装配式建筑的发展及应用前景

预制装配式建筑的优势及普及化难点摘要：本文介绍了国内外预制装配式建筑发展及现状，阐述预制装配式建筑的特点及优势，结合国内农村房屋存在的问题浅谈预制装配式建筑未来在农村建筑中的应用前景及应用难度。提出了未来预制装配式建筑普及方向。关键词：预制装配式建筑；农村房屋改进方向；建筑工厂化。正文：0.引言长久以来，我国建筑业主要采用的是现场施工的方法，即从搭脚手架、支模板、绑钢筋、及浇注混凝土，大部分工作都是在现场完成人工完成。这造成了巨大的劳动强度及巨大的施工风险，此外对环境的破坏较大，大量的固体建筑垃圾以及噪声影响着城市的发展及市民的生活质量，现场施工带来的工程质量与精度不高也亟待解决。预制装配式建筑是将组成建筑的部分构件或全部的构件在工厂内加工完成，然后运输到施工现场将预制构件通过可靠的连接方式拼装就位而建成的建筑形式[1]1.国内外预制装配式建筑的发展及现状上世纪50年代，二战使欧洲遭受到严重的创伤，建筑尤其是住宅急需大量的重建。为了解决住房问题，欧洲采取工业化的建造方式建造了大批的房屋，并因此建成了标准的、完整的的住宅体系，并延续至今。同样在上世纪70年代能源危机期间美国开始推行配件工厂化机械式的生产。美国的城市发展部颁布了一系列严格的行业标准规范，并且沿用至今。美国城市的建筑结构基本上是装配式混凝土结构和钢结构。其预制与预应力混凝土协会编制的《PCI设计手册》中就包括了与装配式结构相关的部分。该手册不仅仅是在美国，更是在整个国际上都具有深远的影响力！[2-3]久远的发展历史下产业化住宅的比例在瑞典占80%，英国、美国、日本都在70%以上。[4]与发达国家相比，我国的装配式建筑起步时间较晚。在20世纪70年代才开始出现装配化建筑的概念，期望可以发展出集高质高效高速及低成本为一体的建筑形式。80年代，已有不少工程中采用预制屋面梁、吊车梁、预制屋面板、空心楼板等构件，但是因为当时的技术水平有限，虽然预制构件得到不少应用，建成的建筑质量普遍不太高，并存在构件跨度小、承载力低、整体性延性差等的缺点。楼屋面板由于密封胶的质量问题及防水措施不完善，使用两三年后就开始出现了渗水漏水现象，保温隔热隔声的效果也不好，使消费者留下了不好的印象。90年代现浇混凝土施工技术的迅速发展，更加使得预制装配式建筑的发展一度停滞不前。[5]而到了最近十年来，随着我国经济快速的发展，人工成本又大幅度上升，预制装配式施工技术和管理水平较以往有了长足的进展，预制装配式建筑的应用重新被提及，并有了快速发展的趋势。但是由于前期高昂的造价，建筑量占全世界50%的我国，装配式建筑的比率仍不足7%！[4]不过，在国务院办公厅发布《关于大力发展装配式建筑的指导意见》后，在党和国家的政策支持下，我国装配式建筑会得到大的发展与普及，有望后来者居上！2.预制装备式建筑的分类预制装配式建筑主要有以下三种形式：[6]（１）预制装配式混凝土结构形式（装配整体式钢筋混凝土结构）预制装配式混凝土结构是以预制的混凝土构件（也叫ＰＣ构件）为主要构件，经工厂预制生产，现场进行装配连接，并在结合部分现浇混凝土而形成的结构。（２）预制装配式钢结构预制装配式钢结构建筑以钢柱及钢梁作为主要的承重构件。钢结构建筑自重轻、跨度大、抗风及抗震性好、保温隔热、隔声效果好，符合可持续化发展的方针，特别适用于别墅、多高层住宅、办公楼等民用建筑及建筑加层等。（３）预制集装箱式房屋预制集装箱式建筑是以集装箱为基本单元，在工厂内流水生产完成各模块的建造并完成内部装修，再运输到施工现场，快速组装成多种风格的建筑。3.现行钢筋混凝土现浇的缺陷：3.1工程施工工期长从搭脚手、支模、扎筋、到混凝土浇筑及墙体砌筑,多数工作主要由手工劳动完成,生产效率十分低下,导致施工工期偏长。再加上现场露天作业受自然条件影响,有可能使工程工期进一步延长。3.2工程成本难以有效控制由于现浇结构体系的工序复杂,手工劳动量多,受外界因素干扰大,许多成本因素难以控制。而且,工期越长,影响成本的因素变化就越多,进一步加大了成本控制的难度。3.3工程质量难以得到可靠保证[7-11]技术上：1)钢筋混凝土成型中常用的小板钢模多次使用后板缝较大,易漏浆,尤其结点处模板连接更为困难,难以保证结点尺寸,漏浆更突出,其结果是造成混凝土表面蜂窝、麻面、露筋,甚至大的空洞。2)模板的支撑体系处理不好,会造成下陷,使结构构件外形尺寸不能满足设计要求,改变其受力性能,无法正常使用,对于大开间的模板支撑体系,严重的还可能引发垮塌事故。3)混凝土振捣过程中,易发生漏振,振捣不密实的情况,结点处由于钢筋密集,振捣尤为困难,易使结点处的刚度和强度降低。养护时间不足就拆卸模板和支撑,造成结构构件开裂。4)维护结构的墙体多采用砌体砌筑,也是手工操作。由于不是承重结构,墙体的砌筑非常马虎,垂直度、砂浆强度、砂浆饱满度不易满足设计及施工规范的要求,并且影响后续工作如抹灰、装饰等工作效率和效果。管理上：由于所有工序均是现场作业,给质量控制带来许多困难。1)建筑工程施工中使用的材料种类多、数量大、来源广、变异性大,但现场很难建立稳定、有效的制度进行检验和控制,保证所有使用材料的品质。2)现浇体系在现场生产的工序环节多,生产条件不稳定,很难对每一个工序的生产过程实行规范化管理,再加上多数工序均为手工劳动,其工序质量很大程度上依靠工人的责任心、技术水平、身心状况来决定。此外工人素质本身就存在差异,使工序质量很不稳定,从而对最终工程质量产生影响,加大了工程质量控制的难度。3)这种开敞的“作坊”式的现场施工,使社会和政府很难实施有效的监督和管理,从客观上为个别施工单位偷工减料提供了可乘之机。4.预制装配式建筑的优点：4.1施工周期会缩短采用传统现浇方式，主体结构大概三到五天才能达到一层，由于各专业与主体是分开施工的，其实际需要的工期大约是一层7天左右。而装配式建筑的构件可以在工厂进行生产，并且每层的构件生产方式与现浇不同，采用的是并联式的生产方式，可以综合运用多专业的技术生产同一构件。只有吊装和拼接各部件是需要在现场完成的工作，方便快捷。装配式安装施工时间比较短，大约一层需要一天，其实际需要的工期大约是一层三到四天左右。在施工过程中运用装配式工法，不仅可以极大地提高施工机械化的程度，而且可以降低在劳动力方面的资金投入，同时降低劳动强度。据统计高层可以缩短1/3左右的工期，多层和低层则可以缩短50%以上。4.2降低环境负荷因为在工厂内就完成大部分预制构件的生产，这就降低了现场作业量，使得生产过程中的建筑垃圾大量减少，与此同时，由于湿作业产生的诸如废水污水、建筑噪音、粉尘污染等也会随之大幅度地降低。在建筑材料的运输、装卸以及堆放等过程中，选用装配式建筑的房屋，可以大量地减少扬尘污染。在现场预制构件不仅可以去掉泵送混凝土的环节，有效减少固定泵产生的噪音污染，而且装配式施工高效的施工速度、夜间施工的时间的缩短可以有效减少光污染。4.3减少资源浪费建造装配式住宅需要预制构件，这些预制构件都是在工厂内流水线生产的，流水线生产有很大的好处，其一就是可以循环利用生产机器和模具，这就使得资源消耗极大地减少。与装配建造方式相比，传统的建造方式不仅要在外墙搭接脚手架，而且需要临时支撑，这就会造成很多的钢材以及木材的耗费，对自然资源造成了大量消耗。但是装配式住宅不同，它在施工现场只有拼装与吊装这两个环节，这就使得模板和支撑的使用量极大地降低。不容忽视的一点的是，在装配式建筑的运营阶段，其在建造阶段所投入的节能、节水、节材效益便会表现出来，相比传统现浇建筑减少了很大一部分资源的消耗。4.4提高了工程质量由于我国建筑业迅速发展，大批农民工进入建筑行业从事施工生产，他们受到的培训往往得不到保证，因此建筑工人素质参差不齐，导致传统的现场施工方式中，安全和质量事故时有发生。而预制装配式建筑中，可以将这些人为因素的影响降到最低。大量的预制构件都是在预制工厂生产，而构件预制工厂车间中的温度、湿度、专业工人的操作熟练操作程度包括模板、工具的质量都优于现场施工方式，因此构件质量更容易得到保证，现场结构的安装连接则遵循固定的流程，采用专业的工作安装队更能有效保证工程质量的稳定性。5.我国预制装备式建筑目前存在的问题5.1缺乏统一的规范标准目前，虽然很多地方出台了预制装配式施工的规范标准，但缺乏全国范围内统一的行业规范和标准，对预制装配式施工中构件的制作、运输、现场测量、吊装和节点连接等各个环节。各个地方标准均有所不同，这使得预制装配式施工从项目设计、审批、工程施工到项目验收各环节没有国家级别的行业规范和标准可遵循，这是建筑工业化、产业化大规模推广之前必须解决的一个问题。5.2施工管理水平有待提高预制装配式施工需要有专业的构件预制工厂、专业的技术人员和运输队以及配套的安装机械，需要相关企业从方案设计、项目开发、到制作构件、运输、现场测量、吊装、连接等各道工序均具有较高额技术力量和管理水平，而多年来我国建筑业以现场施工为主流，绝大数建筑企业已经习惯于现场施工了，不论从施工技术还是从施工管理，预制装配式施工对于建筑企业来说都是一个难题，建筑也在走向工厂化和标准化的进程中，企业管理水平急需提高。5.3节点的延性和防水等关键技术需要解决[12]预制装配式建筑中存在较多的节点，保证这些节点的质量是确保预制装配式建筑的关键，目前节点的做法对承载力和刚度的要求可较好地实现，但延性往往达不到要求，应采用可靠的构造措施保证这些节点的承载力、刚度以及延性均不低于同类现浇结构和预制构件本身，否则，连接问题将成为制约预制装配式建筑应用的最大问题。另外预制装配式建筑节点防水问题也不容忽视，预制装配式不像现场施工那样整体浇注，所以在构件的连接点存在渗漏的质量通病，因此在构造处理上，必须对节点防水采取有效的处理，在控制现场工程量的基础上保证节点的防水性能。5.4一次性投资高，企业转变观念需要时间虽然预制装配式施工不需要大规模的现场施工，但对构件预制工厂的要求较高，需要建筑企业对购买模具、构件养护、运输以及专业安装等环节进行较多的一次性投资，且预制构件以工业产品进入建筑市场，会征收较高的增值税，因此如果建筑企业相关配套的工具设备以及技术管理条件没有具备的话，还是会倾向于采用传统的施工方式。6.国内农村房屋问题及预制装备式的应用前景我国是一个人口大国，要解决我国十多亿人口的居住问题，使建筑工业化是我们必经之路。同时农村作为我国的一个重要组成部分，随着我国建设社会主义新农村的进一步加强，针对农村住宅的诸多问题，农村住宅工业化是大势所趋。长期以来，我国农村盖房缺少统一规划、统一标准，大多是由“乡土大师”团队建造出来的，有的房屋甚至存在安全隐患。而目前我国倡导发展的装配式建筑，将为农村的住宅建筑市场带来生机。但是目前这类建筑构件的结构体系标准尚待完善，上下游产业链需打通，装配式建筑中的关键材料如灌浆料、套筒连接等技术上还应进一步突破，这些超高超宽的建筑“大件”怎样既符合交通运输法规、又安全运抵客户的建设地点，以及客户对房屋建筑构件个性化的需求等等，都是亟待突破的瓶颈。参考文献：[1]崔庆彪．装配式混凝土结构构件及施工注意事项[J]．科技信息，2013（8）。[2]蒋勤检.国内外装配式混凝土建筑发展综述[J]．建筑技术，2010.41(12)[3]陈子康，周云，张季超．装配式混凝土框架结构的研究与应用[J]．工程抗震与加固改造，2012.34(4)[4]张红霞，徐学东．装配式住宅全生命周期经济性对比分析［Ｊ］．新型建筑材料，2013，（5）[5]黄小坤、田春雨.预制装配式混凝土结构研究[J].住宅产业.2010.9[6]崔璐.预制装配式钢结构建筑经济性研究[D].山东建筑大学.2015[7]王兴菊,赵然杭.对建筑工程质量事故频发的思考〔J〕.山东工业大学学报,2002,32(1)[8]李永泉,李晓军.现浇框架结构工程质量问题分析与对策〔J〕.低温建筑技术,2002,(1)[9]王子玉.钢筋混凝土工程质量低劣的原因剖析〔J〕.建筑,2001,4[10]俞瑞芳,王利图.钢筋混凝