仲继寿
国家住宅科技产业技术创新战略联盟 秘书长
国家住宅与居住环境工程技术研究中心 主任
“空中造楼机”的创新研发给建筑工业化发展路径和建筑业转型升级带来更多的思考和启示。
仲继寿
1我国正处于建筑工业化转型发展的关键时期
从1956年国务院颁布《关于加强和发展建筑工业的决定》以适应工业建筑规模化建设需求,到1995年国家发布《建筑工业化发展纲要》以适应大规模住宅建设需求,再到2013年国家出台《绿色建筑行动方案》,我国建筑工业化发展经过了三个重要发展阶段。
2014年国务院颁布《关于推进建筑业发展和改革的若干意见》,提出了“转变建筑业发展方式,推动建筑产业现代化”的发展目标;2015全国住房城乡建设工作会议将“加快建筑业改革发展步伐、推动装配式建筑取得突破性进展”作为2016年重点工作。
显然,国家层面对于我国建筑工业化和装配式建筑的概念界定和提出时间表明了不同时期我国建筑业面临的问题不同,着力点也不同。
我国正处于建筑工业化转型发展的关键时期,建筑工业化面临的重大问题已经不是简单意义的规模化建设需求,而是应对劳动力数量下降和用工成本增加、公众对建筑品质要求提高、以及环境承载力与资源可持续发展压力加大的问题。
2 我国装配式建筑的现状调研
当前,产能过剩、结构转型、应对气候变化和绿色发展均对我国建筑业发展提出了新的挑战。质量、工期、成本,以及政策、技术、人才是整个建筑业发展脉络中不变的目标和约束条件。因此,研究我国建筑工业化发展现状,理清发展思路、做好顶层设计显得尤为重要。
为此,中国房地产业协会委托国家住宅与居住环境工程技术研究中心牵头针对高层住宅建筑工业化技术体系和部品产业链现状开展调研。
由于剪力墙结构在高层住宅室内空间内无梁、柱外露等特点,适应居住功能要求,因此比装配式混凝土框架结构得到广泛认可,在北京、上海、天津、哈尔滨、沈阳、唐山、合肥、南通、深圳等诸多大城市中均有较大规模的应用。
支撑装配整体式剪力墙结构发展的关键技术为预制剪力墙可靠的连接技术和“等同现浇”的设计概念。我国通过引进欧美、日本等国家的先进技术并不断的消化、吸收,形成了预制剪力墙水平接缝竖向钢筋套筒灌浆和浆锚搭接等钢筋连接技术,这是影响结构安全的关键技术。
调研中发现工厂生产的构件质量和精度很高,但现场装配质量尤其是竖向钢筋连接与灌浆质量令人担忧。技术工人严重缺乏导致大量现场装配的连接节点质量和可靠性不高。从现场调研看,目前的施工质量还无法完全实现装配整体式剪力墙结构的“等同现浇”设计原则,而我国大部分城市均属于抗震设防地区,会给建筑抗震性能留下安全隐患。
值得注意的是,日本没有把装配整体式剪力墙结构(也称板式结构)应用于高层及超高层住宅,使用更多的是装配式框架结构。主要原因是日本是强地震国家,板式结构在防止剪切破坏和增加结构延性方面性能欠佳。美国也同样限制装配整体式剪力墙结构在地震区高层建筑中的应用。原因是他们的住宅形态多以house和多层集合住宅为主,国情差异巨大。
调查统计中还发现,目前装配整体式剪力墙结构高层住宅平均造价高出传统建造方式的10%-15%,也是影响装配式高层住宅应用规模的客观因素。
目前具备规划设计、构件加工、安装施工能力的企业集团公司在推动建筑工业化上起到了决定性作用,但基本处于“自产自销、定制生产”状态,预制构件生产企业产量平均不到产能的20%。政府在推行装配式建筑时缺乏完整的技术路径规划和工业化通用建筑体系是造成产能严重浪费的因素之一。
因此,在我国发展预制装配式建筑一定要从通用建筑体系构建、建筑质量控制和技术工人资源的匹配度出发,坚持因地制宜,慎重研究决策,避免盲目发展。国家应在装配式建筑的顶层路径设计和市场化机制建立方面发挥引导作用,统一对建筑工业化尤其是装配式建筑的认识,研究“预制化率”和“装配化率”与工业化通用建筑体系的匹配性,避免僵硬指标误导建筑工业化的发展方向。
3.对装配式建筑内涵的认识
十二届人大四次会议政府工作报告提出,“积极推广绿色建筑和建材,大力发展钢结构和装配式建筑,提高建筑工程标准和质量”;《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》要求,“力争用10年左右时间,使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%,积极稳妥推广钢结构建筑。在具备条件的地方,倡导发展现代木结构建筑”。
梳理目前的政策和技术语境,政府倡导的“装配式建筑”是指采用工厂预制混凝土构件在工地装配而成的建筑。属于是狭义的概念,其特征是大量的混凝土建筑部品由工厂生产加工完成;现场装配作业取代混凝土现浇作业;为实现“等同现浇”需要在节点区现场现浇;推行建筑、装修一体化设计与施工;采用标准化设计和信息化管理;符合绿色施工的要求;等等。
从调研成果看,我国更应重视广义的“装配式建筑”。建筑形式可以包括砌块建筑、板式建筑和模块建筑等;结构类型包括混凝土结构、钢结构、竹木结构和砌体结构等;装配对象包括围护结构、内隔墙、设备系统等。尤其是部品部件标准化与机电设备系统集成也应是广义装配式建筑的重要组成部分。
调研的另一个重要成果是,近年来研究并发展起来的基于商品混凝土高层建筑泵送技术和机械化模板系统的现浇混凝土结构体系也是实现建筑工业化的途径。基于装配式模板体系,针对超高层建筑核心筒的整体顶升工作平台及模架体系,面向高层住宅现浇混凝土工业化建造的“空中造楼机”技术等,值得行业关注。
4.“空中造楼机”的研发创新
2013年,住宅科技产业技术创新战略联盟组织十多家产业链技术企业开展了联盟重大课题“北京市公租房标准化产品设计与现浇钢筋混凝土工业化建造研究与示范工程”。课题成果之一是工业化建造成套装备,简称“空中造楼机”。采用“标准化设计、工厂化部品、机械化作业、装配化施工、智能化控制和信息化管理”的方式,在建筑工地现场实现现浇钢筋混凝土高层建筑工业化建造的大型、通用、组合式机械装备及技术。
可以将“空中造楼机”理解为一座现代化工业生产方式的移动造楼工厂。由于装备标准化率>95%,因此可实现在不同工地与建筑间的转移、安装、拆缷,实现高层建筑的建造过程。
“空中造楼机”的关键技术只有四个:
一是基于通用住宅建筑体系的标准化产品设计。通过系列化、规格化的标准居住单元和标准化的交通核单元模块化组合,以及工厂化的部品部件,满足不同楼栋平面和建筑立面的要求;
二是将传统的人工支模拆模过程转化为智能化的合模和开模过程;
三是采用免振捣自密实混凝土、混凝土泵送、点阵式浇筑、自动喷淋技术完成混凝土的浇筑与养护。
四是采用全自动液压升降系统和插接式升降柱结构,总重量约2000吨的造楼机,可在一小时内实现整层楼模板的开合模和整体升降的过程。
因此,“空中造楼机”建造技术与装配式建筑技术一样,符合“工程质量可控、建安成本可控、建造周期可控和减少建筑垃圾排放”的建筑工业化目标,满足施工现场节地、节能、降噪、减少建筑扬尘的要求。
与装配式混凝土建筑建造过程的区别在于:“空中造楼机”沿建筑高度方向运动,自密实商品混凝土通过造楼机建造平台实现剪力墙或柱子的现场浇筑。在完成整栋建筑建造后,“空中造楼机”在不同工地间转移。而预制构件厂不能移动。
相同的是,预制和现浇都需要格构钢筋楼承板或混凝土叠合板、楼梯等水平构件,以及剪力墙钢筋网笼和门窗洞口等配套部品在工厂生产并被运输到建筑工地进行装配。
显然,“空中造楼机”工业化现浇体系,符合混凝土材料的基本特性,能够生产出抗震性能好、性价比高、适应高层和超高层住宅市场需求的高质量产品,符合国家现行钢筋混凝土设计与验收相关标准,并符合绿色施工要求。“空中造楼机”建造技术适宜高度为80-180m,与装配式混凝土建造技术的适用高度可以形成互补,并将在大中城市棚户区改造中发挥更大优势。
5、我的观点:创新是建筑业转型升级的动力
从“空中造楼机”的理念提出到2.0版的设备面世,前后经历了8年时间。其建造理念、设备研发与示范建造过程对于探讨我国建筑工业化发展路径具有重要意义。
就国家层面倡导的绿色建筑、建筑工业化和装配式建筑,我个人认为,绿色建筑是实现建筑业绿色发展的载体,建筑工业化是实现绿色建筑的手段,而装配式建筑只是建筑工业化的路径之一,今天的装配式建筑是狭义的装配式建筑。
“空中造楼机”的创新研发给建筑工业化发展路径和建筑业转型升级带来更多的思考和启示。
我们需要通过产业链联合创新改变今天的建筑业“包工头”思维,包括碎片化的政府管理、碎片化工程服务和单专业的技术路径,推行模数化、少规格、多组合、规模化的建筑工业化理念,开发以机器换人工的建筑质量控制手段和技术。
我们需要通过工业化、信息化和标准化水平手段,实现建筑业与制造业、服务业和信息产业之间的产业融合,转型传统建筑业和制造业,形成面向终端用户和成品建筑的现代建筑服务业,并通过创新建筑服务业模式消化钢铁等过剩产能,对接中国制造2025;
我们需要通过产业转型、能源价格、污染偿还的市场规则和倒逼机制引导建筑工业化与住宅产业化、绿色建筑与生态城市的发展进程,并将安全、健康和绿色作为建筑的关键性能指标;
我们需要通过建立国家层面的“成品住房”交付制度,从供给侧改革和需求侧引导两方面,建立住宅产品单一责任主体负责机制,促进建筑企业优化企业结构和业务链条,打造集开发、设计、生产、施工、安装、运维于一体的住宅工业化集团,从而销售成品住房而不是中间产品。同时,利用“互联网+”理念,促进 “成品住房”产品生产与售后服务模式的创新,建立体系化的部品部件生产与流通体系,提供专业化维修服务,实现“像造汽车一样建造房子”。
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