新型建筑工业化背景下装配式建筑发展现状及策略分析

2023-12-27张豪杰

中国建筑装饰装修 2023年23期

李珊张豪杰

建筑业作为我国国民经济的支柱产业，在其发展历程中对经济增长、城乡建设以及民生改善等作出了巨大的贡献。随着社会经济环境的变化及新型城镇化建设的推进，传统建筑模式难以适应现代化建筑行业转型发展的需要。从行业本身来看，施工人员呈现出老龄化、职业化不强等趋势，人员整体素质偏低，竞争力不强。从外部环境来看，2020 年9 月，我国明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”的目标。传统建筑模式带来的资源消耗、噪声、扬尘、建筑垃圾等会产生巨量的碳排放，这些都要求建筑企业必须走上建筑工业化之路。

在此背景下，我国“十四五”规划进一步明确了建筑行业“新型工业化、信息化、绿色化”趋势。新型建筑工业化是一种整合设计、生产、施工等建筑产业链的可持续发展的新型生产方式。装配式建筑与新型建筑工业化一脉相承，大力发展装配式建筑是建筑行业落实绿色高质量发展要求的重要举措之一。通过发展新型建造方式，能够促进传统建筑业转型升级。

1 装配式建筑的市场发展态势

1.1 国内装配式建筑呈快速增长趋势

以中华人民共和国住房和城乡建设部（以下简称住建部）发布的相关统计数据为基础，可以得到2015―2021 年我国新建装配式建筑面积统计与增长情况，如图1 所示，可见近年来我国新建装配式建筑面积呈快速增长的趋势。2021 年，新建装配式建筑面积达到7.4 亿m2，占新建建筑面积的比例已达24.5%。根据住建部发布的《“十四五”建筑业发展规划》，到2025 年装配式建筑占新建建筑的比例将达30%以上。

图1 2015—2021 年新建装配式建筑面积统计与增长情况（来源：作者自绘）

1.2 新开工装配式建筑结构以PC为主

装配式建筑是指由预制部件在工地装配而成的建筑，按照结构类型大致可分为预制混凝土结构（Precast Concrete，PC）、钢结构和木结构3大类，目前我国的装配式建筑仍以PC 为主。2019 ～2021 年，PC 结构新开工建筑面积占比最高，2021 年PC 结构占比为67.7%。同时，PC 构件工厂快速增加，截至2019 年底，全国年设计产能在3万m3以上的PC工厂已超1000家，PC 构件的市场规模已达189 亿元，预计2025 年PC 构件的市场规模将增至1307 亿元。

1.3 钢结构发展前景广阔

钢结构因具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工简便及工业化程度高等优点，已广泛应用于大型厂房、场馆和超高层等领域，在学校、医院等民生基建领域，钢结构占比也有较大的提升空间。从政策导向来看，政府通过相关配套政策推动钢结构逐步向住宅领域发展。2019 年3 月，住建部在《住房和城乡建设部建筑市场监管司2019 年工作要点》中提出，要开展钢结构装配式住宅建设试点，在试点地区保障性住房、装配式住宅建设和农村危房改造、异地搬迁中，明确一定比例的项目采用钢结构装配式建造方式。

从试点省市发展情况来看，近年来深圳市加快推进以装配式建筑为代表的新型建筑高质量发展，率先在保障房建设领域开展装配式建筑的探索实践，新建保障性住房项目全部实施装配式建筑，为全面带动建设行业全产业链向绿色化、工业化、智慧化、国际化方向发展起到引领作用。

2 装配式建筑发展的制约因素

与传统建筑相比，装配式建筑因采用标准化设计、工厂化生产、装配式施工的形式，符合工业化、绿色化、智能化、国际化等大趋势，是一种可以有效节约资源、实现绿色环保、提高施工效率、加速工业化转型的新型建造模式，在我国建筑业转型升级过程中势在必行[1]。我国装配式建筑虽有一定基础，但起步较晚，装配水平与发达国家相比还存在一定的差距，在发展过程中面临技术、成本、管理等多方面的制约因素。

2.1 技术不成熟

装配式建筑涉及设计、生产、施工各个环节。设计是源头，生产工业化的关键是标准化设计。目前，我国装配式标准化设计程度较低，仍沿用传统现浇模式进行建筑方案设计，再进行构件拆分设计，不符合工业化建筑发展的本意。在生产环节，优化预制构件的生产流程，改善构件库存管理及运输管理也是值得重视的问题。在施工阶段，装配式建筑在构件节点连接、组合安装位置尺寸偏差、抗震性能等关键性技术方面的研究及经验不足，导致装配水平不高。

2.2 成本较高

从住建部发布的《装配式建筑工程消耗量定额》来看，装配率为20%～60%的混凝土结构小高层住宅平均建造成本为2152 元/m2，高层住宅平均建造成本为2416 元/m2，装配式钢结构高层住宅建造成本为2776 元/m2，传统现浇混凝土结构建造成本为2000 元/m2。混凝土结构装配式建筑成本较普通现浇成本高出

8%～21%[2]。

目前，预制构件生产尚未形成规模化效应，材料费居高不下，生产、管理等成本较高。预制构件的标准化程度较低，模具通用性不强，导致模具浪费较大、重复利用率低，从而增加了模具成本。除了预制构件成本、模具成本之外，运输成本也同样值得关注。预制构件体积和重量较大，且形状多样，随着运输距离的增加，运输成本会大幅提高。由于尚未形成完善的产业链，装配式建筑的生产、运输成本较高，导致其建造成本很高[3]。

2.3 规范标准不健全

发展装配式建筑需要形成满足现代化工业生产需要、规范且健全的标准体系。目前，我国装配式建筑一体化、标准化设计等关键技术还不成熟，虽然国家和地方出台了一系列装配式建筑相关的标准规范，但是尚未建立与装配式建筑配套的标准技术体系及质量验收标准。不同省份和地区的要求及规范尚未统一，很难达到构件的标准化生产和标准化施工，影响了装配式建筑的建造水平和发展速度，导致工业化建造的综合优势不能充分显现。

2.4 上下游产业链不健全

装配式建筑产业链以建筑实施流程为主线，更加强调设计、生产、施工一体化。总体来说，装配式建筑主要包括研发设计、装备制造、原材料供应、构件生产、施工安装和管理运维等6 大环节。

但是目前各环节呈现条块分割的状态，尚未形成上下贯穿的产业链，缺乏有效的衔接和协调[4]。在6 大环节中，涉及开发、设计、预制构件生产、运输以及施工等单位，参与主体多，各方之间缺乏有效的资源共享平台，协同作业程度低。

2.5 产业相关人才紧缺

装配式建筑与传统建筑相比，在建造模式上存在很大的区别。新技术、新方法的采用，新管理模式的推进等都对建筑行业的人才提出了全新的要求，传统劳务工种的人才需求会逐渐趋向吊装、装配、焊接等高技能岗位。上下游产业链的协同发展离不开BIM技术的有力支持，但是目前掌握BIM技术、了解装配式建筑设计和施工工艺技术的人才严重不足。同时，装配式建筑在运维管理模式上发生了很大变化，推广工程总承包等模式都对项目管理人员提出了更高的要求。很多工程项目管理人员欠缺工业化管理思维，对装配式建筑整体流程缺乏系统性认识，不利于装配式建筑产业的持续发展。

3 装配式建筑发展的策略分析

从我国装配式建筑市场发展态势来看，尽管还面临技术、成本、管理和人员素质等诸多制约因素，但是随着建筑业转型发展、高质量发展需求的不断增加，装配式建筑发展必将成为推动建筑业走向新型工业化、绿色化、智能化之路的利器，助力传统建筑业转型升级，实现可持续发展。

3.1 采用模块化建筑，创新设计理念

模块化建筑在装配式领域发挥了一定的先行作用。武汉火神山医院的建造为模块化建筑提供了样板。以每个房间作为一个模块单元，在工厂中预制生产后运输至施工现场，然后将各个空间模块通过可靠的连接方式组装成建筑整体。通过模块化建筑积累项目经验，不断完善设计、生产和施工环节，建立完整的工业化思维。

创新设计理念，统筹考虑前期、部品设计、施工及后期运维等阶段，加强标准化设计、系统化设计和信息化设计，通过建立具有一整套适应性的模块及参数，完善设计选型标准与部品部件标准，编制集成化、模块化部品相关图集。全面推行标准化、通用化和模数化设计方式，使建筑部品实现通用性和互换性，提高标准化部品部件的应用比例。

同时，本工程应该推动项目前期技术策划、规划、设计、构件和部品部件的生产运输、施工安装以及运营维护管理。开展基础共性标准、关键技术标准、行业应用标准研究，从而构建先进适用的建筑工业化及智能建造标准体系。

3.2 提高标准化程度，降低建造成本

在设计阶段采取标准化、模数化、模块化的思维，对不同规格的构件进行统一管理，提高预制构件的标准化程度，提高模具的重复利用率，可有效降低模具摊销成本。合理安排和布置预制构件生产企业的地理位置，制订合理的运输路线，协调好构件生产、运输及现场吊装之间的关系，避免因衔接问题而导致运输成本增加。在施工环节，进行流水施工和工序优化，做好施工现场管理。利用BIM 技术模拟现场施工情况，预设可能出现的问题，有针对性制订解决措施，提高施工效率。

3.3 推动EPC总承包建造模式，提高企业建造管理水平

装配式建筑对设计、生产和施工之间的衔接和协同提出更高的要求，EPC 总承包模式由工程总承包单位根据合同约定，承担项目的设计、采购及施工建造等任务，集设计、采购、施工为一体，具有提高工作效率、降低工程成本、提高集成化程度等优势，与装配式建筑的发展需求具有较高的匹配度，有利于装配式项目的建造。推动EPC 模式与装配式建筑发展的结合，能够使工程项目各环节得到更加合理的优化与组合。

支持大型设计单位、施工单位和部品部件生产单位发挥自身优势，加强企业之间的深度合作及资源整合，向具有工程管理、设计、施工、生产、采购能力的工程总承包企业转型。不断提高工程总承包商的管理水平，将工程建设的全过程整合为完整的一体化产业链，全面发挥装配式建筑的建造优势。

3.4 推进BIM全过程应用，促进全产业链协同发展

BIM 技术因具有信息化、可视化、协同性等特征，能够为装配式建筑的发展注入新活力。BIM 技术对建筑实体模型进行仿真构建、模型碰撞测试与检查，在设计阶段优化调整设计方案，能够更好地实现建筑、结构与安装的集成设计[5]。通过强大的信息处理和信息收集能力，BIM 可以建立预制构件等信息，并加以动态控制及有效管理，提高构件生产环节及施工环节的精度和效率。

BIM 模型贯穿于建筑设计、构件及部件的工厂化生产、施工和运维全过程，搭建起统一、开放的数据共享、交换及协同的信息平台，保证设计、生产、施工、运维全链条数据的统一性，降低预制构件设计、生产、装配施工等环节的成本，协助实现装配式建筑全过程的信息化管控，促进全产业链协同管理，从而提高装配式建筑的实施效率。

3.5 培养适应装配式建筑发展的人才

探索并建立适应新型工业化发展需求的人才培养机制，加大职业技能培训力度，促进建筑施工人员向技术人才转型。装配式相关企业各工种的从业人员通过装配式职业资格培训后，取得相应的资格证书，持证上岗，进一步提升了高层次技术人员和管理人员的理论及技能水平，加强其对装配式新技术、新工艺的认识。积极进行知识技能的更新和储备，如BIM 技术、3D 打印技术、虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术、物联网和建筑机器人等，引导传统建筑人才向新型工业化、智能化和信息化方向转变。

同时，优化高等院校的专业设置和人才培养方案，合理增设装配式建筑方面的专业和课程。创新人才培养模式，鼓励企业与高等院校共建实习实训基地，培养装配式专业技术人才。加大专业与产业融合的支持力度，成立由专家、企业工程师、高校教师共同参与的产教融合团队，加强院校开设的专业课程和企业需求之间的衔接，为装配式建筑发展提供人才储备。