肖緒文院士談“基于綠色建造的施工現(xiàn)場裝配化思考”

  什么是“施工現(xiàn)場裝配化”？

  施工現(xiàn)場裝配化就是把通過工業(yè)化方法在工廠制造的工業(yè)產(chǎn)品(構(gòu)件、配件、部件），在工程現(xiàn)場通過機械化、信息化等工程技術(shù)手段按不同要求進行組合和安裝，建成特定建筑產(chǎn)品的一種建造方式。

  施工現(xiàn)場裝配化的“裝配化”，絕非單一裝配式建筑的簡單要求，它對整體的構(gòu)配件生產(chǎn)的配套體系和現(xiàn)場裝配率均有較高要求， 施工現(xiàn)場實現(xiàn)裝配化要求，至少應(yīng)包括并實現(xiàn)以下幾個方面：

  1）臨建設(shè)施裝配化

  將保證施工和管理的進行而建造的簡易設(shè)施在工廠預(yù)制，然后在施工現(xiàn)場進行裝配使用，是施工現(xiàn)場裝配化的重要方面。

  2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件裝配化

  將在工廠預(yù)制好的建筑主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件在施工現(xiàn)場進行裝配安裝以形成建筑主體的過程，是施工現(xiàn)場裝配化的主體部分。

  3）配件安裝整體化

  先將建筑的某些配件組裝成一個整體(如廚房、衛(wèi)生間等）后再在施工現(xiàn)場裝配到建筑上。

  4）現(xiàn)場施工機械化

  根據(jù)工程現(xiàn)場實際情況采取與工程狀況相適應(yīng)的組合機具，用以減輕或解放人工勞動，完成人力所難以完成的裝配安裝任務(wù)。

  5）現(xiàn)場管理信息化

  運用計算機等信息化手段，在施工現(xiàn)場實行科學(xué)化組織管理，包括構(gòu)配件定位信息化、結(jié)構(gòu)組裝信息化、流程協(xié)同信息化等。

  6）操作人員專業(yè)化

  裝配化施工需要專業(yè)化技術(shù)人員進行操作，一般的建筑工人無法滿足要求，不能保證裝配化施工質(zhì)量。

  推進施工現(xiàn)場裝配化是大勢所趨

  進入21世紀以來，尤其是最近5年，隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，我國城鎮(zhèn)化和城市現(xiàn)代化進程加快，建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的升級，節(jié)能環(huán)保要求的提高，勞動力成本的不斷增長，我國在預(yù)制混凝土裝配化施工技術(shù)及建筑方面的研究與應(yīng)用逐漸升溫，推進施工現(xiàn)場裝配化已是大勢所趨。

  1）經(jīng)濟發(fā)展階段所決定

  在短短的三十幾年改革開放時間里，我國把一個世界第一的人口大國基本帶入了“小康社會”，這在世界經(jīng)濟發(fā)展史上是絕無僅有的奇跡。新時期我國經(jīng)濟發(fā)展進入“新常態(tài)”。中央提出了新型工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和綠色化發(fā)展要求，作為建筑業(yè)也必須尋求新的發(fā)展方式，轉(zhuǎn)變生產(chǎn)模式， 施工現(xiàn)場裝配化，體現(xiàn)了新型工業(yè)化、信息化和綠色化要求，是我國經(jīng)濟發(fā)展的內(nèi)在需求。

  2）新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的需要

  預(yù)計到2030年，我國城鎮(zhèn)化率將達到70%左右，轉(zhuǎn)移農(nóng)村人口3.9億，這種大規(guī)模的人口轉(zhuǎn)移需要巨量的建設(shè)規(guī)模支撐。施工現(xiàn)場裝配化對點大面廣的居住性住宅尤為適用，是新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的需要。

  3）建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級的需求

  我國建筑業(yè)仍是一個勞動密集型的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，面對新形勢，建筑產(chǎn)業(yè)從傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)向現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級為工廠化生產(chǎn)、裝配化施工，以提高工程建設(shè)的綠色化水平，是建筑產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)現(xiàn)代化的重要手段，是實現(xiàn)社會化大生產(chǎn)的重要途徑。

  4）人力資源短缺現(xiàn)狀使然

  施工現(xiàn)場的傳統(tǒng)作業(yè)方式，手工操作比重大，勞動強度高、作業(yè)條件差是其主要特征，越來越多的年輕人不愿意從事建筑業(yè)勞動，建筑業(yè)面臨勞務(wù)緊缺的危機， 施工現(xiàn)場裝配化可使構(gòu)配件實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，可最大限度減少現(xiàn)場工作量，施工現(xiàn)場作業(yè)可機械化操作、信息化控制，能有效提升工程建設(shè)效率，根本上改變了傳統(tǒng)的作業(yè)方式，是建筑業(yè)尋求突破的有效方法。

  5）裝配化技術(shù)漸趨成熟

  經(jīng)過幾代人的積累，特別是近年來一些先知先覺的企業(yè)開展裝配化施工技術(shù)研究已經(jīng)有所成效，目前，我國在建筑標(biāo)準化技術(shù)已有了一定發(fā)展，構(gòu)配件工廠化生產(chǎn)能力逐步形成，現(xiàn)場裝配化施工技術(shù)漸趨成熟，施工現(xiàn)場裝配機械化配置也有很大提升，為廣泛推進施工現(xiàn)場裝配化奠定了一定的基礎(chǔ)。

  綜上，施工現(xiàn)場裝配化，可培育新的產(chǎn)業(yè)，帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提升建筑業(yè)產(chǎn)業(yè)整體水平，是一舉多得的重大舉措，是牽一發(fā)而盤活全局的戰(zhàn)略性選擇，是建筑業(yè)面對經(jīng)濟發(fā)展新常態(tài)尋求突破謀求發(fā)展的必然選擇。

  裝配化實施的前提條件

  為保證施工現(xiàn)場裝配化的實施，需要政府與相關(guān)方在構(gòu)配件生產(chǎn)的工業(yè)布局、工程立項策劃、設(shè)計和施工的建造過程以及構(gòu)配件的監(jiān)制等方面進行全面謀劃，以營造良好的施工現(xiàn)場裝配化條件。

  1）建筑設(shè)計標(biāo)準化

  以統(tǒng)一的建筑模數(shù)為基礎(chǔ)，形成標(biāo)準的建筑模塊，促進構(gòu)配件的通用性和互換性。 設(shè)計標(biāo)準化的基礎(chǔ)工作是針對影響裝配化實施的重大難題，組織進行科技攻關(guān)，據(jù)此制定相應(yīng)的產(chǎn)品和建設(shè)標(biāo)準，建立適應(yīng)裝配化需求的標(biāo)準化體系。

  2）構(gòu)配件生產(chǎn)工業(yè)化

  形成滿足各種建筑構(gòu)、配、部件生產(chǎn)要求，采用現(xiàn)代化流水線設(shè)施，高效生產(chǎn)出“品質(zhì)好，質(zhì)量優(yōu)”、充分滿足現(xiàn)場實現(xiàn)裝配化要求的各類產(chǎn)品。

  3）設(shè)備管道集成化

  在工程設(shè)計中，考慮設(shè)備管道的布置，預(yù)先科學(xué)集成，形成相應(yīng)的部品，滿足工廠化制造和大件機械化安裝的需求。

  4）建筑形式多樣化

  在建筑設(shè)計實現(xiàn)標(biāo)準化的同時，不僅要滿足各種功能要求，還必須兼顧建筑多樣化要求，以展示時代精神和民族特色，豐富城市景觀。

  5）構(gòu)配件供應(yīng)配套化

  構(gòu)配件的預(yù)制化規(guī)模與裝配化規(guī)模相適應(yīng)，構(gòu)配件生產(chǎn)種類與建筑多樣化需求相適應(yīng)，政策激勵方向與措施落地相適應(yīng)。

  與綠色建造的關(guān)系

  綠色建造是在工程建造過程中體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展理念，通過科學(xué)管理和技術(shù)進步，最大限度地節(jié)約資源和保護環(huán)境，實現(xiàn)綠色施工要求，生產(chǎn)綠色建筑產(chǎn)品的工程活動。其包含工程立項綠色策劃、綠色設(shè)計和綠色施工3個階段，解決的側(cè)重點各不相同。 工程立項綠色策劃解決的是建筑工程綠色建造總體規(guī)劃問題；綠色設(shè)計重點解決綠色建筑實現(xiàn)問題，為綠色施工提供一定支持；綠色施工重點強調(diào)節(jié)約資源，減少廢棄物排放，解決大環(huán)境保護問題，同時也可為綠色建筑增色。

  施工是建造過程的物化階段，在此階段不僅消耗了大量的物質(zhì)資源，也伴隨著大量高強度的體力勞動和廢棄物排放，施工現(xiàn)場裝配化可大量改變現(xiàn)場手工操作的勞動密集型作業(yè)方式為工廠化流水線生產(chǎn)，現(xiàn)場機械化施工的作業(yè)形態(tài)，相對于現(xiàn)澆法施工，無疑是一種實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級的重要途徑。

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  施工現(xiàn)場裝配化需要工程立項策劃和工程設(shè)計與施工等3個階段的緊密配合和默契協(xié)同，否則難以實現(xiàn)。施工現(xiàn)場裝配化與綠色建造的關(guān)系主要表現(xiàn)為如下幾方面。

  1）施工現(xiàn)場裝配化是實現(xiàn)綠色建造的重要途徑，可提升綠色建造水平。 施工現(xiàn)場裝配化在現(xiàn)場主要進行預(yù)制構(gòu)配件的拼裝，與傳統(tǒng)現(xiàn)澆模式相比，把施工現(xiàn)場大量的高強度的作業(yè)移向“工作環(huán)境可實現(xiàn)人為控制的廠房內(nèi)”進行現(xiàn)代化生產(chǎn)，改善了工人作業(yè)條件，減輕了勞動強度，是實現(xiàn)綠色建造的重要途徑； 由于現(xiàn)場作業(yè)量的減少，揚塵、噪聲和廢棄物排放也相應(yīng)減少，可以大大提升綠色施工水平。

  2）施工現(xiàn)場裝配化不一定能實現(xiàn)綠色建造。施工現(xiàn)場裝配化是一個完全區(qū)別于現(xiàn)澆的施工體系，需要系統(tǒng)推進，管理保證。 施工現(xiàn)場作業(yè)的減少，可縮減現(xiàn)場作業(yè)人員，但仍需要一定的施工人員，必須按照項目管理的要求，嚴格按照綠色施工規(guī)范和評價標(biāo)準組織施工，才能達到相應(yīng)的綠色化要求。 否則，將導(dǎo)致施工現(xiàn)場裝配化管理失控，綠色建造自然就不能實現(xiàn)。

  3）實施綠色建造有利于施工現(xiàn)場裝配化的全面深入推進。 綠色建造包括策劃、設(shè)計、施工等3 個階段，要求3 個階段有機結(jié)合。 而施工現(xiàn)場裝配化的前提條件就是在設(shè)計階段實現(xiàn)標(biāo)準化，構(gòu)配件制作實現(xiàn)工廠化，需要設(shè)計施工一體化的支撐。 因此，實施綠色建造，必須立足于工程項目的立項策劃、設(shè)計與施工的綠色化協(xié)同，才能有效推進施工現(xiàn)場裝配化。

  面臨的挑戰(zhàn)，存在的問題

  1）建設(shè)體制機制不適應(yīng)

  設(shè)計施工分離，建設(shè)、設(shè)計、構(gòu)配件制作與施工多方相互獨立，不利于裝配化的推進。

  2）政策支持不足

  裝配式建筑設(shè)計和施工，沒有現(xiàn)成的規(guī)矩可循，現(xiàn)階段設(shè)計和施工成本增加，缺少足以支持的相關(guān)政策，投資成本少有剛性補償措施。

  3）構(gòu)配件生產(chǎn)配套不足

  新型結(jié)構(gòu)體系的研發(fā)以及工廠化生產(chǎn)的構(gòu)配件尚不能滿足施工現(xiàn)場裝配的質(zhì)和量的要求。

  4）裝配化技術(shù)研究不成熟

  我國裝配化施工由于長期擱置，預(yù)制裝配化施工技術(shù)發(fā)展相對滯后。 目前預(yù)制外墻除結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)初步形成解決方法外，外墻節(jié)點本身的熱工性能，防水性能、新老混凝土交接處收縮裂縫等問題并未很好解決；在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面我國沿用的細鋼筋配制方法，造成鋼筋密集，特別是節(jié)點鋼筋準確就位困難，對混凝土防裂與抗震反而存在諸多不利。

  5）現(xiàn)行標(biāo)準存在不完善

  現(xiàn)行裝配化施工規(guī)范由于倉促形成，尚存在一些不完善之處。如：對預(yù)制裝配體系的諸多規(guī)定，造成同一工程現(xiàn)澆與預(yù)制體系并存，其結(jié)果是兩個體系同時投入，施工更加麻煩，成本增加更多，實質(zhì)是限制了施工現(xiàn)場裝配化的發(fā)展。

  有待強化的研究

  施工現(xiàn)場裝配化是我國建筑業(yè)發(fā)展的必然趨勢。為了進一步更好地推進施工現(xiàn)場裝配化，需要強化以下幾方面的研究。

  1）裝配式結(jié)構(gòu)體系的整體抗震性能研究

  預(yù)制結(jié)構(gòu)整體性和抗震性能是制約裝配式結(jié)構(gòu)在高層和超高層建筑中推廣應(yīng)用的一個重要因素，目前在組織人員，投入資金，進行系列試驗研究，搞清楚現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)與預(yù)制體系的抗震性能的差別，充分考慮施工因素，制定出更具操作性的規(guī)范規(guī)程，指導(dǎo)工程施工方面需要做的工作還很多。

  2）外圍護結(jié)構(gòu)基于熱工性能、混凝土收縮及防水的綜合技術(shù)研究

  預(yù)制外圍護結(jié)構(gòu)在節(jié)點處往往存在“冷橋”和其他熱工性能方面的缺陷，是影響預(yù)制裝配式建筑節(jié)能性能重要因素，新老混凝土在節(jié)點連接處時常出現(xiàn)的微細裂縫(干燥收縮、溫度收縮和碳化收縮等）也不同程度地影響了裝配式建筑的廣泛推廣。外墻在節(jié)點處的防滲水方面仍存在薄弱環(huán)節(jié)。 因此，在外圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)點受力性能與混凝土收縮性能、熱工性能和防水性能等跨學(xué)科的綜合技術(shù)研究還遠遠不夠。

  3）預(yù)制體系模數(shù)化和標(biāo)準化研究

  裝配化施工應(yīng)以建筑模數(shù)化和標(biāo)準化為基礎(chǔ)和前提，為構(gòu)建我國像“造汽車一樣建房子”的工業(yè)化體系，需加強設(shè)計模數(shù)化和建造標(biāo)準化、模塊化分解和組合的裝配化的相關(guān)技術(shù)研究。

  4）構(gòu)配件生產(chǎn)工業(yè)化、信息化、自動化的成套裝備研究

  構(gòu)配件工廠化生產(chǎn)是施工現(xiàn)場裝配化的基礎(chǔ)，而信息化和自動化的預(yù)制生產(chǎn)成套設(shè)備的創(chuàng)造和制造是提高工廠預(yù)制效率和構(gòu)配件生產(chǎn)質(zhì)量的重要支撐。 我國在構(gòu)配件自動化專業(yè)化流水線成套設(shè)備研制方面剛剛起步。因此，應(yīng)加強構(gòu)配件生產(chǎn)工業(yè)化、信息化、自動化的成套裝備的技術(shù)研究。

  5）基于綠色建造的裝配化施工技術(shù)研究

  綠色建造的施工階段，是裝配化建造的物化段，是建筑產(chǎn)品建造全過程中消耗資源最集中，對場地周邊環(huán)境影響最突出，廢棄物排放權(quán)重最大的階段。當(dāng)前，在強化綠色施工和與之相關(guān)的創(chuàng)新技術(shù)研究，特別是對于目前我國發(fā)展相對滯后的施工現(xiàn)場裝配化的設(shè)計施工協(xié)調(diào)、裝配化臨建設(shè)施、整體化配件安裝、機械化和信息化施工等協(xié)同技術(shù)和施工技術(shù)的強化研究方面存在缺口較大，應(yīng)予重點關(guān)注。

  6）基于綠色建造的現(xiàn)場施工裝配化配套政策及法規(guī)研究

  綠色建造涵蓋工程項目策劃、設(shè)計和施工整個生成階段。培育和發(fā)展一體化綠色建造體制機制，有利于建筑設(shè)計標(biāo)準化、構(gòu)配件生產(chǎn)工業(yè)化、設(shè)備管道集成化等為前提的施工現(xiàn)場裝配化的推進。因此，研究和審視現(xiàn)行不合理的建設(shè)法律法規(guī)體系和規(guī)章制度，加強基于綠色建造的設(shè)計施工一體化建設(shè)體制研究，強化基于綠色化發(fā)展導(dǎo)向的激勵機制研究，是當(dāng)前急需啟動的重大研究課題。

  推進施工現(xiàn)場裝配化的建議

  推進施工現(xiàn)場裝配化符合建筑業(yè)發(fā)展的客觀規(guī)律，應(yīng)從我國經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，重點突破，強化激勵，科學(xué)布局，全面推進，力求在3~5年內(nèi)取得重大進展。

  1）施工現(xiàn)場裝配化是系統(tǒng)工程，應(yīng)從頂層進行科學(xué)、系統(tǒng)、全面部署，扎實穩(wěn)步推進，防止盲目性。

  2）制定相關(guān)法規(guī)政策、標(biāo)準規(guī)范和激勵機制，加快施工現(xiàn)場裝配化的推進和實施。

  3）基于綠色建造，開展跨學(xué)科研究，形成符合裝配化綜合要求的結(jié)構(gòu)體系。

  4）堅持精細制造原則，高端切入，做好配套產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品的開發(fā)；重視構(gòu)配件自動化流水線成套設(shè)備的研制，培育現(xiàn)代化新產(chǎn)業(yè)保障裝配化協(xié)調(diào)發(fā)展。

  （來源：《施工技術(shù)》2016年第4期，《基于綠色建造的施工現(xiàn)場裝配化思考》，文/肖緒文，馮大闊。原文有刪減。）