裝配式地鐵車站評(píng)價(jià)體系研究*

張 軍,莫振澤,2,李 鵬,魏明光,管東芝

(1.無錫地鐵集團(tuán)有限公司,江蘇 無錫 214044; 2.錫澄中車(無錫)城市軌道交通工程有限公司,江蘇 無錫 214000; 3.江蘇中車城市發(fā)展有限公司,江蘇 無錫 214000;4.上海市政預(yù)制技術(shù)開發(fā)有限公司,上海 200092; 5.東南大學(xué),江蘇 南京 210096)

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,國家對(duì)建筑質(zhì)量與安全、資源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)的要求越來越高。較現(xiàn)澆建筑而言,裝配式建造具有效率高、質(zhì)量好、環(huán)保、節(jié)省勞動(dòng)力等優(yōu)點(diǎn),從而逐漸成為建筑行業(yè)發(fā)展的趨勢[1]。2016年國務(wù)院出臺(tái)《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》,此后,國家各部委及地方政府均出臺(tái)了相應(yīng)的推動(dòng)裝配式建筑發(fā)展的政策,裝配式建造技術(shù)在我國建筑業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域(如民用建筑、橋梁、隧道)中均得到了飛速發(fā)展。地鐵車站是軌道交通建設(shè)過程中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),其建造速度及質(zhì)量至關(guān)重要。裝配式地下車站在國內(nèi)的研究應(yīng)用剛興起,目前主要有全預(yù)制拼裝和裝配疊合整體式兩種體系[2]。與地面建筑相比,裝配式地鐵車站作為大型地下結(jié)構(gòu)有其自身特點(diǎn),在結(jié)構(gòu)形式、防水、圍護(hù)及施工工法方面均存在差異。

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是引導(dǎo)裝配式建筑發(fā)展方向的重要政策工具。目前住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒布了GB/T 51129—2017《裝配式建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》,我國各省、自治區(qū)、直轄市也基于住建部的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合各地方情況,編制了地方性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。但以上標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)地面建筑,對(duì)于地下車站建筑并不完全適用。此外,目前國內(nèi)絕大多數(shù)裝配式建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)均以裝配率為唯一評(píng)價(jià)指標(biāo),在裝配式建筑發(fā)展初期可起到評(píng)價(jià)作用,但單純追求裝配率可能會(huì)出現(xiàn)很多異形非標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制構(gòu)件,造成資源浪費(fèi),增加工程造價(jià),進(jìn)而降低裝配式結(jié)構(gòu)競爭力,不利于產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

本文在調(diào)研國內(nèi)外裝配式地鐵車站及裝配式評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系的基礎(chǔ)上,提出了裝配式地鐵車站評(píng)價(jià)體系。采用建立的評(píng)價(jià)體系對(duì)一座裝配式地鐵車站進(jìn)行試評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)結(jié)果表明本文提出的評(píng)價(jià)體系具有較好的系統(tǒng)性、科學(xué)性和適用性。

1 研究現(xiàn)狀

1.1 裝配式地鐵車站技術(shù)現(xiàn)狀

1.1.1國外裝配式地鐵車站

日本曾采用盾構(gòu)法建造地鐵車站,如采用雙圓盾構(gòu)修建的裝配式車站,如圖1a所示。法國和俄羅斯曾采用礦山法結(jié)合裝配式技術(shù)進(jìn)行車站的建設(shè),如圖1b所示[2]。盾構(gòu)法和礦山法的預(yù)制構(gòu)件間采用干接,施工效率較高,但若將該技術(shù)應(yīng)用于有一級(jí)防水要求的地鐵車站建設(shè)中,其連接和防水需進(jìn)一步進(jìn)行研究和論證。

圖1 盾構(gòu)法和礦山法建造裝配式車站Fig.1 Prefabricated station constructed by shield method and mining method

俄羅斯曾采用明挖法進(jìn)行裝配式地鐵車站建設(shè),車站結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆整體式,如圖2所示。該方法通過合理的設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)等同現(xiàn)澆的效果,但施工效率需要進(jìn)一步提高。

1.1.2國內(nèi)裝配式地鐵車站

國內(nèi)裝配式地鐵車站目前均采用明挖法,主要有全預(yù)制拼裝和裝配疊合整體式兩種形式。全預(yù)制拼裝技術(shù)主要在長春、青島、深圳的地鐵建設(shè)項(xiàng)目中應(yīng)用。目前該體系主要采用大構(gòu)件、干接頭,并在接頭處采用特殊防水構(gòu)造保證結(jié)構(gòu)防水性能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。裝配疊合整體式主要在無錫、北京、上海、廣州等地的地鐵建設(shè)中采用,該體系主要采用小構(gòu)件、濕接頭。

目前這兩種結(jié)構(gòu)體系均有較多創(chuàng)新,如采用專用設(shè)備進(jìn)行車站施工,采用“永臨結(jié)合”降低造價(jià)等。文獻(xiàn)[3]列出了較多的技術(shù)創(chuàng)新細(xì)節(jié)。

1.2 裝配式建筑評(píng)價(jià)體系現(xiàn)狀

1.2.1國外裝配式建筑評(píng)價(jià)體系

德國裝配式建筑采用DGNB評(píng)估體系進(jìn)行評(píng)價(jià)。該評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)從生態(tài)質(zhì)量、環(huán)境質(zhì)量、節(jié)能質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)質(zhì)量、功能質(zhì)量、社會(huì)性質(zhì)量、設(shè)計(jì)和規(guī)劃質(zhì)量、技術(shù)質(zhì)量、工程質(zhì)量及基地質(zhì)量等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)[4]。日本對(duì)裝配式建筑評(píng)價(jià)主要表現(xiàn)在住宅標(biāo)準(zhǔn)化及優(yōu)良住宅部品認(rèn)定制度,沒有專門針對(duì)裝配式建筑的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 。美國聯(lián)邦政府住房和城市發(fā)展部(UHD)頒布了《美國工業(yè)化住宅建設(shè)和安全標(biāo)準(zhǔn)》(National Manufactured Housing Construction and Safety Standards),對(duì)裝配式建筑的設(shè)計(jì)、施工、熱能、電能、管道系統(tǒng)進(jìn)行了規(guī)范。新加坡裝配式建筑注重易建性,并頒布了國家標(biāo)準(zhǔn)《易建性規(guī)范》,對(duì)總建筑面積 2 000m2以上建筑實(shí)行建筑物易建分值評(píng)定,針對(duì)不同類型建筑從設(shè)計(jì)和施工環(huán)節(jié)對(duì)建筑易建性進(jìn)行評(píng)價(jià)[1]。

總之,國外裝配式建筑評(píng)價(jià)主要側(cè)重于質(zhì)量、綠色、環(huán)保及節(jié)能等方面,不刻意追求裝配率。

1.2.2國內(nèi)裝配式建筑評(píng)價(jià)體系

《裝配式建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》作為針對(duì)裝配式建筑的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),采用裝配率為唯一評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)民用建筑的裝配化程度進(jìn)行評(píng)價(jià),并且裝配率計(jì)算限制為室外地坪以上的主體結(jié)構(gòu)部分。該標(biāo)準(zhǔn)通過單一評(píng)價(jià)指標(biāo),對(duì)評(píng)價(jià)過程進(jìn)行了簡化,涵蓋了裝配式混凝土、鋼、木、組合及混合結(jié)構(gòu)。參與評(píng)價(jià)的建筑必須采用全裝修,并對(duì)裝配率、主體結(jié)構(gòu)、圍護(hù)墻、內(nèi)隔墻的最低值均進(jìn)行了限制。根據(jù)裝配率將裝配式建筑分為3個(gè)等級(jí),即A,AA,AAA級(jí)。該標(biāo)準(zhǔn)以結(jié)果為導(dǎo)向,并未考慮建筑建造過程,由于過于強(qiáng)調(diào)裝配率,易導(dǎo)致為追求高裝配率而忽略高效益。另外,由于缺乏設(shè)計(jì)建造過程中的指標(biāo),對(duì)建設(shè)、設(shè)計(jì)和建造單位缺乏較為具體的指導(dǎo)。

基于國家標(biāo)準(zhǔn),截至2022年已有31個(gè)省、自治區(qū)、直轄市頒布了各自的裝配式評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),絕大部分地方標(biāo)準(zhǔn)對(duì)國家標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容進(jìn)行了補(bǔ)充和細(xì)化。北京市在國家標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上增加了信息化、綠色建造的加分項(xiàng)[5];廣東省增加了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、綠色與信息化、施工與管理[6];貴州省增加了BIM技術(shù)、EPC模式、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、綠色建造部分[7];江蘇省增加了標(biāo)準(zhǔn)化與一體化設(shè)計(jì)、綠色建造技術(shù)、集成技術(shù)、項(xiàng)目組織和施工技術(shù),并對(duì)國家標(biāo)準(zhǔn)中部分評(píng)分項(xiàng)的權(quán)重進(jìn)行了調(diào)整[8];浙江省對(duì)國家標(biāo)準(zhǔn)中部分指標(biāo)進(jìn)行了細(xì)化[9]。

上海市地方標(biāo)準(zhǔn)與國家標(biāo)準(zhǔn)存在一定差異。從建筑設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和施工、項(xiàng)目管理3個(gè)維度進(jìn)行評(píng)價(jià),在評(píng)價(jià)指標(biāo)中也設(shè)置了引導(dǎo)新技術(shù)、新工藝、新產(chǎn)品推廣應(yīng)用的條款[10]。

2 裝配式地鐵車站評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

2.1 構(gòu)建目標(biāo)、原則及邊界

2.1.1構(gòu)建目標(biāo)

1)對(duì)工程項(xiàng)目的工業(yè)化程度進(jìn)行有效度量,采用量化科學(xué)的方法對(duì)每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行清晰打分,并在綜合的過程中不丟失信息,最終利用較為可觀的結(jié)果反映車站的工業(yè)化程度。

2)評(píng)價(jià)體系能適用于不同使用者,不僅可用于建設(shè)方的效益評(píng)價(jià),還能用于設(shè)計(jì)、施工等各方的自評(píng)估和第三方評(píng)價(jià)。

3)能對(duì)前期策劃、設(shè)計(jì)、施工起到指導(dǎo)優(yōu)化作用。

4)評(píng)價(jià)體系簡潔易懂、可操作性強(qiáng),方便各方使用。

5)工業(yè)化評(píng)價(jià)體系應(yīng)顧及科技創(chuàng)新,只有通過不斷的創(chuàng)新,才能不斷提高裝配式車站各項(xiàng)效益。

6)工業(yè)化評(píng)價(jià)體系最終目的是成為市場改革的重要工具,理想的評(píng)價(jià)體系能促進(jìn)裝配式車站的建設(shè)向高質(zhì)量方向邁進(jìn),促進(jìn)市場轉(zhuǎn)型。

2.1.2構(gòu)建原則

1)全面性和代表性相結(jié)合 本評(píng)價(jià)體系評(píng)價(jià)對(duì)象為地鐵車站建筑結(jié)構(gòu),需考慮設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、效益四大維度,各維度提煉出能反映地鐵車站建造水平的關(guān)鍵指標(biāo),突出評(píng)價(jià)指標(biāo)的重點(diǎn)性和代表性。

2)控制項(xiàng)和評(píng)分項(xiàng)相結(jié)合 參考目前國內(nèi)評(píng)價(jià)體系,結(jié)合地鐵車站特點(diǎn),設(shè)置控制項(xiàng)和評(píng)分項(xiàng)。控制項(xiàng)為車站設(shè)計(jì)和施工中必須滿足的最低限制,不滿足則不進(jìn)行評(píng)分項(xiàng)評(píng)價(jià)。評(píng)分項(xiàng)為反映車站建造水平的指標(biāo)。

3)定量和定性相結(jié)合 評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)盡量定量化,但由于評(píng)價(jià)的復(fù)雜性,不可避免地會(huì)存在定性指標(biāo),定性指標(biāo)應(yīng)結(jié)合評(píng)價(jià)方法進(jìn)行設(shè)置。

4)科學(xué)性原則 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取必須以建筑工業(yè)化理論為基礎(chǔ),指標(biāo)的選擇要結(jié)合地鐵車站和建筑行業(yè)的實(shí)際情況,具體指標(biāo)均能合理、科學(xué)地反映建筑工業(yè)化概念、內(nèi)涵、目標(biāo),且指標(biāo)的計(jì)算方法、數(shù)據(jù)收集、權(quán)重確定等均要以科學(xué)理論為基礎(chǔ)。

5)獨(dú)立性和互償性可控 評(píng)價(jià)指標(biāo)間要盡量避免存在信息重疊交叉或相互包含的關(guān)系,通過科學(xué)方法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行篩選處理,使指標(biāo)間相對(duì)獨(dú)立。各指標(biāo)間具有一定的互償性,保持評(píng)價(jià)體系的相對(duì)靈活,但又可以進(jìn)行一定約束。

6)動(dòng)態(tài)性原則 評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)根據(jù)行業(yè)發(fā)展進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整,既保持一定的超前性,又結(jié)合當(dāng)前實(shí)際情況,鼓勵(lì)政府及企業(yè)進(jìn)行自主創(chuàng)新,激發(fā)市場活力。

2.1.3構(gòu)建邊界

評(píng)價(jià)對(duì)象為地鐵車站建筑結(jié)構(gòu),包括地鐵車站所有主體結(jié)構(gòu)和附屬設(shè)施,適當(dāng)考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)。評(píng)價(jià)的時(shí)間維度包括設(shè)計(jì)階段和施工階段,不包括項(xiàng)目前期策劃階段和車站后期運(yùn)營階段。評(píng)價(jià)的專業(yè)包括建筑、結(jié)構(gòu)、裝修和技經(jīng)。

2.2 評(píng)價(jià)體系指標(biāo)及權(quán)重

評(píng)價(jià)體系指標(biāo)分為控制項(xiàng)和評(píng)分項(xiàng),控制項(xiàng)條款為必須滿足的條款,控制項(xiàng)全部滿足則進(jìn)入評(píng)分項(xiàng)進(jìn)行評(píng)分,否則不進(jìn)行工業(yè)化評(píng)價(jià)。通過評(píng)分項(xiàng)最終確定評(píng)價(jià)等級(jí)。評(píng)分項(xiàng)指標(biāo)共分為三級(jí),第一級(jí)分為四項(xiàng),即設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、效益。

1)在設(shè)計(jì)的一級(jí)指標(biāo)下,設(shè)有車站總體設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、裝配率、結(jié)構(gòu)體系適應(yīng)性、BIM技術(shù)應(yīng)用、科技創(chuàng)新和綠色設(shè)計(jì)二級(jí)指標(biāo)。其中,在裝配率計(jì)算中除了考慮主體結(jié)構(gòu)還綜合考慮裝修和設(shè)備管線的影響。三級(jí)指標(biāo)是對(duì)二級(jí)指標(biāo)的進(jìn)一步細(xì)化,在二級(jí)指標(biāo)車站總體設(shè)計(jì)下設(shè)置預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)段長度、柱(墻)網(wǎng)重復(fù)率兩項(xiàng)三級(jí)指標(biāo);在標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)下設(shè)置基準(zhǔn)定位、尺寸公差、模數(shù)協(xié)調(diào)、構(gòu)件重復(fù)率等三級(jí)指標(biāo);在結(jié)構(gòu)適應(yīng)性下設(shè)置運(yùn)輸?shù)跹b適應(yīng)性、地層適應(yīng)性、圍護(hù)適應(yīng)性三級(jí)指標(biāo);在科技創(chuàng)新和綠色設(shè)計(jì)下設(shè)置新結(jié)構(gòu)體系、新連接構(gòu)造、新材料、永臨結(jié)合等三級(jí)指標(biāo)。

2)在生產(chǎn)的一級(jí)指標(biāo)下設(shè)置生產(chǎn)管理、預(yù)制工藝及技術(shù)、預(yù)制構(gòu)件儲(chǔ)運(yùn)堆放及成品保護(hù)、科技創(chuàng)新和綠色生產(chǎn)二級(jí)指標(biāo)。

3)在施工的一級(jí)指標(biāo)下設(shè)置施工管理、主體結(jié)構(gòu)施工措施及技術(shù)、二次結(jié)構(gòu)和機(jī)電裝修一體化施工、科技創(chuàng)新和綠色施工二級(jí)指標(biāo)。

4)在效益的一級(jí)指標(biāo)下設(shè)置經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)境效益二級(jí)指標(biāo)。

各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重由專家咨詢和層次分析法確定,由于設(shè)計(jì)對(duì)施工以及最終的效益有關(guān)鍵作用,因此設(shè)計(jì)所占權(quán)重最高,為0.45。在設(shè)計(jì)方案確定后,生產(chǎn)和施工仍有優(yōu)化空間,生產(chǎn)和施工過程控制有助于實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的和高效益,故權(quán)重僅次于設(shè)計(jì),均為0.20。效益是設(shè)計(jì)和施工產(chǎn)生的結(jié)果,是裝配式建筑得以推廣的關(guān)鍵,在現(xiàn)階段效益權(quán)重最低,為0.15。各級(jí)指標(biāo)及權(quán)重如圖3所示。

圖3 評(píng)價(jià)體系指標(biāo)和權(quán)重Fig.3 Evaluation system index and weight

2.3 評(píng)價(jià)方法及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

裝配式地鐵車站評(píng)價(jià)指標(biāo)中控制項(xiàng)必須全部滿足本標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求。四類一級(jí)指標(biāo)總分均為100分,二級(jí)指標(biāo)和三級(jí)指標(biāo)的最高分分別按式(1),(2)計(jì)算：

Q2i(max)=100W2i

(1)

Q3i(max)=100W3i

(2)

式中：Q2i(max),Q3i(max)分別為二級(jí)指標(biāo)和三級(jí)指標(biāo)最高分;W2i,W3i分別為二級(jí)指標(biāo)和三級(jí)指標(biāo)權(quán)重。

裝配式車站最終得分按式(3)計(jì)算：

(3)

式中：Q為總得分;Q1i為四類一級(jí)指標(biāo)(設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、效益)評(píng)分項(xiàng)得分;W1i為四類一級(jí)指標(biāo)(設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、效益)權(quán)重。

通過對(duì)比工程項(xiàng)目中各項(xiàng)指標(biāo)實(shí)施情況,對(duì)三級(jí)指標(biāo)進(jìn)行打分后求和可得各一級(jí)指標(biāo)總分。車站工業(yè)化評(píng)價(jià)等級(jí)分為五級(jí),根據(jù)最終得分Q,按表1規(guī)定進(jìn)行分級(jí)。

表1 地鐵車站工業(yè)化建造等級(jí)劃分Table 1 Classification of industrialized construction grade of subway station

3 工程項(xiàng)目評(píng)價(jià)實(shí)例

3.1 工程概況

無錫地鐵S1號(hào)線是一條正在建設(shè)的城際軌道交通工程,連接江蘇省無錫市、江陰市。南門站為第三座車站,車站位于規(guī)劃長慶路與虹橋南路交叉口,沿虹橋南路敷設(shè),為地下2層島式車站。車站外包長198.7m,有效站臺(tái)寬11m,單柱雙跨結(jié)構(gòu),縱向柱距9m。車站采用明挖法施工,除兩端盾構(gòu)井采用現(xiàn)澆外,其余150m長度采用裝配疊合整體式結(jié)構(gòu),車站標(biāo)準(zhǔn)段如圖4所示。主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用預(yù)制疊合梁、預(yù)制鋼管柱、預(yù)制預(yù)應(yīng)力疊合板、預(yù)制樓梯等,構(gòu)件尺寸和質(zhì)量較小。工廠生產(chǎn)采用先張法流水線及組合結(jié)構(gòu)柱流水線;現(xiàn)場施工采用新型構(gòu)件吊裝、構(gòu)件翻轉(zhuǎn)、安裝精調(diào)等設(shè)備。

圖4 裝配式地鐵車站結(jié)構(gòu)示意Fig.4 Prefabricated subway station structure

3.2 評(píng)價(jià)結(jié)果

評(píng)價(jià)結(jié)果如表2所示。由表2可知,計(jì)算獲得的總得分為90.15分,達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。從評(píng)價(jià)結(jié)果中可以看出,現(xiàn)場施工表現(xiàn)最為突出,設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和效益還有提升空間。本評(píng)價(jià)結(jié)論與國內(nèi)眾多專家的評(píng)價(jià)結(jié)論較接近。同時(shí),通過基于本文提出的評(píng)價(jià)體系的評(píng)價(jià),項(xiàng)目各參與單位能較為清楚地了解各自有待提升的地方,對(duì)裝配式地鐵車站的發(fā)展具有指導(dǎo)性。

表2 裝配式地鐵車站評(píng)價(jià)Table 2 Evaluation of prefabricated subway station

4 結(jié)語

本文在對(duì)國內(nèi)裝配式車站及裝配式評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)充分調(diào)研的基礎(chǔ)上,提出了裝配式地鐵車站評(píng)價(jià)體系,并對(duì)無錫地鐵S1號(hào)線裝配式地鐵車站進(jìn)行了評(píng)價(jià),得出以下結(jié)論。

1)地下車站和地上建筑在結(jié)構(gòu)類型和發(fā)展成熟度上均存在差異,構(gòu)建考慮建造過程的評(píng)價(jià)體系具有重要意義。

2)從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、效益角度,采用三級(jí)指標(biāo)對(duì)裝配式車站進(jìn)行評(píng)價(jià),能夠?qū)ρb配式車站的工業(yè)化程度和先進(jìn)性進(jìn)行有效度量,可以引導(dǎo)項(xiàng)目各參建方對(duì)建造各環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化及創(chuàng)新。

3)裝配式車站實(shí)際工程的評(píng)價(jià)表明本評(píng)價(jià)體系具有很好的適用性和可操作性。