装配式建筑的发展瓶颈与未来发展趋势研究

武立恒

装配式建筑通常是指那些主要组件在工厂中预先制造并随后运输至施工现场以进行装配的建筑。装配式建筑与传统的现场浇筑建筑形式不同，其主要优点是能显著提升施工效率、降低成本，并减少建筑过程对环境的影响。与传统现浇建筑相比，装配式建筑显著提高了建设效率，降低了环境污染。随着全球对可持续发展和绿色建筑的重视程度不断提升，装配式建筑环保、节能的特性使其成为建筑行业的重要发展方向。

装配式建筑在欧美等发达国家拥有较长的发展历史，这些国家关于装配式建筑在技术、设计、标准化和政策等方面相对成熟。在中国，装配式建筑起源于20 世纪50 年代，但其直到最近几十年才开始得到政府的大力支持和推广。2016 年9 月，国务院办公厅印发的《关于大力发展装配式建筑的指导意见》指出，要因地制宜发展装配式混凝土结构、钢结构和现代木结构等装配式建筑[1]。2020 年7 月，住房和城乡建设部等部门发布了《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》，旨在推动建筑工业化、数字化、智能化升级，加快建造方式的转型[2]。2022 年1 月，住房和城乡建设部发布《“十四五”建筑业发展规划》，要求到2025 年，装配式建筑在新建建筑中的占比达到30%以上[3]。

虽然装配式建筑具有明显的优势，其发展仍然面临一系列挑战，如较高的初始投资成本、技术和设计的局限性、缺乏标准化与规模化等问题。这些挑战限制了装配式建筑的应用与推广。

1 装配式建筑的发展瓶颈

1.1 技术限制

装配式建筑在技术层面上存在多项限制，具体为：第1，预制构件的设计与制造需要极高的精确度和质量控制，其质量直接影响结构的整体稳定性。由于预制部件的标准化和模块化，建筑设计的灵活性受到限制，这对多元化建筑的设计构成了挑战[4]。第2，虽然理论上建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术能显著提高装配式建筑的设计和施工效率，但在实际应用中，BIM 技术对从业人员提出了更高的要求，要求其应具有高水平的专业知识和软件操作能力。第3，与传统现浇建筑相比，装配式建筑在耐久性、防火性和隔音性等方面有一定的局限性，这要求装配式建筑在材料和工程设计方面仍需不断进行创新和改进。

1.2 成本与经济性考量

初始投资成本相对较高是装配式建筑面临的一大瓶颈[5]。预制组件的生产需要有专用工厂和设备，这导致较高的初始资金投入。与传统现浇建筑相比，装配式建筑在设计和生产阶段要有更高的精度和更严格的质量控制，这使生产成本提升。技术的快速更新和对新技术的需求给施工单位带来额外的成本。从长期来看，装配式建筑快速的建造速度有助于缩短投资回收期，预制构件的高质量标准也意味着维修和维护成本较低。尽管初期投资较高，但从全生命周期的角度来看，装配式建筑有一定的经济效益。

1.3 政策与法规约束

装配式建筑的发展受到现行政策和法规的影响。政策支持的不足会影响行业发展。尽管我国和各省份已开始推行发展装配式建筑的政策，但大多数地区的相关政策缺失，而部分出台了装配式建筑发展政策的地区存在执行不力的情况，这些问题都限制了装配式建筑的广泛应用。除此之外，现有的建筑法规和标准可能难以满足装配式建筑的发展需求[6]。例如，关于建筑设计、安全、耐久性和环境影响的规定可能需要针对装配式建筑的实际进行修改。法规的不确定性或缺乏专门针对性会导致装配式建筑行业发展的不稳定。因此，建立健全专门针对装配式建筑的政策和法规体系，对促进该行业的健康发展至关重要。这需要政府、行业协会、工程建设方共同努力，确保政策和法规既促进行业创新和发展，又保障装配式建筑的安全和质量。

1.4 供应链与物流影响

装配式建筑的供应链和物流问题是其发展面临的重要挑战之一。高效和可靠的供应链对装配式建筑按期交付至关重要。这要求预制构件的设计、制造、运输和现场组装等每个环节必须严格协调和优化。大型预制构件需要特殊的运输工具和路线，运输成本较高。施工组织制订的计划需要精确，任何延误都可能导致整个施工进度的推迟。装配式建筑的供应链管理还涉及仓储问题。由于部件是预先制造的，因此，需要有足够的存储空间。优化供应链和物流管理，降低相关成本，提高效率和可靠性是装配式建筑行业发展过程中需要解决的关键问题。

2 国内外案例研究

2.1 国际案例研究

在国际上，装配式建筑的案例遍布许多发达国家[7]。在美国，装配式建筑在商业和住宅市场中，占比都有显著增长。美国的一些大型建筑项目通过采用预制构件，不仅加快了建设进度，而且在成本控制和建筑质量方面取得了良好效果。例如，位于纽约布鲁克林的11 HOYT 项目，该项目通过119 个模具生产1205 块预制混凝土带窗洞外墙板，安装工作仅用了2 年多的时间。再比如，位于弗吉尼亚州桑德白橡树半导体厂的1 号和2 号厂房建设同样采用了装配式技术，该项目从开始施工到第一次投入生产用了11 个月，预制构件生产以及设计商在2 个月内提供了近1500 件预制件用于支撑结构的安装，显著提升了施工效率。

在芬兰，装配式木结构住宅因具有环境友好和能源效率高的特点而广受欢迎。例如，Puukuokka 街区是芬兰装配式木结构建筑的经典案例。Puukuokka 街区是一系列多层木结构公寓建筑，整个承重结构和框架由大量的预制交叉复合木材模块组成。交叉复合木材模块是在离现场不到2 h车程的当地工厂预制的。预制模块的使用使现场施工时间减少到每个建筑6 个月。Puukuokka 街区不仅凸显了木材的环保特性，也展示了装配式木结构建筑的发展潜力和技术进步。

2.2 国内案例研究

近年来，中国装配式建筑的发展得到了政府的大力支持，众多城市积极参与。装配式建筑不仅提高了建设效率，也推动了中国建筑行业的绿色转型[8]。例如，广东省深圳市万科云城是当地首个大规模建设的装配式高层办公建筑群。该项目在方案设计初期经过装配式建筑技术策划，根据项目特点、建筑高度和立面形式，确定了采用内浇外挂体系，建筑外墙采用清水混凝土预制外墙构件。与玻璃幕墙相比，预制混凝土外墙具有立面多样性、建筑外围护体系耐久性好、造价低等优势。该项目通过装配化的生产与施工，充分发挥预制外墙自身优势，打破了玻璃幕墙在公共建筑“一家独大”的局面[9]。位于浙江省杭州市的未来新湖中心，是当地积极探索装配式建筑新技术的标杆案例。未来新湖中心是钢结构装配式体系建筑，建筑南北2 ～12 层钢连廊采用整体提升技术，分3 次提升安装到位，结构楼板全部采用钢筋桁架楼承板，并应用一体化、模数化设计技术[10]。

通过分析这些案例发现，政府支持和政策引导、对质量和效率的严格要求以及对环境可持续性的高度重视，共同推动了装配式建筑在各个地区的成功应用和发展。

3 未来发展趋势

3.1 新材料与新技术应用

装配式建筑的发展依赖新材料和新技术的创新应用，具体为：第1，不断发展的材料科学为装配式建筑带来了更轻、更环保的建筑材料。例如，高性能混凝土和轻质复合材料被广泛用于制造更耐用、更有效的预制构件。第2，在技术创新方面，数字化和自动化技术的应用逐渐改变装配式建筑的设计和生产过程。3D 打印技术使建筑设计更加精确和灵活，并提高了生产效率。可持续发展技术在装配式建筑中变得越来越重要。例如，太阳能集成、雨水回收系统和高效隔热材料等被集成到建筑设计中，提高装配式建筑的能源利用率和环境可持续性。

3.2 数字化与自动化在装配式建筑中的应用

数字化和自动化技术被广泛应用于装配式建筑领域。这些技术为提高效率、降低成本、提升质量和安全性提供了新的手段。BIM 使装配式建筑从设计到施工的每个阶段都更加精确和高效。通过利用BIM 技术，设计师和工程师能在虚拟环境中准确模拟建筑的全生命周期，并预测潜在问题。自动化技术在生产预制构件方面也起到了关键作用。例如，利用机器人和自动化生产线，可以提高生产速度，减少人工错误，确保构件质量的一致性。自动化技术的应用还有助于减少物料浪费，使生产过程更加环保。此外，数字化工具，如增强现实（Augmented Reality，AR）以及虚拟现实（Virtual Reality，VR），也被越来越多地用于设计演示和施工指导。这些技术不仅提升了客户参与度，而且有助于施工人员更准确地理解和执行设计意图。数字化和自动化技术正在装配式建筑中发挥着越来越重要的作用，其不仅推动了行业的现代化，也为未来建筑行业的发展提供了新方向。

3.3 可持续发展与绿色建筑

在装配式建筑发展过程中，可持续发展和绿色建筑越来越重要。具体表现为：第1，环保材料的使用在减少建筑对环境的影响方面发挥重要作用。例如，使用可回收或可再生的建筑材料有助于减少能源消耗以及碳排放。第2，能源利用效率的提高对装配式建筑的可持续发展起重要推动作用。采用被动式设计原理、高效的能源系统和可再生能源技术（如太阳能和风能），可显著降低建筑的运营成本和对环境的影响。第3，水资源的循环利用是装配式建筑发展过程中的重要研究方向。通过积极利用雨水回收系统和高效的水处理技术，可有效节约水资源。可持续发展和绿色建筑技术与装配式建筑结合，不仅有利于环境保护，而且也符合全球对构建人类命运共同体的追求。

4 对策及建议

4.1 政策与监管框架改进

为促进装配式建筑的发展，改进政策与监管框架至关重要，具体为：第1，政府应制定鼓励装配式建筑发展的具体政策，如财政补贴、税收减免、研发支持等，以激励更多企业和投资者参与装配式建筑的建设。第2，完善装配式建筑相关的法规和标准体系是推动行业健康发展的关键，因此，需要制订明确的设计、生产、施工以及验收标准，确保建筑安全和质量。第3，加强政府与行业的合作，共同推动技术创新和应用。政府可以通过建立研究基金、支持行业协会和学术交流等方式，促进技术的发展和成果转化。此外，政府还应考虑地区差异，制定具有地方特色的支持政策，以满足不同地区的发展需要。

4.2 技术创新与研发投入

技术创新和研发投入对装配式建筑的发展至关重要。政府和企业应加大对装配式建筑技术研发的资金投入。这包括资助新材料的研发、建筑设计软件的创新和施工技术的改进。鼓励行业内外加强合作，如加强大学、研究机构与建筑公司之间的合作，促进理论知识和专业技术的交融，加快创新的步伐。对现有技术进行持续优化和升级，确保技术能适应市场需求和法规变化。此外，还要建立一个支持创新的环境，包括构建技术创新的奖励机制，鼓励企业和个人积极参与新技术的研发与应用。

4.3 市场推广与教育培训

为了促进装配式建筑的市场接受度和普及，市场推广和教育培训至关重要。各地可通过媒体宣传、展览会和专家学者论坛等方式，提高公众对装配式建筑的认识，突出其环保、高效和经济优势。同时，加强专业教育和培训，包括在高等教育机构设立专门的课程，以及为建筑从业者提供专业培训和持续教育。需要注意，教育和培训不仅要涉及技术与理论层面，还应包括项目管理、成本估算等方面。政府和行业组织可以通过举办研讨会、讲座等形式，为高校、项目建设方和施工方提供交流与学习的平台，共同探讨行业发展的方向和策略。

4.4 行业协作与标准化

行业内部的协作和建筑标准的统一对装配式建筑的发展至关重要。对于行业协作，可以通过共享资源、案例研讨等方式促进整个建筑行业的良性发展。这包括跨行业的合作，如建筑公司与材料供应商、设计师和工程师之间的合作。为促进行业协作，可以设立专门的行业协会或论坛，以便分享信息、讨论行业趋势和解决共同面临的问题。建立统一的建筑标准对确保建筑质量和安全至关重要。这不仅涉及建筑设计和施工的技术标准，还包括环境保护和能源效率等方面的标准。这些措施的有效实施可以增强行业内部的合作，促进技术创新与应用，推动装配式建筑行业的健康发展。

5 结语

本文从技术、成本、政策、供应链等方面探讨了装配式建筑发展的瓶颈，并分析了国内外装配式建筑发展案例，提出装配式建筑发展的对策和建议。研究发现，虽然装配式建筑在提升建设效率、减少环境影响方面具备显著优势，但其在发展过程中仍存在诸多问题。为了有效解决这些问题，要积极改进政策与监管框架，加强技术创新与研发投入，并做好市场推广与教育培训工作，加强行业协作，实现装配式建筑标准化。