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谷明旺：裝配式建筑和建筑工業(yè)化的關(guān)系

2018-05-30

建筑工業(yè)化，就是用工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計和制造方法，進(jìn)行房屋建筑的生產(chǎn)，把產(chǎn)品設(shè)計成具有一定批量的標(biāo)準(zhǔn)化部件或集成化的部品，再用標(biāo)準(zhǔn)部件或者部品組裝成房屋產(chǎn)品。在數(shù)量和規(guī)模足夠大時，就可以投入先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備，提高生產(chǎn)質(zhì)量和效率、降低勞動強(qiáng)度，同時有利于降低產(chǎn)品成本。

從世界和我國近代的發(fā)展史看，工業(yè)化與人們生產(chǎn)生活息息相關(guān)，在對“衣、食、行、用、住”五個方面的物質(zhì)追求，都經(jīng)歷了從手工作業(yè)到工業(yè)化生產(chǎn)的變革，工業(yè)化提高了社會生產(chǎn)力，極大地滿足了人們對美好生活的向往。改革開放近 40 年來，在技術(shù)進(jìn)步的同時，我國各行各業(yè)的工業(yè)化水平不斷提高，生活水平得到不斷改善。紡織和制衣行業(yè)的工業(yè)化使人們不再穿補(bǔ)丁衣服，并且服裝行業(yè)一度是我國主要的創(chuàng)匯來源；農(nóng)業(yè)種養(yǎng)加工的工業(yè)化解決了餓肚子的問題，現(xiàn)在甚至地溝里面都有“油”了；交通工具的工業(yè)化改變了我們的出行方式，車船飛機(jī)成為主要的交通工具，一日千里已經(jīng)成為常態(tài)；制造業(yè)的工業(yè)化提升了家具家電的產(chǎn)量、質(zhì)量和性能，已經(jīng)進(jìn)入了信息化時代，現(xiàn)在出門只要帶上一部手機(jī)就可以解決所有的需求；以上都是工業(yè)化為我們帶來的幸福生活。惟有建筑業(yè)由于工業(yè)化不足，反而被“作坊化、手工化”，科技貢獻(xiàn)率已經(jīng)低于農(nóng)業(yè)，并且建筑施工的從業(yè)者在辛苦之余，還得不到社會尊重，行業(yè)面臨巨大的衰變。那么是什么原因?qū)е铝宋覈慕ㄖI(yè)與全社會的工業(yè)化發(fā)展潮流格格不入呢？

是由于建筑功能的多樣性，以及建設(shè)過程的復(fù)雜性，建筑產(chǎn)品的惟一性，導(dǎo)致了建筑業(yè)的工業(yè)化具有一定的難度。組成建筑最重要的結(jié)構(gòu)部分包括鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)，以及由鋼構(gòu)件、混凝土構(gòu)件、木構(gòu)件組成的混合結(jié)構(gòu)等，不同的結(jié)構(gòu)形式所用的材料和加工方法差別很大，例如鋼結(jié)構(gòu)的制造一般在工廠采用切割后焊接的方法，在工地施工時一般采用螺栓、鉚釘或者焊接的組裝方法，形成能夠承受荷載的鋼結(jié)構(gòu)，具有強(qiáng)度高、重量輕的特點(diǎn)，在我國主要應(yīng)用于單層廠房、大跨度公共建筑、高層和超高層的酒店和寫字樓；而混凝土由于是一種具有流動性的松散材料，施工時必須使用模具塑形，在水化反應(yīng)過程中逐漸硬化成型，因此既可以在施工現(xiàn)場澆筑，也可以在工廠里制成不同的構(gòu)件單元，再到工地進(jìn)行組裝施工，構(gòu)件之間的連接可以采用類似于鋼結(jié)構(gòu)的機(jī)械連接，也可以采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土組裝成整體，還可以采用焊接或后張預(yù)應(yīng)力的方法形成受力的結(jié)構(gòu)，具有耐久性好、造價便宜的特點(diǎn)，在我國被廣泛應(yīng)用于各類工業(yè)與民用建筑，是主流的建筑結(jié)構(gòu)形式；木結(jié)構(gòu)由于木材兩向不同性的力學(xué)特征，往往采用鋸、切、刨、鉆、粘、釘?shù)姆椒ㄟM(jìn)行加工，需要使用大量的機(jī)械，因此一般是在工廠加工成不同的構(gòu)件或部品，在現(xiàn)場通過螺栓和螺釘連接，木結(jié)構(gòu)雖然比較輕、施工簡便，但由于我國木材資源不夠豐富，實(shí)際應(yīng)用較少，在美國、加拿大、日本等國，木結(jié)構(gòu)是主要的住宅建筑形式，隨著經(jīng)濟(jì)的全球化，充分利用國外木材資源發(fā)展國內(nèi)低矮建筑，特別是小城鎮(zhèn)和農(nóng)村房屋，是未來的發(fā)展方向。

從以上可以看出不同的建筑結(jié)構(gòu)形式，其生產(chǎn)特點(diǎn)差別很大，因此實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化的方法就有很多種。鋼結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)一般都是在工廠生產(chǎn)，現(xiàn)場裝配施工，因此都是裝配式建筑，其生產(chǎn)施工的方法比較接近于工業(yè)化。而混凝土結(jié)構(gòu)由于既可以現(xiàn)場澆筑，也可以工廠預(yù)制后裝配化施工，既可以使用普通鋼筋，也可以采用預(yù)應(yīng)力鋼筋，從底層到超高層、從小開間到大跨度，應(yīng)用方法比較靈活，目前已經(jīng)是國內(nèi)主要的建筑結(jié)構(gòu)形式。從近 30 年的發(fā)展來看，施工方法主要是以現(xiàn)澆為主，預(yù)制裝配的比例不足 5%，現(xiàn)澆施工需要不停的加工和支設(shè)模具，并且混凝土成型后需要現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)，需要消耗大量的人力，并且產(chǎn)生大量的建筑垃圾，環(huán)境污染較重，再加上房屋質(zhì)量主要取決于操作人員的手藝，開裂空鼓、防水滲漏等質(zhì)量通病較多，再加上近年來國內(nèi)人口紅利的逐漸消失，勞動力不足和建設(shè)發(fā)展規(guī)模的擴(kuò)大已經(jīng)成為突出的矛盾，不得不向建筑工業(yè)化轉(zhuǎn)型，混凝土建筑的工業(yè)化也就成為了我國需要研究的重點(diǎn)。

通過以上的分析發(fā)現(xiàn)，鋼結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)基本上可以按照工業(yè)化的方法生產(chǎn)，技術(shù)方法和生產(chǎn)工藝不需要進(jìn)行太大的改進(jìn)，我國建筑工業(yè)化的主要矛盾體現(xiàn)在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑方面，這是需要重點(diǎn)解決的問題之一。混凝土房屋除了主體結(jié)構(gòu)的建設(shè)以外，一般還需要進(jìn)行機(jī)電設(shè)備的安裝，以及裝飾裝修才能具備完整的建筑功能，因此，建筑工業(yè)化的主要內(nèi)容就包括主體結(jié)構(gòu)的工業(yè)化生產(chǎn)，并且機(jī)電管線和設(shè)備的安裝以及裝飾裝修需要與結(jié)構(gòu)主體的工業(yè)化相適應(yīng)，才能成為功能完善、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的合格建筑。

因此，我國混凝土建筑的工業(yè)化內(nèi)容應(yīng)該包括：現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的工業(yè)化、預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的工業(yè)化、機(jī)電設(shè)備安裝接口的工業(yè)化、裝飾裝修的工業(yè)化，混凝土建筑主體結(jié)構(gòu)的施工大約占據(jù)了 70% 的工作量，是需要解決的主要矛盾，也是本課程的主要內(nèi)容，因此，機(jī)電設(shè)備和裝飾裝修的工業(yè)化不再贅述。

實(shí)現(xiàn)混凝土建筑的工業(yè)化，有三條主要的技術(shù)發(fā)展方向：

▲ 一是發(fā)展快裝早拆模架系統(tǒng)的現(xiàn)澆施工方法，比如采用工具式模架系統(tǒng)、滑模系統(tǒng)、飛模系統(tǒng)等進(jìn)行現(xiàn)澆施工。

▲ 二是預(yù)制生產(chǎn)和現(xiàn)場裝配的裝配式建筑施工方法，比如在工廠或現(xiàn)場預(yù)制好混凝土的梁、板、墻、柱、樓梯、陽臺等部件，甚至可以提前加工成整體預(yù)制的廚房和衛(wèi)生間部品，在現(xiàn)場通過連接技術(shù)組裝成結(jié)構(gòu)和房屋。

▲ 三是免模板或免拆模板的現(xiàn)澆成型施工方法，比如預(yù)制成疊合樓板或、疊合式剪力墻、預(yù)制疊合梁、預(yù)制模殼等。其中的免模板和免拆模技術(shù)一般都離不開在工廠的預(yù)先制造，可以說是介于預(yù)制與現(xiàn)澆之間，其預(yù)制生產(chǎn)和現(xiàn)場裝配的特征可以與裝配式建筑劃歸為同一類施工方法，只是在工廠里預(yù)制生產(chǎn)的完成程度不同而已。簡單歸納，可以把混凝土建筑工業(yè)化的發(fā)展總結(jié)為：如何提高現(xiàn)澆施工的工業(yè)化水平，以及如何實(shí)現(xiàn)預(yù)制裝配式建筑。

從我國目前的混凝土建筑技術(shù)發(fā)展水平看，現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)由于易于設(shè)計、安全可靠，目前仍是國內(nèi)主要的施工方法，特別是近 20 年來發(fā)展進(jìn)步很快，商品混凝土和成型鋼筋的專業(yè)化配送，混凝土泵送技術(shù)的提高，在促進(jìn)建設(shè)速度和建筑質(zhì)量提高的同時，減輕了工人的勞動強(qiáng)度；目前存在的主要問題是現(xiàn)場支設(shè)腳手架和模板的鋪設(shè)，為了節(jié)省人工和周轉(zhuǎn)材料，近年來鋁合金和塑料材質(zhì)的定型模板技術(shù)得到快速發(fā)展，在高層建筑的標(biāo)準(zhǔn)層施工中，可以實(shí)現(xiàn)快裝早拆，并且尺寸精準(zhǔn)，能夠基本免除抹灰，減輕房屋自重有利于抗震，同時增大了購房者的實(shí)際得房面積，是一項(xiàng)值得大力推廣的現(xiàn)澆技術(shù)，目前在廣東等南方地區(qū)得到了普及。快裝早拆的定型模架現(xiàn)澆施工技術(shù)，由于沒有改變傳統(tǒng)的施工方法，因此一般的施工單位比較容易掌握，質(zhì)量和效率有保證，只要把標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計研究好，在標(biāo)準(zhǔn)層數(shù)量足夠的情況下，具有良好的經(jīng)濟(jì)性，適合國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)采用。

裝配式混凝土建筑雖然是未來發(fā)展的主要方向，但是由于技術(shù)難度較高，建設(shè)過程的管理變革也較大，并不是每一家企業(yè)都具有相應(yīng)的技術(shù)水平和管理能力，因此，企業(yè)在發(fā)展建筑工業(yè)化轉(zhuǎn)型升級過程中，必須加強(qiáng)對技術(shù)和生產(chǎn)工藝、安裝工法的學(xué)習(xí)和研究，應(yīng)該堅(jiān)持循序漸進(jìn)的原則，從簡單的、容易的做起，逐漸適應(yīng)。

對于技術(shù)和管理水平較高的企業(yè)，可以發(fā)展裝配式混凝土建筑，對于大多數(shù)企業(yè)，可以從快裝早拆式模架系統(tǒng)的現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)做起，同樣可以起到提升建筑工業(yè)化水平的作用，只要堅(jiān)持建筑工業(yè)化“提高建筑質(zhì)量、提升施工效率、減少作業(yè)難度、減少污染排放”的初心，實(shí)現(xiàn)“快、好、省”地建設(shè)，就可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益雙豐收的目的。

總結(jié)：裝配式建筑是實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化的重要手段，也是未來建筑業(yè)的發(fā)展方向，鋼結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)本身就是裝配式建筑，由于混凝土建筑是我國的主流建筑形式，因此，解決混凝土建筑的工業(yè)化是主要矛盾，傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工為主的混凝土結(jié)構(gòu)建筑在進(jìn)行工業(yè)化轉(zhuǎn)型過程中，既要對現(xiàn)澆施工的手段進(jìn)行工業(yè)化改造，也要對裝配式混凝土建筑發(fā)展進(jìn)行研究，只有現(xiàn)澆和預(yù)制裝配的水平同步得到發(fā)展，我國的建筑工業(yè)化水平才能取得進(jìn)步。

預(yù)制裝配式混凝土建筑的技術(shù)難度較大，目前國內(nèi)仍處于發(fā)展的初級階段，資源配置不足，應(yīng)用不成熟，技術(shù)水平和人才儲備與發(fā)達(dá)國家相比還相去甚遠(yuǎn)，還需要不斷加強(qiáng)學(xué)習(xí)，充分消化和吸收國外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合國情進(jìn)行系統(tǒng)研究，在技術(shù)和管理方面逐步提升，在理論和實(shí)踐方面進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新、管理創(chuàng)新、制度創(chuàng)新，走具有中國特色的裝配式建筑發(fā)展道路。