嚴婧婧

(上海心圓房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，上海 200120)

1 研究背景

近年來，隨著建筑工業(yè)化程度的不斷加深，同時在相關(guān)政策地推動下，預(yù)制裝配式建筑得到了較快的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。“十四五”期間，以預(yù)制裝配式為核心的新型建筑工業(yè)化將是建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級的方向，推行數(shù)字化設(shè)計、工廠化制造和裝配化施工，是提升裝配式建筑相關(guān)全產(chǎn)業(yè)鏈效率的重要途徑。標準化是工業(yè)化的基礎(chǔ)，沒有標準化就無法實現(xiàn)規(guī)?；母咝a(chǎn)。裝配式建筑標準構(gòu)件庫的研發(fā)，可以有效促進裝配式建筑設(shè)計、施工統(tǒng)籌能力的提升，有利于節(jié)約能源、減少施工污染、提高勞動生產(chǎn)效率和提升質(zhì)量安全水平，有效推動裝配式建筑產(chǎn)業(yè)步入質(zhì)量引領(lǐng)、創(chuàng)新驅(qū)動、綠色生態(tài)的發(fā)展路徑。

目前，上海市大力推行預(yù)制裝配式建筑，并積極推廣構(gòu)件的標準化、模數(shù)化、系列化，以期通過減少材料和能源消耗，降低建造過程碳排放量，實現(xiàn)更高質(zhì)量、更有效率、更加公平、更可持續(xù)的發(fā)展。對于保障性住房，要求一般項目混凝土構(gòu)件預(yù)制率需達到40%。面對大體量的保障房開發(fā)項目，為確保工程高效、高質(zhì)推進，助力民生改善和城市更新跑出加速度，使國有資產(chǎn)保值增值，建立適用于保障房項目的預(yù)制混凝土標準構(gòu)件庫(以下簡稱PC標準構(gòu)件庫)勢在必行。

2 研究現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)的預(yù)制裝配式建筑仍處于起步階段，標準化的研究并不深入?，F(xiàn)階段，裝配式保障性住房項目大多采用先報批規(guī)劃方案和建筑圖紙，后進行PC構(gòu)件拆分和深化設(shè)計的這一流程，且目前大多數(shù)建筑設(shè)計人員缺乏對預(yù)制裝配式建筑深入、系統(tǒng)性地了解，往往造成報批后的方案在進行裝配式構(gòu)件設(shè)計時修改調(diào)整余地十分有限、構(gòu)件拆分的標準化和模數(shù)化程度較低、模具使用數(shù)量較多等不利因素，造成資源浪費嚴重、產(chǎn)品成本居高不下、生產(chǎn)效率低下等多種問題。黃小坤等[1]通過對國內(nèi)外裝配式建筑標準化發(fā)展進行系統(tǒng)研究后，認為在我國預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的標準化研究還需進一步完善。由于PC構(gòu)件設(shè)計拆分缺乏成熟的標準，導(dǎo)致模具適用工程單一、周轉(zhuǎn)次數(shù)少、損耗率高，是導(dǎo)致預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)成本過高的重要原因，制約了裝配式建筑產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

通過對國外預(yù)制裝配式住宅調(diào)研發(fā)現(xiàn)，許多國家推行了居民認可、模塊化的標準戶型，有利于裝配式住宅的推廣及建筑工業(yè)化的發(fā)展。與商品房相比，保障房對于個性化需求不高，通過建立PC標準構(gòu)件庫能夠大大提升設(shè)計、施工效率，降低建設(shè)成本，因此可以將保障性住房作為裝配式建筑標準化研究的一個較好的切入點。李志豪[2]、潘娟[3]等都通過典型案例，對保障性住房項目中PC標準構(gòu)件庫的應(yīng)用進行分析，給出了各自標準化設(shè)計的思路和方法，具有一定的參考價值。

本文選取上海市浦東新區(qū)某動遷安置房基地11個住宅地塊為研究載體，通過調(diào)研相關(guān)街鎮(zhèn)待安置居民的需求，結(jié)合已有保障房開發(fā)經(jīng)驗，設(shè)計了一套可自由組合的標準戶型，涵蓋55～105m2面積段之間的多種戶型，通過靈活組合可滿足不同戶型配比的需要。在此基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化PC拆分設(shè)計，初步建立PC標準構(gòu)件庫；通過實際應(yīng)用，分析構(gòu)件標準化帶來的各項效益，以期為裝配式建筑標準化研究助力。

3 PC標準構(gòu)件庫的建立及應(yīng)用

裝配式建筑標準化設(shè)計的概念應(yīng)貫穿整個工程項目建設(shè)，從項目策劃階段開始，至方案設(shè)計、施工圖設(shè)計、模具設(shè)計、施工組織設(shè)計等的全過程、全系統(tǒng)，將標準化設(shè)計由淺入深逐步細化、優(yōu)化，一方面可以不斷提高材料利用率、提高構(gòu)件部品的質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、控制生產(chǎn)成本；另一方面可以提高施工質(zhì)量、提高施工效率、保障建筑安全。

本次研究選取的某動遷安置房基地位于上海市浦東新區(qū)，面積約73萬m2，其功能定位為：打造功能布局合理、環(huán)境親和宜人、設(shè)施配套完善的宜居社區(qū)?；刂幸跃幼」δ転橹?，并配套完善的社區(qū)服務(wù)，同時適當發(fā)展濱水商業(yè)，實現(xiàn)與宣橋鎮(zhèn)中心區(qū)功能聯(lián)動?；貎?nèi)共有11個住宅地塊，總用地面積約31m2，容積率為2.5～2.8，建筑高度為60～80m，預(yù)計將提供超9000套保障性住房。項目住宅采用裝配整體剪力墻結(jié)構(gòu),裝配式住宅建筑比例為100%,預(yù)制率為40%。

3.1 標準化戶型研究

本次研究通過對已入住動遷安置房的居民和待回遷居民的訪談?wù){(diào)研，結(jié)合各街鎮(zhèn)在分房時對于房源的需求，發(fā)現(xiàn)居民在選房及使用過程中對以下幾點最為關(guān)注：1)得房率高且房型緊湊，盡量避免存在難以利用的無效空間；2)套型規(guī)整，方形房間使用最為方便；3)采光好，主要功能房間朝南；4)廚房面積較大，使用方便；5)戶型南北通，衛(wèi)生間能夠有自然通風和采光。

對已有安置房項目的戶型調(diào)查發(fā)現(xiàn)，過去大多數(shù)的安置房戶型為內(nèi)廊式，公攤面積較大且中間套難以滿足南北通的需求，廚衛(wèi)的采光、通風也不理想；同時，住宅外形輪廓較為復(fù)雜，凹凸較多，不僅存在采光自遮擋的問題，對于裝配式的工業(yè)化應(yīng)用也是不利的。

本次研究首先從標準化戶型入手，確定以下幾個方面的設(shè)計基本點：1)選定外廊式單元形式，不僅可以滿足得房率高的要求，還可保證所有戶型均實現(xiàn)南北通，并提高南向開間的利用率；2)南側(cè)采用內(nèi)凹陽臺的形式，使南向立面平整，避免采光自遮擋；3)從推進裝配式工業(yè)化的角度考慮，將主要居室的開間統(tǒng)一，便于在PC拆分設(shè)計時對構(gòu)件進行統(tǒng)一歸并，減少構(gòu)件模具數(shù)量，降低成本。綜合以上方面的考慮，本次研究設(shè)計出55～105m2面積段內(nèi)8套模塊化標準房型，包括兩種大戶型(三房)、三種中戶型(兩房)和兩種小戶型(一房)，可根據(jù)不同的大、中、小房型配比需求完成標準層拼接(圖1)。

3.2 PC標準構(gòu)件庫構(gòu)件選擇

與傳統(tǒng)建筑生產(chǎn)模式相比，裝配式建筑的建設(shè)成本在構(gòu)件生產(chǎn)、倉儲運輸、吊裝施工等方面都有所增加。目前上海地區(qū)保障性住房的預(yù)制率要求達到40%，因此這些與PC構(gòu)件相關(guān)費用的高低對工程造價起決定性作用。

有研究表明，預(yù)制墻板類構(gòu)件是導(dǎo)致建造成本增加的最主要原因，而影響預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)費的關(guān)鍵構(gòu)件依次為預(yù)制剪力墻、預(yù)制疊合板、預(yù)制梁、樓梯[4]。另有研究者經(jīng)過對不同地區(qū)裝配式建筑的現(xiàn)澆構(gòu)件和預(yù)制構(gòu)件成本產(chǎn)生的單價差值和單價差值率定量分析、敏感度定性分析和2018年上海市預(yù)制構(gòu)件信息價分析后，同樣總結(jié)得出預(yù)制墻板類構(gòu)件是導(dǎo)致建造成本增加的主要原因[5]。綜合以上研究，本文選取預(yù)制剪力墻構(gòu)件和預(yù)制填充墻構(gòu)件初步建立PC標準構(gòu)件庫。

3.3 PC標準構(gòu)件庫的建立

標準構(gòu)件的選擇需要遵循普適性原則。由于不同項目的個性化要求，會存在少量非標準預(yù)制構(gòu)件，其應(yīng)用比例較低，不適宜放入PC標準構(gòu)件庫中。在對此次研究的動遷安置房基地內(nèi)11個住宅地塊的PC構(gòu)件應(yīng)用情況進行計算分析后，得出11種PC剪力墻構(gòu)件中有6種構(gòu)件的使用數(shù)量超過5%，且總和超過80%(表1)，可以認為這6種PC剪力墻構(gòu)件具有一定的通用性。因此取這6種PC剪力墻構(gòu)件建立PC標準剪力墻構(gòu)件庫。

3.3.1 PC標準剪力墻構(gòu)件庫

標準構(gòu)件的選擇需要遵循普適性原則。由于不同項目的個性化要求，會存在少量非標準預(yù)制構(gòu)件，其應(yīng)用比例較低，不適宜放入PC標準構(gòu)件庫中。在對宣橋基地11個住宅地塊的PC構(gòu)件應(yīng)用情況進行計算分析后，得出11種PC剪力墻構(gòu)件中有6種構(gòu)件的使用數(shù)量超過5%，且總和超過80%(表1)，可以認為這6種PC剪力墻構(gòu)件具有一定的通用性。因此取這6種PC剪力墻構(gòu)件建立PC標準剪力墻構(gòu)件庫。

3.3.2 PC標準填充墻構(gòu)件庫

在對PC填充墻構(gòu)件進行分析時發(fā)現(xiàn)，因為標準化戶型設(shè)計時統(tǒng)一了起居室面寬、南向主臥窗尺寸，這兩個部位的填充墻具有高度的一致性，可將陽臺窗所在填充墻構(gòu)件統(tǒng)一為YWQ25(200+2100+200)，南側(cè)主臥窗的填充墻構(gòu)件可以統(tǒng)一為YWQ19-1(200+1500+200)。另外，三個大戶型的衛(wèi)生間開間尺寸統(tǒng)一，預(yù)制填充墻構(gòu)件可統(tǒng)一為YWQ19-2(150+800+950)；兩個小戶型的廚衛(wèi)部位預(yù)制填充墻構(gòu)件可統(tǒng)一為YWQ24(200+800+400+800+200)，為包含兩個窗洞口的構(gòu)件。因此，從18種PC填充墻構(gòu)件中選取以上4種構(gòu)件放入PC標準填充墻構(gòu)件庫，并統(tǒng)計了基地內(nèi)11個住宅項目應(yīng)用PC標準填充墻構(gòu)件的比例，如表2所示?？梢钥闯觯ㄟ^開間模數(shù)化設(shè)計，這4種標準構(gòu)件的使用率較高，達到67.39%，符合標準構(gòu)件普適性的原則。其中，應(yīng)用于陽臺和南側(cè)主臥的兩種構(gòu)件(YWQ19-1和YWQ25)比例合計54.39%，超過了填充墻構(gòu)件的一半，說明開間模數(shù)化設(shè)計對于裝配式建筑的標準化起到了關(guān)鍵性作用。

表2 PC標準填充墻構(gòu)件比例

3.4 PC標準構(gòu)件庫的應(yīng)用

提高項目中PC標準構(gòu)件的比例能夠提高生產(chǎn)效率，同時減少攤銷費用，有助于降低成本。因此，在設(shè)計階段提前把控，盡量采用PC標準構(gòu)件，以提高項目的標準化率具有十分重要的意義。對于單個地塊的PC構(gòu)件的標準化率統(tǒng)計原則為：本地塊從標準PC構(gòu)建庫內(nèi)選取的構(gòu)件與本地塊所有PC構(gòu)件的比值?，F(xiàn)有研究的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，標準化應(yīng)用較好的項目，其PC構(gòu)件的標準化率一般在70%～90%[2,6,7]。

對此次研究的動遷安置房基地內(nèi)11個住宅地塊PC構(gòu)建的標準化率進行統(tǒng)計，結(jié)果如表3所示。其中，剪力墻PC構(gòu)件的標準化率較高，可以達到85%左右；而填充墻的PC構(gòu)件的標準化率較剪力墻稍低，為67%左右，考慮到填充墻僅選取了4種PC標準構(gòu)件，其標準化率也是較為可觀的。通過對PC剪力墻構(gòu)件及填充墻構(gòu)件的統(tǒng)籌計算，所有地塊的標準化率均可達到75%以上，說明本基地各項目的PC標準豎向構(gòu)件的通用性較高，達到了精簡預(yù)制構(gòu)件種類與實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)經(jīng)濟性、高效性的目標。

表3 應(yīng)用PC標準構(gòu)件庫后各地塊構(gòu)件標準化率

4 建立PC標準構(gòu)件庫的效益分析

規(guī)?；a(chǎn)是指工廠有組織、有秩序按照固定模式進行大批量的生產(chǎn)。在一定的產(chǎn)量范圍內(nèi)，隨著產(chǎn)量的增加，平均成本不斷降低，即形成所謂的規(guī)模經(jīng)濟。同等預(yù)制率情況下，裝配式項目規(guī)模的增加可顯著減少增量成本。因此在大體量的區(qū)域開發(fā)中，建立并應(yīng)用PC標準構(gòu)件庫，不僅可以顯著提高項目的建設(shè)效率、節(jié)約建造成本，還會為社會及企業(yè)帶來多方面的效益。

4.1 時間及經(jīng)濟效益

4.1.1 PC拆分設(shè)計環(huán)節(jié)

設(shè)計拆分費用是指在原設(shè)計圖紙的基礎(chǔ)上，進行構(gòu)件的單元劃分和節(jié)點連接設(shè)計。雖然在所有裝配式建筑成本費用中，設(shè)計費占比較小，但是總成本的70%都是由設(shè)計階段決定的，設(shè)計方案是否合理將會直接影響整個裝配式建設(shè)項目的成本和收益。

采用戶型及PC構(gòu)件拆分標準化設(shè)計的效益，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1)設(shè)計一次到位，縮短PC拆分設(shè)計時間；2)降低PC拆分設(shè)計的出錯率，減少設(shè)計階段的返工；3)在首個項目中遇到的構(gòu)件碰撞問題，通過調(diào)整設(shè)計解決后，后續(xù)項目將不再出現(xiàn)相同問題，施工工期得到保障；4)PC拆分設(shè)計人員的工作量減少，設(shè)計成本降低。

4.1.2 生產(chǎn)環(huán)節(jié)

裝配式構(gòu)件廠的模具攤銷費用在預(yù)制構(gòu)件的成本組成中的比例相當之高，單個項目可能高達15%。采用標準化設(shè)計，能降低模具的攤銷費用，減少PC構(gòu)件的生產(chǎn)成本。生產(chǎn)環(huán)節(jié)的成本減少具體可表現(xiàn)在。

1)在制作構(gòu)件之前，構(gòu)件生產(chǎn)廠可以根據(jù)PC標準構(gòu)件的數(shù)量、規(guī)格、形狀、重量等因素，出具詳細的制作方案和完善的構(gòu)件圖紙，使PC模具設(shè)計一次到位，節(jié)省原PC模具設(shè)計周期及設(shè)計費用；2)同時，采用標準化設(shè)計后，同一款PC模具可以多個項目共用，提高利用率，降低攤銷成本；3)采用標準化設(shè)計，可以避免過于復(fù)雜的設(shè)計，模具型號減少，提高模具周轉(zhuǎn)率，節(jié)省工期；4)構(gòu)件生產(chǎn)廠可以確定更為合理高效的生產(chǎn)方案，將拆模、組模、合模等工序的設(shè)置為流水線作業(yè)，提高生產(chǎn)效率；5)采用標準化設(shè)計，便于培養(yǎng)技術(shù)熟練工人，提高單人效率可相對減少用工人數(shù)，降低生產(chǎn)人工費；6)采用標準化設(shè)計，PC構(gòu)件在生產(chǎn)過程中的出錯率和返工率將大大降低，能有效避免現(xiàn)場停工等構(gòu)件現(xiàn)象，保證施工工期。

4.1.3 倉儲及運輸環(huán)節(jié)

與現(xiàn)澆構(gòu)件相比，PC構(gòu)件增加了倉儲和運輸費用，且費用占比較大，約為總費用的20%～30%。采用標準化設(shè)計，可以有效降低此部分的費用，具體表現(xiàn)在。

1)采用標準化設(shè)計，控制單板重量及長度，有利于提高單次運輸?shù)难b載率，降低運輸成本。

2)預(yù)制構(gòu)件的養(yǎng)護和存放，都需要專門的場地并需要專人進行管理，倉儲費用與倉儲時間和倉儲面積成正比。工廠構(gòu)件儲備數(shù)量根據(jù)項目進度、樓棟大小及發(fā)貨周期確定，一般情況下構(gòu)件發(fā)一層備一層。采用標準化設(shè)計，由于構(gòu)件可以共享，工廠儲備的構(gòu)件量可以降低(例如從100%降低至70%)，大幅節(jié)約倉儲成本。

4.1.4 施工及管理環(huán)節(jié)

1)預(yù)制率的提高必然導(dǎo)致吊裝費用的增加。吊裝費用主要是大型機械設(shè)備使用費和配合人工費，這些成本一般是租賃費或者自有設(shè)備攤銷費。采用標準化戶型及標準化PC構(gòu)件，可以形成標準化的吊裝流程，能夠提高施工效率，降低施工出錯率，縮短施工周期，從而通過縮短租賃期限和加快周轉(zhuǎn)使用率來減少費用的分攤。

2)采用標準化設(shè)計及施工，有助于實現(xiàn)標準化施工組織設(shè)計、標準化施工方案及標準化工作流程，有利于提升現(xiàn)場管理人員的管理效率，有效節(jié)約管理成本。

4.2 社會效益

1)PC標準化的研究優(yōu)化了裝配置建筑的設(shè)計、生產(chǎn)、管理等全周期流程，有效提升裝配式建筑的勞動效率，帶動產(chǎn)業(yè)全面升級，對于裝配式構(gòu)件生產(chǎn)機械化和智能化提供幫助，有效推進裝配式建筑的普及應(yīng)用，具有重大的社會效益。

2)PC標準化的研究有助于產(chǎn)品整體品質(zhì)提升，提高用房居民體驗感和住戶滿意度，為后續(xù)物業(yè)服務(wù)統(tǒng)一管理、建筑維修等方面工作提供便利。

3)PC標準化的研究減少了模板量和鋼材應(yīng)用，減少堆放場地，提高了成品率，減少了廢棄物的數(shù)量，相應(yīng)帶來能源及水源等應(yīng)用降低。具有更好的環(huán)境效益，減少碳排放，更綠色環(huán)保，助力實現(xiàn)“碳中和”。

4.3 企業(yè)效益

全面推進PC標準構(gòu)件庫的建立對企業(yè)提高建筑品質(zhì)、降低建造成本、簡化施工難度和提高建造效率有著非常重要的作用，也是房產(chǎn)企業(yè)由數(shù)量規(guī)模型向質(zhì)量效益型轉(zhuǎn)變路上的重要里程碑。

1)通過在民生工程建設(shè)領(lǐng)域認真研究創(chuàng)新標準化管理方法，使保障房項目建設(shè)以更高的質(zhì)量、更快的速度推進，提升企業(yè)的社會影響力。

2)能夠有效實現(xiàn)項目管理經(jīng)驗在最大范圍內(nèi)的復(fù)制和推廣，最大限度地節(jié)約項目建設(shè)及管理成本。

3)PC標準化研究有效減少了異形構(gòu)件及特殊構(gòu)件數(shù)量，可替換程度更高，有利于車輛運輸，降低了現(xiàn)場施工難度，避免質(zhì)量通病和安全死角，減少各種風險的重復(fù)發(fā)生，更有效地推動企業(yè)向現(xiàn)代化管理轉(zhuǎn)型。

5 PC標準構(gòu)件庫研究展望

后續(xù)對于標準PC構(gòu)件庫的應(yīng)用及研究，可以通過以下幾個方面開展：1)將PC標準化構(gòu)件庫實踐應(yīng)用后進行固化，固化后的PC標準構(gòu)件庫與BIM技術(shù)進行結(jié)合，分類建模，形成PC標準構(gòu)件BIM族庫，助力設(shè)計人員實現(xiàn)PC專項快速設(shè)計項目，減少錯誤率，提供設(shè)計效率，有效推動BIM正向設(shè)計落地；2)建立健全PC標準構(gòu)件庫產(chǎn)品的準入和退出機制，PC標準構(gòu)件庫結(jié)合項目應(yīng)用及行業(yè)發(fā)展等多因素實行動態(tài)優(yōu)選機制，鼓勵各項目優(yōu)先從構(gòu)件庫選取標準化產(chǎn)品，提升建設(shè)進度、提高建筑品質(zhì)；3)鼓勵各參建單位開產(chǎn)學研聯(lián)動，充分利用自身項目開發(fā)平臺，發(fā)揮自身優(yōu)勢，增強創(chuàng)新意識，強化PC構(gòu)件庫可實施性，共享標準化研究成果，助力裝配式行業(yè)繼續(xù)向縱深發(fā)展。

我國裝配式建筑比例和規(guī)?；潭容^低，裝配式建筑行業(yè)有著巨大的發(fā)展?jié)摿?，在國家大力推行低碳、綠色發(fā)展的新階段，裝配式建筑代表新一輪建筑業(yè)的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革方向，相信隨著國家出臺一系列的支持政策，不斷提高新建建筑節(jié)能標準，著力擴大超低能耗、近零能耗、低碳建筑規(guī)模，裝配式建筑將迎來更廣闊的發(fā)展。