繆　英， 鄢　偉， 趙雪媛

(1. 四川大學錦城學院， 四川成都 611731;

2. 成都建工集團總公司， 四川成都 610014; 3. 四川大學建筑與環(huán)境學院, 四川成都 610065)

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成都地區(qū)建筑工業(yè)化施工初探
——以綠地東村幼兒園建筑工業(yè)化項目為例

繆英1， 鄢偉2， 趙雪媛3

(1. 四川大學錦城學院， 四川成都 611731;

2. 成都建工集團總公司， 四川成都 610014; 3. 四川大學建筑與環(huán)境學院, 四川成都 610065)

【摘要】建筑工業(yè)化是建筑業(yè)轉變發(fā)展方式的必然趨勢,作為西部重要城市，成都也在積極探索建筑工業(yè)化的實施和發(fā)展。文章介紹了成都市首個新型建筑工業(yè)化示范項目——綠地東村幼兒園在建筑設計、構件預制、現場吊裝、BIM應用等方面進行的建筑工業(yè)化探索。

【關鍵詞】建筑;工業(yè)化；施工；發(fā)展；建筑業(yè)

1建筑工業(yè)化的起源

建筑工業(yè)化是指用現代工業(yè)化生產方式和組織管理手段代替?zhèn)鹘y(tǒng)的、以現場濕作業(yè)人力生產方式來建造房屋，也即是采用類似其他工業(yè)行業(yè)的生產組織模式，用工廠化、機械化、規(guī)?；侄紊a建筑產品[1]。基于建筑業(yè)自身的很多特點，其工業(yè)化步伐比其他行業(yè)遲緩很多。第二次世界大戰(zhàn)后，隨著世界經濟的恢復和發(fā)展，生產性和非生產性建筑的建設數量猛增而勞動力缺少，傳統(tǒng)的建造方式已不能適應大規(guī)模建設的需求。形勢迫使建筑業(yè)必須改變單件定制式生產、受外部環(huán)境和氣候條件影響大、生產周期長等缺點。因此，適應大規(guī)模、高速度建設的建筑工業(yè)化技術體系應運而生(圖1、圖2)。

圖1　國外大板建筑居住區(qū)

圖2　盒子裝配式建筑

2我國建筑工業(yè)化的發(fā)展

2.1我國建筑工業(yè)化的起源

相對于國外建筑工業(yè)化的發(fā)展，我國建筑工業(yè)化的起步更晚，直到20世紀50年代，預制構件才開始應用。由混凝土預制構件廠，按統(tǒng)一模數和標準設計生產的構配件，運到施工現場后，進行機械吊裝建成建筑主體。優(yōu)點是解決了人工在現場制作的缺點，工程施工速度加快。但不足之處是削弱了結構整體性，由于接縫處理不當而產生滲漏、隔熱問題，結構形式和外觀設計單調，使城市建筑缺乏特色和美感。20世紀70年代，混凝土裝配式預制構件的應用與研究更加普遍，并研究開發(fā)了混凝土大板建筑體系、框架輕板建筑體系等，鋼結構網架在大跨度空間結構中也開始使用。20世紀80年代，隨著垂直運輸機械化和混凝土泵的使用，使現澆混凝土技術的應用更為廣泛。利用大模板和滑升模板的現澆混凝土的建筑結構也大量使用。預制裝配式混凝土構件建筑由于結構的整體性、抗震性和墻體防水問題未能很好地解決以及堆放場地大、經濟性問題等諸多原因，至20世紀80年代末，僅北方局部地區(qū)還在使用。20世紀90年代后，隨著大量農村富余勞動力進入建筑業(yè)，建筑工程中以現澆混凝土結構應用較多，而預制裝配式混凝土構件僅用于單層工業(yè)廠房和民用建筑的局部構件。輕鋼結構、鋼結構在工業(yè)廠房、倉庫、住宅、商場等民用建筑中開始得到應用。鋼結構自重輕，整體性、抗震性好，施工速度快，大大減輕工人的勞動強度，又具有環(huán)保、經濟和美觀的優(yōu)點，建筑工業(yè)化開始向輕鋼結構、鋼結構方向發(fā)展。

2.2現代建筑工業(yè)化的發(fā)展

進入21世紀，隨著我國社會的發(fā)展，城市化進程的加快，傳統(tǒng)的建造方式給社會帶來的高能耗和高消耗，嚴重阻礙了經濟的循環(huán)發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展。環(huán)保壓力和成本壓力兩大因素倒逼建筑業(yè)向更高層次的建筑工業(yè)化方向發(fā)展。建筑業(yè)相關各方開始對新型建筑工業(yè)化的建造方式進行研究，并借鑒西方發(fā)達國家的經驗探索。如黑龍江出臺地方標準DB 23-T1400《預制裝配整體式房屋混凝土剪力墻結構技術規(guī)范》，北京萬科推出了“裝配整體式剪力墻體系”和“復合外墻夾芯保溫體系”，安徽合肥推廣的剪力墻預制裝配技術為德國西偉德預制夾芯墻板技術，上海萬科引進日本技術在萬科新里程、地杰等項目建造外掛預制墻板工程。2014年，天津首條“裝配式住宅生產線”正式啟動，該生產線將涵蓋預制混凝土、自動輸送、構件生產、倉儲和物流配送等完整產業(yè)鏈，建成后每年可滿足200×104m2建筑的建設需求[2]。

2.3成都建筑工業(yè)化現狀

全國各地建筑工業(yè)化持續(xù)升溫，成都作為我國西部最重要城市之一，也于2013年就已經開始對建筑工業(yè)化先期進行了研究，積極探索建筑工業(yè)化。2015年4月，成都市首個新型建筑工業(yè)化示范項目“綠地東村幼兒園”預制構件正式吊裝安裝；2015年5月，成都建工集團建筑工業(yè)化生產基地正式投產，標志著成都市進入建筑工業(yè)化的新時代。

3成都綠地東村幼兒園建筑工業(yè)化介紹

3.1工程概況

成都市綠地中心東村幼兒園項目，建筑層數3層，局部2層，建筑總高度10.25 m，總建筑面積3 433.88 m2。建筑結構為框架結構，基礎類型為獨立柱基礎，抗震烈度為7度，抗震等級為2級(圖3)。該工程在建筑工業(yè)化方面的探索，主要表現在建筑設計階段、預制構件制作階段、現場安裝施工階段、BIM與工業(yè)化的結合。

圖3　綠地東村幼兒園方案效果

3.2建筑設計階段的探索

同其他地區(qū)一般采用立面規(guī)整、平面規(guī)則的住宅項目作為建筑工業(yè)化試點不同，綠地東村幼兒園項目從設計初期開始就對建筑工業(yè)化提出了更為苛刻的要求。該項目分為兩階段設計，第一階段仍為目前常規(guī)的二維平面建筑及結構設計，第二階段再對其進行面向構件的分解和構件化設計。經設計及施工單位反復研究、論證，最終決定采用預制PC構件的建筑工業(yè)化技術。經優(yōu)化、拆分后，具體的大板有外墻復合大掛板147塊，大疊合樓板256塊，大樓梯斜板8塊(圖4、圖5)。

圖4　外墻復合大掛板工業(yè)化設計

圖5　大疊合樓板、大樓梯斜板工業(yè)化設計

在建筑工業(yè)化的進程中，建筑標準化與多樣化是一對固有的矛盾，如何協(xié)調這一對矛盾，是衡量某一工業(yè)化建筑體系成熟度的重要標志。綠地東村幼兒園的設計，在探索如何既保證立面造型豐富、色彩多樣、平面布局靈活、進退有度的幼兒建筑特征，又滿足“重復使用最多的三個規(guī)格構件的總個數占預制構件總數的比例不低于60 %”這一建筑工業(yè)化的要求做出了積極的探索。

3.3預制構件生產階段的探索

該工程工業(yè)化預制構件主要為：外墻復合大掛板147塊，大疊合樓板256塊，大樓梯斜板8塊。這些預制構件均由成都市首個建筑工業(yè)化生產基地——成都建工集團建筑工業(yè)化生產基地生產。該生產基地擁有涵蓋疊合板、內(外)墻板、預制樓梯、梁柱以及市政橋梁等全部PC部品構件的生產能力。目前含內墻板、外墻板、固定臺座、鋼筋加工共4條生產線，年產量約15×104m3部品構件，能滿足150×104m2以上的建筑工業(yè)化工程的建設需要，是目前國產最大的、最先進的生產線之一(圖6～圖8)。

圖6　成都建工工業(yè)化生產基地

圖7　疊合樓板生產過程

圖8　綠地東村幼兒園預制構件成品

高效、整潔、有序的工業(yè)化生產基地，必然能提供質量穩(wěn)定、尺寸統(tǒng)一的預制構件產品。構件生產不再受天氣和季節(jié)的影響，機械化程度顯著提高，用工需求明顯減少，工人勞動強度也得到了極大的改善。但是，一次性生產基地投入大，需要有大型吊裝設備，在城市狹窄路上運輸困難，預制構件成品保護的要求高，這些都是新型預制構件發(fā)展道路上遇到的困難。總結成都首個工業(yè)化建設基地的建成，若能規(guī)?；⒊善?、標準化的進行房屋建造，勢必能提高效益、降低造價，揚長避短的加速推進建筑工業(yè)化道路。

3.4現場安裝階段的探索

相對于傳統(tǒng)的全現澆建造方式，工業(yè)化建筑的現場施工安裝有以下的技術特點：

(1)傳統(tǒng)工藝外墻施工都需要搭設腳手架進行濕作業(yè)施工，而采用外墻掛板可以提前在工廠內將外墻裝飾面及保溫做好，運至現場后直接進行吊裝。這樣一方面減少了現場的濕作業(yè)工作量，另一方面在做好室內臨邊防護的情況下，外架在主體完成后即可拆除，可減少鋼管和扣件等周轉材料的租賃費用。同時其裝飾層的觀感質量、外墻面磚、保溫層的結構粘接強度得到大幅度提升，徹底杜絕了外墻面磚滲水、脫落等質量通病(圖9)。

圖9　傳統(tǒng)面磚粘貼與工業(yè)化成品對比

(2)采用工業(yè)化施工，疊合樓板是在構建廠加工完畢后運至現場進行吊裝，故只需在現場澆筑疊合樓板上幾厘米現澆層混凝土。一方面減少了混凝土的損耗，另一方面縮短了現場澆筑混凝土的時間。同時，樓板底面光滑平整，可以實現清水混凝土裝飾效果，也可大大減少裝飾膩子、乳膠漆的用量。

(3)由于采用疊合板，樓板不需要采用方木與模板結合的方式支設底板，而采用可重復使用的方鋼對疊合板進行支撐。方鋼在使用中基本不會損耗，重復使用次數多；每塊疊合板只需2根方鋼進行支撐，相比傳統(tǒng)方式采用方木支撐的情況，大大減少了施工強度和木材的消耗，實現了綠色低碳的施工生產。

(4)由于采用建筑工業(yè)化，將原來需現場作業(yè)的部分工作放在了構建廠，從而使現場的作業(yè)量和作業(yè)人員減少(表1)，這樣便于項目上加強管控力度，提高了工程質量，減少了安全事故發(fā)生的幾率。

表1　綠地東村幼兒園施工現場作業(yè)人員數量對比

(5)成品保護、運輸、起吊、安裝、連接的難度大。由于PC構件均有自重大、易碰損的特點。在施工過程中，其成品保護、運輸、吊裝、連接都需要制定專門的施工方案(圖10)，對參與施工的各工種人員都要進行適應性培訓，甚至開發(fā)專門的施工工具，以便配合這種不同于以往傳統(tǒng)工藝的施工生產方式。

圖10　綠地東村幼兒園工業(yè)化施工現場作業(yè)

3.5BIM與建筑工業(yè)化的融合探索

如何利用BIM技術上的優(yōu)勢，促進建筑工業(yè)化的發(fā)展，綠地東村幼兒園項目也進行了初步的嘗試。新型建筑工業(yè)化需要實現施工安裝裝配化，傳統(tǒng)做法需要人工記錄、比對構件信息，工作量大且容易出錯。綠地東村幼兒園運用BIM技術及構件身份編碼體系，確保了信息傳遞的完整和正確及可追溯性。3D模型能夠準確顯示出構件應在的位置和搭接順序，并在建模和其他階段不斷完善各構件的物理信息和技術信息，這些信息自動傳遞到虛擬施工軟件中隨時進行4D施工過程模擬，找出錯誤點并進行修改(圖11)。

圖11　運用BIM技術發(fā)現裝配式構件與現澆構件的連接問題

建筑工業(yè)化作為一種新型的建造方式，新型建筑工業(yè)化在設計精度、構件部品生產、施工方法、項目管理上都有著更高的要求，以此達到全壽命周期價值最大化。BIM技術不僅僅在于糾錯，其自身特點使得它在新型建筑工業(yè)發(fā)展的建筑設計標準化、構件部品生產工廠化、施工安裝裝配化、生產經營信息化、項目生產集成化五個方面均可以發(fā)揮其優(yōu)勢。

4存在的不足及思考

作為成都地區(qū)的首個示范性建筑工業(yè)化項目，其實施過程也暴露出諸多問題，留待在以后的應用中不斷加以研究解決。

(1)建筑工業(yè)化的應用范圍。受建筑工業(yè)化技術體系的先天性的制約，該技術并不是適應一切的“萬能技術”，必然有其適用的范圍。作為一種新的技術體系，有必要從技術上、經濟上界定其應用范圍，避免無謂的“為工業(yè)化而工業(yè)化”，盲目的追求其預制率。

(2)建筑工業(yè)化的設計技術。該項目的兩階段設計技術，還是傳統(tǒng)的二維設計對三維化的建筑工業(yè)化設計技術的模擬，其技術框架仍然停留在現澆鋼筋混凝土技術體系階段。從生產組織形式來看，建筑工業(yè)化是一種全新的、非傳統(tǒng)的技術框架體系，作為其核心配套的設計思想，包括設計技術都應顯著區(qū)別于傳統(tǒng)的二維平面設計方式，只有面向構件的技術規(guī)范、設計工具所設計的建筑產品，才是真正的建筑工業(yè)化。

(3)建筑工業(yè)化和BIM技術的融合。建筑工業(yè)化的基礎就是BIM技術，其融合的程度，決定了建筑工業(yè)化的生命力。信息化、網絡化已經在本質上改變了各行業(yè)的生產、組織及行為方式。作為傳統(tǒng)行業(yè)的建筑業(yè)，面臨著越來越復雜的功能、安全、技術、組織管理的要求，只有融合了BIM技術的建筑工業(yè)化，才能充分發(fā)揮其理論上的先進性，否則就是空談。

(4)作業(yè)人員的轉型升級。作為轉型升級的一部分，建筑行業(yè)的從業(yè)人員也要轉型升級。建筑業(yè)從業(yè)人員的思想觀念、組織管理模式都應針對建筑工業(yè)化做一次整體“升級”，而不是“舊瓶裝新酒”。

5結束語

綠地東村幼兒園項目作為成都首個新型建筑工業(yè)化示范項目，采用的是工廠預制PC構件、現場安裝施工的建筑工業(yè)化技術路線，在建筑設計、預制構件、現場吊裝、BIM應用等方面都進行了有益的探索。僅施工現場統(tǒng)計，采用工業(yè)化建筑模板的節(jié)約率達到了45 %，建筑方木的節(jié)約率達到了95 %，建筑混凝土澆筑時間降低率達到了41 %，現場的作業(yè)量和作業(yè)人員具有明顯減少。目前，綠地東村幼兒園已進入施工尾期，即將正式投入使用。根據成都市政府的統(tǒng)一規(guī)劃，以后大量的保障房、公共建筑將采用建筑工業(yè)化方式進行生產建設，在總結綠地東村幼兒園的經驗的基礎上，整合各種資源，成都必定會很快走上一條“又好又快”的建筑工業(yè)化之路。

參考文獻

[1]劉建榮.建筑構造(下)[M].中國建筑工業(yè)出版社, 2013：174.

[2]汪中林. 湖北省建筑工業(yè)化發(fā)展存在的問題及其對策研究[J]. 長江大學學報：自科版，2015(5)：65-67.

【文獻標志碼】B

【中圖分類號】TU741

[定稿日期]2015-09-10