何夕平,朱智修,李文海
(安徽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院,合肥 230601)
近年來,與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土建筑相比,裝配式建筑的優(yōu)勢越來越明顯。國家也開始大力發(fā)展裝配式建筑,并相繼頒布了一系列支撐裝配式建筑發(fā)展的政策與文件,以促進(jìn)我國裝配式建筑體系逐漸完善和發(fā)展,鼓勵各省市加大裝配式建筑發(fā)展力度,力爭通過10年左右的時間,讓裝配式建筑在新建建筑中占比達(dá)到30%。為規(guī)范我國裝配式建筑的評估體系,國家還發(fā)布了《裝配式建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》GB/T51129-2017[1],提出裝配式建筑的裝配率應(yīng)不低于50%的指標(biāo)。國家裝配式建筑評價標(biāo)準(zhǔn)自推行以來,我國各省市在推廣過程中遇到諸多困難[2]。為此各省市發(fā)布相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)或細(xì)則指導(dǎo)裝配式建筑的計算和評價,促進(jìn)當(dāng)?shù)匮b配式建筑的發(fā)展。而安徽省發(fā)展裝配式建筑相對起步較早,其中以合肥市與阜陽市為領(lǐng)跑城市。部分省市地區(qū)裝配式建筑評價方法發(fā)布的時間軸如圖1所示。
圖1 不同省市地區(qū)裝配式建筑評價方法發(fā)布時間軸
圖1中的這些省市地區(qū)所發(fā)布的裝配式建筑評價方法均是基于所屬地區(qū)裝配式建筑發(fā)展現(xiàn)狀去制定的。這些評價方法相對于國家標(biāo)準(zhǔn)主要可以分為三種類型:增加新技術(shù)加分項,例如合肥市;采用不同的計算邏輯,例如江蘇省和上海市;對國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行細(xì)化和延伸,例如廣東省。因此,研究國家裝配式建筑評價標(biāo)準(zhǔn)推廣困難的影響因素以及相應(yīng)的解決方案具有重要意義。
重慶市裝配式建筑評價標(biāo)準(zhǔn)[3]和國家裝配式建筑評價標(biāo)準(zhǔn)相比,主要有2個特點(diǎn):
①重慶市在計算項豎向構(gòu)件中增加了可選項高精度模板工藝,在圍護(hù)墻與保溫、隔熱、裝飾一體化基礎(chǔ)上增加了可選項圍護(hù)墻與保溫、隔熱一體化,在內(nèi)隔墻與管線、裝修一體化基礎(chǔ)上增加了可選項內(nèi)隔墻與管線一體化,其中的可選項分值都做了相應(yīng)的減小。
②在計算豎向構(gòu)件時,放寬了條件。例如:將預(yù)制墻板兩端的端柱或邊長不大于600 mm的暗柱可計入預(yù)制混凝土體積當(dāng)中。
上海市裝配率的計算細(xì)則[4]和國家裝配式建筑評價標(biāo)準(zhǔn)相比,主要有5個特點(diǎn):
①上海市的評價方法涵蓋多種結(jié)構(gòu)體系,如剪力墻結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)等。
②上海市建筑單體裝配率由建筑單體預(yù)制率和內(nèi)裝預(yù)制率構(gòu)成。對于建筑單體預(yù)制率提供了兩種計算方法,可根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)形式靈活選取計算規(guī)則,例如對于裝配式混凝土建筑,采用體積占比法相對較好;對于組合結(jié)構(gòu)類型的裝配式建筑,采用體積占比法就有很多爭議問題,宜采用權(quán)重系數(shù)法進(jìn)行計算。
③將主體結(jié)構(gòu)中的不同構(gòu)件做了劃分,不同的構(gòu)件類型權(quán)重系數(shù)占比不同,而權(quán)重系數(shù)與修正系數(shù)體現(xiàn)了各部件所占裝配率的比重。而國家標(biāo)準(zhǔn)較為單一,僅對豎向構(gòu)件和橫向構(gòu)件進(jìn)行劃分。
④對于裝配式建筑的內(nèi)裝部分,上海市的評價方法沒有強(qiáng)制性的要求全裝修,也沒有對一體化設(shè)計進(jìn)行強(qiáng)制要求,而是分為多項技術(shù)工藝,對于不同的計算工藝設(shè)定修正系數(shù),讓企業(yè)有了更多的工藝上的選擇,對于配套產(chǎn)業(yè)的企業(yè)有利于新型技術(shù)的發(fā)展。
⑤相對于國家標(biāo)準(zhǔn),上海市的評價方法更適合不同結(jié)構(gòu)類型裝配式建筑的計算評價,在很多計算規(guī)則方面更加細(xì)致。
廣東省裝配式建筑評價標(biāo)準(zhǔn)[5]和國家裝配式建筑評價標(biāo)準(zhǔn)相比,主要有4個特點(diǎn):
①廣東省對不同結(jié)構(gòu)類型的分值設(shè)定是不一樣的,例如當(dāng)豎向構(gòu)件全部采用鋼構(gòu)件,得30分。
②對于預(yù)制構(gòu)件連接部分后澆混凝土的計算規(guī)則略有調(diào)整,例如將預(yù)制剪力墻轉(zhuǎn)角或端部邊緣構(gòu)件長度不大于400 mm(不含墻厚)的后澆混凝土體積納入豎向預(yù)制構(gòu)件的體積之中。
③增加了細(xì)化項和鼓勵項的分值設(shè)定,其中鼓勵項中設(shè)置三種類型,涵蓋標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、綠色與信息化應(yīng)用以及施工與管理。
④對于裝配式建筑的等級評價有了新的設(shè)定,增加了基本級裝配式建筑的概念,當(dāng)豎向構(gòu)件的預(yù)制比例達(dá)到35%,即可評價為基本級裝配式建筑。
合肥市裝配式建筑裝配率計算規(guī)則對比國家裝配式評價標(biāo)準(zhǔn)計算方法完全一樣,在此基礎(chǔ)上增加了裝配式建筑應(yīng)用建筑業(yè)新技術(shù)選項,最高可得10分。
湖南省綠色裝配式建筑評價標(biāo)準(zhǔn)[6]和國家裝配式建筑評價標(biāo)準(zhǔn)相比,主要有2個特點(diǎn):
①湖南省在豎向構(gòu)件中增加了可選項高精度模板或免拆模板施工工藝;在圍護(hù)墻與保溫、隔熱、裝飾一體化基礎(chǔ)上增加了可選項圍護(hù)墻與保溫、隔熱、窗框一體化;在內(nèi)隔墻與管線、裝修一體化基礎(chǔ)上增加了可選項內(nèi)隔墻與管線一體化。其中的可選項分值都做了相應(yīng)的減小。
②增加了必須項綠色建筑與加分項兩大項,兩項最高可得15分。
為了更加直觀地對比不同裝配式建筑評價方法的差異性,現(xiàn)對具體工程案例進(jìn)行計算分析,選用國家裝配式建筑評價標(biāo)準(zhǔn)、上海市裝配式建筑評價方法、廣東省裝配式建筑評價方法和湖南省裝配式建筑評價方法進(jìn)行計算。
該項目為某市某公寓住宅項目,處于該市裝配式建筑中等水平,該項目采用裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。以其中一棟單體建筑為例,該建筑共26層,建筑高度為83 m,其中1-4層為混凝土現(xiàn)澆層,屋面為混凝土現(xiàn)澆層,其余樓層為混凝土預(yù)制層,所有樓層采用標(biāo)準(zhǔn)化戶型設(shè)計。該建筑采用工程總承包模式,應(yīng)用BIM技術(shù),并實現(xiàn)了平面布置標(biāo)準(zhǔn)化和預(yù)制構(gòu)件與部品標(biāo)準(zhǔn)化,獲評綠色建筑2星。該建筑樓層每層均高3 m。該單體建筑的豎向預(yù)制構(gòu)件示意圖、水平預(yù)制構(gòu)件示意圖如圖2和圖3所示。
圖2 標(biāo)準(zhǔn)層豎向預(yù)制構(gòu)件布置圖
圖3 標(biāo)層準(zhǔn)水平預(yù)制構(gòu)件示意圖
為了促進(jìn)裝配式建筑行業(yè)的發(fā)展,中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2017年頒布了裝配式建筑評價標(biāo)準(zhǔn)。對各地區(qū)發(fā)展裝配式建筑起到了指導(dǎo)性作用。針對本工程實例,在國標(biāo)的基礎(chǔ)上進(jìn)行計算,計算結(jié)果如下:
①主體結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件部分得分:經(jīng)計算該建筑主體結(jié)構(gòu)的預(yù)制豎向構(gòu)件總體積為469 m3,對應(yīng)豎向構(gòu)件總體積為1 255 m3,得出比例為37.41%,由內(nèi)插法計算,此項得分為20.53。
由于裝配式建筑1-4樓為加強(qiáng)層,主體豎向結(jié)構(gòu)必須為現(xiàn)澆。核心筒邊緣約束構(gòu)件一般也應(yīng)為現(xiàn)澆。在計算條件的約束下(如預(yù)支剪力墻墻板間寬度不大于600 mm豎向現(xiàn)澆段可計入預(yù)制混凝土體積),比例達(dá)到35%也有一定的難度,且分值區(qū)間為20-30分,當(dāng)對應(yīng)比例小于34%時,得分為0。
②主體結(jié)構(gòu)水平構(gòu)件部分得分:根據(jù)圖紙測算,該建筑預(yù)制水平構(gòu)件總面積為4 857.67㎡,對應(yīng)水平構(gòu)件總面積為7 707㎡,得出比例63.03%。因低于70%,此項不得分。
由于裝配式建筑1-4樓為加強(qiáng)層,屋頂一般現(xiàn)澆。此建筑為26層,除去水平構(gòu)件現(xiàn)澆層4層,其他層平均比例應(yīng)達(dá)到82.73%,總體比例才能達(dá)到得分要求。
③非承重圍護(hù)墻非現(xiàn)場砌筑部分得分:根據(jù)圖紙測算,此項預(yù)制部分面積與總體面積分別為2 079㎡和24 477.54㎡,所得比例為83.91%,得分5分。
只有當(dāng)比例大于80%時,得5分。低于80%不得分。
④圍護(hù)墻與保溫、隔熱、裝飾一體化部分得分:本工程未采用裝飾一體化故得分為0。
雖然本工程采用圍護(hù)墻與保溫、隔熱一體化,且比例達(dá)到59.6%。但沒有做到裝飾一體化,故不得分。
⑤內(nèi)隔墻非現(xiàn)場砌筑部分得分:根據(jù)圖紙測算,此項對應(yīng)預(yù)制部分面積與對應(yīng)總面積為1 259.7㎡和5 570.84㎡。所得比例為22.61%,未能達(dá)到50%,顧不得分。
⑥內(nèi)隔墻與管線、裝修一體化:與內(nèi)隔墻非現(xiàn)場砌筑部分得分一致。
⑦因該建筑均未采用裝修和設(shè)備管線中的各項工藝,該項得分為0。
⑧缺項部分分值:該建筑無缺項部分,因此該項得分為0。
綜上,在國家裝配式建筑評價標(biāo)準(zhǔn)下,該建筑的裝配率為25.53%。其裝配率低于50%,未達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)最低要求。
該建筑為裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu),因此采用權(quán)重占比法計算:根據(jù)圖紙測算,建筑單體預(yù)制率得分項分別為:墻體、樓板、樓梯、凸窗、陽臺板、空調(diào)板。所得比例分別為30%、8.11%、1.68%、1.51%、1.51%、0.84%。內(nèi)裝預(yù)制率得分項為:內(nèi)隔墻非砌筑。所得比例為1.7%。綜上,該建筑單體裝配率為45.36%。
主體結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件部分得分:經(jīng)計算該建筑主體結(jié)構(gòu)的預(yù)制豎向構(gòu)件總體積為638 m3,對應(yīng)豎向構(gòu)件總體積為1 255 m3,得出比例為52.84%,根據(jù)內(nèi)插法計算,此項得分為23.96。除細(xì)化項與鼓勵項外,其他項得分情況與國標(biāo)一致。細(xì)化項:其中預(yù)制外墻板計算比例為18.9%,此項得分為10分。鼓勵項:該建筑達(dá)到了平面布置標(biāo)準(zhǔn)化、預(yù)制構(gòu)件與部品標(biāo)準(zhǔn)化、綠色建筑評價2星、BIM應(yīng)用和工程總承包,所以鼓勵加分項總和為1+1+1+1+0.5=4.5。
綜上,在廣東省裝配式建筑評價標(biāo)準(zhǔn)下,該建筑的裝配率為43.46%
其得分項與國標(biāo)基本一致,除圍護(hù)墻與保溫、隔熱、窗框一體化得分為0.67。綠色建筑項:綠色建筑評價2星,得4分。加分項:BIM技術(shù)應(yīng)用(設(shè)計、生產(chǎn))和采用EPC模式,得4分。
綜上,在湖南省裝配式建筑評價標(biāo)準(zhǔn)下,該建筑的裝配率為34.2%。
通過以上分析,該建筑在主體結(jié)構(gòu)部分、圍護(hù)墻和內(nèi)隔墻部分均采用了裝配式建筑工藝,但按照國家標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)要求,其裝配化水平是無法達(dá)到的。根據(jù)以上結(jié)果可以分析出:
該建筑采用上海市的權(quán)重計算法計算時,裝配率有顯著提升,計算結(jié)果差距較大。按上海市的權(quán)重計算法計算時,沒有最低比例要求,相對國標(biāo)的主體結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件和非承重外圍護(hù)墻,上海市的權(quán)重計算法將其整合為建筑單體預(yù)制率中的墻選項,大大提高了其預(yù)制率,也簡化了計算步驟。
該建筑采用廣東省計算方法時,裝配率達(dá)到了43.46%,說明細(xì)化項和鼓勵加分項整體的評價結(jié)果影響很大。這也進(jìn)一步表明,各省市地區(qū)在制定相應(yīng)的地方標(biāo)準(zhǔn)或計算方法時,應(yīng)對細(xì)化項和鼓勵加分項酌情設(shè)置。
上海市的權(quán)重計算法是一種全新的計算方式,與國標(biāo)各項計算方式完全不同。很好地將不同構(gòu)件之間進(jìn)行更有效的區(qū)分,不同的預(yù)制構(gòu)件的工藝水平和技術(shù)難度是不一樣的,根據(jù)所屬地區(qū)的發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)水平,對預(yù)制構(gòu)件在權(quán)重上進(jìn)行區(qū)分有助于推動更多裝配化工藝的發(fā)展。
該建筑的裝配率主要來自于主體結(jié)構(gòu)、圍護(hù)墻和內(nèi)隔墻結(jié)構(gòu),在不考慮內(nèi)裝的情況下,裝配率水平尚可。因此在內(nèi)裝部分,應(yīng)采用靈活多變、政策鼓勵等方法推動企業(yè)去提高內(nèi)裝的裝配化水平,同時建立裝配化裝修的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化體系,優(yōu)化成本控制。
國家裝配式建筑評價標(biāo)準(zhǔn)的頒布對于規(guī)范我國裝配式建筑行業(yè)以及促進(jìn)裝配式建筑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化體系有著重要的意義。然而通過調(diào)查發(fā)現(xiàn),在國家標(biāo)準(zhǔn)的實際推廣過程中,相關(guān)評價指標(biāo)的設(shè)定相對于我國目前的裝配式建筑發(fā)展水平要求過高,例如國家標(biāo)準(zhǔn)中要求參評建筑必須滿足全裝修才可以進(jìn)行裝配式建筑評價,研究與計算發(fā)現(xiàn)當(dāng)前大部分裝配式建筑建設(shè)單位由于成本問題難以達(dá)到該指標(biāo)的要求。但全裝修可以減少污染、減少濕作業(yè)和現(xiàn)場用工,因此,國家標(biāo)準(zhǔn)是裝配式建筑的未來發(fā)展方向[7]。
目前國內(nèi)的裝配式建筑企業(yè)的技術(shù)水平相對于國外發(fā)達(dá)國家存在一定的距離。日本的裝配式建筑工藝自二戰(zhàn)以后得到了長足的發(fā)展,當(dāng)前工業(yè)化水平很高,其裝配式建筑不僅裝配率高,而且在內(nèi)裝工業(yè)化集成技術(shù)和減震隔震技術(shù)上也達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。法國的預(yù)應(yīng)力裝配式框架結(jié)構(gòu)體系能夠達(dá)到80%的裝配率水平[8]。相比之下,我國的裝配式建筑目前主要以裝配式混凝土建筑為主,集成化水平也存在較大差距。
國內(nèi)裝配式建筑人才需求量巨大,但當(dāng)前我國的建筑業(yè)仍然受到傳統(tǒng)建筑業(yè)的影響,加大了裝配式建筑人才的培養(yǎng)難度。目前只有少數(shù)的高校開設(shè)裝配式建筑的相關(guān)課程,教學(xué)體系也不夠健全,無法把裝配式建筑的核心優(yōu)點(diǎn)貫徹教學(xué)過程中。裝配式建筑產(chǎn)業(yè)的從業(yè)人員能力參差不齊,缺乏系統(tǒng)的、體系的培訓(xùn),影響了裝配式建筑人才的輸出。
當(dāng)前國內(nèi)裝配式建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展存在嚴(yán)重的區(qū)域不均衡。裝配式建筑發(fā)展水平較高的地區(qū)主要是北京、上海等一線城市以及長三角、珠三角的一些發(fā)達(dá)城市。中部、東北和西部地區(qū)的裝配式建筑發(fā)展水平參差不齊。發(fā)展不均衡給政府的全方面政策推廣造成了一定的阻礙。以安徽省為例,合肥、阜陽的裝配式建筑發(fā)展水平在安徽省處于領(lǐng)先水平,其他市區(qū)的裝配式建筑發(fā)展水平相對落后,這種發(fā)展不平衡影響了相關(guān)政策對于全省的覆蓋。
目前我國裝配式建筑的建造成本相對于傳統(tǒng)建筑偏高。裝配式建筑的成本偏高主要來源于工藝成本和運(yùn)輸成本。裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)需要相當(dāng)大體量機(jī)械設(shè)備和研發(fā)的投入,這一部分的成本投入通常需要較大規(guī)模的產(chǎn)量分?jǐn)偂Qb配式建筑的PC構(gòu)件相對于傳統(tǒng)建筑增加了運(yùn)輸過程,施工現(xiàn)場和預(yù)制構(gòu)件廠的距離以及起重吊裝在一定程度上影響了成本的增加。除此之外,裝配化裝修受制于當(dāng)前的應(yīng)用規(guī)模,建造成本也相對偏高[9]。
層次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)由美國著名的運(yùn)籌學(xué)家托馬斯·塞蒂(Thomas L.Saaty)提出,該方法通常是用來解決難以完全定量分析的決策性問題,屬于一種定性和定量相結(jié)合、系統(tǒng)化、層次化的分析方法。其特點(diǎn)是在對復(fù)雜問題進(jìn)行深入研究之后,可以通過少量的定量信息去解決多目標(biāo)、多層次的決策性問題。
本文通過聽取多次專家會議,在此基礎(chǔ)上運(yùn)用層次分析法對影響國家裝配式建筑評價標(biāo)準(zhǔn)推廣的因素進(jìn)行權(quán)重確定,采用1-9度的標(biāo)度方法,詳見表1。
表1 標(biāo)度含義
建立判斷矩陣A,A=(aij)n×n,對矩陣A進(jìn)行計算,
再求得A的特征向量W=(w1,w2,w3,...,wn)T,然后計算矩陣的最大特征根λmax。
式中:(AW)i為A與W乘積的第i個元素。
檢驗判斷矩陣一致性的指標(biāo)CI=(λmax-n)/(n-1),平均隨機(jī)一致性指標(biāo)為RI,隨機(jī)一致性比率CR=CI/RI。當(dāng)CR<0.1時,認(rèn)為判斷矩陣的一致性是可以接受的。
RI和判斷矩陣的階數(shù)有關(guān),其對應(yīng)的關(guān)系如表2所示。
表2 RI標(biāo)準(zhǔn)值
通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)、會議座談等方式,并咨詢裝配式建筑領(lǐng)域的相關(guān)專家,對五個影響因素的重要程度進(jìn)行評判,對其權(quán)重進(jìn)行計算,計算結(jié)果如表3所示。表3中A、B、C、D、E分別代表了國家標(biāo)準(zhǔn)要求過高、參建單位技術(shù)水平不足、裝配式建筑人才的缺乏、區(qū)域發(fā)展不均衡、裝配式建筑成本偏高。
表3 影響國家標(biāo)準(zhǔn)推廣的因素判斷矩陣和單層次權(quán)重表
由表3可知,國家標(biāo)準(zhǔn)要求過高所占權(quán)重最高,權(quán)重占比高達(dá)0.443,這表明國家標(biāo)準(zhǔn)的某些指標(biāo)確實要求過高,這也證實了當(dāng)前很多省市地區(qū)頒布裝配式建筑地方標(biāo)準(zhǔn)和評價方法的原因;裝配式建筑成本偏高的權(quán)重占比較高,為0.242,這表明裝配式建筑成本偏高影響了相關(guān)建設(shè)單位選擇裝配式建筑,影響了裝配式建筑發(fā)展以及國家標(biāo)準(zhǔn)推廣。
以上研究分析了不同裝配式建筑評價方法的特點(diǎn)與計算差異,雖然從計算結(jié)果對比其他省市評價方法相對沒有國家標(biāo)準(zhǔn)那么嚴(yán)格,但是仍有很多的優(yōu)點(diǎn)和借鑒意義。對于需要制定地方標(biāo)準(zhǔn)或評價方法的地方政府,現(xiàn)給予以下幾點(diǎn)建議:
在計算規(guī)則上,應(yīng)該更清晰明了,對于界限不明的計算區(qū)域應(yīng)該著重說明,避免評價結(jié)果的不統(tǒng)一。
對于不同的結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)件形式,在評價方法上應(yīng)該進(jìn)行區(qū)分,在分值設(shè)定上應(yīng)該考慮到技術(shù)工藝的成熟性和推廣性。
對于發(fā)展嚴(yán)重不平衡的區(qū)域,應(yīng)該適當(dāng)設(shè)定細(xì)化項和鼓勵項,但不可盲目,設(shè)定的項目應(yīng)符合國家裝配式建筑發(fā)展的方向。計算條件與比例限制可適當(dāng)合理放寬,或適當(dāng)降低一些選項的要求,以免打擊部分區(qū)域發(fā)展裝配式建筑的積極性。
通過分析五種影響國家裝配式建筑評價標(biāo)準(zhǔn)推廣的影響因素,并對各種影響因素形成的原因、特點(diǎn)進(jìn)行分析。由AHP層次分析法計算各影響因素所占的權(quán)重比,得出國家標(biāo)準(zhǔn)要求過高和裝配式建筑成本偏高兩個影響因素所占權(quán)重比達(dá)0.443、0.242,兩者對國家裝配式建筑評價標(biāo)準(zhǔn)推廣的阻礙影響最大。因此裝配式建筑行業(yè)的發(fā)展需要因地制宜、循序漸進(jìn),還需各個部門與行業(yè)的協(xié)同合作與鼎力支持。