的关于工业化建筑部品能耗的研究都是通过工业化建筑全生命周期开展的，对建筑部品生产、运输、施工本身的能耗研究太少且不够系统，且研究进展缓慢。因而需要我们大力开展建筑部品能耗等问题的研究，为实践绿色工业化建筑，减少建筑部品碳排放提供参考。