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新型住宅工业化背景下:建筑内装填充体研发与设计建造

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我国住宅工业化发展及其新型工业化体系的课题


从20世纪的世界建筑产业现代化发展历程来看,住宅工业化发展都是以先进的建筑工业化技术转型和革新为基础,通过采用新型工业化生产建造方式,实现了建设发展从数量阶段到质量阶段的剧变。目前我国建筑需求量巨大且住宅建设发展迅速,建筑产业现代化与工业化生产建造方式的转型升级成为新时期人们关注的焦点课题,传统建筑业正值促进建筑生产建设方式转型与发展的有利时机。近年来由于国家住宅产业化政策的引导和住宅市场的需求,我国住宅的生产工业化研究与实践已经到了迫在眉睫的地步,虽然住宅产业现代化与住宅的生产工业化得到国内同行的普遍关注,但是对住宅生产工业化课题的认识并非十分清晰,也缺乏对住宅生产工业化方面的系统性体系化研究和实践。


住宅工业化生产是世界发达国家住宅产业现代化发展的标志之一,西方发达国家采用住宅建筑通用体系与住宅部品的集成化生产达到住宅生产工业化。采用新型工业化建筑通用体系建造的工业化住宅,既能满足居民多样化的住房需求,更能从根本上提高住宅的综合性能。加快研发攻关我国住宅新型工业化的住宅建筑通用体系及其集成技术,既可扭转粗放生产模式,也会极大地解决居住品质问题,将使我国住宅建设发生根本性转变。


推动我国建筑产业现代化发展,走中国特色的新型工业化道路,是关系到住房和城乡建设全局紧迫而重大的战略任务。当前,我国建筑业与国外同行业相比,手工作业多、工业化程度低、劳动生产率低、工人工作条件差、建筑工程质量和安全问题时有发生,建造过程的能源和资源消耗大、环境污染严重、建筑寿命短,建筑业传统生产方式仍占据主导地位,传统建筑业模式积累的问题和矛盾日益突出。推动建筑产业现代化发展,要促进我国建设发展方式的转变,改变我国建筑业现状,必须要摆脱传统模式路径的依赖和束缚,寻求建筑产业现代化为目标的新型建筑工业化发展路径。


当前,由于我国建筑产业现代化发展基础性研究工作开展不够,相关建筑产业化的建筑体系与部品技术的研究与技术开发明显滞后,阻碍了建筑产业现代化的进程。住宅工业化仍在较低的水平上徘徊,存在技术标准不全面、部品之间缺乏接口协调、没有与住宅工业化相配套的国家推行标准与住宅体系等问题,阻碍了住宅生产工业化进程,造成住宅普遍存在质量问题。


建筑产业现代化的建筑通用体系与部品技术是工业化生产建造的基础和前提。任何建筑都可以使用的子体系称作子体系的通用化,将通用化子体系集成构成的总体系称为通用体系[1]。大力创建我国新型建筑工业化的建筑通用体系与部品技术应当成为当前我国建设发展方式转变的科技攻关目标,将突破传统生产建设模式,促进建筑产业的技术升级换代,对推动建筑产业现代化具有重大的意义。


新型内装工业化的住宅建筑填充体技术解决方案


1、住宅工业化生产特征


所谓工业化,联合国欧洲经济委员会的定义包括6个方面的内容:1)生产的连续性—即需要稳定的流程,在建筑工程中意味着现场作业的全面组织化;2)生产物的标准化—要把特定的作业从现场转移到工厂生产,在工厂里完成建筑物的大部分生产活动;3)全部生产工艺的各个阶段的统一或集约密集化;4)工程的高度组织化;5) 要用机械劳动代替手工劳动;6)与生产活动一体化的研究和实验[2]。


住宅生产工业化就是用“工业性”的方法建造住宅,这种“工业性”与“制造业”基本相同,就是把已经在一般工业领域里建立起来的生产及管理的方式、方法等“引进并应用”在住宅领域里。这种“引进并应用”主要是引进方法,将住宅需求情况归纳出来,并使之达到标准化。住宅生产工业化并非只是简单的施工方法和技术问题,应该既要使住宅的建造方法适应生产方法的发展,也要合理化生产。其生产的工业化主要体现在合理化、组织化、标准化等方面。这种生产工业化的住宅是一种用经济的方法生产出的、质量优良且品质相同的住宅。


2、住宅支撑体与填充体建造


SI住宅体系是指住宅的支撑体S(Skeleton) 和填充体I(Infill) 完全分离的住宅建设体系,是为了实现住宅长寿化各种尝试中的基本理念[3]。SI住宅体系在提高了住宅支撑体(Skeleton) 的物理耐久性使住宅的生命周期得以延伸的同时,既降低了维护管理费,也控制了资源的消费,成为今后住宅建设和设计的一个方向。SI住宅在结构和主要部品耐久性的提高、设备部品维护更新性的提高和户内平面变更与改装适应性的考虑三方面具有显著特征。


3、新型工业化建筑通用体系


SI住宅体系及其技术已经成为世界住宅产业现代化和新型住宅工业化通用体系与生产技术研发方向,我国应当大力推行采用支撑体和填充体的新型工业化发展模式,并构建建筑支撑体和填充体的新型住宅工业化通用体系。


▲ 新型工业化建筑通用体系


建筑产业现代化的新型工业化建筑体系,是以建筑产业现代化为目标,通过建筑工业化生产建造方式,将建筑或住宅按照工业化建造体系划分为系统性的通用化部品体系。这种建筑产业现代化的新型建筑体系,可实现工业化部品的工厂化生产,之后在现场进行装配的工业化建造方式。住宅从传统的生产方式到工业化生产是住宅建设现代化的根本转变,需要通过大量性的住宅工业化生产来提高住宅整体质量和生产能效,使研发新型住宅工业化通用体系与集成技术成为住宅建设与发展的关键所在。国际上住宅发展与建设经验表明,研发与建立新型住宅工业化领域的通用住宅体系,是推进住宅产业现代化的重要内容。通过构建我国建筑产业现代化的新型工业化建筑体系,可为建筑产业现代化提供坚实的技术支撑。


4、填充体技术解决方案


住宅工业化的核心是住宅体系的系统技术集成,住宅建筑填充体技术解决方案的研发,以SI 住宅体系的新型工业化的住宅建筑通用体系为基础,强调住宅全寿命期和全产业链的整体设计方法和两阶段工业化生产体系与技术集成。


住宅建筑填充体技术解决方案的研发,构建新型工业化的住宅建筑通用体系,同时通过其建筑支撑体和填充体两部分构成来协调相应的尺寸或模块的模数体系。以建筑填充体整合住宅内装部品体系,住宅部品的集成进一步使住宅生产达到工业化。住宅建筑填充体技术解决方案的研发,考虑了工业化的生产措施,通过结构主体系统和住宅部品体系的应用,可在使用工业化成套部品基础上建造多样化住宅,是一种住宅工业化内装建造与设计的建筑通用体系。采用新型内装工业化的住宅建筑填充体技术解决方案,有5个方面优势:1)保障质量,部品在工厂制作,且工地现场采用干式作业,可以最大限度保证产品质量和性能;2)减少成本,提高劳动生产率,节省大量人工和管理费用,大大缩短开发周期,综合效益明显,从而降低住宅生产成本;3)节能环保,减少原材料的浪费,施工现场大部分为干法施工,噪声粉尘和建筑垃圾等污染大为减少;4)便于维护,降低了后期的运营维护难度,为部品更新变化创造了可能,实现住宅的可持续发展;5)集成部品,可实现工业化生产,采用通用部品,并有效解决施工生产的尺寸误差和模数接口问题。


▲ 新型住宅工业化解决方案


▲ 示范工程的新型住宅工业化解决方案


示范工程住宅建筑填充体样板间的建造实施


1、示范工程概况


2012年5月18日,中国房地产业协会和日本国日中建筑住宅产业协议会签署了《中日住宅示范项目建设合作意向书》,就促进中日两国在住宅建设领域进一步深化交流、合作开发示范项目等达成一致意见,并委托中国建筑设计研究院(集团)的中国建筑标准设计研究院负责示范项目的组织实施和设计研发工作。“中国百年住宅”示范工程的基本目标是,针对我国住宅粗放型建设模式和房地产业的技术转型升级的课题,通过中国百年住宅示范工程攻关新型住宅工业化关键技术,实现以新型工业化技术建造的可持续住宅。


中国百年住宅是以建筑全生命周期的理念为基础,围绕保证住宅性能和品质的规划设计、施工建造、维护使用、再生改建等技术为核心的新型工业化体系与应用集成技术,力求全面实现建设产业化、建筑的长寿化、品质的优良化和绿色低碳化,提高住宅综合价值,建设可持续居住的人居环境。


上海绿地南翔•中国百年住宅示范工程11# 楼为20层,90平方米以下中小套型。项目在建立符合产业化要求的住宅建筑体系和部品体系基础上,把住宅研发设计、部品生产、施工建造和组织管理等环节联结为一个完整的产业链,通过设计标准化、部品工厂化、建造装配化实现了通用化的新型工业化住宅体系,构建并实施了工业化内装部品体系和集成技术。


绿地南翔•中国百年住宅示范工程以长寿化可持续建设为目标,从社会资源和环境的可持续发展出发,既考虑到降低地球环境负荷和资源消耗,也要满足不同居住者居住需求和生活方式、便于后期管理和更新改造。采用支撑体S 与填充体I 分离体系,具有高耐久性的支撑体和灵活性与适应性的填充体整体提高了住宅的居住性能和质量。


▲ 中国百年住宅示范工程建设目标


绿地南翔•中国百年住宅示范工程建筑填充体样板间,在项目规划设计、施工建造、技术集成、部品整合等各个环节中进行了严格监督管理和动态跟踪评估,确保项目实施,取得了很多技术创新和突破。项目的实施是一个系统工程,提出了技术标准条件等方面的保障措施,从建立协调机制、明确实施责任、加强建设管理等方面对规划实施进行了具体部署。


▲ 样板间D-1平面


▲ 样板间D-2平面


2、主体标准化设计


2.1 支撑体大空间化


提供大空间结构体系,尽可能取消室内承重墙体,为套型多样性选择和全生命周期变化创造条件。减少现浇量,减少施工难度等。通过前期设计阶段对结构体系整体设计考虑,有效提高后期施工效率,合理控制建设成本,保证施工质量与内装模数接口。


2.2 住栋形体规整化


合理控制楼栋体形系数,减少开口凹槽,减少墙体凹凸,满足楼栋对于节能、节地、节材要求。规整化的住栋提高套内空间使用率,居住舒适度相应提高,且可保证施工的合理性。


▲ 住栋形体规整化


2.3 住栋构成集约化


模块与公共交通核心模块组合成单元,结构简明布局清晰,套型系列可组合成不同住栋来适应不同条件。住栋公共空间集中管井管线等设施,易于管理和维修。卫浴等部分可作为独立模块置入不同套型中,为工业化建造提供条件。


▲ 住栋构成集约化


3、空间适应性设计


3.1 套型系列化与多样化


住栋套型按使用空间面积分大、中、小三个类型的系列套型。套型设计充分考虑不同家庭结构及居住人口的情况,在同一套型内可实现多种套型变换。基于环境行为学,套内空间设计充分考虑人体尺度,在满足安全性和基本使用需求的同时,提高套内空间的舒适度与宜居性。


▲ 套型系列化与多样化


3.2 空间可变性与灵活性


套型设计从住宅全生命周期角度出发,套型宜采用大空间可变性高的结构体系,提高内部空间的灵活性与可变性,方便用户今后的改造。套型内部空间采用可实现空间灵活分割的隔墙体系,满足不同用户对于空间的多样化需求。考虑日常维护修理以及日后设备管线更新、优化的需要。


3.3 空间集约化与开放化


充分利用空间集中化的特点,尽可能减少相互关联性强的使用空间之间的阻隔,采用LDK餐厨交流系统,开放式的餐厨空间,使厨房、餐厅和客厅空间连为一体。厨房采用开放式,与用餐空间紧密联系在一起,客厅部分既从使用上独立出去又与餐厨空间在空间上保持密切的联系。通过以饮食生活习惯的“制作-就餐-交流”行为互动为目的,形成互动空间、优化了视觉感受,也有利于家庭成员在厨房与客厅之间的快乐交流。


▲ 空间集约化与开放化


4、部品模块化设计


4.1 模块化的整体卫生间


采用模块化的整体卫生间便于施工建造。使用干湿分离式整体卫浴系统,按照人的行为习惯和使用流线设计,彼此分离,干湿分区,互不干扰。在套型设计时,充分合理考虑三者之间的相互关系,将盥洗室作为浴室的前室空间,便于淋浴前后更衣和换洗衣服。厕室内即马桶间可单独设置或者与浴室空间合并。整体浴室是建造体系的重要组成部分,分离式卫浴空间实现了干湿分区,大大提高了模数精度和节约了墙面空间面积。


▲ 样板间模块化整体卫生间实景


4.2 模块化的整体厨房


整体厨房是SI体系适应性内装部品中最直接展现工业化工艺水准的部分。所有柜体均采用环保型板材一次切割成型,提高拼缝处的精细化设计,避免产生较大的误差。上吊柜边缝交界处采用树脂材质收边条,抗腐蚀能力强且不易开裂。优选高质量合页、龙头、壁柜内置分隔等五金构件,减少了居住者二次选购。


▲ 样板间模块化整体厨房实景


4.3 模块化的系统收纳


模块化的系统收纳,便于施工建造。收纳空间合理布局,按照居住者的动线轨迹,设置收纳空间。玄关、客厅、餐厅、厨房、卫生间、卧室等都有相对应的收纳空间。最大限度地合理地设置收纳,提高空间的使用效率满足了住户的基本使用需要,力求做到就近收纳、分类储藏,最大化收纳空间。


▲ 样板间D-1系统收纳


▲ 样板间D-2系统收纳


5、部品与集成技术应用


绿地南翔•中国百年住宅示范工程建筑填充体样板间,吸取了国际前沿理念和住宅发展与建设经验,探索研发住宅先导技术,突出体现住宅产业现代化的发展方向,推动对传统住宅产业的更新改造,通过科技创新促进科技成果向生产转化。传播先进的最新前沿的干式内装技术,实现综合性技术解决方案的攻关落地。


▲ 样板间干式内装技术


项目产业化技术建设实施取得大批技术成果,取得4个方面的重大技术进步,第一是创建了我国新型住宅工业化的内装部品构架;第二是形成了设计标准化、部品工厂化、建造装配化、采用通用化的标准化部品体系;第三是系统实施到设计、生产、施工、维护等产业链各个环节;第四是研发应用了建筑长寿化、品质优良化、绿色低碳化的可持续发展的部品与工业化集成技术。


▲ 样板间D-2集成技术应用

  

绿地南翔•中国百年住宅示范工程建筑填充体样板间,实现了标准化为基础的大规模部品在工厂成批量生产与供应,攻关了大量干式工法与技术等应用创新,形成了新型内装工业化通用体系。相对于传统模式可有效缩短工期,实现综合成本降低,具有显著的节能减排效果,保证部件生产质量以及后期维修更换。绿地南翔•中国百年住宅示范工程全面提高了住宅建筑全寿命期的长久品质,为我国新时期可持续住宅建设指明了新的方向。


▲ 中国百年住宅示范工程长寿化技术集成应用


▲ 中国百年住宅示范工程产业化实施




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