预制装配式住宅建筑施工技术探析

近二十年来，随着我国城镇化率的持续提升，房地产行业得到快速发展，据国家统计局数据，仅2021年全国住宅新开工面积就高达146379万 m2。与此同时，为响应绿色转型、产业升级，建筑业也在不断研发应用各种新型技术，尤其在国家提出“2030年碳达峰、2060年碳中和”战略目标后，建筑业更加迫切实现减碳目标。在建筑施工建造阶段，预制装配式技术采用构件工厂化预制、现场装配的建造方式，因其施工工序简便，构件施工标准高，现场湿作业少，在近年来得到较为广泛的应用。预制装配式技术的应用，能够有效减少建筑材料的浪费，降低对环境的污染，在一定程度缓解劳动力紧张局面，同时又满足现代化建筑的多元化需求，是推动建筑行业全面转型的技术，也为社会经济发展建造更多安心工程。

我国预制装配式住宅建筑发展起始于 20 世纪 50 年代，为快速解决新中国成立后的住房问题，在我国的第一个“五年计划”中就提出效仿前苏联、东欧各国的经验，建造标准化、工厂化、机械化的预制构件工厂，并应用装配式住宅建筑。经过 30 年的发展期，尤其到了 70 年代后期，我国多种装配式建筑体系得到快速发展。如低碳冷拔钢丝预应力混凝土圆孔板大量应用于砖混结构的多层住宅中，这一技术可使得楼板每平方米用钢量仅 3~6kg 。 70 年代末至 80 年代，北京从东欧引入装配式大板住宅体系，以满足高层住宅的建设需求，其内外墙板、楼板均为工厂标准化预制混凝土大板，在施工现场装配，施工速度较快。可见，在我国建筑业发展的初期阶段，由于钢材产量、木模板、支撑体系等资源均较为匮乏，预制装配式住宅建筑得到了极大的推广应用，在一段时间内为我国解决住宅建筑的建设需求提供巨大的帮助。

进入20世纪80年代末，混凝土现浇施工方式得到了长足的应用发展，成为了绝大多数施工方式。这一方面是由于我国钢材、模板等物质资源产能大增，另一方面则是随着城镇化加快，大量务工人员为现浇施工提供了充足的劳动力。这一较为粗放的施工模式，也侧面反映出我国建筑业进入到快速发展期，也造就了我国基建大国的称号。

然而随着社会经济发展快速，环境问题也日益凸显，从可持续发展、产业转型升级的考量出发，“十三五”期间预制装配式建筑的应用再次被行业所关注，中央及各地政府均密集出台相关文件支持推动预制装配式建筑发展。以上海市为例，根据相关政策的规定，除地上总建筑面积不超过10000m2，或高度超过100m 建筑外，全市范围内新建住宅建筑全部按装配式建筑要求实施，即要求建筑单体预制率不低于40% 或单体装配率不低于60%。

与此同时，适应新时期预制装配式建筑发展的相关结构体系、设计标准、施工技术等也均得到试点推广，并逐步提高应用比例。如在预制装配式住宅建筑中广泛应用的装配式剪力墙结构体系，以及预制叠合板、预制楼梯板等预制构件。

当前，随着节能减排的“双碳”目标推出，更是为各行各业的发展指明了方向。建筑业作为资源消耗、碳排放的中“大户”，预计未来将会坚定地朝着预制装配式建筑方向深入发展，也是时代发展的必然趋势。

当前我国建筑业施工大部分仍采用传统的混凝土现 浇方式，从基础浇筑开始，在施工现场开展脚手架搭设、模板制作和钢筋绑扎固定等工序后浇筑混凝土，直至完成建筑物的主体结构。传统的混凝土现浇施工方式虽能够适应复杂多变的建筑造型，且建筑具有更好的整体性，但其缺点也十分显著，包括人工劳动力需求大，现场施工安全风险高，施工质量控制参差不齐，材料浪费严重、耗水耗电量大，同时还会产生大量的噪音、废水和废弃的建筑垃圾污染环境，加重了环境负担。

相较于其他建筑类型，住宅建筑由于其造型相对传统，层高、户型也较固定，重复的标准层也较多，因此每层所需的预制构件尺寸几乎是相同的，更易工厂标准化生产，是相对更适用于预制装配式技术的。

对比传统的混凝土现浇施工，预制装配式技术具备如下诸多优点。

2.1 施工质量有保障

由于预制装配式住宅的预制构件，诸如预制内外墙板、预制叠合板、预制楼梯等，统一交由混凝土预制构件工厂进行开模加工预制，其构件尺寸、混凝土强度、配比、钢筋位置、养护环境、养护时长均能达到标准要求，之后还经由工厂层层检测验收，确保构件的质量合格，与设计参数更加相符。在工厂进行脱模的混凝土构件表面十分平整，后续可以做到薄抹灰、甚至免抹灰。与之不同的是，传统现浇施工方式，由于受制于现场室外作业的复杂环境，以及工人的操作不当等，会产生诸如构件尺寸偏差、混凝土振捣不密实、混凝土养护条件差、漏浆、露筋等混凝土缺陷，甚至可能出现混凝土强度不足等问题，严重影响建筑质量安全。因而单一混凝土预制构件的质量较现浇构件的质量更有保障。

2.2 劳动力需求降低

传统的现浇施工方式，在施工现场需要配置大量露天作业的木工、钢筋工、泥瓦工，各工种在现场按序流水施工，往往伴随着恶劣甚至较危险的施工环境。然而随着我国出生率逐年降低，人口增长亦逐年减少，未来人口红利将会逐渐消失，越来越多的务工年轻人追求服务业、制造业等工作环境良好的工作，也因此近年来建筑业频发“用工荒”。而预制装配式技术较好地缓解了这一问题，将一部分现场作业的工作转移至工厂工作，不仅工作环境得到显著改善，同时在工厂化加工模式下，生产效率将得到较大提升，因而所需的劳动力也在一定程度上有所降低。

2.3 节省材料，环境污染小

随着全社会环保理念的不断深入，绿色建筑的发展理念已经成为建筑业的主要转型方向。相较传统现浇施工方式，预制装配式施工技术不仅能节省原材料，还能够减少废水、废渣、建筑垃圾的产生，不会造成大面积的扬尘污染和噪音污染。同时建筑施工现场能保持相对干净整洁，能够相对有效保护环境。

2.4 有待改善方面

诚然，预制装配式技术相较现浇施工有着以上诸多的优点，但若大面积应用其仍有以下方面需改善。首先在成本方面，工厂化加工并没有带来显著的经济效应，相反，预制装配式技术由于增加了运输、起吊、安装等特殊工序，通常在成本方面较现浇施工高出15%~20%。以预制装配式住宅建筑为例，其地上部分如使用预制装配式构件，成本大约增加600元 /m2。这在一定程度上制约了建设单位从经济效应上主动应用预制装配式技术的意愿，通常是被动地按照属地文件规定或者土地出让合同中约定的最低单体预制率或装配率进行设计施工。不过相信在未来，随着人工成本进一步攀升，以及标准化构件的大规模生产摊低成本，预制装配式住宅建筑成本终将具备经济效应。其次在施工工期方面，由于当前预制装配式住宅无论是预制内外墙板还是预制叠合板均需在装配后再进行现浇施工连接，无法做到纯粹的装配施工。因此相较于纯现浇施工，预制装配式住宅在保留原有现浇工序的同时，反而多出了装配预制构件的工序，因而增加了标准层的施工工期。最后，预制装配式技术在施工过程中无论对于管理人员还是施工人员均提出了更高的技术和素质要求，相较传统现浇粗放施工，从业人员需掌握更多相关的施工技术，尤其是预制构件的装配连接，方能保障预制装配式建筑的整体施工质量。同时还能够潜移默化地提高施工人员的专业素养和技术能力，对传统的管理模式进行创新，有效地提高建筑施工的管理水平。

3.1 常见预制装配式住宅建筑体系

常见的多高层住宅建筑多采用剪力墙结构体系，为满足单体预制率或单体装配率的要求，通常将内外剪力墙、楼板、楼梯等混凝土构件采用预制构件。

设计人员将根据结构体系完成一套完整的装配式结构设计图纸，通常包括设计总说明、典型节点及埋件详图、预制构件平面布置图、各类构件详图等。预制构件的图纸深化设计常有两种方式，其一是委托原设计单位或其他具有深化设计能力的公司进行深化设计，其二是交由预制构件厂自有的研发设计人员进行深化设计。

可预制的构件设计图纸提供预制混凝土厂，混凝土构件经过生产加工后，在指定时间运送至施工现场，经塔吊水平运输至指定的构件堆放点，等待安装。装配式油塔吊垂直起吊至相应作业面，在专业 PC 安装工的操作下完成装配，后经灌浆工人或混凝土工进行浇筑湿连接。

3.2 生产加工与运输进场

预制装配式住宅建筑所用到的常见的预制构件包括预制剪力墙板，预制楼梯，预制叠合板等，通常预制板及预制楼梯按如下的生产流程：

首先预制工厂在得到构件设计图纸后，进行各类模板模具的制作，并进行系统的清理，清理完成之后还需要均匀涂抹脱模剂。之后将模具按照构件设计尺寸固定，保证模具摆放正确。接着工人对钢筋下料，按设计所需进行钢筋摆放绑扎至设计位置上。在绑扎的过程中，应该仔细核对实际尺寸与方案中的尺寸是否符合。最后按设计标号浇筑混凝土，并经充分振捣后进行养护。

在生产完预制构件之后，需要将预制构件运输至施工现场，在运输预制装配式构件的时候，要选择专业的运输车，详细规划好构件运输的摆放位置、运输路线的长短距离，控制车辆的行驶速度，让构件运输过程中得到全面的安全防护，避免构件在运输途中受损，如预制构件体积较大，在运输的过程中可能会出现碰撞的情况。预制构件出现碰撞之后，构件的外表将会不同程度的出现损伤，使用性能下降，影响建筑主体的建造质量。所以通常管理人员考虑到这一问题，会用特制的钢架、木垫块、钢丝绳索等固定预制构件，让预制构件间保持一定的距离，尽量减少预制构件之间的挤压碰撞。在运输的过程中还会综合了解运输路线的实际情况，尽可能选择平稳的道路作为运输路线。考虑到运输过程中的地质条件以及气象条件，应该尽可能避免在阴雨天气进行预制构件的运输，减少恶劣天气因素对运输质量的影响。同时还应尽量将其存放在的干燥区域，防止金属构件出现生锈的情况。

预制构件运输进场时还需进行进场验收，由相关人员对构件外观、质量、尺寸、构件合格证及强度报告等等进行联合检查，确保构件符合要求。同时，还需进一步检查预制构件上预埋件、预留钢筋、预埋管线及预留孔洞的规格、位置和数量。

3.3 现场吊运与堆放

对于预制装配式住宅，施工现场的塔吊除了承担传统建筑材料、施工机具的运输，还需负责所有预制构件的吊运安装，因此对塔吊的选型、布置有更高的要求，如预制外墙板等单个构件重量常达5~6吨，且预制构件的进场堆放和吊运安装均需占用塔吊的大量时间。故施工单位在前期编制施工方案时，就需要结合设计图纸重点考虑适合的塔吊方案。

在考虑塔吊方案的同时，还需在场地总平面布置时，结合施工动线规划好大型构件运输车辆的现场道路和转弯半径等，以及考虑预制构件的专用堆场，避免后期交叉作业形成安全隐患。预制构件堆场应尽量靠近道路，便于构件运输到场后的水平吊运堆放。在预制构件堆放时，应按规格、品种、所用部位、吊装顺序分类堆垛，并保持构件的预埋吊件朝上暴露，易于下次起吊。对于预制内外墙板应采用专用支架直立存放 ；对于叠合板和预制楼梯应多层码垛，层与层之间垫方木，并保持上下对齐。值得注意的是，在预制构件的堆放过程中，需避免不同种类、尺寸的构件一同码放，由于构件在设计中，不同构件的支点不同，因此在叠放中或将造成预制构件产生裂缝或其他外观破损，影响使用效果。

3.4 安装与连接

预制构件的安装与连接根据不同部位有不同的工艺流程，但总体上说据为根据放线定位，用塔吊吊运堆场的预制构件至安装部位，紧密拼接后，采用一定的连接措施，以保证建筑的连续性和整体性。

3.4.1 预制内外墙板

预制内外墙板通常采用灌浆套筒连接，其施工工艺通常为 ：

（1）定位放线 ：根据图纸及控制线在现场用墨线弹出构件的投影边线 ；

（2）竖向钢筋校正 ：在吊装本层墙板前，需对下层墙板预留的竖向钢筋进行校直校正，以确保能垂直地插入本层墙板套筒内 ；

（3）预制墙板吊装 ：接着即可进行本层墙板的吊运安装，吊装时应根据定位线对构件位置进行调整，确保构件位置准确。在墙板吊运至楼面安装上方1m 左右时静停，根据构件安装图纸确定构件的正反面，由两名操作人员牵引缆风绳使墙板缓慢下降。在下降至下层楼板预留竖向钢筋附近时，利用镜子反射原理，对准引导钢筋垂直插入本层墙板的预制套筒内再缓慢下降就位 ；

（4）斜向支撑安装及构件垂直度校正 ：墙板就位后应立即安装斜向支撑，并将支撑的螺丝收紧拧牢方可卸除吊钩，之后用靠尺测量墙板的垂直度，并通过斜向支撑调节 ；

（5）墙底拼缝封堵 ：对墙底的水平拼缝进行封堵 ；

（6）套筒灌浆 ：对灌浆料严格按照配比配制，灌浆孔应一次连续灌满，并及时将淌出的灌浆料清理干净，将灌浆孔压实抹平。

值得关注的是，灌浆的饱满度决定了预制墙板间的连接质量，因此是施工过程中需加强灌浆饱满度的检验，通常以出浆孔是否连续出浆来判断灌浆饱满度。

3.4.2 预制叠合板

预制叠合板在安装后需在上层再现浇一层混凝土，从而连接成整体，其施工工艺通常为 ：

（1）定位放线 ：根据图纸及控制线在现场用墨线弹出叠合板的投影边线 ；

（2）安装支撑体系 ：在叠合板吊装前需完成板底支撑体系的搭设，通常为满堂支撑架、可调顶托和木方，在叠合板吊装前应检查是否有可调支撑高出设计标高 ；

（3）预制叠合板吊装 ：叠合板通过四个吊点起吊至作业面上方后，通过缆风绳调整叠合板方向，使其安装方向与设计图纸一致。之后指挥人员指引构件至安装位置，操作人员牵引缆风绳使构件缓慢下降，在安装面上方3~6cm 处微调整板位置，板边线应基本与控制线吻合，叠合板外露受力筋应伸入梁或墙内，并控制整板的标高准确 ；

（4）机电线盒、管线安装、钢筋绑扎 ：在完成吊装后，在叠合板作业面上进行机电管线、线盒的布置安装、并完成钢筋的放置绑扎 ；

（5）混凝土浇筑：最后完成叠合板上层馄饨的浇筑。需要注意的是，在安装过程中需确保叠合板落位方向正确，且与梁搭接位置长度宽度要符合要求。此外构件落位时，应注意不碰到或压弯钢筋。

3.4.3 预制楼梯

预制楼梯的安装施工工艺通常为 ：

（1）定位放线 ：根据图纸及控制线在现场用墨线弹出叠合楼梯在楼梯梁上的投影边线 ；

（2）预制楼梯吊装 ：通过四个吊点起吊至作业面上方，从上垂直向下安装就位，确保预制楼梯的4个预留洞口与楼梯梁预埋螺栓对准，避免碰撞螺栓，基本就位后用撬棍微调楼梯板，直至位置、平整度、标高均正确，方可卸除吊钩；

（3）螺栓固定、灌浆 ：预埋螺栓通过螺母垫片或灌浆料罐实，同时将预制楼梯与现浇休息平台间的空隙用砂浆填实 ；

（4）成品保护 ：为保护踏步面、阳角等不在施工过程受到破损，需及时对楼梯踏步的立面、踏步面和梯段侧面用旧胶木板进行成本保护。

预制装配式住宅建筑，在装配前需进行全面的施工组织策划，方能更好掌控预制装配的施工进度和质量。如在进行构件安装前，必须要全面提高预制构件的生产质量和生产效率，构件的质量和生产效率直接影响整个工程项目的施工工期。要想全面提高预制构件的生产效率，首先应该遵循系统化、规模化的流程生产。应该将预制构件的设计方案交给相关专项和厂家，由厂家进行系统地构件设计工作。设计环节完成之后，筛选具有资历的企业进行预制构件的生产。生产的过程中应该仔细观察生产所需的各种材料供给是否及时，并对市场的生产情况进行调研。其次，进行构件生产的时候，要仔细考察工厂资质条件和生产工人的专业素质，这直接影响到构件生产的质量和效果。在构件安装环节，安装工人应该严格按照具体的方案规定和要求，按部就班地完成所有构件的安装，确保装配到位，整体性可靠。

本文简要回顾了我国预制装配式住宅建筑的发展过程，通过对比传统现浇施工方式和预制装配式施工方式，提出了预制装配式住宅建筑的三个优点以及仍待改善的问题。最后介绍了常见的预制装配式住宅体系和常用的预制构件如预制内外墙板、预制叠合板、预制楼梯，并按生产加工与运输进场、现场吊运与堆放、安装与连接三个施工环节对其施工工艺及技术做出探析。相信预制装配式住宅建筑在不断的推广应用下，定会助力建筑业实现绿色化的产业转型发展。