装配式PC发展的现状与未来展望

2020-02-28郭晓霞

绿色环保建材 2020年9期

关键词：预制构件现浇装配式

郭晓霞张坤张骥

浙江省建材装配式建筑设计研究院

1 前言

与传统混凝土结构建筑相比，装配式混凝土结构建筑具有施工周期短、结构稳定性强、综合效益高等优势特征，受到了业内人士的高度推崇。为此，全面探究装配式混凝土结构建筑的未来发展趋势具有重要意义。

2 装配式混凝土结构建筑的基本概念

装配式建筑起源于20世纪初，其主要有两种形式：一种是预制装配式建筑，也是比较常见的一类装配式建筑;一种是整体装配式建筑。装配式建筑从整体上来说是一种区别于传统建筑的新型建筑模式，其是指将建筑工程的建造过程作为一种机器生产程序，先提前在工厂中成批成套地将各个构件制造出来，再将这些预制好的构件运送到施工现场来进行现场装配，从而建设完成的一种建筑。现如今，在我国各地的建筑工程建设中都纷纷开始应用了装配式建筑模式，可见其在建筑市场中有着良好的发展前景。装配式混凝土结构建筑，即以钢筋混凝土预制构件为主体，利用现场装配的方式建造混凝土结构建筑。按照预制装配程度差异，可将其划分为部分装配混凝土结构建筑和全装配混凝土结构建筑两类。部分装配混凝土结构建筑多采用预制构件与现浇混凝土施工方式搭建部分结构。而全装配混凝土结构建筑则适用于地层建筑，以及对抗震要求较低的建筑。

3 PC构件装配结构性能要求

PC构件是指在工厂中进行预知生产的混凝土构件，基于PC构件的装配式建筑是指由预制混凝土构件为主要结构，经混凝土构件加工工厂生产，再运至施工现场安装连接，并与现浇部分结合使用的建筑类型。由此可见，PC结构还包含了关键部位的现浇处理，既提高了生产效率，又达到了与现浇部位相同的性能，满足了给排水、暖通、电气等系统的要求。装配式建筑物的垂直结构一般由PC墙板和现浇剪力墙通过现浇接头组成，主要通过布置在地板上的水平现浇带，将相邻的PC 墙板连接起来，并与现浇剪力墙连接成统一的整体。因此，要求PC构件具有与现浇剪力墙相似的承载力，并能够有效满足建筑的抗震性能和工程适应性，具体而言，需要满足以下的性能要求。

3.1 防裂抗渗性能

装配式建筑所用到的PC 构件需要具有良好的防裂抗渗性能，在正常的使用环境中，PC构件要具有良好的弹性，防止热胀冷缩导致的裂缝和开裂，与此同时，PC 构件墙板与主承重梁之间的连接部分接缝要小于国家标准规定值，防治由于接缝过大产生的渗水泄露问题。

3.2 抗地震性能

基于PC 构件的装配式建筑在抗地震灾害方面也有明确的要求。建筑在经受较低烈度的地震时，建筑主体支撑结构可以产生一定量的弹性形变，PC构件的墙板和现浇结构接缝处不能出现断裂现象，并且需要保证预制楼板不能出现开裂现象。在经受中级烈度的地震灾害时，建筑主体结构和PC构件允许出现轻微的裂缝损伤，并且这些损伤经历简单的修复后就能继续使用，达到正常的使用状态。在承受较强烈度的地震灾害时，需要保证装配式建筑的主体承重结构不发生倒塌，PC构件局部可以出现一定量的弯曲形变，但不能与主体结构完全脱离，仍需保证必要的垂直向承重功能。

3.3 抵御火灾水灾的性能

装配式建筑在发生火灾、爆炸、水灾等灾害时，PC构件需要具备防治持续倒塌的性能，为了提高建筑的防火、防烟雾和防水性能，在装配式施工过程中，要尽量避免出现转角板折断、叠合板断裂以及构件埋设不合理等问题。

4 装配式混凝土结构建筑的优势特征

4.1 施工周期短

由于装配式安装施工作业多在厂房内进行，避免了外界环境因素的影响。采用装配式安装施工方式，不仅可以缩短现场安装施工周期，还可以有效降低劳动强度，压缩劳动力成本。据相关调查报告显示，采用装配式安装施工方式，低层和多层建筑可以缩短50%以上的工期，高层建筑可以缩短1/3左右的工期。

4.2 结构质量等级高

采用自动化机械生产、信息化流水线管理的方式，可以有效避免人为因素的破坏，以及施工转分包行为，保障整体结构的质量。尤为关键的是，可以有效解决传统建造模式普遍存在的漏水、隔音效果差、保温性能不达标等问题。

4.3 资源损耗小

由于装配式混凝土结构建筑所用的预制构件都是工厂批量化生产的，整个流水线的生产机具都是可以循环利用的，这极大地减小了资源损耗量，增大了资源的利用率。

5 装配式混凝土建筑国内外的发展现状

5.1 国外发展现状

5.1.1 北美发展现状

装配式建筑最早应用于美国，用以专门研究装配式建筑的相关内容。北美地区装配式建筑以预制构件和预制外墙两部分为主，通过与预应力技术的融合应用，改进建筑质量，缩短建设工期，推动建筑向标准化、工业化方向发展。另外，由于北美地区处于地震多发地带，在预制装配式建筑研究中，将建筑抗震性融入其中，在提高建筑抗震能力的基础上，对其结构实行调整，推动装配式建筑的进一步发展。

5.1.2 日本发展现状

日本装配式混凝土建筑的发展要从20世纪70年代开始，当时只有初步理念和理论支持，直到90年代才逐渐实现工厂化发展。日本装配式混凝土建筑借鉴欧美现有的经验技术，根据自身需求进行创新和优化。现阶段，日本装配式混凝土建筑已经获得了较好成绩，尤其在抗震方面有着突出贡献，为人们的生命财产安全提供保障。日本装配式混凝土建筑具有灵活多变、生产效率高等优势，可满足多样化需求。

5.2 国内发展现状

我国装配式混凝土建筑的起步时间较晚，约在20世纪中期才逐渐将装配式混凝土理念引入国内，初期由于技术的限制，装配式建筑结构以预制大板和工具室模板现浇体系为主，混乱性较高，且缺少标准指标数据，产量也难以保障。之后随着技术的进步，到20世纪90年代左右，装配式混凝土建筑稍有起色，并在国家政策支持下，做到了工业化发展。进入20世纪后，在低碳经济理念的引领下，人们逐渐加大了对装配式混凝土建筑的重视力度，该建筑具有能耗小、施工快等优势，符合低碳发展要求。从此以后，我国将其作为推动建筑行业稳定前行的核心动力，相关政策体系也日益完善，法律法规及标准规范内容不断健全，这为装配式混凝土建筑发展提供了强大助力。

6 我国装配式混凝土结构中的问题

6.1 质量水平较低

质量水平不高体现在三方面上：一是节点连接性较差。目前，我国装配式建筑的装配式仅在20%-50%之间，套筒灌浆连接方式作为主要连接措施，虽然在近几年发展中已经较为完善，规章流程也较为完整，但由于标准化界限模糊不清，灌浆饱和度与浆液质量难以把控，再加上事后检验工作的不合理，节点连接位置容易出现各种问题，难以保证工程质量。二是精准性不足。装配式混凝土建筑施工中涉及大型构件的吊装作业，其对精准度要求较高，虽然有BIM技术作为支持，但由于该技术在我国还不是十分完善，难以对吊装精准性实行科学控制，所以很容易对工程质量带来负面影响。三是技术人员能力不高。装配式混凝土在我国起步较晚，专业人才培养力度不足，实际作业中容易因为技术掌握不熟练，影响因素较多、不规范操作等导致问题的产生。另外，高校及一些培训机构仍在沿用传统培训方式，未将装配式混凝土建筑融入其中，专业人员对相关知识了解较少，难以对工程质量提供帮助。

6.2 造价成本较高

首先，装配式混凝土建筑中所需的零部件均是由工场生产制作的，但由于生产标准、生产技术的缺失，导致生产作业中材料损耗量上升，造成较大的成本支出。我国装配式混凝土结构尚未规模化应用且预制率、装配率较低，市场需求量小，“工厂化”的优势未能真正体现。其次，PC 预制构件的增值税是按照产品16%征收的，税费相对较大，增加了企业的运营成本。最后，产业集成化程度低，设计、生产、施工处于分散状态，生产厂家未能完全理解设计者的设计意图，不合格产品的数量有所增加，且预制构件在施工过程中与现场构件出现错漏碰撞现象，致使工程返工。虽然我国有大力推动EPC 工程承包模式，但由于对其了解不够充分，实际落实效果不理想。

6.3 设计体系不合理

设计体系不合理可体现在设计理念、设计技术和标准体系这三方面上。设计理念落后是装配式混凝土建筑普遍存在的问题。装配式混凝土建筑的设计涵盖多方面内容，如现浇设计、拆分设计、预制构件设计、主体和围护结构设计、机电设计等，设计中要注重这些结构的协调性，搭配的合理性。但在工作开展中，设计人员沿用传统设计理念，将重点放在浇筑、拆分及预制构件设计环节上，忽略了其他环节，这使得最终设计与实际施工不符，影响了建筑质量。设计技术不成熟也是阻碍装配式混凝土建筑发展的因素之一。其中节点设计、结构体系设计等技术不够成熟。虽然有BIM技术作为支撑，可开展深化设计活动，但由于两者融合不够完善，很多性能无法发挥，再加上工作人员操作的不规范，整体设计水平无法提升。标准体系缺失使得装配式混凝土建筑设计缺少科学依据，难以做到优化和调整，这样在面对不同环境、不同要求下，无法对建筑及其构件实施科学处理，影响了最终的建筑效果。

7 我国装配式混凝土结构的发展对策

7.1 加大政府扶持力度

政府应明确装配式混凝土建筑在未来发展中的重要作用，加大研究力度，改善装配式混凝土建筑中的关键技术，同时根据装配式混凝土建筑的要求，做好新材料的研究，优化材料强度、耐久性、抗震性。再者，完善相关制度，为装配式混凝土建筑的发展提供可靠依据。政府部门可借助控制增值税、返还土地出让金等政策，降低企业经济压力，加大对该建筑形式的应用。在人才培养方面，扩大工人队伍培训示范基地试点范围，为培训机构提供政策优惠，且鼓励高校大力开展相关专业和课题研究，推行持证上岗政策，以完善工作人员的技能水平。此外，还应做好宣传工作，让更多人了解装配式混凝土建筑的优势和特征，激励企业参与到装配式混凝土结构建设中来，推动产业的良好发展。

7.2 引进和加大新型技术研究力度

设计过程中需开展标准化、一体化设计。对节点、接口等关键部位及结构进行合理规划，注重结构抗震性。在生产运输中，需提高工业化生产技术水平，合理应用BIM-RFID技术及现代物流管理技术，保证预制构件质量，做好生产运输环节的保护，使构件符合工程建设要求。施工安装阶段，要通过隔震、消震技术的应用，加强安装的精准性，降低不良因素对结构的影响。研发灌浆料封堵模具、真空灌浆技术，保证节点连接质量；将现代定位技术与BIM 技术相结合，借助事前模拟、事中精准定位、事后严格检查，来提高现场安装精确度。

7.3 实现产业集成化整合

由于装配式混凝土结构在发展中缺少完善的产业链体系，使其受到多方面因素的制约。为此，相关人员有必要结合现今形势，完善产业链条，改善其集成化水平。一方面要满足一体化发展要求，做到研发、设计、生产、安装、运营管理等产业的集成化管控，加强建筑结构的稳定性和安全性。同时一体化集成管理可优化设计水平，促进内部各系统或结构间的连接，提升建筑实用性能。另一方面要对管理模式予以创新，落实EPC 工程总承包模式，将研发、生产、安装、管理等融合起来。且加大信息化建设力度，提高BIM技术在装配式混凝土建筑中的应用效率，通过信息共享、模型构建，完善装配式混凝土结构内容，有效提高建筑整体质量。