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政策?技术?成本?什么才是装配式建筑的核心竞争力

时间:2021-11-26

来源:赵钿(id:zhaotian_wxgh)

自2016年国家“大力发展装配式建筑”以来,装配式建筑已经取得了长足的发展。到2019年,全国装配式建筑的建筑面积已经达到4亿平方米,实施装配式建筑的类型也从住宅扩展到了学校、医院、办公楼、商业等公共建筑。


图1 通州副中心职工宿舍商业


图2 通州副中心周转房(北投·朗清园)


装配式建筑的四个系统——结构系统、外围护系统、内装修系统、设备和管线系统,这几项技术也有不同的发展。其中,结构系统从混凝土剪力墙结构扩展到混凝土框架结构、钢框架结构、箱式模块结构、轻钢结构、钢混组合结构、木结构等;外围护系统也从幕墙系统扩展到多种装配式外墙,如预制混凝土外挂墙板、蒸压加气混凝土条板、GRC墙板、UHPC墙板、ECP墙板等新型外围护墙体;设备和管线系统的装配式理论和技术也有发展,并在一些项目上进行了试验;当然,这几年发展最快、成效最显著的仍属内装修系统。装配式内装修已经在多个不同类型的建筑项目上得到成功应用,项目的规模也越来越大,装配式装修在质量和速度上,已经具备对传统装修的全面优势。


图3 通州副中心综合物业楼


诚然,装配式建筑的发展取得了不俗的成绩,但是,还是要清醒地看到,装配式建筑的发展仍然处于初级阶段。


首先,装配式建筑的标准化程度普遍还比较低,这也反映了我国建筑工业化的真实水平。标准化是工业化的基础,也是装配式建筑的基础,没有标准化就难以实施装配式建筑。标准化程度低,制约了装配式建筑的发展。实现标准化,首先要设计标准化,不标准的设计对装配式建筑的增量成本贡献最大。当然,标准化不是千篇一律,而是在标准化上的多样化。可以从两方面来推动标准化,一是标准化设计,即设计方法应采用标准化,这是根本;二是从部品部(构)件层面实施标准化。部(构)件的成本对标准化设计最敏感。以装配式混凝土建筑为例,由于装配式混凝土建筑在我国装配式建筑的市场份额中占比最大,推动PC构件的标准化就显得特别重要。考虑到竖向构件受建筑平面、建筑高度、不同地震区、建筑造型的影响很大,实施标准化难度较大,所以,应着力在项目层级推动标准化;而水平构件,主要包括楼板、楼梯等构件,荷载变化不大,受限较小,可以在地区或全国范围内实行标准化和系列化。如能实现,对于推动装配式混凝土建筑降低成本具有直接帮助。受益的不仅是建设项目,也会促进构件生产企业的专业化发展,并提高生产效益。所以,谈标准化,要特别重视部(构)件的标准化。


图4 通州副中心职工宿舍


图5 燕保·百湾家园(百子湾公租房)


其次,装配式建造方式与传统建造方式相比,仍然存在成本增量上的障碍,这也上发展装配式建筑的一个最引人注目的问题。经过几年的实践,越来越多的人意识到,装配式建筑的增量成本是一个客观存在,并且是难以消除的。因此,仅从成本着眼,并不能解决问题。


那么,装配式建筑进一步发展的出路在哪里呢?是靠技术创新,还是靠压低成本,亦或是靠政策强推?装配式建筑的核心竞争力究竟是什么?


让我们先看看什么是装配式建筑。按照国务院【2016】71号文的定义——“装配式建筑是用预制部品部件在工地装配而成的建筑”,“标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理、智能化应用”是装配式建筑的六大特征。


预制部品部件是装配式建筑的基本构成元素,主要在工厂进行生产。与其他国家不同,我国实施装配式建筑,特别重视部品部(构)件的工厂化生产。装配式建筑的三项技术标准(装配式混凝土建筑技术标准GB/T51231、装配式钢结构技术标准GB/T51232、装配式木结构建筑技术标准GB/T51233),都有专门章节对工厂化生产进行规定。有了这些规定,建筑业就从这里跨出了半步,将制造业的因素引入到了装配式建筑的建设全过程中。从此以后,无论是设计师还是施工人员,都不得不考虑部(构)件的生产问题了。可以说,由于部品部(构)件需要在“工厂”进行预制和生产,因此,装配式建筑天然就具有了建筑业和制造业两个行业的特征。


其次,从建筑工业化的角度看,装配式建筑本质上属于建筑工业化的一种特殊类型。关于“建筑工业化”,1974年联合国出版的《政府逐步实现建筑工业化的政策和措施指引》是这么定义的:“按照大工业生产方式改造建筑业,使之逐步从手工业生产转向社会化大生产的过程。它的基本途径是建筑标准化,构配件生产工厂化,施工机械化和组织管理科学化,并逐步采用现代科学技术的新成果,以提高劳动生产率,加快建设速度,降低工程成本,提高工程质量。”从定义来看,建筑工业化也对构配件(即部品、部件)提出在工厂进行生产。随着工业制造技术的进步,也有在工地进行预制生产的案例。以国内建筑行业的实际情况,要想在工地现场进行预制生产,从技术、设备和人才三方面看,条件均不太具备。要想提高建筑部品部件的质理,还得回到工厂进行生产。从全国范围看,目前,部品部(构)件的工厂化生产仍处于供应链搭建的初期,技术、产能、人才的积累还远远不够,距达到稳定和成熟还有很长一段距离。


第三,目前的装配式建筑的生产方式,属于规模化的批量定制。从历史上来看,不少人受汽车工业(福特T型车流水线)的影响,认为大批量重复生产会带来低成本,主张采用标准化户型,著名建筑师勒·柯布西耶是致力于推广重复生产住宅的代表人物。当下在国内,也有不少类似的声音。但由于大规模重复生产建筑与现在的市场化需求相悖,这种统一户型的办法根本行不通。斯蒂芬·基兰和詹姆斯·廷伯莱克在《再造建筑——如何用制造业的方法改造建筑业》一书中明确提出,二战之后,“建筑学最大的改变就是建造方式从批量生产变为批量定制”。国内的实践也是这样,现在装配式建筑的开发建设也是以项目为单位,不同项目之间由于设计方案不同,难以实现跨项目的部品部(构)件(尤其是结构的竖向构件)的通用化,只能在项目内,尽可能地提高部(构)件的标准化程度,进行批量化的定制生产。


图6 现代建筑大师——勒·柯布西埃(图片来自百度图片)


图7 福特T型车(图片来源自《DK汽车大百科》)


图8 福特T型车生产线(图片来源自百度图片)


综上所述,在增量成本难以消解的情况下,装配式建筑发展的根本出路还是在于要大幅度提高装配式建造的整体效率。


提高建筑的生产效率,还是有很大的空间的。现有建筑的生产周期是非常长的,单位以年计,短则三五年、长则十余年;反观汽车、轮船、飞机的生产,则是以月为单位进行规划的。如果装配式建筑的生产也能够实现以月为单位进行计划,那么装配式建筑当下有限的增量成本(装配式混凝土建筑增量成本约100~500元/平方米),就不是主要问题了。


图9 模块化总装造船


图10 总装造船主要流程(根据王平 任南 潘燕华 葛世伦等《船舶集成制造管理理论与方法》绘制)


如何提高装配式建筑的整体效益呢?


首先,要进行全过程、系统化的管理,以项目全生命期的整体效益最优为目标,合理选择技术方案和管理模式。这就需要克服只考虑单个专业、只考虑本阶段(设计或施工)问题的惯性思维,全面考虑设计、生产和施工之间的关系,选择前后匹配的技术方案和组织管理方案,并为项目实施中的变化留有调整空间,以规避项目过程中的风险。


图11 装配式建筑多线程同步设计


其次,应向制造业学习,借鉴其成熟的理论和方法,形成装配式建筑的整体思路,提升装配式建筑的效率。从经济角度看,生产一栋建筑,与生产其他工业品的原理是相通的,总工作量不会因为生产场所的不同而产生根本的变化,但因为生产场所和人员的不同,会导致生产的效率发生很大的差异,生产的成本也会大不相同。工厂生产的效率无疑要比现场生产的效率高得多,损耗也要少得多,质量和成本也更有优势。所以,将工作量从工地向工厂进行转移,是装配式建筑进一步发展的必然趋势。因此,部品部(构)件会更加集成化、大型化。当前的船舶制造与装配式建筑的生产具有很大的相似性,也是兼具制造与建造两方面特征的生产方式,船舶行业采用的集成制造、精益制造、并行工程、成组制造等理论和方法也为装配式建筑的发展提供有益的借鉴。


图12 船舶生产制造作业主流程(根据王平 任南 潘燕华 葛世伦等《船舶集成制造管理理论与方法》绘制)


第三,装配式建筑生产的规模化批量定制模式,要求部品部(构)件的生产制造企业要具备较强的“柔性生产”能力。对装配式建筑部(构)件的工厂来说,信息化是基础,智慧化是趋势,少人化是方向。


图13 装配式内装板材自动化生产线


国家在2016年提出,用十年时间,使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%。到现在时间接近过半,回顾一下,可以说装配式建筑的前半场的发展,政策推动所起的作用也许更大些。从今往后,装配式建筑的发展进入后半场,装配式建筑要以自身的效率优势和质量优势去开拓市场,这也是装配式建筑需要大力培育的核心竞争力。



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