科技中国杂志

装配式建筑产业发展研究

来源:《科技中国》2018年第九期pp.72-77

日期:2018-09-19

  文/罗毅(宜宾市国有资产经营有限公司)

  2015年12月中央召开城市工作会议,确定我国城市建设和发展思路,提出要大力推动建造方式创新,以推广装配式建筑为重点,推动新型建筑工业化,促进建筑业转型升级。这也是推进供给侧结构性改革和新型城镇化发展的重要举措。

  装配式建筑(Prefabricated building)是将部分或者全部的构件在工厂预制完成,然后运输到施工现场,将构件通过可靠的连接方式组装而成的建筑。这将彻底改变传统建筑行业在工地上建筑施工的建造方式,符合中央提出的“大力发展循环经济,建设节约型社会”的方针。

  装配式建筑技术契合对建筑业精细化、信息化、绿色化、产业化及系统协同的管理需求,目前在国内处于起步阶段,其推进速度、运用成果与预期效果相比还不理想,同发达国家相比较还有较大差距。我国建筑业在国内GDP中的比重长期处于6%左右的高位,因此,研究装配式建筑技术在全过程工程建设施工中的价值与应用,探索提高工程建设管理水平,提升项目综合效益的方法与途径,具有深远的积极意义(罗毅,2018)。

  一、国内装配式建筑的主要推广政策

  2016年9月,国务院办公厅发布《大力推广装配式建筑的指导意见》,将全国范围划分为重点推进地区、积极推进地区、鼓励推进地区3个层级,明确提出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。要求力争用10年左右的时间,使装配式建筑占新建建筑面积的比例达到30%。自此,装配式建筑正式上升到国家战略层面。

  2017年2月国办发19号文件,即国务院办公厅《关于促进建筑业持续健康发展的意见》,提出坚持标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理、智能化应用,推动建造方式创新,提高装配式建筑在新建建筑中的比例,实现建筑舒适安全、节能高效。

  2017年3月,住房城乡建设部印发《“十三五”装配式建筑行动方案》《装配式建筑示范城市管理办法》《装配式建筑产业基地管理办法》的通知,提出到2020年,全国装配式建筑占新建建筑的比例达到15%以上,其中重点推进地区达到20%以上,积极推进地区达到15%以上,鼓励推进地区达到10%以上。形成装配式建筑专业化队伍,全面提升装配式建筑质量、效益和品质,实现装配式建筑全面发展。

  2018年3月住房城乡建设部建筑节能与科技司印发《2018年工作要点的通知》,要求稳步推进装配式建筑发展,研究编制装配式建筑领域技术体系框架,推动编制装配式建筑团体标准,提升装配式建筑技术及部品部件标准化水平,培育专业化企业,提高全产业链、建筑工程各环节装配化能力,整体提升装配式建筑产业发展水平。

  各省市根据中央的整体战略部署要求,相继出台了装配式建筑的推广政策。北京、上海、四川、江西、江苏、武汉、郑州、济南、青岛、宁波等地,在推广装配式建筑发展方面提出了更高的标准要求,规划提前至2020年,装配式建筑占新建建筑面积的比例达到30%,甚至有达到35%,其中部分地域细化到政府投资工程装配式建筑面积占比达到70%以上。例如郑州市提出到2025年年底,政府投资或主导的项目原则上要达到100%比例。

  与政策提出的量化建设面积比例相应的,在完善装配式建筑标准规范,推进集成化设计、工业化生产、装配化施工、一体化装修、部品部件生产规模化企业,打造具有现代装配建造水平的工程总承包企业以及与之相适应的专业化技能队伍,出台规划审批、基础设施配套、指标考核、财政税收、面积补贴、达标后费用补贴等方面,也出台了各类推广及鼓励政策。

  二、装配式建筑的发展现状

  早在一个多世纪以前的1910年,世界著名建筑大师德国的格罗皮乌斯就提出了装配式混凝土建筑的概念设想,是最早倡导走建筑工业化道路的人之一。而单一的PC装配式构件可追溯到更早的1845年德国生产出的人造石楼梯——全世界第一个混凝土预制件。1926—1930年间在柏林建造的战争伤残军人住宅区,建成后成为德国最早的预制混凝土板式建筑。紧随其后,美国、英国、法国、日本等发达国家迅速发展了装配式的工业化建筑产业。时至今日,大规模的装配式混凝土建筑实践也已经有半个多世纪了。

  我国在上世纪50年代就兴起预制构件建筑,但技术发展长期处于停滞状态,真正意义上的现代装配式建筑(满足装配式建筑预制率≥15%、装配率≥30%等要求)起步较晚,至今不过十几年的发展历程。自2013年国家发改委和住建部联合下发《绿色建筑行动方案》以来,行业在政策的推动下,进入了快速发展的阶段,2017年中国装配式建筑市场规模占全球的比重上升至35%。前瞻产业研究院发布的报告数据显示:2016年全球装配式建筑市场规模1576亿美元,较上年大幅增长30%以上,主要是由于中国市场的快速发展,2016年中国装配式建筑市场规模增长率达到150%,2017年全球装配式建筑市场规模达到近2000亿元(陆澜清,2018)。

  中国的装配式建筑发展大致可分为4个阶段:从上世纪50年代开始的起步期、探索期、转型实践期,到2010年起的快速发展期。作为首都的北京市,2017年在土地招拍挂环节已落实装配式建筑项目占到总出让面积的80%,并同时制定了土地、财政、预售管理等7个方面激励政策。2017年,深圳市全市装配式建筑项目规模达1000万平方米,实现了装配式建筑项目规模化增长。上海、长沙、郑州等地也在装配式建筑方向取得了不俗的发展速度。未来雄安新区的建筑百分之八九十都将是装配式建筑。万科集团、远大住工、北京住总、杭萧钢构等一批代表性企业积极切入市场,顺应国家绿色建筑战略发展方向,走在时代的前列。

  虽然当前中国的装配式建筑市场规模约占到全球比重的1/3,但这是基于我国作为全球第一建筑大国的绝对数量规模因素。相对于西方发达国家的装配式建筑经过几十年甚至上百年,已经发展到了相对成熟、完善的阶段而言,国内装配式建筑占新建建筑面积比例仅在5%左右,装配式建筑在中国还处于起步阶段,距离《“十三五”装配式建筑行动方案》提出的目标(到2020年全国装配式建筑占新建建筑的比例达到15%以上)还有很大差距,中国装配式建筑落地和实施仍任重道远。

  三、装配式建筑的主要理解误区

  1.装配式建筑是老旧预制构件技术翻版,属淘汰技术

  许多人不理解为啥要“重提”发展装配式建筑,这不就是原来熟悉的那个预制楼板、预制楼梯、预制过梁等落后生产方式吗?抗震效果差、接缝多难处理、防水性能差,强度远弱于现浇框架,最多只能建到8层以内,如果现在连柱、梁、墙板也预制装配,应该强度更低。似乎除了费用省、现场噪音少以外,没有其他好处了。持这个观点的,在建筑行业内的专业人士当中也颇有市场。

  要理解装配式建筑,首先要了解什么是PC构件?PC为precast concrete(混凝土预制件)的英文缩写,不是所有部件都能PC化,例如基础、地下室底部等加强部位就不能使用PC构件。原老式建筑的主体结构装配率较低,在15%以下,只能叫做应用了少部分PC构件的建筑。随着现代工业化技术的发展,在材料选择、施工工艺、技术水平、质量标准、结构理论等方面与老旧的预制构件建筑体系相比,有着全新的改良与提升。新型装配式建筑的种类包括:砌块建筑、板材建筑、盒式建筑、骨架板材建筑、升板和升层建筑等。结合新型联结工艺,如灌浆连接、后浇混凝土钢筋连接、后浇混凝土其他连接、叠合构件后浇混凝土连接、干式连接等方式将节点联结起来。只要PC接缝界面的粘接强度高于构件本身砼抗拉、抗剪强度,则强度等同于现浇钢筋砼强度。遭遇地震时,可通过节点来有效缓解内部应力。由中建五局承建施工的深圳中海鹿丹名苑项目,其中,8#号楼、9#号楼为装配式施工,结构高度分别达到147米、124米,仅用370天实现结构封顶,成为我国建筑产业化住宅的标志性工程。而日本东京都新宿区在2017年完工的超高层公寓“The Parkhouse”,总共60层,高达208.97米。

  2.装配式建筑成本太高,公开市场难推行,仅适用于政府项目

  现阶段,装配式建筑因工艺、物流等因素,确实存在成本相对偏高现象。有统计资料显示,相比传统建筑,装配式建筑每平米增量成本约450元左右,而且预制率越高成本越大,据估算,预制率每增加10%另增量成本在200元左右。但仅以这类结构成本的绝对数值去比较考量,而忽略其它综合因素,就会片面将建筑成本差异放大化;只有将装配式建筑对抗增量成本的“省钱”因素考虑进去,才能客观衡量两者的实际差距。

  首先,装配式建筑的批量生产和组装特点,具有建造速度快的优势,可缩短工期25%~30%,对于项目管理费用、销售费用、财务费用的节约效果明显。其次,相对于工地现场手工作业,工业化制造方式能更好地保证精度和质量,节省资源、减少返工和浪费。特别是当今社会建筑业的人工成本不断攀升,推行装配式方式的人力成本优势正逐渐显现。此外,大板结构带来的“得房率”(The rate that get a house)约10%的增量,增加房屋的使用面积。同时,可受益于各地发展装配式建筑出台的相应达标政府补贴政策。最后,建造方式转变带来节水、节材、降噪、减少垃圾,材料回收再利用、环境效应等的改善,成品建筑也因诸多节能措施的采用将带来长期使用费用的“隐形”节省(陈华泉,2018),是绿色建筑带来的社会效益,是社会发展进步中企业应尽的社会责任,这部分不能完全以当期经济得失去衡量。

  3.装配式建筑是结构化思维

  将建筑物装配化理解为主体结构思维,是狭义的装配式结构概念。按照这个认识,或将过分重视主体结构而忽视整体建筑,于是设计、施工主要是基于装配式结构的思路。广义的装配式建筑,是新型建筑工业化背景下的产物,是建筑整体建造方式的转变,以工厂部件预制+现场拼装结合,是模数化精准设计、标准化装配技术和智慧化部品配套等建筑系统的整体集成。以建筑功能为核心,以结构布置为基础,实现主体结构系统、外围护系统、设备与管线系统和内装系统的一体化。装配式建筑不仅仅是预制+装配,而是以装配的方式来实现新型建筑工业化,综合应用BIM等技术工具,在房屋建造的全过程中采用标准化设计、工厂化生产、装配化施工和全过程的信息化管理为主要特征的工业化生产方式,形成完整的一体化产业链(中国建设报,2014)。

  四、装配式建筑的技术创新及机遇

  发展装配式建筑是建造方式的重大变革。相对于传统现浇建筑,装配式建筑可缩短施工周期25~30%、节水约50%、节约木材约80%、减少用工量50%、减少建筑垃圾70%以上,并显著降低施工粉尘和噪声污染(兰兆红、严伟,2017)。同时装配式建筑的模块化更精准,有利于整体质量,并且增加使用寿命,使得现场操作简便安全,施工损耗大幅降低,显著提高建筑材料的回收利用率,标准化让模具周转率最大化,让资源利用由粗放向集约转变。同时预制大板结构可有效增加建筑物的使用面积,提高空间效率,降低“比较建安造价”(Comparison of building installation cost)。

  研发、设计、施工的深度融合,加之全产业链各专业性的配套服务,才能实现装配式建筑的节能增效优势。作好预制构件标准化部品、装修机电一体化、智能设备等研发;关键节点、防水、防火、保温、隔声、抗震装配设计,例如应用BIM+装配式技术,以BIM进行建模和装配式分析、一体化装修设计、管线碰撞模拟分析、导入先进的电热采暖安装技术和工艺等;运用管理协同,作好现场总装计划、现场总平布置、总装建筑品质控制的现场施工管理;加强技术攻关、完善装配式建筑施工技术体系、创新材料新品开发、创新吊装等重型设备开发制造,提升建造能力和信息化水平,提高能源的综合利用率,合力创建被动式超低能耗绿色建筑。

  按照规划要求,2020年装配式建筑面积将超过8亿平方米,以每平米2500元测算,市场规模将超过2万亿元。2025年的市场规模将达到4.7万亿元。据权威研究机构测算,10年后,中国装配式建筑市场每年至少存在6万亿的市场。

  五、促进装配式建筑产业发展的建议

  1.改革现行的承发包模式,积极推行EMPC模式

  E(Engineer规划设计)、M(Manufacture制造)、P(Procure采购)、C(Construct建造),4个环节由一个主体来牵头实施,实现系统集约化。把制造环节纳入整个建设流程当中,有效解决部品生产的标准化问题。建筑单元的构件标准化,既提高了效率,又能节约资源。相对于现行的EPC总承包模式,打通装配式建筑全产业链,能够提供住宅建造的整体解决方案。

  2.完善国家规范标准制订,推行科学的测评与定量考核

  与欧美、日本等有六七十年装配式建筑的发展经历相比,中国还处于初级起步阶段。近几年国家和各省陆续出台了《预制预应力混凝土装配整体式框架结构技术规程》《装配式混凝土结构技术规程》《装配式混凝土建筑技术标准》《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》等法规或标准,特别是2018年2月1日起实施的《装配式建筑评价标准》,动态取代原有的《工业化建筑评价标准》,逐步建立起行业的标准规范体系。

  但整体而言,仍然存在规范标准不统一、标准管理水平不高、节点关键技术不完善等标准颁布滞后现象。应加快推进《装配式建筑用门窗技术规程》《装配式混凝土建筑工程总承包管理标准》《装配式内装修技术标准》《装配式建筑部品部件分类和编码标准》《装配式建筑职业技能标准》《装配式住宅建筑检测技术标准》《装配式建筑信息模型交互标准》等相关规范、标准的编制、限制使用产品的技术目录,以及技术管理要求和导则的落地。同时在重点城市建立省级装配式建筑部品部件检验检测中心,做到有据可循、科学测评、定量考核,进一步完善行业监管。

  3.增强产业发展扶持力度,强化产业激励措施

  目前在国家层面对新型建筑工业化产业发展的扶持政策力度较弱,各地方政府制定的扶持政策,还存在产业激励措施不系统、技术体系集成研发不重视等问题,对建筑工业化的长远发展缺少科学的系统规划。要在3年时间内完成装配式建筑面积占比新建建筑由5%大幅度提升至15%,必须依靠大力度的产业扶持政策与激励措施。

  政策上应加大容积率奖励(面积奖励)、节能专项资金补贴、允许提前预售回款、节税节息等组合式鼓励政策,弥补装配式建筑的增量成本;开展装配式企业高科技型或节能型标准认定,对满足条件的企业给予用地、税收、信贷等方面的优惠待遇;扶持骨干企业、培育产业集群、积极培育住宅产业全产业链集团企业,促进产业链上下游节点企业的配套和贯通,引导优势企业的示范引领和带动作用;对于装配式商品住房的购房者,可以享受政策范围内的贷款优惠,还可以给予每平方米的政府补贴基金。以常态化的政策支持和创新实效的激励机制,促进市场自身的良性循环。

  4.鼓励企业自主研发、提升整体实力,以绿色精品主动赢取市场

  装配式建筑关键技术和成套技术的研发运用,关系着建筑工业化的进程。国内企业一方面应该“走出去,引进来”,学习德国、美国、日本等发达国家的建筑技术;一方面也须要加大自主研发投入,开发具有中国特色的创新技术和实用部品;还可以在人工智能、大数据管理方向有所作为,提质节能增效,为装配式建筑的设计、生产、施工和建设管理提供有效的技术保障。例如中民筑友的创新专利——百变住宅,发挥按需定制(According to the need to customize)的优势,将住宅内部空间的打造权利完全交由购房者,既满足不同年龄阶段购房者的个性化需求,有广阔的市场空间,又能加快整个装配式住宅工业化的进程。

  横向上,企业除了在新建建筑领域内积极竞争,还可以充分运用装配式技术在旧房改造中的完整产业链条,在“城市更新”(Urban renewal)——对老旧街区或建筑物的改造实践中有所作为(罗毅,2017)。纵向上,培育和鼓励企业从单环节介入“生产”“装配”,到多环节介入全产业链一体化的“研发—设计—生产—装配”,再上升到整合运营与维护的“平台型企业”,集约规模化生产,提高效率,从整体上降低企业成本,提升企业整体实力与市场竞争能力。

  5.加强后备人才建设,提供智力保障和管理支撑

  据统计,我国建筑产业化专业技术人才缺口已近100万人,特别是建筑产业化所需后备人才在高校培养中仍是空白,我国高校的土建类专业,都是以传统建筑学理论知识为主,缺乏“装配式建筑”的专业教学,行业人才短板明显。目前从事建筑产业化的新型技术人才数量少、整体素质不高,技术管理复合型人才更是稀缺。

  人才是第一生产力,需要谋划好装配式建筑所需的技术和管理人才培养路径,做好科研攻关、教师队伍建设、高校专业学历教育、职业技能培训、应用型培训、管理咨询类培训等全方位、多层次的人才培养,为建筑产业化发展集聚智力与管理支撑。

  发展装配式建筑是全社会和全行业的价值工程,坚持建筑产业现代化方向,坚持机械化、智能化和绿色化的发展目标,把建筑装配化作为加速建筑产业转型升级的重要抓手,通过工业化手段,实施设计、生产、施工、装配、装修一体化,实现建筑绿色制造“全生命周期”的可持续发展。推动装配式建筑发展的进程,需要政府推动、政策帮扶、标准引导、企业参与、产业联动、行业支持。发挥装配式建筑提质增效、节约资源、减少污染、改善作业条件、环保生态、智能化发展的技术优势,顺应供给侧结构性改革要求,助力我国从建筑大国转变为现代化的绿色建筑制造强国。