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从建造到制造——装配化内装与装配式建筑协调发展的思考

从建造到制造——装配化内装与装配式建筑协调发展的思考

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△ 中国建筑设计研究院有限公司装配式建筑工程研究院副院长王凌云


在2023华南(海口)建博会的“第二届中国(海南)全装修产业与装配式内装修智造高峰论坛”上,王凌云跟大家分享了关于装配式建筑发展的现状、高质量发展和工业化建造的融合关系。


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△ 中国建筑设计研究院有限公司装配式建筑工程研究院部分装配式建筑设计作品


装配式建筑发展的现状


装配式建筑工程研究院(简称“装配式建筑院”)是中国建筑设计研究院有限公司(简称“中国院”)的直属的综合性设计研究部门,多年来从事居住建筑、装配式建筑、绿色建筑的设计研发咨询工作,自2016年至今,承担并完成装配式建筑项目百余项,建筑规模近1000万m2,承担及参与的装配式技术产品研发课题十余项,取得专利二十余项。我们承担的居住类设计项目中,类型包含商品住宅、保障性住房、安置房、租赁住房、宿舍等,结构形式多为预制装配式剪力墙结构、装配式钢框架结构;内部全装修,广泛采用装配式装修,因此在装配式建筑技术及产品设计应用方面积累了丰富的经验。


通过项目的大量实践,我们梳理了一些关键性设计方法,比如如何遵循产品的设计思维、标准化的设计原则、系统化的集成设计思路等;在构件及部品的深化设计、装配式建筑技术应用策略、成本控制等方面也有深入的研究心得。


自2016年国务院办公厅印发《关于大力发展装配式建筑的指导意见》至今约7年时间,装配式建筑在政策和市场驱动下,技术体系日渐完善、市场发展越来越好,但装配式建筑在建设中仍然存在高消耗、低效率、高排放、低品质的问题。我国房屋建筑年消耗的水泥玻璃钢材约占全球总消耗量的40%,建筑劳动生产率约为发达国家的2/3,建筑业的机械化、信息化、智能化程度不高。建筑垃圾年排放达20亿吨,占城市固体废弃物总量的40%。且建筑施工还不够精细,房屋漏水、噪音等问题仍很突出。因此必须加快推进新型建筑工业化,切实解决存在问题。


装配式建筑发展有3个难点问题 : 一是成本较高,二是建造效率提升有限;三是一些新技术、新产业的成熟度不足,不利于装配式建筑的良性发展。


成本过高是制约装配式建筑发展的重要原因之一。成本增加包括:第1,用于制作预制构件的原材料在性能与质量与性能上都有更高研究,造成了成本增加;第2,预制构件在运输、成品保护、现场吊装设备设施上都提高了成本。因此要想降低成本,必须提升预制构件及部品的标准化、通用化程度,当量产形成规模,可以极大降低产品价格。同时提升现场建造效率,有效降低综合成本。


针对目前装配式建筑发展存在的问题,从设计入手,需要解决的两个主要问题:一是标准化生产和个性化需求的矛盾,二是技术体系与产品的协调性及通用性问题。


国外的建筑工业化发展比我国要早几十年。欧洲许多国家在二战后面临城市重建、经济复苏,城市人口快速增长,住房需求快速增大,促进了住宅及建筑工业化的发展。上世纪70年代,欧洲的预制混凝土构件已被广泛使用,技术标准与管理制度都较为完善,预制混凝土技术的优势很好地彰显出来:预制构件在工厂生产,有较高的质量保障;预制构件现场安装,施工效率大大提升。丹麦哥本哈根的停车楼,采用预制混凝土结构,梁、柱、楼板均为预制混凝土构件,构件制作精良,施工精度非常高。预制梁上预留了管线的穿过的洞口,虽然是个停车楼,但室内管线布置清晰、整齐,很好地体现了简约的工业化风格。日本在集合住宅有非常完整的工业化部品部件供应体系。日本的房屋建造商对所建设房屋质量实行10年责任制的监管模式,减少了房屋出现一般质量问题的可能性,降低维护、维修成本。日本住宅户内均采用装配式装修,管线与结构分离、集成厨房、整体卫浴。现场干法施工,方便维护与维修。


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△ 装配式建筑工程研究院作品:朝阳十一学校组图


建筑高质量发展与工业化的关系


党的二十大报告中明确提出:“贯彻新发展理念,着力推进高质量发展,推动构建新发展格局,实施供给侧结构性改革。”倪虹部长在住房和城乡建设重点工作推进会中提出开创住房和城乡建设事业高质量发展新局面:“坚持房子是用来住的、不是用来炒的定位,加快建立多主体供给、多渠道保障、租购并举的住房制度。”“安居乐业是人民幸福最重要的表现形式,安居是人民群众幸福的基点,要牢牢抓住安居这个基点,让老百姓住上更好的房子,再从好房子到好小区、好社区、好城区,进而把城市规划好、建设好、治理好,为人民群众创造高品质的生活空间。”倪虹部长在接受新华社记者采访时提出:“当前,房地产市场已经从解决‘有没有’转向解决‘好不好’的发展阶段,提升住房品质,让老百姓住上更好的房子,是房地产市场高质量发展的必然要求。”“努力提升品质、建设好房子。提高住房建设标准,打造‘好房子’样板,为老房子‘治病’,研究建立房屋体检、养老、保险三项制度,为房屋提供全生命周期安全保障。”


围绕中国住房存在的问题,2020年集团组织相关单位会同中国房地产协会做了问卷调查,涵盖34个省市自治区,共3万多份问卷。调查显示,我国住房主要存在的问题分为5类:集中在结构、消防、健康等安全问题;房屋渗漏、裂缝等质量问题;材料老化、设备运行不畅等耐久问题;楼板隔声差、保温效果差等性能问题;社区服务配套服务等便利问题。从上述调研我们可以梳理出提升住宅品质的关键问题。推进中国住房高质量发展,首先要解决好老百姓关注的痛点、难点问题,同时结合科技发展、社会发展及老百姓对于美好生活的需求,建立好房子的动态评价标准体系。


围绕提升住房安全性、耐久性,应从工业化建造入手,通过工厂精益制造、现场智能化建造,提升建筑的整体质量,提升住宅适用性推进住宅可持续长久使用。

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△ 首钢铸造村一区项目1#住宅楼,采用建筑、设备、装修一体化集成设计,工厂集成制造


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△ 首钢铸造村一区项目1#住宅楼,采用箱板钢结构体系


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△ 首钢铸造村一区项目箱板钢结构住宅,采用装配式内装技术体系


制造与建造融合


建筑高质量发展与推进建筑工业化有密不可分的关系。制造业中像汽车、轮船、飞机等不仅制造水平高,制造效率也不断提升:一辆汽车生产大约1天的时间,一艘轮船制造大概1年的时间,一架飞机组装大约2到3个月。而住房的建设周期较长,需要2至3年或更长的时间。


建造与制造不同之处在于汽车、轮船采用模块化方式在工厂制造,效率高、质量好;房屋建造是将建筑材料搬到项目现场施工,效率低、质量差、出现问题难以修正。建造与制造在流程上有一定相似之处,都是根据市场需求,提出设计、进行试制(样板搭建)、大批量生产(大规模施工)、产品交付。设计上,制造不仅关注产品的功能与性能,更多是解决部件的制作、生产、安装等问题。


因此“像造汽车一样造房子”,要强调设计、生产、管理一体化,多线路并行设计。因此装配式建筑要想制造业学习,应改变现在的设计、生产、施工分离的行业格局,实行设计、生产、施工一体化,推行的工程总承包或全过程工程咨询和建筑师负责制。多专业多链条协调工作。同时,要采用产品设计理念,遵循系列化、标准化和集成化的原则,通过部品部件集成化设计和工业化生产,满足个性化需求,发挥提高质量与降低成本的优势。通过结构、设备、装修、管线等一体化集成设计可实现工厂的集成制造,提升现场的安装效率。采用高度标准化的制造理念,以不同小部品集成化组合的方式增加大部品的多样性。统筹好工厂和现场,哪些部分适合于产品化生产,哪些部分适合于现场制造在一个项目中、组织中和设计中是非常关键的,对项目成本控制、效率提升有非常大的帮助。


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△ 装配式建筑工程研究院的装配式内装项目实例组图


中国院在建筑从建造向制造方向发展中做了很多有意义的创新实践。2016年,我们深入造船业考察学习,从船舶集成化设计、模块化制造中摄取精髓。船舶制造包含钢板划片加工、分段制造、总段吊装、船坞总装,不仅实现了高度集成的模块化建造,同时具有很高的效率。中国院借鉴船舶上层建筑的结构特征、造船工艺和技术,联合多家单位,共同研发了像造船一样造房子的新技术——箱板钢结构装配式建筑。箱板钢结构是采用钢板与加劲肋通过工厂焊接组装形成的围壁墙板和加劲楼板共同承载建筑受力。与造船不同,箱板钢结构构件与建筑的防火、保温、防水材料在工厂内进行一体化集成制造,大大提高了生产效率和材料的利用率。箱板钢结构的一体化集成的组件在施工现场进行组合装配,施工速度达到2天/层,提高了安装的效率,比装配式混凝土结构的施工速度提高60%以上。箱板钢结构建筑体系最大的优点是:结构整体性好、抗震性能优越、与一般钢框架结构相比,箱板钢结构建筑没有露梁、露柱的问题,老百姓居住体验好;防火安全性高、钢结构更安全耐久;标准化、集成化程度高,可以实现全装配、智能建造。箱板钢结构体系适用于宿舍、公寓、酒店、办公和住宅,已经在北京石景山首钢铸造村项目、青岛金茂源项目中落地实施,并获2021年中国钢结构协会创新技术一等奖,对推进我国装配式建筑智能建造、推进产业升级、推进建筑低碳的发展将起到很好的支撑作用。


此外,我们还研发了一种拆装式桁架钢结构装配式建筑。采用预制混凝土基础,由钢桁架、钢梁、钢制连接件组成建筑结构框架,结构构件全部用螺栓连接,现场没有焊接,可以实现快速安装和拆卸;建筑主体可在24小时之内搭建完成;建筑内墙和外墙采用工厂预制的轻质隔墙系统,隔墙内集成给水、电气、通风等设备管道,实现工厂集成制造,现场高效安装,减少材料损耗。拆装式钢桁架建筑,可以实现反复拆装、多次使用。建筑在防火、隔声、保温等方面性能明显高于帐篷和板房。拆装式钢桁架建筑均采用平面构件,有利于贮存和运输。


我国是个自然灾害多发的国家。现在用于救灾安置的应急房屋,大多采用帐篷和活动板房,性能差、不耐用、无法循环使用,废弃后形成建筑垃圾,浪费资源、污染环境。党中央多次提出要加强国家区域应急救援中心能力建设,完善基层应急管理体系。拆装式桁架钢结构装配式建筑是一种在安全性、舒适性、耐久性方面有较大提升的应急设施,符合国家关于提升应急救援装备的方向要求。


今天与各位来宾介绍了中国院技术研发的一些成果。中国建筑设计研究院有限公司是国资委下属的科技型中央企业,秉承优良传统,将“建筑美好世界”为己任,以专业诚信、协作创新、成就客户作为核心价值观,致力推进国内勘察设计产业的创新发展。我们希望能够和更多跟优秀企业合作,通过协同发展,装配化内装与装配式建筑的有机结合,推进技术的合理应用与良性发展,进而助力我国建筑业的转型升级,向着更高水平迈进。


(责任编辑:何雯丽)



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[责任编辑:Susan]

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