制約赤峰市混凝土裝配式建筑發(fā)展的因素研究

徐超

摘 要：本文研究分析制約赤峰市混凝土材料裝配式建筑發(fā)展的因素，從工藝成本、物流成本、裝配式施工技術(shù)疑難問(wèn)題、技術(shù)人員培養(yǎng)、機(jī)械化成本、預(yù)制構(gòu)件辦廠成本等六個(gè)方面進(jìn)行總結(jié)及調(diào)研分析，建立傳統(tǒng)混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆筑施工方式的建筑模型和混凝土裝配式結(jié)構(gòu)的建筑模型進(jìn)行成本造價(jià)的對(duì)比分析，從而得到科學(xué)結(jié)論，為赤峰市建筑行業(yè)發(fā)展以及百姓住房等民生問(wèn)題貢獻(xiàn)力量。

關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu);裝配式建筑施工;物流成本;機(jī)械化成本;預(yù)制構(gòu)件

中圖分類(lèi)號(hào)：TU755? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1673-260X（2021）02-0037-04

1 引言

裝配式建筑是指把傳統(tǒng)建造方式中的大量現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)工作轉(zhuǎn)移到工廠進(jìn)行，在工廠加工制作好建筑用構(gòu)件和配件（如樓板、墻板、樓梯、陽(yáng)臺(tái)等），運(yùn)輸?shù)浇ㄖ┕がF(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)可靠的連接方式在現(xiàn)場(chǎng)裝配安裝而成的建筑（如圖1、圖2）。裝配式建筑最早產(chǎn)生于十七世紀(jì)，國(guó)外先應(yīng)用裝配式建筑，我國(guó)相對(duì)較晚，2012年我國(guó)裝配式建筑面積僅0.14億平方米，2018年我國(guó)裝配式建筑面積達(dá)到2.9億平方米，可見(jiàn)裝配式建筑在我國(guó)未來(lái)的發(fā)展空間較大。在北方地區(qū)，由于冬季寒冷，傳統(tǒng)的施工方式會(huì)進(jìn)入冬歇期，但是裝配式建筑會(huì)避免此類(lèi)問(wèn)題，裝配式建筑不僅能夠縮短工期，節(jié)省人工，還減少了建筑垃圾，達(dá)到綠色環(huán)保，符合國(guó)家建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略布局[1]。

裝配式雖然有很多優(yōu)勢(shì)，但我國(guó)裝配式建筑起步較晚，對(duì)比發(fā)達(dá)國(guó)家，技術(shù)較為落后，所以裝配式建筑成本過(guò)高，在全國(guó)一、二線城市，裝配式建筑在國(guó)家的支持下已經(jīng)初具規(guī)模。赤峰市建筑施工模式多以現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土形式而非裝配式施工模式，出現(xiàn)較少的裝配式建筑僅限于鋼材料所組成的鋼結(jié)構(gòu)，裝配式建筑形式有限。

本文內(nèi)容圍繞著工藝成本、物流成本、混凝土結(jié)構(gòu)裝配式施工技術(shù)疑難問(wèn)題、技術(shù)人員培養(yǎng)、機(jī)械化成本以及混凝土預(yù)制構(gòu)件辦廠成本等6個(gè)方面進(jìn)行研究，分析制約混凝土裝配式建筑的因素。

2 制約混凝土裝配式建筑因素分析：

2.1 工藝及施工成本

本文對(duì)裝配式施工模式和傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工模式的工藝及施工成本分析是通過(guò)對(duì)赤峰周邊兩種施工模式的工地調(diào)研走訪分析和建立模型對(duì)比分析組成。

2.1.1 經(jīng)走訪調(diào)研發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆施工作業(yè)相比較，裝配式建筑成本偏高的原因是PC構(gòu)件即裝配式建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件生產(chǎn)成本偏高，這是由于我國(guó)裝配式建筑仍然處于發(fā)展階段，保證PC構(gòu)件在荷載作用時(shí)安全、適用、耐久的前提下，生產(chǎn)技術(shù)比西方裝配式建筑成熟的國(guó)家相對(duì)落后，因而成本偏高，其次赤峰周邊裝配式建筑發(fā)展規(guī)模小，造成構(gòu)件價(jià)格偏高，另外PC構(gòu)件作為商品，需要征收17%的增值稅，這就不利于裝配式建筑在赤峰地區(qū)的大力推廣。

工藝成本在傳統(tǒng)現(xiàn)澆與裝配式施工中主體上部結(jié)構(gòu)的成本差異是關(guān)鍵性因素，兩種建筑模式的基礎(chǔ)，即下部結(jié)構(gòu)都是采用現(xiàn)場(chǎng)制造，工藝成本相差別并不是很大[2]。上部結(jié)構(gòu)，兩種施工模式差別大，因?yàn)檠b配式建筑的構(gòu)件是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)拼接形成的結(jié)構(gòu)整體，分單元的拼接技術(shù)需要特殊處理才能保證其結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定和均勻受力，而傳統(tǒng)現(xiàn)澆模式施工的整體性良好并不需要這一過(guò)程，例如，上部結(jié)構(gòu)的樓板工程，預(yù)制裝配式建筑主要采用疊合式樓板，為保證樓板構(gòu)件的整體性，在此基礎(chǔ)上現(xiàn)澆一層鋼筋混凝土板層，此種工藝手法被稱(chēng)為現(xiàn)澆整體式，此種方法雖一定程度上解決了裝配式整體性能偏弱的劣勢(shì)，但造成了更大的經(jīng)濟(jì)造價(jià)，同時(shí)接縫處多用黏膠粘連，遇到凍脹、腐蝕等情況下后續(xù)的維護(hù)費(fèi)用增加。兩種施工手法的上部結(jié)構(gòu)在磚砌體工程中成本差別也較大，預(yù)制率較高的裝配式建筑，磚砌筑費(fèi)用成本在每平米5元以下，但是傳統(tǒng)的現(xiàn)澆施工手法磚砌筑費(fèi)用成本在25元每平方米上下波動(dòng)，所以上部結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)隔墻采用傳統(tǒng)模式的施工方法比裝配式施工手法造價(jià)高。兩種施工模式場(chǎng)地準(zhǔn)備的差異也是非常大的，因此從場(chǎng)地準(zhǔn)備的角度來(lái)講成本相差較大，傳統(tǒng)的施工技術(shù)手段現(xiàn)場(chǎng)的施工場(chǎng)布技術(shù)成熟，費(fèi)用低廉，但裝配式除了應(yīng)具備大型的塔吊設(shè)備場(chǎng)地外，還應(yīng)具備PC構(gòu)件放置的場(chǎng)地，以及吊裝設(shè)備場(chǎng)地，費(fèi)用增加。從裝飾裝修以及房屋設(shè)備上來(lái)講，兩種施工方案產(chǎn)生的費(fèi)用亦有不同，裝配式造價(jià)要高于傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工模式，現(xiàn)場(chǎng)走線，裝修抹灰等施工手段，現(xiàn)澆施工要明顯比裝配式施工模式方便，從而造價(jià)更為低廉。此外預(yù)制構(gòu)件的裝配、預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)以及運(yùn)輸?shù)确矫娑际莻鹘y(tǒng)現(xiàn)澆施工模式不予考慮的問(wèn)題。屋面建造及防水方面，兩種施工手法也是有差別的，因此也會(huì)產(chǎn)生費(fèi)用的不同，屋面的樓蓋采用裝配式構(gòu)件，通常做法是在PC板上澆筑一層2cm厚的混凝土板層，用以提高其整體性，而傳統(tǒng)施工方法則無(wú)須加厚，造價(jià)更為低廉。在防水方面，室內(nèi)通常采用PC構(gòu)件加節(jié)點(diǎn)澆筑，預(yù)制外墻板的接縫防水施工難度大，采用密閉優(yōu)質(zhì)的高造價(jià)材料，從而費(fèi)用更高。

預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)費(fèi)用主要包括材料費(fèi)、人工費(fèi)、機(jī)械費(fèi)以及工廠、土地、管理成本和模具設(shè)計(jì)成本。經(jīng)赤峰周邊地區(qū)工地調(diào)研、走訪并通過(guò)模型對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，在人工費(fèi)上，混凝土、鋼筋等其節(jié)約比例約為16%及8%。裝配式建筑預(yù)制件的生產(chǎn)需要特殊材料，還需要一系列的專(zhuān)業(yè)化設(shè)備，因此，傳統(tǒng)方法中使用的混凝土現(xiàn)澆方式比預(yù)制構(gòu)件成本要低。

此外，裝配式建筑與現(xiàn)澆建筑相比較腳手架、模板支撐、現(xiàn)場(chǎng)工人費(fèi)用大量減少，減少趨勢(shì)隨著裝配式裝配率的增加而增大。因此在這些方面預(yù)制裝配式施工模式比現(xiàn)澆施工模式造價(jià)大幅度降低。

調(diào)研分析裝配式建筑項(xiàng)目與傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)澆筑施工項(xiàng)目費(fèi)用項(xiàng)比較如表一所示。

2.1.2 模型對(duì)比分析：本文選取赤峰市某教學(xué)樓工程項(xiàng)目為例，利用BIM建筑信息軟件模擬建立裝配式結(jié)構(gòu)模型及傳統(tǒng)施工手藝的結(jié)構(gòu)模型，模型建立需滿足安全、適用、耐久的要求，并考慮建筑成本。運(yùn)用BIM Revit建模軟件、GTJ造價(jià)軟件對(duì)兩種結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行造價(jià)預(yù)算，最終進(jìn)行對(duì)比。建筑模型如圖一、圖二所示。

赤峰市某教學(xué)樓模型介紹：本模型仿照工程實(shí)體建立，總建筑面積為15360平方米，其中地上建筑面積為12800平方米，地下室建筑面積為2560平方米，南北寬度88米，東西長(zhǎng)度60米，建筑總高度16.6米，二類(lèi)建筑，抗震設(shè)防烈度為7度，建筑抗震設(shè)防類(lèi)別為丙類(lèi)，該模型為框架結(jié)構(gòu)，采用獨(dú)立基礎(chǔ)。后期用造價(jià)軟件GTJ分析裝配式與傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工模式的預(yù)算。兩種施工模式在赤峰市項(xiàng)目費(fèi)用詳解如表二所示.GTJ軟件清單規(guī)則采用房屋建筑與裝飾工程計(jì)量規(guī)范規(guī)則（2013-北京）（R1.0.24.0）定額規(guī)則采用北京市房屋建筑與裝飾工程預(yù)算定額計(jì)算規(guī)則（2012）（R1.0.24.0），清單庫(kù)采用工程量清單項(xiàng)目計(jì)量規(guī)范（2013-北京），定額庫(kù)采用北京市建設(shè)工程預(yù)算定額（2012）。

通過(guò)軟件分析，采用裝配式施工對(duì)上部結(jié)構(gòu)預(yù)算為21196800元，采用現(xiàn)澆式建筑上部結(jié)構(gòu)預(yù)算為14376960元，因?yàn)閮煞N施工形式下部結(jié)構(gòu)費(fèi)用基本相同，所以整個(gè)模型從兩種不同的施工模式進(jìn)行預(yù)算分析，顯然傳統(tǒng)的現(xiàn)澆式建筑更為節(jié)省。

2.2 物流成本分析

裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件工廠到施工現(xiàn)場(chǎng)的距離決定著運(yùn)輸費(fèi)用和建筑工期的控制，赤峰市周邊近距離的混凝土構(gòu)件預(yù)制廠家正在籌劃建設(shè)中并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)零的突破，如果需在赤峰市內(nèi)及周邊地區(qū)進(jìn)行裝配式建筑施工，就必須從外地購(gòu)買(mǎi)及運(yùn)送裝配式構(gòu)件，距離赤峰最近的混凝土預(yù)制構(gòu)件廠在北京、沈陽(yáng)，距離都比較遠(yuǎn)。那么就必須衡量物流的費(fèi)用。通過(guò)走訪、調(diào)研分析得出，只有從工廠到施工地點(diǎn)距離在100公里左右，物流成本才相對(duì)合適。此外從整條產(chǎn)業(yè)鏈接來(lái)看，裝配式建筑從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)绞┕?，每一個(gè)環(huán)節(jié)的銜接不夠流暢也會(huì)影響建筑進(jìn)度，增加了建筑成本，這也是制約赤峰市混凝土材料裝配式建筑發(fā)展的一個(gè)必要因素。

2.3 裝配式施工技術(shù)疑難問(wèn)題

由于傳統(tǒng)的施工方式耗費(fèi)大量的技術(shù)工種，需要大量的工人，工人的工資低導(dǎo)致施工現(xiàn)場(chǎng)的人員平均年齡為48歲，偏于老齡化，為了解決這個(gè)問(wèn)題，裝配式技術(shù)近幾年才成為建筑行業(yè)的熱門(mén)，相對(duì)于預(yù)制裝配式施工發(fā)達(dá)的國(guó)家，我們國(guó)家的裝配式施工技術(shù)正在發(fā)展階段，相應(yīng)的就會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題急需解決，例如，裝配式施工對(duì)于構(gòu)件的安裝、支撐、現(xiàn)場(chǎng)搬運(yùn)儲(chǔ)存以及與現(xiàn)代化信息技術(shù)的結(jié)合都是此種施工模式的難點(diǎn)，并且裝配式建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、抗震能力方面，節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度及連接構(gòu)造等均需要進(jìn)一步的深入研究，確保結(jié)構(gòu)的安全可靠。經(jīng)過(guò)不斷努力，國(guó)內(nèi)在裝配式施工建筑的科研有了很大的發(fā)展，例如膜殼剪力墻技術(shù)[3]，在現(xiàn)澆式建筑施工中，經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，各個(gè)工種，混凝土工種效率最高，創(chuàng)造的價(jià)值遠(yuǎn)比其他工種要多，在此背景下，由上海天華設(shè)計(jì)院與同濟(jì)大學(xué)合作，研究創(chuàng)作出我國(guó)獨(dú)有的裝配式膜殼剪力墻前沿技術(shù)（如圖三所示），此種技術(shù)處在研究階段，運(yùn)用并不是非常廣泛。

此外，在施工過(guò)程中，梁柱節(jié)點(diǎn)的精確對(duì)接也是施工的一大難題，如圖四、五所示，需要與現(xiàn)代化的信息軟件相結(jié)合，這需要大量的工程實(shí)踐、豐富的工程經(jīng)驗(yàn)以及高素質(zhì)技術(shù)人才。在節(jié)點(diǎn)受力方面，國(guó)內(nèi)裝配式建筑構(gòu)件安裝均采用節(jié)點(diǎn)處拼接，但是節(jié)點(diǎn)受力復(fù)雜，復(fù)雜的受力下影響構(gòu)件整體性，國(guó)內(nèi)科研考慮是否可以將連接面設(shè)置在彎矩為零的反彎點(diǎn)處，目前此做法的面臨的難題是如果將拼接點(diǎn)設(shè)置在反彎點(diǎn)處那么拼接由平面變成空間，難度加大，而且構(gòu)件生產(chǎn)出來(lái)，放置困難[4]。雖然可以保證節(jié)點(diǎn)的整體性但是隨之產(chǎn)生的難題仍需充分的科研作保障。

當(dāng)然還有很多施工技術(shù)上的難題需要解決，以上種種施工難點(diǎn)以及新技術(shù)的研發(fā)并為推廣均成為限制裝配式建筑發(fā)展的因素，亟待解決。

2.4 技術(shù)人員培養(yǎng)

混凝土裝配式施工對(duì)工人的技術(shù)要求嚴(yán)格，并且國(guó)內(nèi)裝配式施工經(jīng)驗(yàn)不是非常豐富，從而導(dǎo)致了缺乏相關(guān)技術(shù)人員，裝配式施工技術(shù)人員的培養(yǎng)需要從高校入手，通過(guò)對(duì)沈陽(yáng)建筑大學(xué)、內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)以及赤峰學(xué)院等赤峰周邊具有土木工程專(zhuān)業(yè)的高校走訪、調(diào)研發(fā)現(xiàn)，關(guān)于裝配式施工技術(shù)的本科教學(xué)僅僅體現(xiàn)在土木工程施工技術(shù)的某一個(gè)章節(jié)，并未作為重點(diǎn)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的培養(yǎng)，同時(shí)，赤峰市關(guān)于建筑行業(yè)的社會(huì)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)也沒(méi)有關(guān)于裝配式施工技術(shù)方面的培訓(xùn)，由于國(guó)內(nèi)混凝土裝配式建筑僅在一線城市較為常見(jiàn)但對(duì)比傳統(tǒng)的混凝土現(xiàn)澆施工建筑仍然是九牛一毛，非常的少，那么沒(méi)有學(xué)業(yè)經(jīng)歷的施工工人得不到混凝土裝配式施工培訓(xùn)與鍛煉。綜上所述，從技術(shù)人員數(shù)量的角度上，赤峰地區(qū)缺少經(jīng)驗(yàn)豐富的混凝土裝配式施工的技術(shù)人員及工作的工人，從而，在此方面制約著赤峰市混凝土裝配式建筑的發(fā)展。

2.5 機(jī)械化成本

裝配式建筑的預(yù)制構(gòu)件體積和重量非常大，單靠人力及傳統(tǒng)施工設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)正常的安裝，所以需要增加大型吊機(jī)等設(shè)備，此種設(shè)備在赤峰市并沒(méi)有相關(guān)的廠家及租賃公司，如果僅滿足某一工程項(xiàng)目去購(gòu)置相應(yīng)設(shè)備花銷(xiāo)巨大，這也成為制約赤峰市混凝土裝配式建筑的發(fā)展又一關(guān)鍵因素。

2.6 混凝土預(yù)制構(gòu)件辦廠成本

上文提到赤峰市及周邊地區(qū)除少數(shù)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件預(yù)制廠家并沒(méi)有混凝土預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)廠家，因?yàn)榛炷裂b配式建筑并沒(méi)有形成相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)鏈，辦廠成本高，生產(chǎn)構(gòu)件的工藝復(fù)雜，辦廠生產(chǎn)構(gòu)件并不具備共通性，而是因建筑不同生產(chǎn)的構(gòu)件相應(yīng)也不一樣，例如每個(gè)結(jié)構(gòu)都有自身獨(dú)特的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，構(gòu)件布局，管線布置，這就要求構(gòu)件預(yù)制廠家具有相當(dāng)高的技術(shù)水平、生產(chǎn)能力，最關(guān)鍵因素還是赤峰地區(qū)很少有混凝土裝配式建筑的施工，辦廠的盈利效益低，所以從混凝土預(yù)制構(gòu)件辦廠這方面也成為了限制赤峰市混凝土裝配式建筑發(fā)展的因素。

3 結(jié)論

混凝土建筑常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式有框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)以及框架剪力墻結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的現(xiàn)澆式混凝土施工技術(shù)在常見(jiàn)的混凝土建筑結(jié)構(gòu)形式上已經(jīng)非常成熟，從調(diào)研和模型對(duì)比發(fā)現(xiàn)，正處于發(fā)展中的混凝土裝配式建筑技術(shù)造價(jià)高，如果沒(méi)有政府的宏觀調(diào)控和大力扶持，赤峰市難以開(kāi)展混凝土裝配式建筑施工，雖然裝配式技術(shù)是以后建筑行業(yè)的大勢(shì)所趨，但從盈利的角度，開(kāi)發(fā)商也不會(huì)傾向此種新型施工技術(shù)。因?yàn)槲覈?guó)混凝土裝配式技術(shù)正處于發(fā)展階段，一些前沿的裝配式專(zhuān)利發(fā)明以及先進(jìn)施工技術(shù)科學(xué)研究并未廣泛地運(yùn)用到建筑行業(yè)內(nèi)，技術(shù)人才的培養(yǎng)相對(duì)滯后，此外，混凝土裝配式施工模式所需要的機(jī)械化設(shè)備在赤峰市并不常見(jiàn)，混凝土預(yù)制構(gòu)件廠在赤峰市并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)零的突破，遠(yuǎn)距離運(yùn)送預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)生更大的成本，這些都是制約混凝土裝配式在赤峰市發(fā)展的關(guān)鍵因素。

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