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模数协调与工业化住宅建筑

2016年10月17日

打印专业人士:李晓明   来源:装配式建筑网

一、住宅产业化的目标、标准和核心

早在上个世纪50年代,住宅产业化就在许多国家开始发展起来,如日本。至今为止近60年的时间中,住宅产业化所体现的效果和意义,随着社会经济和技术的发展,也不断地发生着变化。目前,国际上对住宅产业化的实施目标基本达成共识并确定为:①提高产品质量;②提高生产效率;③降低成本。同时,对住宅产业化的标准也基本达成共识,即国际标准ISO所提出的六条标准:①生产的连续化;②生产物的标准化;③生产过程的集成化;④工程管理的规范化;⑤生产的机械化;⑥生产科研的一体化。这些基本共识也在我国得到认可。


在发达国家,如日本,住宅产业首先将住宅的工业化生产放在首位,同时也包括产业链上的建材和部品的制造、物流、商流、管理等行业。住宅工业化是指将住宅分解为构件和部品,且用工业的手段进行生产,然后在现场进行组装的住宅建筑方式。工业化是实现产业化的手段和前提。住宅产业化的核心问题是:住宅建筑的工业化和部品的模数协调。


二、建筑模数协调在住宅产业化中具有重要作用

1.住宅建筑的工业化需要模数协调工作

模数协调是指一组有规律的数列相互之间配合协调的学问。生产和施工活动应用模数协调的原理和方法,制定符合相互协调配合的技术要求和技术规程,规范住宅建设生产各环节(包括各个生产企业、施工企业)的行为,形成一个有律的生产秩序,互相配合、互相协调,才能使整个住宅建设过程形成一个良好的协调关系。


标准化是住宅工业化的基础,而模数协调则是住宅产业标准化、系列化中的一项极其重要的基础性工作。模数协调的目的是要协调所有建筑构件相互间尺寸及其与待建建筑物的尺寸。没有系统的尺寸协调,就不可能实现标准化。住宅产业要在模数协调的原则下,逐步实现部品的系列化和通用化,提高部品的互换性、功能质量和规模经济效益,开发和完善住宅部品的配套应用技术。


2.模数协调对住宅建筑工业化的重要作用

通过模数协调实现:


(1)便于住宅建筑的设计、部品制造、施工承包、维护管理、经销等各个环节人员按照同一个规则去行动,实现各个环节人员之间的合作与配合,生产活动互相协调。


(2)便于对建筑物按照各个部位进行分割,产生不同部位的部品,使部品的模数化能够在实际当中达到最大化。其结果是所设计的房屋尺寸能包容各种相关部品,且相关部品系列不限制房屋设计的自由度。给予设计人员最大的灵活性。


(3)使部品就位的放线、定位和安装规则化、合理化,并使住宅生产各个方面实现利益最大化,彼此尽量不受约束,从而达到简化施工现场作业,实现成本、效率和效益的综合目标 。


(4)优化相关部品系列的标准尺寸数量,原则上就是要利用数量尽量少的标准件,实现最大程度的多样化为,形成一个有律的生产秩序,互相配合、互相协调,才能使整个住宅建设过程形成一个良好的协调关系。标准化是住宅工业化的基础,而模数协调则是住宅产业标准化、系列化中的一项极其重要的基础性工作。模数协调的目的是要协调所有建筑构件相互间尺寸及其与待建建筑物的尺寸。没有系统的尺寸协调,就不可能实现标准化。住宅产业要在模数协调的原则下,逐步实现部品的系列化和通用化,提高部品的互换性、功能质量和规模经济效益,开发和完善住宅部品的配套应用技术。


(5)促进各种相关部品间的互换性。互换性是指部品在不同的地方可以进行互换,不同的材料之间可以进行互换,跟它的材料、外形、生产厂家的生产方式均没有关系,实现资源的节约。例如:结构的使用年限可以是100年,但是部品的使用年限可能只有20~30年。因此设施及管线等部品的互换性是一个重要的原则。


(6)保证各种装置的尺寸协调,如各种设施管线与设备、电气的连接、固定家具的就位等。


三、我国模数协调工作的历史发展与现状

1.我国模数协调工作的发展历史

我国从上世纪50年代即开始模数协调工作的研究,主要是对模数系列和扩大模数的研究。第一批建筑模数协调标准是从1956年开始实施的,它基本上是参照苏联有关规范编制的,包括有《建筑统一模数制》(标准104-55)和《厂房结构统一化基本规则》(标准 105-56 )。它们在全国房屋建造过程中推广实施,在建国初期的基本建设中发挥了重要作用。


在70年代左右,经过了近20年的工程建设实践,工程技术人员对国内外的模数协调理论,与我国的传统技术和国情做了全面的分析和研究。为了使标准更切合我国工程建设的实际,对标准作了删繁就简的修编工作,形成中国自己的模数协调标准。修编后的标准有《建筑统一模数制》(GBJ2-7 3 )和《厂房建筑统一化基本规则》(TJ6-74)两套。我国工业与民用建筑物构配件标准图大多数是在这两套标准原则的指导下完成的。前者为原则规定,后者为工业建筑编制。特别是有关厂房建筑的模数协调理论。50年代以来,中国建筑标准设计研究院遵循《厂房建筑模数协调标准》,完成了一整套单层工业厂房的标准图,此套标准图在我国建国初期的大规模工业建设中发挥了重要作用,至今仍然在指导我国的工业建设。


80年代以后,我国形成了历史上空前的建设高潮。面对规模大、速度快的建设任务,我国住宅结构体系不断在发生变化和发展。由于新结构体系的出现、科学技术的进步和建筑新材料的涌现,促成了80年代以后对模数协调标准的修订和编制,到目前,已初步形成了我国的建筑模数协调标准体系。


3.我国主要建筑模数协调标准

现行主要建筑模数协调标准见下表。


现行主要建筑模数协调标准(与住宅相关)

标准代号
标准名称实施时间
GBJ2-86
建筑模数协调统一标准
1987.7.1

GB/T50000-2001

住宅建筑模数协调标准
2001.11.1

GBJ101-87

建筑楼梯模数协调标准

1987.10.1
GB/T 5824-2008

建筑门窗洞口尺寸系列

2009.3.1
GB/T 11228-2008
住宅厨房及相关设备基本参数
2009.6.1

GB/T 11977-2008

住宅卫生间功能和尺寸系列
2009.6.1


上述建筑模数协调标准体系大约分属于四个层次:《建筑模数协调统一标准》属最高层次,它规定了数列、定义、原则和方法;《住宅建筑模数协调标准》与《厂房建筑模数协调标准》为专业的分类标准,分为住宅、厂房等,属第二个层次;《建筑楼梯模数协调标准》、《建筑门窗洞口尺寸系列》、《住宅厨房及相关设备基本参数》、《住宅卫生间功能和尺寸系列》是专门部品的标准,属于第三个层次;第四层次是建筑构配件和各种产品或零部件的标准,是住宅专门部位的各种产品或零部件统一规格尺寸的规定,可用产品分类目录的统一规格尺寸加以指定。


总体来说,我国一起步就使模数数列与模数协调工作与国际做法取得大体一致,在实际应用中取得了重大的成果,已经具备全面专业应用的条件。


2.建筑模数协调工作受到冷落

目前,许多省市和各地的房地产开发商,都在开发研究或引进新的、适合于我国国情的工业化住宅建筑体系,预制技术正在以一个新的起点,开始新的发展,新一代的工业化住宅建筑正在崛起。但是,与此同时,住宅产业化中的另一个核心问题:部品的模数协调却被许多技术人员忘却或忽视了。


90年代以后,房地产市场的繁荣掩盖了我国建筑工业化和模数化发展基本处于停滞的事实。最近,我们对北京市几个较大的设计院的建筑师进行了问卷调查,主要了解建筑师对我国现行模数协调标准的知晓和应用情况。结果显示,在我们收回的121张调查问卷中,对我国现行有关模数协调标准了解和经常使用的建筑师的比例不到10%。建筑师对建筑模数协调的标准知晓程度和工程实践活动可用“知之甚少,用之甚少”来概括。


目前我国在模数协调的理论研究和实际应用工作与国际先进水平相比还存在一定差距,相关标准有待于进一步完善,工程应用水平有待于进一步提高。


四、模数协调的缺失对建筑工业化的影响

缺乏模数协调的住宅产业是不可能真正实现工业化的。模数协调的缺失使得部品与建筑设计脱节,部品的系列化、标准化程度低,部品之间也缺乏互换性,与建筑设计难以协调。给住宅建设的质量和成本带来不良的影响:


1. 厨房、卫生间、楼梯间和电梯间的平面种类繁多

在住宅建筑中,厨房、卫生间、楼梯间和电梯间是比较易于实现标准化的空间。我们曾经对北京市的10个典型工程进行过调查,其中:按建筑类型分类包括普通商品房、限价房和经济适用房;按结构类型分类包括钢筋混凝土结构、钢结构和混凝土小型空心砌块结构。调查结果显示, 所调查的10个典型工程中,楼梯的净宽包括有4种不同的尺寸;电梯间的净空间尺寸有8种不同的尺寸;厨房和卫生间的平面和竖向尺寸,是一个工程一组尺寸,而且几乎都不符合现行标准《住宅卫生间功能及尺寸系列》(GB/T11977-2008)和《住宅厨房及相关设备基本参数》(GB/T11228-2008)的要求。


平面种类的繁多,势必造成一定程度的资源浪费。以厨房为例,厨房生产企业必须有庞大的工装模具准备,由于厨房平面种类繁多,无法实现大批量的工业化生产,这将大大增加企业的制造成本。如果这些工程的厨房平面在一定程度上实现标准化,每种规格的厨柜都可以实现规模化生产,这将大大降低生产企业的制造成本,土建施工成本和安装成本也会大大降低,从而达到节约材料、提高产品质量的目标。


2. 设备尺寸规格紊乱

因为缺乏模数协调原则指导下统一功能空间和部品规格尺寸的要求,在开发和引进住宅部品的过程中无章可循,随意性极大,品种多、规格杂乱。据有关单位调查统计,以7个企业生产的规格为1500的浴缸为例,不同材质、不同形式、不同企业的产品实际尺寸相差较大,长度有 1460、1480、1500、1515、1520、1524、1440等7种;宽度有690、700、720、740、750、760、762、780 等8种;高度有345、350、360、365、372、375、380、400、405、412、415、420、540 等 1 3 种,尺寸规格很不一致。再以成套厨柜为例,用不锈钢洗涤槽配套时,台面宽度为420、450、460、470、500、550、560不等,造成成套厨柜的宽度不统一。


企业在开发新产品时,往往没有注意到住宅厨房的施工安装特性和使用范围特有的属性。一些特定的厨房产品需要在工厂制作后运到住宅的施工现场,需要与设备管线配管连接后再做装修,才能实现其功能。标准和模数协调的缺失,影响了安装质量和安装速度,更是造成了材料等资源的浪费。


3. 厨房卫生间平面与厨房卫生

间设备之间的尺度不协调由于没有完善的模数协调体系,造成厨房卫生间平面种类繁多,设备尺寸规格紊乱,厨房设备与建筑空间协调困难。空间尺寸的非模数化,极大地影响了部品的配套选用,这也是厨房卫生间产品制造、安装成本居高不下的主要原因。另一方面,由于部品生产企业没有采用符合住房功能和生产效率的统一模数协调尺寸,部品定型长期不能完成,无法大批量生产,产品,严重影响了部品系列化的发展。


4. 模数不协调对建筑施工的影响

由于厨房卫生间的平面和成套厨柜的尺寸不能标准化,使得工厂化生产的成套厨柜仍然离不开砍、锯、填、嵌等原始的施工方式,施工始终处于粗放型和小作坊型,导致大量的边角废料,成品的质量档次始终处于低水平,工业化生产受到严重制约。


5. 厨卫管线的接口技术混乱

因为住宅部品规格尺寸的任意性,我国厨卫管线的接口也存在着许多缺点和不足。卫生间管线接口产品开发与住宅建筑设计脱节,部品与建筑,部品与部品之间缺少标准模式的配合,未建立模数协调系统,系列化、标准化程度低;接口技术缺乏研究,管线混乱、管线接口不标准;接口配件不配套、不齐全,成品质量差,不美观。


由于存在以上的问题,使住宅部品在尺寸、色彩、档次上的配套难以协调。如:陶瓷洁具、水箱与冲洗配件分属不同的行业和部门,难以进行跨部门协调。又如整体台面厨具与使用与嵌入式的灶具和洗涤池的开发不同步。此外,只注重主体部品,忽视管线接口配件、附件的研制与生产,生产企业在销售主体部品时,多为不配置配件,而由施工单位另行购置,难以保证其装配、安装质量。


五、大力推动住宅建筑中的模数协调工作

1. 推进住宅建筑模数协调理论研究工作

目前,我国模数协调的理论研究工作与国际先进水平还存在一定的差距。因此,需要推进住宅建筑模数协调的理论研究工作,主要包括以下几个内容:①加强对模数网格的研究,改变我国目前只重视模数系列的现象;②加强对公差和尺寸配合的研究;③加强对接口技术的研究;④进一步补充和细化模数协调相关标准的编制工作。


2. 加强现行模数协调标准的宣传普及和规模化应用

新编住宅建筑模数协调标准参照国际标准 TC-59 的有关条文,并重点研究了日本、法国等国家的编制思想和方法,力求使我国住宅模数协调标准与国际标准靠拢。但是迄今为止,模数协调的原则、方法,对大多数人员,尤其是工程设计人员仍然是陌生的。建议大力开展现行模数协调标准的宣传工作,使模数协调的概念逐步为各行各业认识,为众多的研究、设计、施工销售人员所掌握,发挥模数协调对住宅产业链的效用。


3. 选择业内领军企业合作开展试点工作

在建筑工业化的历程中,企业始终是主体。因此宜首先推动业内有远见的领军房地产企业,从制定企业标准开始,先易后难、循序渐进,在企业推广标准化和模数化的过程当中,逐步实现简化施工现场、降低生产成本、提高企业效益的目标,并为企业自身带来社会效益和经济效益。通过选择适宜的工程重点开展试点推广工作,总结经验后,再向全行业推广。目前,试点工程宜选择政府产权的保障性住房。


4. 明确SI体系的发展目标是提高住宅产品质量、延长住宅使用寿命

SI体系的设计理念是为居民提供可长期、安心居住的舒适的家。因为它采用了结构与设备分离的理念,在减少住房建设通病、提高维修便利性的同时,延长了住宅的使用寿命。因此体现了住宅建筑的:①可变性,即内装、设备等易损部品便于更换;②可更新性,即按照生活方式可自由变换房间格局及内装;③耐久性,可提高建筑物的使用寿命。从更广泛的意义上来说,是建设节约型社会的根本,是建筑节能减排的重要措施之一。


5.引进吸收国内外先进经验

参照国际模数协调标准要求,重点学习日本、法国、德国等国在内的模数协调标准推广应用的实践活动,直接借鉴吸收他们的经验,避免走弯路。


本文的撰写,得到赵冠谦建筑大师、开彦教授和叶明处长的指点,在此表示感谢。


参考文献:

1 .《住宅建筑产业化与建筑模数协调应用技术研究》甘肃省建设科技专家委员会 等

1 .《住宅厨房设备模数、住宅厨房卫生间排气道等相关技术标准研究》建设部政研中心厨房卫生间研究所

1 .《住宅厨房卫生间管线综合设计与接口标准研究》建设部政研中心厨房卫生间研究所

1 .《日本住宅建设与产业化》章林伟等


作者:中国建筑设计研究院


作者:李晓明、赵丰东、李禄荣、仲继寿、马韵玉、陈 聪、洪嘉伟、李建树、刘 刚、朱 茜


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