装配式建筑工业化思维的实践与思考

李新华

上海中森建筑与工程设计顾问有限公司

全球建筑工业化尤其是装配式建筑已有较长时间发展，我国从正式出台装配式建筑推进政策以来，实践了较多案例，对各种产品、工艺及理念进行了不同的尝试，取得了一定经验，推动了建筑工业化的发展，但对于目前所处阶段及行业工业化情况理解各异，对最终发展目标的认识也非完全一致，因此本文试图从产业链全过程的工业化现状及最终方向进行分析，理清路径，坚定方向，为建筑工业化的进一步快速健康发展做出贡献。

1 建筑行业分项工业化程度概况

1.1 材料

在建筑行业原材料生产中，水泥、钢材、玻璃、塑料制品、瓷砖、面材板材、涂料等的生产已实现高度工业化与自动化（图1～4），产能大且质量可控，成本也大幅降低，现正向进一步减少人工使用、提高性能及智能化应用程度等方面发展，手工操作极少，已非劳动密集型产业。

1.2 机械

在建筑行业所用的机械及设备中，运输类基本实现了机器化与专业化，如各种运输车辆及专业装载工具（图5，6）；在部品部件生产及建造过程中使用的机械设备，其应用也较为全面（图7，8），但仍存在较多手工操作，如钢筋处理、现浇部分的模板、支撑、表面处理等；目前构件安装的设备较单一，基本为传统机械，如起吊机械、人货梯、灌浆机械、面层处理设备等；严重缺乏系统性的分层次配套机械设备，如总装、分项安装、调节、细部处理等专用机械，机器代人的进展不够明显，亟待改善。

1.3 人工

从建设全过程来看，设计部分人工的产出效率未有明显变化，在策划、咨询、总体设计、专业设计、绘图、BIM集成、检查、工艺一体化设计等方面基本与项目规模同步，虽然已有较多辅助软件工具来协助完成设计，能够代替设计人员自动完成一些比较简单的重复工作，甚至完成一部分较复杂的分析优选工作，但整体上标准化应用不够系统、普遍，工具软件本身的功能不全面，智能化功能也刚起步。在目前高质量、精细化发展的要求下，设计单位用工虽有一定提升，但机器代人的程度尚不明显。

管理的标准化及专业化已逐步实施，分工也比较明确，总包管理逐步成为管理目标、进度、质量、费用、采购、人员、设备、安全与环保等方面的综合管理。由于项目趋于复杂，要求也逐渐提升，信息化平台管理的优势逐步体现，开始出现网络化管理，此外项目工业化的特点也更多要求前置管理和一体化管控。

安装方面专业越来越细分，标准化、模块化思想逐步应用，工业化开始体现由分项到总装、机器使用由通用到专用、工人由手工操作到接口界面检查等变化，机器已经替代了部分手工工序，但作业面一体化、能完整解决方案的集成设备还极少，急需完善由构件吊装、就位、调节、接口连接处理、检测等达成完整工序的配套设备，总体上来说，现场建造的工业化程度开始有所体现，但预制成品与手工操作、干法装配与湿作业仍混合进行，类似工业产品自动化生产的建筑建造还有待解决。

1 水泥厂自动化生产

2 混凝土的自动化生产

3 建筑瓷砖类自动生成线

4 建筑木板材自动生产线

5 建筑砂浆的工业化储运

6 混凝土的工业化储运

7 自动砌筑设备

8 面层喷浆处理设备

9 集中监控室

10 设备管线安装示意

11 传统外架式外墙维护

1.4 使用与维护

使用阶段的工业化主要集中在信息化系统建设及使用上。得益于互联网信息化技术的快速普及，网络化监控、诊断及修复已应用较多（图9），但主体及装修等物理部分的修复仍依赖人工处理（图10，11），未来模块化即插即用的实施需要从建造源头就开始考虑后期物理部分的高效检修和维护。

总体上来看，目前建筑行业的工业化基本由社会整体的工业化带动，建筑基本组成元素及理念的工业化渗透基本达成，但现场最终组装集成的工业化还不够系统、彻底，仍处于部分产品安装、部分湿作业现浇混合实施的阶段。虽然这种转变需要较长的时间，但最后的总攻已拉开序幕，只要我们坚定信心，过程中不断反思改进，及时借鉴其他行业的工业化、智能化发展规律，一定能实现建筑行业绿色节能、健康、智能发展的目标。

2 刍议推动建筑工业化应用的因素

2.1 需求

从使用者的角度来看，装配式建造工艺并非关注的重点，实际使用体验及价格才是决定因素。然而，生活及使用模式不需要装配式工艺吗？表面上看不需要，但如果考虑长寿命、生态化、高性能、可改造及环保健康节能等综合要求，装配式工艺则是相对更有可能满足这些要求的一种建造方式。从短期内横向比对来看，装配式工艺并非都占优势；而考虑长期的环保和行业转型要求，以及适应高质量发展下的社会资源再分配情况，行业全面工业化及装配式建造是必须的。根据技术研发、产能准备、专业人才培养的周期可知，装配式建筑应用是迫切的，道义上的加速发展是必须的，同时争议也是客观存在的，方向是对的，前景是光明的，过程是曲折的，所以真正的需求是在当前的不平衡中快速提升体验，让预期的优点尽快展现，以获得行业肯定，再逐步提升应用比例。

2.2 效率

效率提升任何时候都是行业发展的目标之一。效率提升有多种方式，不可否认，装配式工艺只是手段之一，传统工艺也有许多可以提升效率的方法，如组合高精度模板、免抹灰、成型钢筋等，但装配式工艺具有最大化带动全过程、全产业链技术进步、工艺提升的可能，是全面的产业转型升级，能达成真正完整的机器代人高效实施的最好模式。

2.3 质量

虽然行业整体质量在持续提升中，但以传统手工操作为主的模式存在提升的极限，基本很难达到毫米级的精度，分项稳定性也随操作人员水平的高低而波动。因而，进一步提升需要以机器生产装配的工业标准来实施考核，构件精度达到毫米级，安装及连接由机器控制完成，质量更好且可控，这在现有预制与现浇半混合工艺下根本无法达到。所以为使质量得到质的提升，需按工业目标追求极致，针对细分工序加强现场配套专有设备的研发应用，最大化减少甚至消除手工操作，才能从根本上提升并稳定建筑质量。

2.4 成本

总体上看，行业成本在持续增长，原材料的价格与产能供应、环保要求等密切相关，涨多降少，人工及设备的价格上涨较快且持续，基本不可逆，目前装配式建筑的成本比现浇建筑高是客观事实，现浇建筑的成本也在不断上涨，如果装配式建筑完全按制造业原则进行建造，从源头优化建筑结构体系，简化构件规格和连接构造，大幅减少手工操作工序和人工用量，在质量、产能效率及人工用量上优于现浇结构，那么在绿色环保要求更严的将来，装配式建筑的成本完全可以比现浇结构更有优势。此外，与其他行业产品的销售价对比来看，目前一、二线城市城区的住房售价基本高于2万元/m2，去除土地费用，价格基本高于1.2万元/m2，一线城市城区住宅价格甚至高于2.5万元/m2，与客用汽车、游轮、高铁等科技程度较高的产品相比，价格并不低。例如，轿车投影面积约7～10m2，普通售价约10万～20万元，可折算为1.5万～2.5万元/m2；游轮每平方米甲板面积载重约为1t，普通游轮售价约0.8万～1.2万元/m2，豪华游轮的售价约1.5万～3万元/m2；高铁较贵，一列16节编组的时速为350km/h的复兴号大约1.8亿元，每节车厢面积约80～85m2，单价约15万元/m2，时速为250km/h的动车组单价约8万～10万元/m2；飞机价格最高，住宅单位价格与之还不具有可比性。以上价格比对并不严谨，且功能、用途各有差异，单纯的价格比较不能说明其合理性，但可以得出简单规律，用完全工业化的思维进行高质量的建筑生产、建造还是有较大成本空间，重点是如何大幅度减少中间环节及影响效率的因素（如手工操作、湿作业）。

12 叠合剪力墙住宅项目（金色里程）

13 预制剪力墙住宅项目（万科海上传奇）

14 内浇外挂项目（万科北辰之光）

15 全装配全干法装修住宅项目（积水姑苏裕沁庭）

16 复杂预制外墙项目（保利平凉十八街坊）

17 高预制率高层办公楼（绿地杨浦96 街坊）

18 超高层预制装配式住宅（珠江地产安康苑）

19 反打石材预制剪力墙住宅（大名城紫金九号）

20 全预制框架商业项目（长沙会展中心配套商业）

2.5 人工

当前我国已逐步进入老龄化，施工现场的工人年龄基本在50岁以上，工厂里的工人也几乎没有年轻人，因为70后、80后更愿意从事服务业，所以城市里从事网络、外卖、快递服务的人员大幅增加。与建筑业相比，服务业收入与之相当，且工作自由度更大，环境也更好。这对建筑业用工无疑是个巨大挑战，因为现场人员的供给量或意愿参与量可能会比预想下降更快，除了彻底的装配化、机器化及少人无人化，尚没有其他可行方向。

2.6 政策

政策应该既是对未来情况的应对，也是对现有问题的管理，总体上应该以前瞻性为主，对当前争议问题的妥协不能作为政策的主要内容；面对未来发展，必须有魄力、有决心、有方法，当前装配式工艺的各种问题表明，现场预制成品装配与现浇混合的建造工艺无法从根本上解决产能、效率、质量、人工等综合问题，应认真借鉴其他行业工业化的发展规律，更多从源头理论上进行改革，加快全干法全装配式建筑的设计理论研究与实践，同时对现场的安装机器进行全面配套，最大化加强工厂集成、简化中间环节、消除现场零碎工序，以无手工操作、无湿作业为目标进行引导，重点攻关，实现绿色高质量发展。

3 项目实践与反思

3.1 项目实践历程

我们实践过各种装配体系，从早期的内浇外挂式装配体系，到叠合式剪力墙体系、装配整体式剪力墙体系、装配整体式框架（剪力墙、核心筒）体系（图12～20）；应用过各种预制构件，如叠合楼板、预制楼梯、预制外挂板（包括夹心保温板）、单或双面叠合墙、预制剪力墙、预制框架梁、框架柱、预制阳台、预制空调板、预制凸窗、预应力SPD板、预应力双T板等（图21～27）；也尝试过多种集成工艺，如保温集成、反打面砖、反打石材、纹理饰面、预埋管线、预埋窗框或附框等（图28～31）；不断推进部品部件的成品化，如条板隔墙、干法地面、干法墙面、成品吊顶、集成式卫生间、集成式厨房等；同时不断改进、推动新理念、新工艺、新产品的应用，如管线分离、模块化单元、装备制造理念等。这些实践使我们取得了成熟的经验，也发现了现有体系及管理模式的缺点，培养了产业链上的大量专业队伍，具备了相当规模的装配式建筑实施能力，但是我们对于工业化特点的理解还不够深刻。例如，以现浇为主要工艺的设计理论还未做好转型准备，对于现场面临的变革的处理措施远不够彻底，对于减少现场施工工序及人工用量的量化指标不够明确和坚决，对于装配连接构造的需求和处理过于单一（强节点和整体性）等。设计理念上要做到解放思想、实事求是才能不拘泥于现浇整体，真正做到以工业化自动化生产、干作业无人化组装、信息化维护为特点的高性能工业化绿色建筑。

21 预制叠合楼板

22 反打面砖PCF 外墙

23 预制叠合梁

24 预制剪力墙

25 全预制阳台

26 预制柱

27 双面叠合墙板

28 夹心保温墙板

29 反打石材预制外墙

30 反打面砖预制外墙

31 全预制外挂墙板

3.2 装配式工程管理现状及问题

随着装配式建筑规模的持续扩大和工程管理经验的不断积累，装配式工程的管理相对于早期已有了较大改善，主要体现在以下几方面。

（1）普遍意识到装配式建筑管理是需从源头开始策划的一体化工程，对于建筑标准化、装配体系、生产工艺、产能供应、工人培训、施工模拟、关键工序等方面进行了不同程度的准备，逐步解决了常见问题。

（2）针对一体化特点，逐步开展了EPC工程总承包模式，使得总包单位能在项目设计前期进行工程详细策划，将后期生产、采购、施工等环节前置到策划、设计阶段，统一协调，因地制宜，以改善项目效率、提升项目质量、控制工程成本。

（3）开展了专项产业工人的培训和管理，如吊装工、灌浆工、打胶工等，以提升其专业技能和责任意识，并进行项目专项人员备案和监管，逐步将“农民工”改变为“职业工程技师”，按工业管理要求控制产品生产和施工安装。

（4）重点关注项目效率提升及关键工序质量管控，采用快捷工法、减少工序、加大集成度、多工种平行流水开展作业面等途径，从而减少人工，提高效率；对于钢筋连接、节点处理等关键工序开展事前模拟、每步验证、及时记录上传等方法，确保结构可靠。

虽然整体管理水平有了较大提高，但由于整体规模快速扩大，资源供应及计划落实仍有不足，导致现在装配式建筑设计、生产、运输、施工等过程中还存在不少问题，与结构相关的内容大致如下：

（1）设计未充分前置考虑装配式的技术特点，也没有完成在传统施工图设计基础上的构件“拆分”工作，出现标准化程度低、种类多、构件复杂、连接钢筋多、生产效率低、构件质量不佳、安装难且质量不易检测等问题。

（2）装配整体式结构节点配筋多，尤其是框架梁柱节点，梁底筋在核心区的连接、锚固一直比较难处理；剪力墙水平连接现浇带处钢筋比较密集，现浇带大小和钢筋连接难度成反比；普通叠合楼板仍需局部模板、全面支撑，材料利用效率不高，大跨度楼盖系统无模板、无支撑的预制构件应用较少；钢筋套筒灌浆连接要求高，施工效率低，质量检测难，且成本较高。

（3）结构连接的高要求导致现场缺乏责任意识的操作工人只重视表面进度而忽视连接质量的问题，锚固不满足要求甚至切割钢筋的情况时有发生。这固然是质量监管不到位导致的，但更深层次的原因还是结构设计本身存在问题，忽视了施工操作的可行性和合理性。

预制构件与装修管线之间的问题目前还没有更好的解决方案。设备管线分离体系会造成使用空间减小、成本较高等问题，不预埋管线则存在后期装修的开槽切割问题，预制管线在后期功能改造、重新装修时还是会有开槽切割等问题。为解决上述弊端，需要进一步研究专业设计及使用规律，以找到合理的接口协调与集成方案。

3.3 新发展理念需求

（1）工业化转型与绿色环保

十九大报告指出，发展是解决我国一切问题的基础和关键，发展必须是科学发展，必须坚定不移地贯彻创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念。推动新型工业化、践行绿色环保可持续发展是建筑行业转型发展的最重要手段，而装配式理念能够契合绿色工业化的要求。目前，在主体、围护、设备管线及装修部品部件这四大装配式应用中，都能体现绿色工业化应用特点，并逐步提升实际效果。

32 预制预应力双T 板

33 预制预应力SPD 板

34 预制预应力PK 板

35 底模可拆卸式钢筋桁架楼板

36 钢结构楼面铺板

37 外墙单元式预制集成墙板

38 外墙单元式预制集成墙板

39 全自动化无人化生产线

40 智能化机器人

主体结构设计应考虑大空间的布置方便及全生命周期的建筑功能应用（图32～34），采用标准化的预制柱、墙、梁、板等构件来提升工程质量和工程实施效率，减少现场模板、支撑及湿作业的应用（图35，36）；装配式集成围护可明显提升整体品质和建筑耐久性，实现更好的节能效果（图37，38）；设备管线模块化集成或分离技术可大幅提升现场安装质量和效率，方便检修，同时提升使用寿命；装配式装修可精准下料、减少浪费，加快装修进度，减少现场湿作业和垃圾排放，降低污染。其中，结构的工业化是基础，也是载体，因而迫切需要工业化的建筑结构体系和标准化的构件及连接为全面的装配式建筑提供基本平台。可以说，建筑行业的工业化转型首先需要结构专业的大胆突破和全面支持。

（2）效率与社会供给

装配式建筑的重要优点之一就是高效率，也是其能获得整体优势的主要条件。实现高效率需要全过程、全产业链的有效协调和通力配合，设计标准化与建筑功能多样化效果之间也需要平衡。结合工程单体进度、生产批次产能进行标准化设置，以减少实际的模具套数和模台占用；构件简单化可大幅降低模具的复杂性，减少生产工序，密切结合结构构造规定进行合理设计和优化，规则化轮廓形状，减少出筋数量，避免多方向出筋的立体构件。施工现场应提前做好计划和人员培训，检查好作业面准备及配件，构件堆放应考虑吊装顺序，吊装应充分考虑工种的分工和集中操作效率，避免多工种抢作业面而混杂，灌浆应安排专业工人每层统一操作，并避开吊装作业面。实际上，理论上的效率优势在工程中表现得并不明显。

首先，现场是预制与现浇混合的模式，传统工法与构件装配并行，需要装配专业工人，传统工人也没有明显减少，作业面穿插施工不够理想；其次，构件的供应不够稳定，经常出现现场吊装作业等情况；最后，关键连接较复杂，总体上影响了装配效率的提升。随着管理经验的提升，现场穿插施工会成为常见工艺，专业构件厂家如专业楼梯、外墙、楼板、阳台及外装饰厂家和相关专业配件厂家的不断增加，也会解决构件供应难题，并能提供更高质量的产品及配套连接技术；而随着高校装配式技术人才的培养和职业机构培训的开展，装配专业工人逐渐增多，也会对现场的施工效率带来提升。总而言之，由于政策的大力支持，相关资源与社会供给逐步增加，装配式建筑的效率优势将会逐步展现。

（3）成本

建筑总体成本与实施效率密切相关，若装配效率优势未明显体现，其成本将不具优势，这是目前推广装配式建筑的主要障碍之一。参考国际工业化建筑实施情况，未来影响工程成本的最大可变因素是工程效率、人工用量与环保政策。项目成本必须对全生命周期进行考虑，尤其是结构主体的施工，最大程度地影响了工程效率。因为结构设计不仅关注基本材料（如钢筋、混凝土、钢材等的用量），更要考虑安装效率，因而通过简化连接、加强集成、减少工序来提高效率、减少人工，将是结构设计师继续提升的重要方面。

（4）质量与体验

目前装配式建筑的现实情况基本是最终完成的建筑质量与宣传或预想的有一定差距，造成此情况的原因除前述结构固有问题、施工管理与熟练产业工人缺乏外，配套设备、专业部品的不足也是重要方面。标准化、简单化与连接专业部品化，不仅是提高工厂生产效率与质量的关键，还是提升现场机械化程度和信息化管理水平的重要原则。传统模板、支撑、工序越多，工业化的特征也就越不明显，节点构造不能标准化和专业部品化，就无法逐步脱离手工操作，机械化和信息化管理也就无法进一步施展，实际体验就无法感受，观念改变就会更加困难。这需要我们集中力量开展专项工程的体验提升，如免撑免模楼盖系统的集中研究推广应用、单元式成品围护系统及配套安装、防护工法的重点研究应用等，大幅改善工程实施过程中的内外形象和参与感受，从而快速改变民众对装配式建筑的接受度。

4 展望

4.1 真正目标与场景设想

现在各地的装配式建筑推广还基本围绕着“预制率”或“装配率”来实施，行业也基本可以达成共识，即装配式建筑的实施应该是为了真正简单、高效、自动化的装配，而不是单纯“率”的达成。所以，对于装配式建筑的真正目标应该有清醒的认识（业内部分专业人士已有感触）——全过程工业化与其他行业工业化的目标类似，是全过程信息化的平台管理与机械化干作业的组合工艺，是全面机器代人的操作与智能化柔性化的产能匹配（图39，40）。由高性能、多适应性的设计开始，到高质量、柔性化的任意产能匹配，再到自动化、智能化、无人化的现场装配，最终形成智能化维护的高舒适性居住、使用机器，这样的场景才是我们长期追求的行业转型目标。

4.2 全行业协调

全过程建筑工业化的实施内容庞大，各环节之间的协调也非常复杂，从源头高度工业化理念的顶层设计，到行业统一的标准化、模块化的数据格式与标准，再到参与各方的极致研究与产品支持，需要充分学习工业化领先的行业机制和技术，由政府或强力的行业协会统筹推进，从单项极致指标的设置和落实到整体目标的实现，逐步耐心完成，这件大事需要也只能由全行业协调并聚力完成。