建筑工业化全产业链的搭建

《中共中央 国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》中明确提出大力发展装配式建筑，得到了各地方各行业的积极响应，装配式建筑的产业得到蓬勃发展。那么该如何全面统筹、合理有序推动装配式建筑良性发展，避免盲目跟风造成产能过剩资源浪费，也是应该考虑的重要问题。为此，本刊记者采访了清华大学建筑设计研究院建筑产业化分院宋兵副院长。


总工之家：宋院长您好！装配式建筑已经成为行业热点话题，出现了装配式建筑、建筑工业化、住宅产业化等许多名词，请您梳理阐述一下主流的概念。


宋兵：目前主要的概念有以下几个


建筑工业化：是在建筑行业运用现代化的大工业生产方式来取代传统的手工业生产方式的过程。普通意义上的工业化有以下几个基本特征：标准化、规范化、规模化、社会化、专业化、可控性、可测试性。


建筑大师梁思成早在1962年9月9日就在《人民日报》上发表了文章《从拖泥带水到干净利索》，提出了建筑工业化的基本特征，是设计标准化、构件预制工厂化、施工机械化。同时还提出，建筑师要努力在“千篇一律”中取得“千变万化”。


建筑工业化全产业链：指改变分段实施的传统作业模式，以全产业链一体化实施的模式，用工业化的方式完成项目从策划、规划设计、建筑设计、生产加工、现场安装、验收、运营维护直至拆除循环利用的全过程。


住宅产业现代化:简称住宅产业化，是指在住宅建设中实现工业化的过程，是建筑工业化的一部分。住宅产业化的主要标志是设计标准化、部品工厂化、施工装配化和实施一体化。


住宅产业现代化体系：


住宅是由结构体系、机电体系和居室体系组成的，因此不能片面将住宅产业现代化体系简单地理解成结构体系。住宅产业现代化体系的具体组成为：
1.结构体系：包括预制装配式混凝土体系（简称PC大板体系）、钢结构装配式体系、预应力梁柱体系、轻钢构架固模现浇剪力墙体系、凹槽板体系等
2.机电体系：由附着在结构体上的管线和管井组成，包括强弱电系统、上下水系统、空调系统和燃气系统等。
3.居室体系：把传统意义上的室内精装内容进行了扩展，包括墙、顶、地、厨房、卫生间、门窗、家具、设备、管线九大部品体系。


住宅产品名词解释：
1.成品住宅：不需要住户进行二次装修的住宅，即全装修住宅，俗称“拎包入住”。成品住宅的概念是把住宅看成一个完整的产品，是不需要买方二次加工的产品。相对于毛坯房，成品住宅描述的是住宅的完成度。在国外发达国家，住宅是不存在毛坯房这个概念的。
2.集合住宅：多户集中在一栋建筑内的住宅，是与独栋住宅相对应的概念，主要描述的是集中居住的形态，例如日本的“公团”、香港的“公屋”等都属于集合住宅，国内的保障性住房、多高层商品房也属于集合住宅。
3.集成住宅：是采用工厂制造主体部件，现场组装而成的住宅。集成住宅主要描述的是建造方法，所以产业化住宅也属于集成住宅。但现阶段的集成住宅多指轻钢结构、木结构或密肋结构的独栋住宅。
4.整体住宅：指在工厂内完成一栋住宅从结构到装修的所有工序，然后整体运输到现场进行吊装的成品住宅。例如集装箱住宅，目前在发达国家多用于灾区临时住宅、偏远地区住宅及工地临时宿舍等。


总工之家：好，听您这一解释整个概念就清楚了。目前装配建筑发展速度很快，那任何事物都有两方面，就您的研究，目前装配式建筑行业发展中可能出现或者已经存在哪些问题？该如何解决？


宋兵：目前，建筑工业化进入了高速发展的阶段，问题也随之而来，主要表现在缺乏工业化思维、缺乏顶层设计、标准化程度低、人才缺乏、行业管理碎片化、生产方式片段化、产业引导片面化、企业发展只想做大不想做强、PC成本高、科研投入不足、迷信互联网、迷信工业4.0、盲目冒进、过分追求个性化等方面。


解决方案就是向制造业学习，建立工业化思维，搭建建筑工业化体系，提高设计的标准化程度，培训从业人员，改革行业管理，鼓励多种类型的产业化体系，引导企业做精做强，加大科研投入，以标准化输入实现多样化输出。


设计标准化是建筑工业化的基础，通过户型的标准化形成套型模块、空间模块和功能模块系列。把功能模块继续细分为部品模块，如马桶、洗手盆、淋浴间或整体卫浴等，从而建立起部品标准化体系。这样，就由设计标准化阶段进入到生产标准化阶段了。





部品的标准化使得大规模的工业化生产成为可能，只有实现了部品的标准化才能实现部品工厂化。


部品在工厂生产后，将在现场完成装配。因此应建立与部品标准化体系相对应的工法体系，使安装工序形成标准化的安装工法和操作流程，以保证装配化施工的可行性。在完成了模块的逐级分解之后，今后的设计过程就是模块的逐级组合过程。即，由功能模块组合成空间模块，由空间模块组合成套型模块，最后由套型模块组合成楼座。这样的组合过程将使设计变得简单高效，可以使设计过程规模化、规范化和程序化。





建筑工业化体系的建立，包含了各分支体系的所有标准和规范，以部品体系为例，需要明确规定部品的性能指标、边界条件、规格尺寸及使用年限。以这些分支体系的标准为基础，组成住宅产品的标准。


由此，建筑企业将产生结构性变革。首先，组织形式将由开发商、设计院、施工总包的临时组合模式，转变为“开发承建商”形式的住宅全产业链企业集团或联合体。其次，项目的运作方式也将由拿地→策划→规划设计招标→规划设计→建筑设计招标→工程设计→工程总承包招标→分包→加工→安装等的串行模式，转变为开发、设计、制造、安装一体化的并行模式，即实施一体化模式。


下面的照片是瑞典马尔默一家酒店的立面。用同样窗户、同样尺寸但色度不同的墙板组合，就产生了丰富生动的立面效果。





总工之家：据了解，您近些年一直在研究建筑工业化方面课题，并且取得很大成果，请您介绍一下。


宋兵：2011年，受北京市保障性住房建设投资中心的委托，由清华大学和北京工业大学组成的课题组针对北京市的公租房居室装修进行了研发，最终于2013年完成了公租房居室工业化建造体系的理论研究，并形成了专著《公共租赁住房居室工业化建造体系理论与实践》-ISBN978-7-112-16427-1。


该体系对建筑工业化的贡献主要有以下几点：
1.确定了居室空间的功能模块，建立了符合建筑工业化的模数协调体系，即以300㎜作为进级模数控制室内装修完成面的净尺寸，以30㎜作为进级模数控制室内部品的设计尺寸，使室内部品模数和建筑模数形成了进级关系，从而建立了30㎜部品模数体系和300㎜建筑模数体系的协调体系。


2.确定了公租房标准套型系列。


3.建立了居室九大部品体系：墙、顶、地、厨房、卫生间、门窗、家具、设备和管线。


4.对应九大部品体系建立了居室九大工法体系。


5.在公租房标准套型的基础上，制定了收纳系统的设计标准。


6.在建筑设计中确定了先室内后室外的设计流程。


7.采用现有技术进行装配式集成，不做发明创造。


8.搭建了北京市公租房体验馆，展示了30、40、50、60平米公租房套型的工业化装修工法。







总工之家：最后，请您结合一些案例，从技术角度为我们阐述一下如何搭建建筑工业化全产业链及其优。


宋兵：温泉C03公租房项目该项目由北京市保障性住房建设投资中心建设，位于北京市海淀区温泉镇规划中心区，规划总建筑面积86953㎡，其中地上建筑面积57942㎡，地下建筑面积29011㎡。小区由7栋建筑组成，住宅部分分为普通公租房和适老型公租房。其中1#-4#楼为公租房，建筑面积32000㎡。


该项目1#-4#楼公租房从结构到室内装修全部采用工业化的方式进行建造，初步采用一体化的设计方法，尝试“并行设计”的流程。节能设计标准已达绿色三星。


项目于2014年开工，住宅楼结构采用PC大板，安装速度达到平均三天一层，目前住宅楼已封顶，正在进行产业化装修。采用的主要技术措施如下：


技术措施1—运用“柔性模块技术”解决结构与室内产业化装配的配合公差
将公共管井左侧的剪力墙移至右侧靠走廊侧，剪力墙开洞形成检修口；公共管井靠卫生间一侧用轻体砌块砌筑形成柔性模块，以调节厨房、洗手间和卫生间三个刚性模块间的公差。同时，剪力墙形成直线，减少了转角和短边，不仅有利于结构受力，还能降低结构造价。






技术措施2—阳台内置
将外挂预制阳台板取消，采用室内地面不同铺装的方法区分阳台空间与起居室空间。这样带来的好处是：
1)减去了阳台板的安装工序，简化施工难度，减低工程造价。


2)简化外墙及保温形状，减少外墙面积，有利于节能。


3)增加室内空间调整的灵活性和未来变化的可能性。


4)内置阳台部分可作为柔性模块，为后期居室空间尺寸微调创造有利条件。





技术措施3—外窗及遮阳一体化集成技术与结构产业化的边界条件
采用三玻两腔断桥铝合金外窗，虽然造价较高，但考虑到西晒问题，如外墙增加金属活动百叶，即便是使用较便宜的塑钢推拉窗，综合造价也和断桥铝持平。活动百叶置于外腔内，既可在夏季有效遮挡阳光，又可在冬季不影响阳光的射入，同时还便于百叶的维修和更换。窗户的开启扇可进行向内平开和内倒两个动作，既便于通风又便于清洗外窗，同时还消除了人工清洗外窗的风险。


外窗在安装时内退，产生阴影效果，使外立面有凹凸感。内附保温层的外窗套与PC板的保温层连接，保证了外墙保温的连续性，外窗套突出外墙，加强了外墙的凹凸感，窗套上口设滴水板，下口设窗沿板解决了“尿墙”问题。


外窗部品的一体化设计满足了遮阳、保温、排水、美观、易维护等多项复合功能，同时还解决了与预制墙体的连接问题。





技术措施4—结构构件与室内部品装配的配合公差
左图中厨房的右下角外墙内侧尺寸预留了250㎜，但管井尺寸是300㎜，意味着管井无法收口；另外，按室内净空300的模数原则，如设计使用300㎜规格的瓷砖，就需要现场裁切。在比较了人工费用与结构增加50㎜的差价后，最终确定PC大板增加50㎜。同时，为保证外窗尺寸的一致性，将另一侧的外墙尺寸减少了50㎜，前提是剩余的350㎜PC大板在工艺上可行。





技术措施5—户型、部品模块标准化
在满足室内使用功能的前提下，将户型尺寸尽量规整，简化构件品种，提高了构件的重复率。提高了构件的标准化程度后，既减少了模板数量，降低了生产难度，同时还降低了运输和安装成本，最终降低了结构造价。





技术措施6—优化体形系数
建筑体型系数减小：第一次调整外墙从180M到123M；减少30%外墙面积。第二次调整外墙从123M到105M；减少16%外墙面积。通过设计调整共减少：41%的外墙面积。





温泉的例子说明，通过建筑、结构、机电和装修一体化设计，可以在多个环节减少结构产业化带来的成本增量。下图是温泉实景照片。