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国际装配式建筑的历史与发展

装配式建筑特征:设计标准化、生产工厂化、施工装配化、装修一体化、管理信息化。


装配式结构体系:装配式混凝土结构(装配式剪力墙结构、装配式框架结构、大板结构、箱式结构等);木(竹)结构 ;钢结构体系(框架支撑剪力墙结构、轻钢体系、 )。


装配式混凝土结构体系:剪力墙、梁、柱、板构件工厂预制,现场节点拼接。


钢结构体系:工厂化加工构件,结构构件本就符合装配式建筑发展理念。木(竹)结构体系,其他结构体系等。


  建筑工业化起源


社会背景:战争损坏大量房屋,战后欧洲经济迅速发展, 人口向城市集中,房荒严重。劳动力不足, 传统技工特缺。传统的建筑施工效率很低, 不能适应当时所面临的房屋增长的迫切需要。


技术基础:工业的底子厚,战后恢复和发展都迅速,充裕的水泥、钢材和施工机械等,为建筑工业化的推行提供了更为有利的条件,英国莱茵建筑体系、瑞典的哥腾堡公寓建筑体系、法国的卡缪大板住宅建筑、 苏联的盒子结构建筑等。


  国内外共10个国家:中国、美国、英国、德国、法国、日本、加拿大、新加坡、丹麦、瑞典装配式建筑的发展现状。70年代后,各国各地区基于不同的自然和人文条件及特点,选择了不同的发展道路与方式。


  美国装配式住宅盛行于20世纪70年代。1976年,美国国会通过了国家工业化住宅建造及安全法案,同年出台一系列严格的行业规范标准,一直沿用至今。除注重质量,现在的装配式住宅更加注重美观、舒适性及个性化。据美国工业化住宅协会统计,2001年,美国的装配式住宅已经达到了1000万套,占美国住宅总量的7%。在美国、加拿大,大城市住宅的结构类型以混凝土装配式和钢结构装配式住宅为主,在小城镇多以轻钢结构、木结构住宅体系为主。美国住宅用构件和部品的标准化、系列化、专业化、商品化、社会化程度很高,几乎达到100%。用户可通过产品目录,买到所需的产品。这些构件结构性能好,有很大通用性,也易于机械化生产。钢-木结构别墅,钢结构公寓。建材产品和部品部件种类齐全。构件通用化水平高、商品化供应。BL质量认证制度。部品部件品质保证年限。


  英国政府积极引导装配式建筑发展。明确提出英国建筑生产领域需要通过新产品开发、集约化组织、工业化生产以实现“成本降低10%,时间缩短10%,缺陷率降低20%,事故发生率降低20%,劳动生产率提高10%,最终实现产值利润率提高10%”的具体目标。同时,政府出台一系列鼓励政策和措施,大力推行绿色节能建筑,以对建筑品质、性能的严格要求促进行业向新型建造模式转变。英国装配式建筑的发展需要政府主管部门与行业协会等紧密合作,完善技术体系和标准体系,促进装配式建筑项目实践。可根据装配式建筑行业的专业技能要求,建立专业水平和技能的认定体系,推进全产业链人才队伍的形成。除了关注开发、设计、生产与施工外,还应注重扶持材料供应和物流等全产业链的发展。钢结构建筑、模块化建筑,新建占比70%以上。设计、制作到供应的成套技术及有效的供应链管理。英钢联起到关键作用。


  德国的装配式住宅主要采取叠合板、混凝土、剪力墙结构体系,采用构件装配式与混凝土结构,耐久性较好。德国是世界上建筑能耗降低幅度最快的国家,近几年更是提出发展零能耗的被动式建筑。从大幅度的节能到被动式建筑,德国都采取了装配式住宅来实施,装配式住宅与节能标准相互之间充分融合。二战后多层办事装配式住宅,1970年代东德工业化水平90%。新建别墅等建筑基本为全装配式钢(-木)结构。强大的预制装配式建筑产业链。高校、研究机构和企业研发提供技术支持。建筑、结构、水暖电协作配套。施工企业与机械设备供应商合作密切。机械设备、材料和物流先进,摆脱了固定模数尺寸限制。


  日本于1968年就提出了装配式住宅的概念。1990年推出采用部件化、工业化生产方式、高生产效率、住宅内部结构可变、适应居民多种不同需求的中高层住宅生产体系。在推进规模化和产业化结构调整进程中,住宅产业经历了从标准化、多样化、工业化到集约化、信息化的不断演变和完善过程。日本根据每五年都颁布住宅建设五年计划,每一个五年计划都有明确的促进住宅产业发展和性能品质提高方面的政策和措施。政府强有力的干预和支持对住宅产业的发展起到了重要作用:通过立法来确保预制混凝土结构的质量;坚持技术创新,制定了一系列住宅建设工业化的方针、政策,建立统一的模数标准,解决了标准化、大批量生产和住宅多样化之间的矛盾。木结构占比超过40%。多高层集合住宅主要为钢筋混凝土框架(PCA技术)。工厂化水平高,集成装修、 保温门窗等。立法来保证混凝土构件的质量。地震烈度高,装配式混凝土减震隔震技术。


  我国的装配式建筑在上世纪八十年代后期突然停滞并很快走向消亡,PC技术沉寂了三十多年之后又重新在我国兴起,这是一个令人鼓舞和值得期待的事件。时隔30年的断档期,无论是技术还是人员都非常匮乏,短期之内无法从根本上解决人员、技术、管理、工程经验等软件方面的问题。从市场占有率来说,我国装配式建筑市场尚处于初级阶段,全国各地基本上集中在住宅工业化领域,尤其是保障性住房这一狭小地带,前期投入较大,生产规模很小,且短期之内还无法和传统现浇结构市场竞争。但随着国家和行业陆续出台相关发展目标和方针政策的指导,面对全国各地向建筑产业现代化发展转型升级的迫切需求,我国各地20多个省市陆续出台扶持相关建筑产业发展政策,推进产业化基地和试点示范工程建设。相信随着技术的提高,管理水平的进步,装配式建筑将有广阔的市场与空间。沉寂了三十多年之后又重新在我国兴起。尚处于初级阶段。国家、行业及地方主要标准规范已基本编制完成并颁布实施。满足建筑产业现代化发展转型升级需求。


  法国是世界上推行装配式建筑最早的国家之一,法国装配式建筑的特点是以预制装配式混凝土结构为主,钢结构、木结构为辅。法国的装配式住宅多采用框架或者板柱体系,焊接、螺栓连接等均采用干法作业,结构构件与设备、装修工程分开,减少预埋,生产和施工质量高。法国主要采用的预应力混凝土装配式框架结构体系,装配率可达80%。1959-1970开始,1980年代后成体系。绝大多数为预制混凝土。构造体系,尺寸模数化,构件标准化。少量钢结构和木结构。装配式链接多采用焊接和螺栓链接。


加拿大建筑装配式与美国发展相似,从二十世纪二十年代开始探索预制混凝土的开发和应用,到二十世纪六、七十年代该技术得到大面积普遍应用。目前装配式建筑在居住建筑,学校、医院、办公等公共建筑,停车库、单层工业厂房等建筑中得到官方的应用。在工程实践中,由于大量应用大型预应力预制混凝土构建技术,使装配式建筑更充分的发挥其优越性。类似美国,构件通用性高。大城市多为装配式混凝土何钢结构。小镇多为钢或钢—木结构。6度以下地区,全预制混凝土(含高层)。


  新加坡是世界上公认的住宅问题解决较好的国家,其住宅多采用建筑工业化技术加以建造,其中,住宅政策及装配式住宅发展理念是促使其工业化建造方式得到广泛推广。新加坡开发出15层到30层的单元化的装配式住宅,占全国总住宅数量的80%以上。通过平面的布局,部件尺寸和安装节点的重复性来实现标准化以设计为核心设计和施工过程的工业化,相互之间配套融合,装配率达到70%。80%的住宅由政府建造,20年快速建设。组屋项目强制装配化,装配率70%。大部分为塔式或板式混凝土多高层建筑。装配式施工技术主要应用与组屋建设。


  丹麦在1960年制定了工业化的统一标准(丹麦开放系统办法),规定凡是政府投资的住宅建设项目必须按照此办法进行设计和施工,将建造发展到制造产业化。混凝土结构为主,受法国影响。强制要求设计模数化。预制构件产业发达。结构、门窗、厨卫等构件标准化。装配式大板结构、箱式模块结构等。


  瑞典采用了大型混凝土预制板的装配式技术体系,装配式建筑部品部件的标准化已逐步纳入瑞典的工业标准。为推动装配式建筑产品建筑工业化通用体系和专用体系发展,政府鼓励只要使用按照国家标准协会的建筑标准制造的结构部件来建造建筑产品,就能获得政府资金支持。


  装配式建筑的发展方向


1.向长寿命居住和绿色住宅产业化方向发展


世纪之交全人类对于可持续发展的追求,促使人们探索从节能、节水、节材、节地和环保等方面综合统筹建造更“绿色”的建筑,而“长寿命居住”是最大的“绿色建筑”。对我国而言,“绿色建筑工业化”是可持续发展的要求,也是转变增长方式的要求。


2.从闭锁体系向开放体系发展


西方国家预制混凝土结构的发展,大致上可以分为两个阶段:自1950年至1970年是第一阶段,1970年至今是第二阶段:第一阶段的施工方法被称为闭锁体(closdeysstem),其生产重点为标准化构件,并配合标准设计、快速施工,缺点是结构形式有限、设计缺乏灵活性。第二阶段的施工方法被称为开放体系(ponesysetm),致力于发展标准化的功能块、设计上统一模数,这样易于统一又富于变化,方便了生产和施工,也给设计更大自由。


3.从湿体系向干体系发展,现在又广泛采用现浇和预制装配相结合的体系


湿体系(wetsysetm)又称法国式。其标准较低,所需劳力较多,接头部分大都采用现浇混凝土,但防渗性能好。干体系d(yrSysetm)又称瑞典式,其标准较高,接头部分大都不用现浇混凝土,防渗性能较差。


4.从只强调结构预制向结构预制和内装系统化集成的方向发展


建筑产业化既是主体结构的产业化也是内装修部品的产业化,两者相辅相成,互为依托,片面强调其中任何一个方面均是错误的。


5.更加强调信息化的管理


通过BIM信息化技术搭建住宅产业化的咨询、规划、设计、建造和管理各个环节中的信息交换平台,实现全产业链的信息平台支持,以“信息化”促进“产业化”。是实现住宅全生命周期和质量责任可追溯管理的重要手段。


6.更加与保障性基本住房需求建设结合


欧洲和日本的集合住宅,新加坡的租屋,我国香港的公屋均是装配式技术的主要实践对象。


  BIM信息化技术


作为装配式建筑设计的基础,BIM是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为基础,建立起三维的建筑模型,通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。它具有信息完备性、信息关联性、信息一致性、 可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性八大特点。


  从BIM设计过程的资源、行为、交付三个基本维度,给出设计企业的实施标准的具体方法和实践内容。BIM(建筑信息模型)不是简单的将数字信息进行集成,而是一种数字信息的应用,并可以用于设计、建造、管理的数字化方法。这种方法支持建筑工程的集成管理环境,可以使建筑工程在其整个进程中显著提高效率、大量减少风险。


1.BIM是一个设施(建设项目)物理和功能特性的数字表达;


2.BIM是一个共享的知识资源,是一个分享有关这个设施的信息,为该设施从建设到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程;


3.在项目的不同阶段,不同利益相关方通过在BIM中插入、提取、更新和修改信息,以支持和反映其各自职责的协同作业。


  据了解,在中国,BIM最初只是应用于一些大规模标志性的项目当中,除了堪称BIM经典之作的上海中心大厦项目外,上海世博会的一些场馆也应用了BIM。仅仅经过两三年,BIM已经应用到一些中小规模的项目当中。以福建省建筑设计研究院为例,全院70%~80%的项目都是使用BIM完成的。据介绍,就BIM的应用而言,2009年,美国就领先中国7年;3年后的今天,中国已将这一差距缩小到了3年。需要强调的是,这一差距针对的是BIM的用户数量,而在应用程度上,中国企业与世界领先公司基本上处于同等水平。


     BIM建筑信息模型的建立,是建筑领域的一次革命。将成为项目管理强有力的工具。BIM建筑信息模型适用于项目建设的各阶段。它应用于项目全寿命周期的不同领域。掌握BIM技术,才能在建筑行业更好地发展。(转载于今日头条《节能观察》)