装配式建筑发展研究

1装配式建筑优势

相较传统建筑，装配式建筑有着突出优势。(1)保证工程质量。传统的现场施工受限于工人素质参差不齐，质量事故时有发生。而装配式建筑构件在预制工厂生产，生产过程中可对温度、湿度等条件进行控制，构件的质量更容易得到保证。(2)降低安全隐患。传统施工大部分是在露天作业、高空作业，存在极大的安全隐患。装配式建筑的构件运输到现场后，由专业安装队伍严格遵循流程进行装配，大大提高了工程质量并降低了安全隐患。(3)提高生产效率。装配式建筑的构件由预制工厂批量采用钢模生产，减少脚手架和模板数量，因此生产成本相对较低，尤其是生产形式较复杂的构件时，优势更为明显;同时省掉了相应的施工流程，大大提高了时间利用率。(4)降低人力成本。目前我国建筑行业劳动力不足、技术人员缺乏、工人整体年龄偏大、成本攀升，导致传统施工方式难以为继。装配式建筑由于采用预制工厂施工，现场装配施工，机械化程度高，减少现场施工及管理人员数量近10倍。节省了可观的人工费，提高了劳动生产率。(5)节能环保，减少污染。装配式建筑循环经济特征显著，由于采用的钢模板可循环使用，节省了大量脚手架和模板作业，节约了木材资源。此外，由于构件在工厂生产，现场湿作业少，大大减少了噪音和烟尘，对环境影响较小。(6)模数化设计，延长建筑寿命。装配式建筑进行建筑设计时，首先对户型进行优选，在选定户型的基础上进行模数化设计和生产。这种设计方式大大提高生产效率，对大规模标准化建设尤为适合。此外，由于采用灵活的结构形式，住宅内部空间可进一步改造，延长了住宅使用寿命。

2国内外研究现状

2.1标准、规范研究进展

国外全面和系统的研究了预制混凝土结构。在工程设计中，制定了相关的设计规范。如日本的JASS14《混凝土幕墙》和JASS10《预制混凝土工程》，欧洲的《预制混凝土工程标准和应用手册》以及北美的《预制混凝土结构抗震设计》［1］。国内也制定了部分关于预制装配式建筑的规范［2］:《CL结构设计规程》(2006年)、《预制混凝土外墙挂板》(2008年);《预制装配整体式钢筋混凝土技术规范》(2009年)、《装配式混凝土结构技术规程》(2010年)、《装配混凝土住宅体系设计规程》(2010年)、《装配整体式混凝土结构技术规程》(2011年)。2014年，国家住房和城乡建设部出台了行业标准《装配式混凝土结构技术规程》，于2014年10月1日正式实施。《规程》是在全面总结我国预制混凝土结构的研究成果和工程实践经验的基础上制定的，并参考借鉴了外国的先进技术，涵盖了设计、施工、预制构件生产、验收等环节，主要技术指标设置合理，能满足当前工程建设的需要，实施后将结束我国在装配式混凝土领域没有国家标准遵循的局面，在我国装配式建筑的发展中具有重要意义。目前国家部委正在起草的文件还包括《建筑产业化标准体系》、《“十三五”住宅产业现代化发展规划》、《推进建筑产业现代化的指导意见》等。与此同时，另一个重要的国家行业标准《工业化建筑评价标准》正处于草案阶段，正向多方征求意见。同时，国家住房和城乡建设部正在研究完善建筑产业化的建设标准体系和实施机制。标准体系针对现有的标准进行梳理;实施机制致力于研究传统设计和工业化设计的差异、图纸表达和审批制度的变化以及设计工作转移到施工现场后的转变。综上可知，我国装配式建筑正逐步向标准化建设发展。

2.2国内外研究现状

上世纪90年代美国联合日本开展了PRESSS(PrecastSeismicStructuralSystem)［3］项目的研究。PRESSS项目对预制混凝土结构的抗震性能进行研究，研究目的是建立计算模型，为相关规范的制定提供依据，研究、开发预制混凝土结构的新材料、新技术和新概念，为预制装配式混凝土建筑提供系统科学的设计方案，以满足不同地震设防区的要求。2003年，欧洲ELSA实验室开展了预制混凝土框架结构拟动力试验研究。ELSA实验室对单跨双榀、双跨双榀及不同楼板铺设方向的预制框架结构进行了拟动力试验研究。梁柱节点采用螺栓连接节点，部分节点的梁柱间放有橡胶垫。动力试验显示:预制框架结构的抗震能力与现浇结构相当;橡胶垫缓冲作用强，有利于节点保持完整。2004年，同济大学对预制混凝土框架结构进行了拟动力试验研究［4］。2005年，同济大学课题组对三跨三层预制混凝土框架结构1/5缩尺模型进行振动台试验研究。东南大学对装配整体式钢筋混凝土框架柱榫式接头进行了试验［5］。天津大学对足尺节点试件进行了低周反复荷载试验和分析［6］。清华大学的钱稼茹等对钢筋混凝土剪力墙试件进行了拟静力试验［7］。西安建筑科技大学对新型生态复合墙结构体系进行了开发研究［8］。上海大学参与成立了城建集团预制装配式建筑研发中心。上海大学智慧城市研究院积极开展了BIM技术与装配式建筑研究。

3国内应用情况

上海城建集团于2011年成立了预制装配式建筑研发中心。城建集团以高预制率的”框剪结构”及”剪力墙结构”为主，拥有“预制装配住宅设计与建造技术体系”、“全生命周期虚拟仿真建造与信息化管理体系”和“预制装配式住宅检测及质量安全控制体系”三大核心技术体系。城建集团建立国内首个“装配式建筑标准化部件库”。城建集团实行BlM信息化集成管理，已实现了利用RFID芯片，以PC构件为主线的预制装配式建筑BIM应用构架的建设工作，并在构件生产制造环节进行了全面的应用实施。目前企业已制定的标准有:《上海城建PC工程技术体系手册》(设计篇、构件制造篇、施工篇)、上海市《装配整体式混凝土住宅体系施工、质量验收规程》、上海市《预制装配式保障房标准户型》。中南NPC成立了部级“可装配式关键部品产业化技术研究与示范”生产基地，NPC技术(全预制装配楼宇技术)是一种新型混凝土结构预制装配技术。该技术用于解决装配式混凝土结构上下层竖向预制构件之间的钢筋连接。即将颁布实施的JGJ1－2014《国家行业标准》将之定义为装配式混凝土结构钢筋浆锚连接技术。在已完工程中经院士专家鉴定测算，整体预制装配率达到90%以上，每平方米木模板使用量减少87%，耗水量减少63%，垃圾产生量减少91%并避免了传统施工产生的噪音，技术达到国内领先水平。远大住宅工业有限公司是国内第一家以“住宅工业”行业类别核准成立的新型住宅制造企业，是我国唯一一家综合性的“住宅整体解决方案”制造商。远大住工PC(预制混凝土构件)的全生命周期绿色建筑，与传统建筑相比，具有节水、节能、节时、节材、节地、环保的五节一环保特点。2012年推出第五代集成住宅(BH5)，先进的第五代集成建筑体系，运用当今世界最前沿的PC(预制混凝土构件)、应用开放的BIM技术平台，建立健全并丰富和发展了工业化研发体系、设计体系、制造体系、施工体系、材料体系与产品体系，具有质量可控、成本可控、进度可控等多项技术优势。

4未来发展和重点研究方向

4.1基于BIM的一体化项目实施(IPD)应用研究

2007年，加州委员会和美国建筑师学会联合的IPD(IntegratedProjectDelivery———一体化项目实施)指南，对IPD进行了定义:通过协作平台，对体系、人力、实践和企业结构进行整合，充分利用所有参与方的见解和才能，通过设计、建造以及运营各阶段的共同努力，使建设项目达到最大效益，减少不必要的浪费。IPD模式贯穿项目建设的全部阶段，包括规划设计阶段和施工建造阶段，施工单位、建设单位、设计院等各方高度协调合作，保证项目目标的顺利实现。IPD模式适用于大规模项目，有利于项目成本的节约。因此，尽管当前建设项目的交付模式种类繁多，IPD却已经在行业内得到大力推广。当前国外实践IPD与BIM协同管理的项目越来越多。利用BIM软件建立的建筑模型可视性强，交互性高，数字化程度高，同时具备开放的数据标准，有利于信息及数据的共享。在IPD模式下的项目，BIM的应用主要集中于设计协同、可视化、估价、施工重难点模拟、碰撞检测、设备管理、场地分析等方面［9］。目前由于受国内建筑发展模式的制约，建筑业在IPD模式下缺乏相关法律体系及合同范本，应用环境也还处于培养期，BIM技术全面推广还有待政府和企业的努力。

4.2预制构件的模数化及标准化研究

模数化及标准化研究包含两个方向:第一要对全产业链资源进行整合，全产业内推行模数协调;第二要实现统一价值导向，建立技术标准。住宅模数协调准则是建设者、施工方、设计者在装配式建筑的建设中共同遵循的统一准则，是建筑标准化的依据，因此要大力推行住宅模数协调准则研究，要加强构配件尺寸与建筑的配合、协调、定位。目前我国已制定GBT50100－2001《住宅建筑模数协调标准》，同时要进一步加强部品模数与建筑协调体系的完善，加强预制构件尺寸统一协调，开展构件通用性及接口技术研究。目前，装配式建筑标准化研究已有了重要进展，中国第一个“装配式建筑标准化部件库”已由上海城建集团初步完成建设。第一批标准化预制构件数据库共90余个，目前已应用于万科、保利等项目。为全面覆盖市场现有房屋类型，今后应加强标准化部件多样化组合的研究。

4.3装配式建筑抗震性能研究

与传统建筑相比，装配式建筑抗震研究的研究仍较少。目前国内装配式建筑抗震研究的重点在节点，装配式建筑节点的抗震性能与现浇节点存在差异，其力学特性对建筑整体抗震性能影响较大，因此对装配式建筑节点抗震性能仍需进一步研究。同时，要加强各类型装配式建筑的整体抗震性能研究，应及时依据最新且成熟的装配式建筑抗震性能研究成果，对现有预制混凝土结构体系的设计规范及设计条文应及时更新。

5结语

装配式建筑有许多传统建筑无法比拟的优点，但目前我国装配式建筑的成本仍高于传统住宅的成本;设计存在局限性，缺乏结构体系优化研究;施工技术研发水平落后，复杂构件的安装很难满足精度要求。受限于这些因素，装配式建筑在我国仍未得到广泛的应用及推广。为适应新型城镇化的发展趋势，满足当前社会的发展需求，国家必须大力推动装配式建筑的发展。国家应完善相关法律，制定装配式建筑的发展规划和政策，对装配式建筑的发展进行指导并做好制度保证;应进一步推动行业标准化建设研究，制定装配式建筑各类结构体系规范。各科研机构应加强建筑设计及施工技术的开发研究，对装配式建筑的力学性能进行深入研究，加强体系优化研究，制定适合装配式建筑的施工工法;针对装配式建筑特点，应结合BIM等最新技术利用工业化管理的方式对建筑全生命周期进行管理，推动装配式建筑全产业链发展。

作者：于龙飞 张家春 单位：上海交通大学土木工程系 上海交通大学工程管理研究所