裝配式PC發(fā)展的現(xiàn)狀與未來展望

郭曉霞 張 坤 張 驥

浙江省建材裝配式建筑設(shè)計(jì)研究院

1 前言

與傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)建筑相比，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑具有施工周期短、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)、綜合效益高等優(yōu)勢(shì)特征，受到了業(yè)內(nèi)人士的高度推崇。為此，全面探究裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑的未來發(fā)展趨勢(shì)具有重要意義。

2 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑的基本概念

裝配式建筑起源于20世紀(jì)初，其主要有兩種形式：一種是預(yù)制裝配式建筑，也是比較常見的一類裝配式建筑;一種是整體裝配式建筑。裝配式建筑從整體上來說是一種區(qū)別于傳統(tǒng)建筑的新型建筑模式，其是指將建筑工程的建造過程作為一種機(jī)器生產(chǎn)程序，先提前在工廠中成批成套地將各個(gè)構(gòu)件制造出來，再將這些預(yù)制好的構(gòu)件運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)來進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)裝配，從而建設(shè)完成的一種建筑?，F(xiàn)如今，在我國(guó)各地的建筑工程建設(shè)中都紛紛開始應(yīng)用了裝配式建筑模式，可見其在建筑市場(chǎng)中有著良好的發(fā)展前景。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑，即以鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件為主體，利用現(xiàn)場(chǎng)裝配的方式建造混凝土結(jié)構(gòu)建筑。按照預(yù)制裝配程度差異，可將其劃分為部分裝配混凝土結(jié)構(gòu)建筑和全裝配混凝土結(jié)構(gòu)建筑兩類。部分裝配混凝土結(jié)構(gòu)建筑多采用預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆混凝土施工方式搭建部分結(jié)構(gòu)。而全裝配混凝土結(jié)構(gòu)建筑則適用于地層建筑，以及對(duì)抗震要求較低的建筑。

3 PC構(gòu)件裝配結(jié)構(gòu)性能要求

PC構(gòu)件是指在工廠中進(jìn)行預(yù)知生產(chǎn)的混凝土構(gòu)件，基于PC構(gòu)件的裝配式建筑是指由預(yù)制混凝土構(gòu)件為主要結(jié)構(gòu)，經(jīng)混凝土構(gòu)件加工工廠生產(chǎn)，再運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)安裝連接，并與現(xiàn)澆部分結(jié)合使用的建筑類型。由此可見，PC結(jié)構(gòu)還包含了關(guān)鍵部位的現(xiàn)澆處理，既提高了生產(chǎn)效率，又達(dá)到了與現(xiàn)澆部位相同的性能，滿足了給排水、暖通、電氣等系統(tǒng)的要求。裝配式建筑物的垂直結(jié)構(gòu)一般由PC墻板和現(xiàn)澆剪力墻通過現(xiàn)澆接頭組成，主要通過布置在地板上的水平現(xiàn)澆帶，將相鄰的PC 墻板連接起來，并與現(xiàn)澆剪力墻連接成統(tǒng)一的整體。因此，要求PC構(gòu)件具有與現(xiàn)澆剪力墻相似的承載力，并能夠有效滿足建筑的抗震性能和工程適應(yīng)性，具體而言，需要滿足以下的性能要求。

3.1 防裂抗?jié)B性能

裝配式建筑所用到的PC 構(gòu)件需要具有良好的防裂抗?jié)B性能，在正常的使用環(huán)境中，PC構(gòu)件要具有良好的彈性，防止熱脹冷縮導(dǎo)致的裂縫和開裂，與此同時(shí)，PC 構(gòu)件墻板與主承重梁之間的連接部分接縫要小于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，防治由于接縫過大產(chǎn)生的滲水泄露問題。

3.2 抗地震性能

基于PC 構(gòu)件的裝配式建筑在抗地震災(zāi)害方面也有明確的要求。建筑在經(jīng)受較低烈度的地震時(shí)，建筑主體支撐結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生一定量的彈性形變，PC構(gòu)件的墻板和現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)接縫處不能出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，并且需要保證預(yù)制樓板不能出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。在經(jīng)受中級(jí)烈度的地震災(zāi)害時(shí)，建筑主體結(jié)構(gòu)和PC構(gòu)件允許出現(xiàn)輕微的裂縫損傷，并且這些損傷經(jīng)歷簡(jiǎn)單的修復(fù)后就能繼續(xù)使用，達(dá)到正常的使用狀態(tài)。在承受較強(qiáng)烈度的地震災(zāi)害時(shí)，需要保證裝配式建筑的主體承重結(jié)構(gòu)不發(fā)生倒塌，PC構(gòu)件局部可以出現(xiàn)一定量的彎曲形變，但不能與主體結(jié)構(gòu)完全脫離，仍需保證必要的垂直向承重功能。

3.3 抵御火災(zāi)水災(zāi)的性能

裝配式建筑在發(fā)生火災(zāi)、爆炸、水災(zāi)等災(zāi)害時(shí)，PC構(gòu)件需要具備防治持續(xù)倒塌的性能，為了提高建筑的防火、防煙霧和防水性能，在裝配式施工過程中，要盡量避免出現(xiàn)轉(zhuǎn)角板折斷、疊合板斷裂以及構(gòu)件埋設(shè)不合理等問題。

4 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑的優(yōu)勢(shì)特征

4.1 施工周期短

由于裝配式安裝施工作業(yè)多在廠房?jī)?nèi)進(jìn)行，避免了外界環(huán)境因素的影響。采用裝配式安裝施工方式，不僅可以縮短現(xiàn)場(chǎng)安裝施工周期，還可以有效降低勞動(dòng)強(qiáng)度，壓縮勞動(dòng)力成本。據(jù)相關(guān)調(diào)查報(bào)告顯示，采用裝配式安裝施工方式，低層和多層建筑可以縮短50%以上的工期，高層建筑可以縮短1/3左右的工期。

4.2 結(jié)構(gòu)質(zhì)量等級(jí)高

采用自動(dòng)化機(jī)械生產(chǎn)、信息化流水線管理的方式，可以有效避免人為因素的破壞，以及施工轉(zhuǎn)分包行為，保障整體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。尤為關(guān)鍵的是，可以有效解決傳統(tǒng)建造模式普遍存在的漏水、隔音效果差、保溫性能不達(dá)標(biāo)等問題。

4.3 資源損耗小

由于裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑所用的預(yù)制構(gòu)件都是工廠批量化生產(chǎn)的，整個(gè)流水線的生產(chǎn)機(jī)具都是可以循環(huán)利用的，這極大地減小了資源損耗量，增大了資源的利用率。

5 裝配式混凝土建筑國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀

5.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

5.1.1 北美發(fā)展現(xiàn)狀

裝配式建筑最早應(yīng)用于美國(guó)，用以專門研究裝配式建筑的相關(guān)內(nèi)容。北美地區(qū)裝配式建筑以預(yù)制構(gòu)件和預(yù)制外墻兩部分為主，通過與預(yù)應(yīng)力技術(shù)的融合應(yīng)用，改進(jìn)建筑質(zhì)量，縮短建設(shè)工期，推動(dòng)建筑向標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化方向發(fā)展。另外，由于北美地區(qū)處于地震多發(fā)地帶，在預(yù)制裝配式建筑研究中，將建筑抗震性融入其中，在提高建筑抗震能力的基礎(chǔ)上，對(duì)其結(jié)構(gòu)實(shí)行調(diào)整，推動(dòng)裝配式建筑的進(jìn)一步發(fā)展。

5.1.2 日本發(fā)展現(xiàn)狀

日本裝配式混凝土建筑的發(fā)展要從20世紀(jì)70年代開始，當(dāng)時(shí)只有初步理念和理論支持，直到90年代才逐漸實(shí)現(xiàn)工廠化發(fā)展。日本裝配式混凝土建筑借鑒歐美現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)，根據(jù)自身需求進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化?，F(xiàn)階段，日本裝配式混凝土建筑已經(jīng)獲得了較好成績(jī)，尤其在抗震方面有著突出貢獻(xiàn)，為人們的生命財(cái)產(chǎn)安全提供保障。日本裝配式混凝土建筑具有靈活多變、生產(chǎn)效率高等優(yōu)勢(shì)，可滿足多樣化需求。

5.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)裝配式混凝土建筑的起步時(shí)間較晚，約在20世紀(jì)中期才逐漸將裝配式混凝土理念引入國(guó)內(nèi)，初期由于技術(shù)的限制，裝配式建筑結(jié)構(gòu)以預(yù)制大板和工具室模板現(xiàn)澆體系為主，混亂性較高，且缺少標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)數(shù)據(jù)，產(chǎn)量也難以保障。之后隨著技術(shù)的進(jìn)步，到20世紀(jì)90年代左右，裝配式混凝土建筑稍有起色，并在國(guó)家政策支持下，做到了工業(yè)化發(fā)展。進(jìn)入20世紀(jì)后，在低碳經(jīng)濟(jì)理念的引領(lǐng)下，人們逐漸加大了對(duì)裝配式混凝土建筑的重視力度，該建筑具有能耗小、施工快等優(yōu)勢(shì)，符合低碳發(fā)展要求。從此以后，我國(guó)將其作為推動(dòng)建筑行業(yè)穩(wěn)定前行的核心動(dòng)力，相關(guān)政策體系也日益完善，法律法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范內(nèi)容不斷健全，這為裝配式混凝土建筑發(fā)展提供了強(qiáng)大助力。

6 我國(guó)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中的問題

6.1 質(zhì)量水平較低

質(zhì)量水平不高體現(xiàn)在三方面上：一是節(jié)點(diǎn)連接性較差。目前，我國(guó)裝配式建筑的裝配式僅在20%-50%之間，套筒灌漿連接方式作為主要連接措施，雖然在近幾年發(fā)展中已經(jīng)較為完善，規(guī)章流程也較為完整，但由于標(biāo)準(zhǔn)化界限模糊不清，灌漿飽和度與漿液質(zhì)量難以把控，再加上事后檢驗(yàn)工作的不合理，節(jié)點(diǎn)連接位置容易出現(xiàn)各種問題，難以保證工程質(zhì)量。二是精準(zhǔn)性不足。裝配式混凝土建筑施工中涉及大型構(gòu)件的吊裝作業(yè)，其對(duì)精準(zhǔn)度要求較高，雖然有BIM技術(shù)作為支持，但由于該技術(shù)在我國(guó)還不是十分完善，難以對(duì)吊裝精準(zhǔn)性實(shí)行科學(xué)控制，所以很容易對(duì)工程質(zhì)量帶來負(fù)面影響。三是技術(shù)人員能力不高。裝配式混凝土在我國(guó)起步較晚，專業(yè)人才培養(yǎng)力度不足，實(shí)際作業(yè)中容易因?yàn)榧夹g(shù)掌握不熟練，影響因素較多、不規(guī)范操作等導(dǎo)致問題的產(chǎn)生。另外，高校及一些培訓(xùn)機(jī)構(gòu)仍在沿用傳統(tǒng)培訓(xùn)方式，未將裝配式混凝土建筑融入其中，專業(yè)人員對(duì)相關(guān)知識(shí)了解較少，難以對(duì)工程質(zhì)量提供幫助。

6.2 造價(jià)成本較高

首先，裝配式混凝土建筑中所需的零部件均是由工場(chǎng)生產(chǎn)制作的，但由于生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)技術(shù)的缺失，導(dǎo)致生產(chǎn)作業(yè)中材料損耗量上升，造成較大的成本支出。我國(guó)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)尚未規(guī)?；瘧?yīng)用且預(yù)制率、裝配率較低，市場(chǎng)需求量小，“工廠化”的優(yōu)勢(shì)未能真正體現(xiàn)。其次，PC 預(yù)制構(gòu)件的增值稅是按照產(chǎn)品16%征收的，稅費(fèi)相對(duì)較大，增加了企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本。最后，產(chǎn)業(yè)集成化程度低，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工處于分散狀態(tài)，生產(chǎn)廠家未能完全理解設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖，不合格產(chǎn)品的數(shù)量有所增加，且預(yù)制構(gòu)件在施工過程中與現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件出現(xiàn)錯(cuò)漏碰撞現(xiàn)象，致使工程返工。雖然我國(guó)有大力推動(dòng)EPC 工程承包模式，但由于對(duì)其了解不夠充分，實(shí)際落實(shí)效果不理想。

6.3 設(shè)計(jì)體系不合理

設(shè)計(jì)體系不合理可體現(xiàn)在設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)體系這三方面上。設(shè)計(jì)理念落后是裝配式混凝土建筑普遍存在的問題。裝配式混凝土建筑的設(shè)計(jì)涵蓋多方面內(nèi)容，如現(xiàn)澆設(shè)計(jì)、拆分設(shè)計(jì)、預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)、主體和圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)電設(shè)計(jì)等，設(shè)計(jì)中要注重這些結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性，搭配的合理性。但在工作開展中，設(shè)計(jì)人員沿用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，將重點(diǎn)放在澆筑、拆分及預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)上，忽略了其他環(huán)節(jié)，這使得最終設(shè)計(jì)與實(shí)際施工不符，影響了建筑質(zhì)量。設(shè)計(jì)技術(shù)不成熟也是阻礙裝配式混凝土建筑發(fā)展的因素之一。其中節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)等技術(shù)不夠成熟。雖然有BIM技術(shù)作為支撐，可開展深化設(shè)計(jì)活動(dòng)，但由于兩者融合不夠完善，很多性能無(wú)法發(fā)揮，再加上工作人員操作的不規(guī)范，整體設(shè)計(jì)水平無(wú)法提升。標(biāo)準(zhǔn)體系缺失使得裝配式混凝土建筑設(shè)計(jì)缺少科學(xué)依據(jù)，難以做到優(yōu)化和調(diào)整，這樣在面對(duì)不同環(huán)境、不同要求下，無(wú)法對(duì)建筑及其構(gòu)件實(shí)施科學(xué)處理，影響了最終的建筑效果。

7 我國(guó)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展對(duì)策

7.1 加大政府扶持力度

政府應(yīng)明確裝配式混凝土建筑在未來發(fā)展中的重要作用，加大研究力度，改善裝配式混凝土建筑中的關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)根據(jù)裝配式混凝土建筑的要求，做好新材料的研究，優(yōu)化材料強(qiáng)度、耐久性、抗震性。再者，完善相關(guān)制度，為裝配式混凝土建筑的發(fā)展提供可靠依據(jù)。政府部門可借助控制增值稅、返還土地出讓金等政策，降低企業(yè)經(jīng)濟(jì)壓力，加大對(duì)該建筑形式的應(yīng)用。在人才培養(yǎng)方面，擴(kuò)大工人隊(duì)伍培訓(xùn)示范基地試點(diǎn)范圍，為培訓(xùn)機(jī)構(gòu)提供政策優(yōu)惠，且鼓勵(lì)高校大力開展相關(guān)專業(yè)和課題研究，推行持證上崗政策，以完善工作人員的技能水平。此外，還應(yīng)做好宣傳工作，讓更多人了解裝配式混凝土建筑的優(yōu)勢(shì)和特征，激勵(lì)企業(yè)參與到裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建設(shè)中來，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的良好發(fā)展。

7.2 引進(jìn)和加大新型技術(shù)研究力度

設(shè)計(jì)過程中需開展標(biāo)準(zhǔn)化、一體化設(shè)計(jì)。對(duì)節(jié)點(diǎn)、接口等關(guān)鍵部位及結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理規(guī)劃，注重結(jié)構(gòu)抗震性。在生產(chǎn)運(yùn)輸中，需提高工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)水平，合理應(yīng)用BIM-RFID技術(shù)及現(xiàn)代物流管理技術(shù)，保證預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量，做好生產(chǎn)運(yùn)輸環(huán)節(jié)的保護(hù)，使構(gòu)件符合工程建設(shè)要求。施工安裝階段，要通過隔震、消震技術(shù)的應(yīng)用，加強(qiáng)安裝的精準(zhǔn)性，降低不良因素對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。研發(fā)灌漿料封堵模具、真空灌漿技術(shù)，保證節(jié)點(diǎn)連接質(zhì)量；將現(xiàn)代定位技術(shù)與BIM 技術(shù)相結(jié)合，借助事前模擬、事中精準(zhǔn)定位、事后嚴(yán)格檢查，來提高現(xiàn)場(chǎng)安裝精確度。

7.3 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)集成化整合

由于裝配式混凝土結(jié)構(gòu)在發(fā)展中缺少完善的產(chǎn)業(yè)鏈體系，使其受到多方面因素的制約。為此，相關(guān)人員有必要結(jié)合現(xiàn)今形勢(shì)，完善產(chǎn)業(yè)鏈條，改善其集成化水平。一方面要滿足一體化發(fā)展要求，做到研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝、運(yùn)營(yíng)管理等產(chǎn)業(yè)的集成化管控，加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。同時(shí)一體化集成管理可優(yōu)化設(shè)計(jì)水平，促進(jìn)內(nèi)部各系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)間的連接，提升建筑實(shí)用性能。另一方面要對(duì)管理模式予以創(chuàng)新，落實(shí)EPC 工程總承包模式，將研發(fā)、生產(chǎn)、安裝、管理等融合起來。且加大信息化建設(shè)力度，提高BIM技術(shù)在裝配式混凝土建筑中的應(yīng)用效率，通過信息共享、模型構(gòu)建，完善裝配式混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)容，有效提高建筑整體質(zhì)量。

8 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為我國(guó)建筑領(lǐng)域發(fā)展的主要方向，雖然其現(xiàn)階段還存在較多不足有待解決，不過隨著相關(guān)人員意識(shí)水平的提高、研發(fā)力度的加大、政策完善及科學(xué)技術(shù)的支持和推動(dòng)，裝配式混凝土建筑的整體質(zhì)量將得到有效改善，從而推動(dòng)現(xiàn)代化城市的前進(jìn)腳步，為建筑領(lǐng)域帶來經(jīng)營(yíng)動(dòng)力。