新型工业化建造方式——建筑一体化施工工法

建筑业是我国国民经济的支柱产业，总量巨大，增长迅速。2014年，全国建筑业总产值达17.67 万亿元，占国内生产总值的27.76% ；比上年增长10.2%，超过国内生产总值增长率2.8 个百分点。但是，在数量高速增长的同时，我国建筑业却长期处于手工业建造模式阶段，主要表现为施工工序繁琐、建设工期较长、人工使用密集、劳动效率低下、作业条件恶劣、质量问题丛生、建材损耗较大、环境污染严重。推行建筑工业化，势在必行。


建筑工业化的概念溯清
建筑工业化，是建筑业从传统的以手工操作为主的小生产方式逐步向社会化大生产方式过渡，即以技术为先导，采用先进、适用的技术和装备，在建筑标准化的基础上发展建筑构配件、制品和设备的生产，培育技术服务体系和市场的中介机构，使建筑业生产、经营活动逐步走上专业化、社会化道路。2013 年初，国务院发布《绿色建筑行动方案》，明确要求要“推动建筑工业化”，围绕绿色建造、绿色施工、绿色建筑推动我国建筑业的转型升级。


建筑工业化在我国方兴未艾，但这却并不是一个新概念，而是从工业革命开始即已在西方国家产生并不断得到应用和发展。1851 年，人类历史上第一座大型装配式建筑——伦敦世博会主场馆“水晶宫”建成；二十世纪五六十年代，西方发达国家兴起了建筑工业化浪潮，以装配式大板建筑为主要模式的预制装配式建造体系延续至今。正是由于这样的发展背景，使得社会普遍存在着一种认识，那就是“建筑工业化”=“预制装配式”。


“建筑工业化”与“预制装配式”之间能够划等号吗？“预制装配式”是唯一能够实现“建筑工业化”的路径吗？建筑工业化的主要内涵，是建筑采用工业化的建造方式。工业化的建造方式，根据建造地点的不同，可分为工厂建造和现场建造两种。工厂建造是指按照统一标准定型设计，在工厂内成批生产各种构件，然后运到施工现场机械化装配成建筑的施工方式。这种方式就是我们通常所说的预制装配式，主要类型有大型板材建筑、框架轻板建筑、盒式建筑、升板建筑、升层建筑等。现场建造是指直接在施工现场生产构件，构件的生产与装配过程合二为一的施工方式；但是，在整个过程中仍然采用了工厂化生产的大型工具和管理标准。目前，这种方式主要有大模板建筑、滑升模板建筑、隧道模板建筑等。因此，是工厂预制还是现场浇筑，并不构成工业化建造体系的核心要素，核心是以机械生产替代手工劳动。


预制装配式的推广瓶颈
对于目前广泛关注的“预制装配式”建筑工业化，主要是前面提及的“大型板材建筑”这一种类型。“大型板材建筑”是在工厂预制生产内外墙板、楼板和屋面板等大型板材，并在施工现场装配。现场装配时，为提高整体性并解决接缝防水、角部热工处理等问题，外墙板之间要搭建模板现浇混凝土；预制楼板上面要铺设钢筋并浇筑混凝土，形成叠合楼板。“预制装配式”并没有完全取消现场浇筑，准确地说，其建造方式是“大型板材工厂预制”+“关键节点现场浇筑”。这种“预制装配式”建筑工业化，目前推广的效果并不理想。究其原因，主要有以下几点。


1）建造成本原因。综合成本核算显示，我国目前的“预制装配式”建筑相对于按常规工艺施工的建筑，建造成本增量大约为9.5%。以2013年完工并交付的南京万科上坊保障房项目为例，由于采用了预制装配体系，工程造价测算每平方米增加成本高达623.2 元，这意味着几乎抵消了开发企业的全部利润。如果要提升建筑的个性化，还要对预制构件重新开模，建造成本还将进一步增加。在没有政府补贴的情况下，开发企业无力也不愿主动推行“预制装配式”。


2）技术水平原因。在基础理论、试验研究、建筑设计、构件制作、交通运输、施工安装、质量检测等方面，国内还缺乏对预制装配式的技术支持。例如构件生产方面，大型板材对脱模技术要求很高，导致目前国内预制构件厂的脱模效率较低。又如构件组装方面，为了确保结构强度，需要将上部构件延伸出的大量钢筋准确地插入下部构件的套筒中，这对吊装技术和工人素质提出了很高的要求，并且装配质量检测起来较为困难。


3）政策法规原因。预制装配式技术和国内现行的建筑技术标准、规范不兼容，现行的设计管理、招投标管理、施工管理等也难以直接适用于预制装配式这种全新的生产模式。


4）适用范围原因。为确保安全，“预制装配式”在高层和超高层建筑上的应用受到严格限制。《预制预应力混凝土装配整体式框架结构技术规程》JGJ224—2010 规定，预制框架结构的最大高度为45m，而我国城市人多地少，新建建筑恰恰是以高层为主。同时，以目前的设计和施工水平，“预制装配式”的构件标准化对建筑个性化具有一定的影响，SI 结构体系的推广成熟尚待时日，对房屋个性化要求越来越高的市场难以接受批量生产、“千屋一面”的建筑格局。


中国的建筑工业化，走“大型板材”的“预制装配式”，瓶颈问题亟待破解。


一体施工式的有效探索
针对“预制装配式”工业化存在的问题，结合在长期建筑施工中积累的实践经验，广东建星建筑工程有限公司研发出了具有独创性的工业化建造方式——房屋主体结构和填充结构一体化施工工法，可称之为“一体施工式”建筑工业化。


在建造方式上，“预制装配式”建筑工业化是“大型板材工厂预制”+“关键节点现场浇筑”，而“一体施工式”建筑工业化则是“大型板材现场浇筑” +“关键节点工厂预制”。这两种方式都用到了工厂预制和现场浇筑，但是使用思路则正好相反。“一体施工式”建筑工业化虽然是混凝土“现场浇筑”，但由于运用了铝合金大模板和先进施工机械，在现场连续浇筑主体结构和填充结构的混凝土，实质上是在施工现场实现了大型建筑构件的生产和装配过程合二为一，从而大大提高了作业效率和工业化程度。优势如下。


1）在主体结构模板上以先进的模数化铝合金模板系统代替传统的木模板。铝模板装配简单，模板搭建不再依赖熟练木工现场制作木模，提高了效率，降低了人工成本；质量优良，杜绝了爆模现象，脱模后混凝土表面光洁，无需再用砂浆抹灰；周转率高，可重复使用超过200次，不仅使用费用低，而且大大减少了森林资源的消耗。


























4）对建筑楼梯、窗台板、阳台板、管道井等小空间异形结构构件进行工厂预制、现场装配。这些小空间异形结构构件如果使用铝模板进行现场浇筑，模板设计制作非常复杂、工人现场作业效率很低、工程综合造价居高不下、浇筑质量问题较为突出。经测算，与大板结构工厂预制成本高不同，这些结构构件工厂预制的成本与现场浇筑基本持平，但在施工速度、工程质量、建造难度和用工数量等方面却能体现出工业化的明显优势。


对比目前的常规建造方式，“一体施工式”建筑工业化的施工工期提前30%，现场施工人数降低40%，建筑垃圾减少80%， 建筑使用面积增加5%，一次性验收合格率达100%。在实施效果上，能够与“预制装配式”建筑工业化相媲美，但是建造成本却能与常规建造方式基本持平。


产业现代化的发展方向
建筑产业现代化，是以标准化设计、工厂化生产、装配化施工、成品化装修、信息化管理、产业化运营为主要特征的绿色建造方式。住建部2014 年7 月发布的《关于推进建筑业发展和改革的若干意见》中明确指出，要“转变建筑业发展方式，推进建筑产业现代化，促进建筑业健康协调可持续发展。”建筑工业化是推动领域内生产方式的改变，而产业现代化则是注重建筑产业链条的资源优化配置。我公司在以“一体施工式”初步实现建筑工业化的目标后，还将继续向建筑产业现代化迈进。对于建筑业企业而言，积极推广建筑“总承包”模式，努力向产业链中的技术研发、建筑设计、构件生产、装配施工、装修装饰、交付验收、售后维护等各个环节纵向拓展，是适应市场环境变化和国家产业政策的必然方向。






建星设备升降式脚手架系统
建筑业企业在产业链中的上游拓展方向，是对建筑设计的积极介入。推广建筑“易建性”评价体系，在设计阶段充分考虑工程施工的难度，提升建筑施工效率。就“一体施工式”建筑工业化而言，通过对建筑设计的有效引导，将目前国内建筑设计普遍采用的“有梁板结构”变为局部“无梁板结构”或“单向梁结构”，将为铝合金大模板和集成式钢筋吊装施工创造充分条件，从而更好地提升工业化建造效率和改良室内空间结构。


建筑业企业在产业链中的下游拓展方向，是对建筑装修的有效整合。推广住宅“全装修”建造，实现土建和装修设计施工一体化，尝试SI 分离体系（内装与主体结构分离），提高住宅的可改造性和耐久性。就“一体施工式”建筑工业化而言，实施整体式厨房、卫浴的工厂预制和现场吊装，进而提供装修装饰、交付验收、售后维护的一揽子解决方案和具体服务，将进一步提升建筑行业的工业集成度、产业集聚度、服务集合度和利润集中度。

建筑业企业在产业链上下游的业务拓展，必须以信息的全流程覆盖为基础。建立基于BIM（建筑信息模型）的建筑设计及施工组织信息化管理技术，将建筑设计、构件生产、装配施工、装修装饰、交付验收、售后维护所需要和所产生的信息有效整合并实现可视化应用、动态化保存、精确化调配、资源化共享，才能使建筑业企业在产业链的拓展不是简单的业务环节增加，而是深刻的产业现代化转型，从而为利润趋薄、竞争激烈的建筑施工行业再创一片高速发展的“蓝海”。

以上内容节选自《从建筑工业化到建筑产业现代化的探索》，《施工技术资讯》2015年第11期