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    從全球視角看我國裝配式建筑發展

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    從全球視角看我國裝配式建筑發展

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    2020/06/03 19:05
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    現代意義上的“裝配式建筑”起源于工業革命,并持續發展,從全球視角看建筑業近百年來的發展,以住宅產業化為主要特征的建筑工業化先在以西方為主的工業發達國家崛起,在快速滿足人們住房需求的同時,建筑工業化推動了建筑業生產方式變革,大幅提高了建筑業生產效率,并逐步普及。

    通過全面回顧全球建筑工業化發展進程、發達國家裝配式建筑的發展狀況,以及我國裝配式建筑發展歷史和現狀,多角度、系統地分析了我國目前裝配式建筑發展存在的問題和改進意見。

    01裝配式建筑定義

    1921年,“像造汽車一樣造房子”的概念被法國建筑大師柯布西耶在《走向新建筑》中首次提起,希望建筑業像二十世紀的上半葉“批量復制”汽車那樣,“批量復制”建筑。

    美國建筑產業協會(CII,1986)在一份基礎報告中定義預先制造和預先組裝如下:“預先制造(Prefabrication)是一種制造方法,一般是在專門設備上,把各種材料結合到一起形成一個最終安裝部件”。

    英國建筑產業研究和信息協會(CIRIA,1997)定義預先組裝如下:“預先組裝(Preassembly):在最終就位之前,為一件產品組織和完成大部分的最終裝配工作。它包括許多形式的分部裝配。它可以是在現場,或遠離現場進行,并且常常涉及標準化”。

    時常我們也會聽到各種各樣的術語來描述裝配式建筑的生產單元,例如,“盒子”、“單元”、“模塊”或“集合,或供裝配的零件”。

    02早期裝配式建筑

    廣義上的裝配式建筑包括許多當代和古代的建筑技術,世界上大多數地區所使用的磚和砌塊也許是最簡單 的預制部件。

    從最初的“冬則營窟,夏則居巢”的遠古時代一直到今天,人類所創造的所有建筑物基本都是“裝配式建筑”。

    例如,中國在遠古(河姆渡文化)時代就開創了“梁柱式” 建筑的“榫卯結構”,開始實施“裝配式建筑”,并一直流傳至今。

    浙江余姚河姆渡新石器文化遺址中發掘出來的木構榫卯,是至今為止,世界上考古發現的最早的預先制造制裝配式建筑構件。

    同樣,公元前 8-6 世紀的古希臘建筑物都是用木材或泥磚或者黏土造的。大約在公元前 600 年,木材柱子經歷了稱為石化的材料變革,所有的柱子都采用了石材,并預先制造。
    古希臘建筑的結構屬梁柱體系,早期主要建筑都用石材。限于材料性能,石材梁的跨度一般是4 ~5米,最大不過7~8米。石材柱以鼓狀砌塊壘疊而成,砌塊之間有榫卯或金屬銷子連接,墻體也用石材砌塊壘成。

    03第一次工業革命建筑工業化發展重要契機和助推力

    1850年前后,第一次工業革命基本完成,英國成為世界上第一個工業國家。大英帝國處于鼎盛時期,英女王邀請世界各國參加大英帝國舉辦的第一屆世界博覽會。

    約瑟夫·帕科斯頓(Joseph Paxton)仰仗現代工業技術提供的經濟性、精確性和快速性,第一次完全采用單元部件的連續生產方式,通過裝配式結構的手法來建造大型空間,設計和建造了倫敦世界博覽會會場水晶宮。

    不到6個月就建成了寬408英尺(約124.4米),長1851英尺(約564米),共5垮,高三層,約7.4萬平方米的建筑面積。水晶宮經歷了從設計構思、制作、運輸到最后建造和拆除的全過程,是一個完整的預制建造系統工程。曾經是19世紀前半期的鑄鐵技術總檢閱之一。

    盡管是馬拉肩扛,卻首創了工廠預制構件,現場裝配的技術模式,是現代建筑(鋼材骨架和玻璃幕墻)的開山之作。

    04全球建筑工業化發展進程

    全球建筑工業化進程與工業革命進程息息相關,總的發展趨勢愈益貼近人類文明的發展進程,并將引領全球建筑業的發展和變革。
    根據全球建筑工業化發展的內因和表現,其大致可分為以下4個發展階段。

    1、建筑工業化 1.0 時代: 工廠化、機械化( 20世紀初 —20世紀中期)

    隨著第二次工業革命的興起和第一次世界大戰的結束,歐洲各國經濟復蘇,技術的進步帶來現代建筑材料和技術發展的同時,城市發展帶來大批農民向城市集中,大量人口涌入城市,需要在短時間內建造大量住宅、辦公樓、工廠等,為建筑工業化創造奠定了基礎。

    戰爭與災難引發的住房需求

    歐洲大陸建筑普遍受到戰爭的影響,遭受重創,無法提供正常的居住條件,且勞動力資源短缺,此時急需一種建設速度快且勞動力占用較少的新建造方式才能滿足短時間內各國對住宅的需求。于是裝配式混凝土建筑萌生于此,并快速進入了歐洲各國的住宅領域。

    法國的現代建筑大師勒·柯布西耶便開始構想房子也能夠像汽車底盤一樣工廠化成批生產。

    他的著作《走向新建筑》奠定了工業化住宅、居住機器等最前沿建筑理論的基礎。此間為促進國際間的建筑產品交流合作,建筑標準化工作也得到很大發展。

    裝配式建筑在西方戰后重建和經濟恢復方面發揮了非常重要的作用,基于工廠化生產和機械化裝配的建筑工業化概念開始形成,但技術不成熟,管理粗放,建造成本相對較高,不具備市場化條件,基本處于政府主導、企業參與的模式。

    “赫魯曉夫樓”奠定了早期預制裝配式建筑規?;A

    主打“多快好省”的“赫魯曉夫樓”曾是人類歷史上最大的城市發展項目。面對二戰后城市規模爆炸式擴張、人口迅速增長、住房嚴重短缺的現象,1954年,蘇聯政府在五年計劃中提出,在最短的時間內以最低的成本改善城市居民的居住條件。

    雄心勃勃的蘇聯領導人赫魯曉夫命令建筑師開發一種可迅速復制的建筑模板,使其成為“全世界的典范”。這種樓廣泛采用組合式鋼筋混凝吐部件與結構,預制件都是在工廠里流水線生產好的標準件,成本低廉,然后采用統一的工業化建造,所有樓房統一規格,如同復制黏貼一樣,統一五層(設計師認為電梯成本太高,而且影響建造速度,所以把高度定位五層,極少會有三層或四層)。

    隨后大規模的建設就此展開,莫斯科別利亞耶沃地區至今保留了大量“赫魯曉夫樓”,后來,隨著需求增長,高度達到十六層。

    2、建筑工業化 2.0 時代: 標準化、模塊化(20世紀中期 — 20世紀末)

    20 世紀 50 年代后,隨著西方各國及日本戰后經濟的迅速崛起,第三次工業革命( 科技革命) 開始興起,為裝配式建筑的發展提供了良好的經濟和技術條件,裝配式建筑的標準化和模塊化理念開始形成,裝配式建筑的發展具備了良好的市場化基礎,技術體系逐步完善,建造手段不斷創新,裝配式建筑迎來了高速發展期。

    雖然裝配式建筑體系趨于完善,但大部分設計和建造都相對比較粗糙,而著名建筑馬賽公寓,蒙特利爾67號住宅成為這一時期技術與藝術結合的例子。

    日本公共住宅標準化設計和工業化生產

    1950年以后,日本經歷了二戰后的經濟復興期并隨后進入高速增長期。大量人口涌入城市,住宅的短缺日益成為大城市嚴重的社會問題。
    日本從1955年開始制定、實施“住宅建設十年計劃”,1961年實施“住宅建設五年計劃”。1966年日本正式制定頒布“住宅建設計劃法”,制定、實施《住宅建設的五年計劃》。在計劃中制定住宅的發展目標、人均住宅居住標準、公營住宅、公團住宅建設數量、新技術應用等等內容。
    1969年,《推動住宅產業標準化五年計劃》被制定出來,日本廣泛開展了對材料、設備、制品標準、住宅性能標準、結構材料安全標準等方面的調查研究,加強住宅產品的標準化工作,對房間、建筑部件、設備等尺寸提出了建議。
    從70年代開始,在日本,住宅的部件尺寸和功能標準有固定的體系。只要廠家是按照標準生產出來的構配件,在裝配建筑物時都是通用的。日本創立了優良住宅部品認定制度,這一制度就是對住宅部品的質量、安全性、耐久性等諸多內容,進行綜合審查。
    從1968年,“住宅產業”的概念在日本出現開始,經過幾十年的發展,日本住宅生產IV化已經完全可以做到“如同生產汽車一樣生產房屋”。大量部件通過機器生產,產品標準的固定化,以及整個建筑過程的精準化,使得日本成為住宅產業化的標志性國家,也成為世界學習的對象。

    大板建筑受到普遍歡迎

    雖然大板建筑今天飽受詬病,但在當時大板住宅符合東德的社會意識形態,人人平等,整齊劃一。在裝配式住宅內,擁有現代化的采暖和熱水系統,政府對裝配式住宅有相應的補貼,所以當時的東德人民非常喜歡裝配式住宅。

    1972-1990年,東德地區開展大規模住宅建設,并完成300萬套住宅確定為重要政治目標,預制混凝土大板技術體系成為最重要的建造方式。這期間用混凝土大板建筑建造了大量大規模住宅區,如10萬人口規模的哈勒新城(Halle-Neustadt)。

    這300萬套住宅中,180-190萬套用混凝土大板建造,占比達到60%以上,如果每套建筑按平均60㎡計算,預制大板住宅面積在1.1億㎡以上。東柏林地區1963-1990年間共新建住宅27.3萬套,其中大板式住宅占比達到93%。

    不僅是德國,法國巴黎東郊大諾瓦西區為大批移民進入建設了大型后現代烏托邦社區,也是采用大板技術,這座以“天空之城”為寓意的后現代主義社區其標志性建筑是一座包含610間公寓的鋼筋混凝土巨人,這座建筑的外立面采用預制裝配式系統,包含大尺寸的預制構件,個性相當鮮明。

    3、建筑工業化 3.0 時代: 信息化、產業化(20世紀末 — 21世紀初)

    2000年以后,隨著信息化時代的到來,AutoCAD 軟件、BIM 技術、網絡技術和通信技術等在裝配式建筑領域得到廣泛應用,建筑工業化更加高效,集成,節能,更加個性化,風格化,有效促進了裝配式建筑技術體系的完善和管理水平的提升,“通用體系”、“開放式建筑”和“百年住宅”概念開始形成,裝配式建筑的發展具備了產業化條件,裝配式建筑產業鏈在發達國家開始建立和完善。 
    美國紐約迷你公寓項目意在為人口逐年激增的紐約市的年輕人提供買得起的迷你公寓。項目包括了55個預制單元,每個單元的面積為370平方英尺,層高為10英尺。
    這個項目的住宅單元包括設備裝修全部在工廠完成,建造則在現場拼裝,極大的降低了建造成本,提高了建設速度以及迷你公寓的居住質量。

    4、建筑工業化4.0 時代:節能化、智能化(2010年至今) 

    隨著德國主導的工業 4.0 時 代——第四次工業革命的到來,發達國家的人們對生活質量和環境也提出了更高要求,裝配式建筑的內涵出現了升華,開始向著人本設計、環保建造和智能居住的方向發展,裝配式建筑的科技、人本和文化內涵不斷增強,建筑工業化進程與工業革命進程同步開啟。
    伴隨著BIM技術的成熟,3D打印等高科技技術手段進入建筑領域,而4.0時代將重新界定以設計為主導的地位,建筑設計不在被模數所限制,不僅可以打印小件物品,而且這項技術甚至可以徹底顛覆傳統的建筑行業。

    05發達國家裝配式建筑發展特征

    歐洲裝配式建筑風格

    歐洲裝配式建筑風格主要受現代化和后工業化時代的影響,逐漸向開放、現代、舒適和新古典方向發展;因歐洲多數國家處于非地震區,且人口密度低,其建筑多為低層和多層,其結構設計對抗震要求較低,可以實現高裝配率;部分國家的鋼鐵資源和木材資源豐富,其鋼結構建筑和木結構建筑占據了裝配式建筑的主體。

    美國建筑風格

    美國建筑風格主要源于歐洲,尤其受英國、法國、德國和西班牙等國的影響,目前其裝配式建筑風格呈現自由、多元、簡約和現代等特點;美國西部受環太平洋地震帶影響,為地震多發區,結構設計需重點考慮地震影響。美國南部受太平洋颶風影響,對裝配式建筑的外形、材質和結構體系有一定要求。

    日本建筑風格

    日本建筑風格受中國唐朝和近代西方的影響非常大,隨著日本戰后經濟發展,其裝配式建筑風格開始融入西方元素,主要表現為清新、淡雅、禪意而不失現代性特點;日本全境均處在環太平洋地震帶上,為地震高發區,結構設計需重點考慮抗震影響。日本人口密度較高、自然資源相對匱乏,故城市區域的 PC 建筑以高層居多。1921年,“像造汽車一樣造房子”的概念被法國建筑大師柯布西耶在《走向新建筑》中首次提起,希望建筑業像二十世紀的上半葉“批量復制”汽車那樣,“批量復制”建筑。

    06我國裝配式建筑發展歷程

    起步階段—20世紀50年代

    我國的建筑工業化發展始于20世紀50年代,在“一五”計劃中提出借鑒蘇聯及東歐各國經驗,在國內推行標準化、工廠化、機械化的預制構件和裝配式建筑。

    持續發展階段—20世紀60年代至80年代初

    20世紀60-80年代,多種混凝土裝配式建筑體系得到快速發展,預應力混凝土圓孔板、預應力空心板等快速發展;
    裝配式建筑應用大量推廣,北京從東歐引入了裝配式大板住宅體系,建設面積達70萬平米,至80年代末全國已經形成預制構件廠數萬家,年產量達2500萬平米。

    低潮階段—20世紀80年代末開始 
    唐山大地震發生后,采用預制板的磚混結構房屋、預制裝配式單層工業廠房等在唐山大地震中破壞嚴重,引發了人們對裝配式體系抗震性能的擔憂,裝配式建筑大量減少;
    大板住宅建筑出現滲漏、隔音差、保溫差等問題;
    與此同時,隨著我國建筑設計逐步多樣化、個性化,各類模板、腳手架普及,商混普及,混凝土現澆結構得到了廣泛的推廣應用。

    新發展階段—2008年至今

    隨著我國建筑科學的持續進步,抗震技術有了長足發展,為裝配式建筑的發展打下了基礎;
    與此同時,我國人口紅利逐步消失,建筑業農民工數量減少,使得我國勞動力成本大幅提升,實現建筑工業化降低生產成本逐步得到建筑企業重視;
    2014年以來,中央及全國各地政府均出臺了相關文件明確推動建筑工業化,形成了如裝配式剪力墻結構、裝配式框架結構、裝配式鋼結構等多種形式的裝配式建筑技術,我國裝配式建筑行業終于迎來了新的快速發展時期。
    2017年2月 《國務院辦公廳關于促進建筑業持續健康發展的意見》。要堅持標準化設計、工廠化生產、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理、智能化應用,推動建造方式創新。力爭用10年左右的時間,使裝配式建筑占新建建筑面積的比例達到30%。
    2017年3月,住房城鄉建設部一次性印發《“十三五”裝配式建筑行動方案》、《裝配式建筑示范城市管理辦法》、《裝配式建筑產業基地管理辦法》三大文件,全面推進裝配式建筑發展。
    伴隨國家對數字中國、綠色建筑概念的重視不斷加深,建筑發展形式也在發生轉變,建設城市的概念不單單是追求現代化,而是更加注重綠色、環保、人文、智慧以及宜居性,裝配式建筑具有符合綠色施工以及環保高效的特點。因此,全面推進裝配式建筑發展成為建筑業的重中之重。

    07我國裝配式建筑發展的思考

    國家及行業層面的思考

    1.做好頂層戰略規劃和體制設計,打造良好的市場環境。

    在戰略設計層面,要有全球化眼光和人本觀念,建立民主評議和決策機制,對目前存在的困難要有全面、科學的認識,對我國的科技水平要有科學、詳細、恰當的定位,制定科學的發展戰略、目標體系、實施體系和評價體系。在實際執行中,進行必要的體制設計和改革措施,形成文化多元、兼容并蓄的裝配式建筑新氣象,帶動整個建筑業的有序變革和健康發展。

    2.樹立科學發展觀,選擇適合國情的裝配式技術發展路線

    基于我國的基本國情,應走循序漸進、局部突破的發展模式,謹慎考慮“跨越式”發展模式。在與世界“對標”的同時,科學分析“跨越式”發展的內涵和外延,對其進行科學論證和系統評估,最大限度減少急功近利和資源空耗問題,降低其對國家戰略的沖擊和破壞作用,確保整個工業化體系和國民經濟的健康和可持續發展。 

    3. 完善相關產業鏈

    把業主、設計單位、構件工廠、施工單位等所有的上下游企業整合成完整的產業鏈,實現裝配式建筑從設計、生產、施工、后期運營與維護一體化,并在項目建造過程中不斷整合各企業的優勢資源,以提高裝配式建筑生產效率,促進裝配式建筑的發展。

    4. 全面梳理裝配式建筑的技術規范體系

    針對我國裝配式建筑構件標準化、通用化程度較低的問題,建立標準的建筑設計體系,對預制構件的多樣性進行合理統籌、控制,實現預制構件的通用性和互換性,并對不同構件作標準化、模數化規定,加快設計速度和施工效率。同時加強區域合作,消除技術壁壘,加強核心技術的研究和突破,加大知識產權保護和管理,盡快形成適合我國國情的裝配式建筑技術體系和規范體系。

    5. 加強政策與法律方面的支持和保障

    我國裝配式建筑的發展離不開國家相關政策的支持。裝配式建筑正處在初期階段,由于規模效益無法體現,需要政府出臺相關的扶持政策,以降低成本,鼓勵發展。隨著裝配式建筑的規模建設,需要相關政策法規的保證,建立協調和完善的法規體系,進行有效的監管和實施,保證裝配式建筑健康快速發展。

    機構、企業及個人層面的思考

    1. 教育、科研機構

    縱觀全球建筑工業化進程,科技是核心驅動力。教育和科研機構作為科技的重要輸出方,加大產學研合作力度,重視理論與實踐相結合的培養模式,發揮著人才培養和技術輸出的功能,為建筑工業化發展提供強大的驅動力。

    2. 設計企業

    設計是裝配式建筑產業鏈的核心環節,設計水平是建筑工業化水平的重要體現。只有實現設計的標準化和現代化,才能實現真正的“預制裝配化”,否則將因設計“瓶頸”而使預制裝配式喪失工期、成本優勢。 
    設計企業應積極走出去,與國際先進設計企業對接,引進先進的設計理念和設計手段(尤其是平臺軟件和專業軟件) ,加強技術共享和協同,提升標準化水平和效率,創新設計理論,為我國盡快完成建筑工業化的升級提供強力支撐。 

    3. 生產企業

    傳統的裝配式構件工廠產業鏈不完整,信息化管理程度低,各部門之間協同差、庫存信息不夠透明、生產流程不夠系統化、產能進度排程混亂、庫位管理粗放及班組溝通管理效率低等, 使生產效率大大降低。

    只有應用信息化管理軟件,為工廠各部門、各環節提供一個高效協同的數據信息平臺,把生產各方有效鏈接在一起,實現動態實時溝通,提高裝配式工廠生產的精細化和集成化管理水平,才能更好的促進裝配式建筑產業現代化發展。

    4.施工企業

    我國大部分施工企業在技術和管理方面仍停留在傳統層面,存在對新型建筑工業化認識不足、缺乏戰略思維和創新機制、市場觀念不強、財務狀況不良等問題。

    新型建筑工業化與傳統建筑業存在明顯的理念、模式、技術和管理等差異,傳統施工企業需要切實轉變觀念,以新型建筑工業化為導向,盡快完成轉型升級和戰略設計,與行業領先者全面對標,加快引進和培養專業人才,完成必要的技術積累和資源準備,否則將錯失發展機遇,面臨無情的市場淘汰。

    (來源網絡)

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