引 言
建筑業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一,其發(fā)展模式和質(zhì)量直接影響著社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展和人民的生活質(zhì)量。然而,傳統(tǒng)建筑業(yè)“高能耗、高排放、低效率”的粗放型發(fā)展模式已難以為繼,轉(zhuǎn)型升級(jí)和創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)成為建筑業(yè)新時(shí)期發(fā)展的必然要求。近年來(lái),我國(guó)政府高度重視建筑工業(yè)化的推進(jìn)工作,制定了一系列的政策,旨在通過(guò)明確的目標(biāo)導(dǎo)向促進(jìn)建筑行業(yè)進(jìn)步,實(shí)現(xiàn)建筑領(lǐng)域向工業(yè)化、智能化、綠色化的轉(zhuǎn)型,建設(shè)既符合節(jié)能環(huán)保要求,又能滿足人民生活需求的高品質(zhì)建筑產(chǎn)品。2016年9月27日,國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見(jiàn)》[1],這標(biāo)志著以裝配式建筑為代表的新型建筑工業(yè)化開(kāi)始快速推進(jìn);2020年7月3日,住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等十三部門(mén)聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推動(dòng)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》[2],明確提出了推動(dòng)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)思想、基本原則、發(fā)展目標(biāo)、重點(diǎn)任務(wù)和保障措施;2020年8月28日,住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等部門(mén)發(fā)布《關(guān)于加快新型建筑工業(yè)化發(fā)展的若干意見(jiàn)》[3],是今后一個(gè)時(shí)期指導(dǎo)新型建筑工業(yè)化發(fā)展、提高建造水平和建筑品質(zhì)、帶動(dòng)建筑業(yè)全面轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要文件。
隨著我國(guó)新型建筑工業(yè)化進(jìn)程的加快,建造水平及建筑質(zhì)量有了顯著提升[4],但仍面臨諸多挑戰(zhàn),本文旨在深入探討我國(guó)為什么要發(fā)展建筑工業(yè)化、面臨的挑戰(zhàn)以及如何發(fā)展建筑工業(yè)化,提出具有前瞻性和可操作性的發(fā)展戰(zhàn)略建議,為推動(dòng)我國(guó)建筑工業(yè)化的快速發(fā)展提供有力支持。
01 為什么要發(fā)展建筑工業(yè)化
1.1響應(yīng)中國(guó)式現(xiàn)代化建設(shè)的內(nèi)在要求
建筑業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展是中國(guó)式現(xiàn)代化的重要內(nèi)容之一,在快速發(fā)展的新時(shí)代背景下,建筑業(yè)應(yīng)緊跟時(shí)代步伐,積極響應(yīng)現(xiàn)代化號(hào)召,堅(jiān)定不移地走好中國(guó)式現(xiàn)代化道路。建筑工業(yè)化能夠?yàn)槔习傩仗峁└痈咝?、環(huán)保、質(zhì)優(yōu)的建筑產(chǎn)品,通過(guò)工業(yè)化的建造方式,大幅提升建筑質(zhì)量與施工效率,同時(shí)降低對(duì)資源與能源的消耗。此外,它還能促進(jìn)建筑業(yè)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)調(diào)整與技術(shù)升級(jí),推動(dòng)行業(yè)向更高水平、更可持續(xù)的方向發(fā)展。因此,發(fā)展建筑工業(yè)化不僅符合中國(guó)式現(xiàn)代化建設(shè)對(duì)質(zhì)量和效率的追求,也體現(xiàn)了對(duì)環(huán)境和資源保護(hù)的重視,是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)和諧發(fā)展的重要途徑。
1.2建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要途徑
傳統(tǒng)建造方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展對(duì)高效、綠色和低碳的要求,對(duì)實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了重大阻礙。隨著全球氣候變化的嚴(yán)峻挑戰(zhàn),實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰與碳中和已成為國(guó)際社會(huì)共識(shí),我國(guó)也提出了“3060”雙碳目標(biāo)。作為能源消耗與碳排放的重要領(lǐng)域之一,建筑業(yè)在推動(dòng)綠色轉(zhuǎn)型中扮演著關(guān)鍵角色。在此背景下,建筑工業(yè)化作為一種先進(jìn)的生產(chǎn)方式,逐漸成為推動(dòng)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要路徑,不僅能夠提升生產(chǎn)效率與工程質(zhì)量,還能顯著降低能源消耗與碳排放,為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供有力支撐。
1.3支撐建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心動(dòng)力
建筑工業(yè)化作為支撐建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心驅(qū)動(dòng)力,通過(guò)將建筑構(gòu)件的生產(chǎn)從傳統(tǒng)的施工現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)移至工廠環(huán)境,其自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)方式顯著提升了建筑構(gòu)件的精度和質(zhì)量,減少了材料浪費(fèi),并且提升了生產(chǎn)效率;其現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械化、裝配化施工技術(shù),不僅降低了環(huán)境污染和資源消耗,提高了施工效率,還保證了建筑的整體品質(zhì)和安全性。通過(guò)建筑工業(yè)化解決傳統(tǒng)粗放式建造模式帶來(lái)的質(zhì)量隱患和跑冒滴漏等各種問(wèn)題,讓老百姓住上更安心更踏實(shí)的好房子,獲得體驗(yàn)感、幸福感和安全感,以滿足人民群眾對(duì)美好生活的向往。
1.4催生建筑業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力的創(chuàng)新引擎
建筑業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力以科技創(chuàng)新為核心驅(qū)動(dòng)力,依托工業(yè)化建造、智能建造和綠色建造等新型技術(shù)手段,展現(xiàn)出高科技、高效率和高質(zhì)量的特點(diǎn),其關(guān)鍵要素包括:更高素質(zhì)的勞動(dòng)者、更高技術(shù)含量的勞動(dòng)資料和更廣范圍的勞動(dòng)對(duì)象,它是提升工程品質(zhì)與性能,推動(dòng)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的先進(jìn)生產(chǎn)力質(zhì)態(tài)[5],發(fā)展建筑工業(yè)化是催生建筑業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力的創(chuàng)新引擎,通過(guò)提升勞動(dòng)者的技能水平、研發(fā)先進(jìn)技術(shù)裝備、擴(kuò)大業(yè)務(wù)領(lǐng)域,為建筑業(yè)注入創(chuàng)新活力與發(fā)展動(dòng)力,不僅提高建筑業(yè)的生產(chǎn)效率和質(zhì)量水平,還可以推動(dòng)新材料、新技術(shù)和新模式的應(yīng)用,促進(jìn)建筑業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)和轉(zhuǎn)型。
02 發(fā)展建筑工業(yè)化面臨的挑戰(zhàn)
2.1擔(dān)心裝配式結(jié)構(gòu)的安全性
裝配式建筑的結(jié)構(gòu)安全性一直是社會(huì)各界關(guān)注的焦點(diǎn),一些人認(rèn)為裝配式結(jié)構(gòu)抗震能力不足、灌漿套筒安全性不夠。例如:套筒灌漿過(guò)程中出現(xiàn)灌漿不飽滿、灌漿孔堵塞等問(wèn)題;施工過(guò)程中由于構(gòu)件尺寸偏差、安裝精度不足等原因,導(dǎo)致構(gòu)件安裝不到位等問(wèn)題;接縫部位的防水措施不到位,導(dǎo)致滲漏的問(wèn)題。但這些問(wèn)題大多可歸因于施工管理不善、操作技術(shù)不規(guī)范及質(zhì)量控制不嚴(yán)等工程管理層面的問(wèn)題,而非工程技術(shù)問(wèn)題。
2.2裝配式建筑成本居高不下
裝配式建筑仍面臨成本較高的挑戰(zhàn),研究表明采用裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的土建工程造價(jià)比現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)高10%~20%,在一定程度上阻滯了裝配式建筑的推廣和發(fā)展[6]。造成裝配式建筑成本高的主要原因如下:①設(shè)計(jì)與生產(chǎn)施工脫節(jié)[7],設(shè)計(jì)的構(gòu)件不利于工廠[5]加工生產(chǎn)、不利于現(xiàn)場(chǎng)施工裝配,造成成本增加;②一些項(xiàng)目仍沿用現(xiàn)澆建筑的設(shè)計(jì)思路,未能充分體現(xiàn)裝配式建筑的精髓與優(yōu)勢(shì),僅僅是通過(guò)簡(jiǎn)單地拆分構(gòu)件來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)制裝配,產(chǎn)生大量非標(biāo)準(zhǔn)化的構(gòu)件,導(dǎo)致模具攤銷(xiāo)成本大,生產(chǎn)效率低、成本高;③疊合板采用四面出筋+拼縫后澆帶連接的方式,現(xiàn)場(chǎng)需要搭設(shè)大量的腳手架和模板,施工效率低下,且質(zhì)量難以保證,增加了施工成本[5];④設(shè)計(jì)的豎向構(gòu)件尺寸小,拼縫數(shù)量多,現(xiàn)澆與預(yù)制工法并存,施工工序繁瑣,吊裝頻次高、效率低、經(jīng)濟(jì)性不好;⑤構(gòu)件預(yù)留鋼筋直徑小、間距密,不利于生產(chǎn)安裝,增加成本;⑥外墻與門(mén)窗未能在工廠階段實(shí)現(xiàn)一體化預(yù)制,而是在現(xiàn)場(chǎng)墻板安裝好之后再進(jìn)行門(mén)窗的安裝,質(zhì)量控制更難、安裝成本更高;⑦片面追求裝配率和預(yù)制率,把一些不適于預(yù)制的構(gòu)件也拆分預(yù)制,造成生產(chǎn)、施工復(fù)雜,增加成本。
2.3工廠生產(chǎn)的自動(dòng)化水平低
構(gòu)件在工廠生產(chǎn)過(guò)程中的批量化、自動(dòng)化與智能化水平仍有待提升,主要存在以下幾個(gè)方面的挑戰(zhàn):①生產(chǎn)過(guò)程中還存在大量的人工干預(yù)、手工作業(yè),導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、生產(chǎn)成本增加;②從信息錄入、讀取到加工、搬運(yùn)、存儲(chǔ)的各個(gè)環(huán)節(jié),自動(dòng)化與機(jī)械化技術(shù)的應(yīng)用仍顯不足,制約了生產(chǎn)效率的提升;③由于數(shù)據(jù)格式的不統(tǒng)一,生產(chǎn)設(shè)備的可編程邏輯控制器(PLC)系統(tǒng)無(wú)法直接識(shí)別建筑信息模型(BIM)設(shè)計(jì)信息的數(shù)據(jù)格式,必須經(jīng)過(guò)人工整理和匯總后才能用于生產(chǎn),這不僅消耗了大量的人力資源和時(shí)間,而且在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中容易出現(xiàn)信息失真或不對(duì)稱(chēng)的情況,進(jìn)而影響到構(gòu)件的加工精度和生產(chǎn)效率[8]。
2.4現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)不先進(jìn)
裝配式建筑現(xiàn)場(chǎng)施工涉及多個(gè)環(huán)節(jié)和多種技術(shù),但目前這些技術(shù)的集成化程度相對(duì)較低,且先進(jìn)的自動(dòng)化施工設(shè)備在裝配式建筑現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用還不夠普及,如大規(guī)格、高負(fù)載能力的智能塔吊應(yīng)用不夠廣泛;裝配式裝修的智能化工具,如自動(dòng)鋪設(shè)地板或墻面的工具應(yīng)用較少;智能存放系統(tǒng)、自動(dòng)化搬運(yùn)機(jī)器人等智能工具的應(yīng)用處于起步階段;建筑機(jī)器人的應(yīng)用也具有一定的局限性;同一工作面下,裝配施工和現(xiàn)澆施工的工序先后順序、工作面交接條件,資源的協(xié)同利用等還沒(méi)有形成完善的技術(shù)工法體系[8];結(jié)構(gòu)、機(jī)電、門(mén)窗、裝飾部品的集成化裝配程度還不夠高;不同施工環(huán)節(jié)之間的銜接不夠緊密,缺乏高效的信息共享和協(xié)同作業(yè)機(jī)制;施工現(xiàn)場(chǎng)的信息管理依然采用傳統(tǒng)方式,缺乏實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)收集、傳輸和分析系統(tǒng),導(dǎo)致進(jìn)度監(jiān)控、質(zhì)量控制和安全管理效率低下。
03 如何發(fā)展建筑工業(yè)化
3.1樹(shù)立工業(yè)化產(chǎn)品的思維
借鑒汽車(chē)和飛機(jī)制造業(yè)的經(jīng)驗(yàn),建筑業(yè)要從傳統(tǒng)建造模式向現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變,關(guān)鍵在于思維革新,將建筑當(dāng)做“工業(yè)化產(chǎn)品”“像造汽車(chē)一樣造房子”,用工業(yè)化建筑產(chǎn)品的思維統(tǒng)領(lǐng)裝配式建筑設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工全過(guò)程,從系統(tǒng)集成的角度進(jìn)行全面考慮,通過(guò)綜合技術(shù)優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)多學(xué)科的專(zhuān)業(yè)協(xié)作,根據(jù)既定的技術(shù)接口和協(xié)同原則,將各部品部件組裝成一個(gè)完整的工業(yè)化產(chǎn)品,這種系統(tǒng)化的方法能夠確保建筑工業(yè)化的高效實(shí)施,同時(shí)提高建筑產(chǎn)品的整體性能和質(zhì)量[4][9]。
3.2構(gòu)建一體化建造的系統(tǒng)工程理論
借鑒制造業(yè),建立工業(yè)化的系統(tǒng)工程理論基礎(chǔ)和方法,將裝配式建筑作為一個(gè)完整的建筑產(chǎn)品來(lái)進(jìn)行研究和實(shí)踐,形成以達(dá)到總體效果最優(yōu)為目標(biāo)的理論與方法,才能實(shí)現(xiàn)裝配式建筑的高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展[8]。
一體化建造的系統(tǒng)工程理論主要包含以下內(nèi)容:①遵循“從總體到局部”原則,先開(kāi)展建筑系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì),再開(kāi)展子系統(tǒng)和具體細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì);②遵循“三個(gè)一體化”理念,整合跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的知識(shí)和技術(shù),促進(jìn)不同專(zhuān)業(yè)間的深度融合與創(chuàng)新;③遵循“系統(tǒng)工程”基本原則,通過(guò)多學(xué)科協(xié)作,形成一個(gè)具備合理知識(shí)結(jié)構(gòu)、有效的協(xié)作機(jī)制的團(tuán)隊(duì),實(shí)現(xiàn)資源整合與優(yōu)勢(shì)互補(bǔ);④利用數(shù)學(xué)和邏輯模型來(lái)描述系統(tǒng)特征,通過(guò)模擬、反映系統(tǒng)的運(yùn)行,獲取系統(tǒng)的最佳組合方案和運(yùn)行策略[10]。
3.3實(shí)施“三個(gè)一體化”建造方式
“三個(gè)一體化”建造方式是指建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、裝修一體化,設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工一體化,技術(shù)、管理、市場(chǎng)一體化[8],具體內(nèi)容如下:
(1)建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、裝修一體化
建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電以及裝修的一體化設(shè)計(jì)是解決跨專(zhuān)業(yè)協(xié)作問(wèn)題的關(guān)鍵,通過(guò)建立標(biāo)準(zhǔn)化的模數(shù)、模塊,制定統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范和接口,實(shí)現(xiàn)各專(zhuān)業(yè)之間的協(xié)同;借助BIM技術(shù),各專(zhuān)業(yè)可以在同一虛擬模型上進(jìn)行集成設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)、機(jī)電系統(tǒng)與裝飾裝修一體化,最終形成完整的設(shè)計(jì)成果[8]。
(2)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工一體化
在工程建設(shè)中,需要各主要環(huán)節(jié)之間的協(xié)調(diào)配合,解決技術(shù)鏈之間的有效銜接,形成高度在組織化管理,向管理要效率和效益。設(shè)計(jì)不能只考慮建筑功能、結(jié)構(gòu)安全,要充分考慮生產(chǎn)工藝、施工工藝,設(shè)計(jì)的產(chǎn)品要便于生產(chǎn)加工和施工裝配;生產(chǎn)過(guò)程中,需要考慮到運(yùn)輸和安裝的實(shí)際條件,確保構(gòu)件在到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)時(shí)能夠方便快捷地進(jìn)行裝配。
(3)技術(shù)、管理、市場(chǎng)一體化
長(zhǎng)期以來(lái),我國(guó)建筑企業(yè)普遍面臨技術(shù)與管理脫節(jié)的問(wèn)題,即兩者未能形成有機(jī)整體,技術(shù)活動(dòng)與管理活動(dòng)各自獨(dú)立運(yùn)作,技術(shù)研究缺乏與管理實(shí)踐的結(jié)合,也未充分考慮市場(chǎng)需求,導(dǎo)致技術(shù)成果難以轉(zhuǎn)化為實(shí)際生產(chǎn)力,可持續(xù)發(fā)展的能力不強(qiáng)。為了增強(qiáng)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展能力,必須解決管理機(jī)制與技術(shù)進(jìn)步及市場(chǎng)需求不匹配的問(wèn)題,亟需推動(dòng)構(gòu)建“技術(shù)、管理、市場(chǎng)一體化”體系[8]。
3.4應(yīng)用“四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化”設(shè)計(jì)方法
標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)是提高裝配式建筑的質(zhì)量、效率、效益的重要手段;是建筑設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工管理之間技術(shù)協(xié)同的橋梁;是裝配式建筑在生產(chǎn)活動(dòng)中能夠高效率運(yùn)行的保障。因此,發(fā)展建筑工業(yè)化必須以標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)。“四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化”設(shè)計(jì)方法,即“平面標(biāo)準(zhǔn)化、立面標(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化、部品標(biāo)準(zhǔn)化”,通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)減少預(yù)制構(gòu)件和部品的種類(lèi),通過(guò)少規(guī)格、多組合設(shè)計(jì)方法,可以組拼成眾多平面立面,既能防止建筑風(fēng)格千篇一律,又有助于提高構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化,降低建造成本,提高生產(chǎn)與施工效率[11-12]。
(1)平面標(biāo)準(zhǔn)化
通過(guò)模塊化的設(shè)計(jì)方法,明確有限的、通用的標(biāo)準(zhǔn)化戶型模塊;相同基本戶型下,制訂開(kāi)間不變,進(jìn)深在一定基礎(chǔ)上以一定模數(shù)進(jìn)行延伸擴(kuò)展的設(shè)計(jì)方法;在基本戶型明確的基礎(chǔ)上,明確不同戶型下的某一邊為同尺寸,作為模塊與模塊之間的通用邊界,便于模塊間的協(xié)同拼接。通過(guò)基本戶型模塊之間按照通用協(xié)同邊界進(jìn)行組合,與公共空間模塊進(jìn)行組合,確定多種基本平面形狀,形成不同的個(gè)性化平面[8]。
(2)立面標(biāo)準(zhǔn)化
通過(guò)預(yù)制外墻板不同飾面材料展現(xiàn)不同肌理與色彩的變化,飾面運(yùn)用裝飾混凝土、清水混凝土、涂料、面磚或石材反打,通過(guò)不同外墻構(gòu)件的靈活組合,基本裝飾部品可變組合,實(shí)現(xiàn)富有工業(yè)化建筑特征的立面效果;在采光、通風(fēng)、窗墻比控制條件下,調(diào)節(jié)立面分格、門(mén)窗尺寸、飾面顏色、排列方式、韻律特征,呈現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、多樣化的門(mén)窗圍護(hù)體系;通過(guò)一字形、L形、U形等標(biāo)準(zhǔn)化陽(yáng)臺(tái)形式,進(jìn)行基本單元的凹凸擴(kuò)展組合擴(kuò)展,形成豐富多樣的空調(diào)板、陽(yáng)臺(tái)的立面設(shè)計(jì)[8]。(3)構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化
針對(duì)基本功能單元塊,運(yùn)用最大公約數(shù)原理,按照數(shù)協(xié)調(diào)準(zhǔn)則、通過(guò)整體設(shè)計(jì)下的構(gòu)件尺寸歸并優(yōu)化設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),便于模具標(biāo)準(zhǔn)化以及生產(chǎn)工藝和裝配工法標(biāo)準(zhǔn)化;在構(gòu)件外形尺寸標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)上進(jìn)行鋼筋籠標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),統(tǒng)一鋼筋位置、鋼筋直徑和鋼筋間距,建立系列標(biāo)準(zhǔn)化、單元化、模塊化鋼筋籠,實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化加工;對(duì)于預(yù)埋在結(jié)構(gòu)主體內(nèi)的預(yù)埋件進(jìn)行其型號(hào)、規(guī)格、空間位置進(jìn)行符合統(tǒng)一模數(shù)和規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),便于在后續(xù)生產(chǎn)和施工過(guò)程中工人對(duì)預(yù)留預(yù)埋進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化操作,提高效率和精度[8]。
(4)部品部件標(biāo)準(zhǔn)化
在平面標(biāo)準(zhǔn)化和立面標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上,通過(guò)部品部件的模數(shù)化協(xié)調(diào),模塊化組合,匹配戶型功能單元的標(biāo)準(zhǔn)化,如廚房部品標(biāo)準(zhǔn)化,以烹飪、備餐、洗滌和存儲(chǔ)廚房標(biāo)準(zhǔn)化功能單元模塊為基礎(chǔ),通過(guò)模數(shù)協(xié)調(diào)和模塊組合,滿足多種戶型的空間尺寸需求;衛(wèi)生間部品標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),以洗漱、淋浴、盆浴、衛(wèi)生間標(biāo)準(zhǔn)化功能單元模塊為基礎(chǔ),通過(guò)模數(shù)協(xié)調(diào)和模塊組合,滿足多種戶型的空間尺寸需求[8]。
3.5推廣工業(yè)化、智能化、綠色化建造技術(shù)
3.5.1積極推廣工業(yè)化建造技術(shù)
(1)工廠自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)
工廠自動(dòng)化生產(chǎn)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械化、裝配化施工的基礎(chǔ),將信息化技術(shù)和工廠化生產(chǎn)融為一體,以標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)確保構(gòu)件品質(zhì)、提升制造效率。例如:①模具標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)技術(shù),根據(jù)預(yù)制構(gòu)件的具體尺寸和形狀,設(shè)計(jì)出標(biāo)準(zhǔn)化的模具,通過(guò)調(diào)整模具的尺寸來(lái)適應(yīng)不同規(guī)格的構(gòu)件,實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)模具的通用性;②模具自動(dòng)化裝拆技術(shù),在模具裝拆過(guò)程中使用機(jī)械設(shè)備或機(jī)器人來(lái)代替人工操作,以提高裝拆效率;③混凝土魚(yú)雷罐運(yùn)輸自動(dòng)化控制技術(shù)[12],開(kāi)發(fā)自動(dòng)化系統(tǒng)接受實(shí)時(shí)調(diào)度命令,以工廠魚(yú)雷罐軌道為網(wǎng)絡(luò),在魚(yú)雷罐運(yùn)輸路徑選擇及避碰算法基礎(chǔ)上,根據(jù)混凝土供需關(guān)系、各網(wǎng)點(diǎn)之間距離、信號(hào)等因素,利用魚(yú)雷罐車(chē)運(yùn)行柔性時(shí)間和動(dòng)態(tài)規(guī)劃的混凝土輸送優(yōu)化調(diào)度;④智能布料機(jī)與布料系統(tǒng),自動(dòng)讀取BIM信息進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,通過(guò)配備的傳感器和定位系統(tǒng),智能布料機(jī)能夠精確控制混凝土的澆筑位置和用量,確保澆筑均勻,減少浪費(fèi)。
(2)豎向墻體構(gòu)件密拼建造技術(shù)
豎向墻體構(gòu)件豎縫密拼技術(shù)可以在解決現(xiàn)澆與裝配工法共存、施工工藝繁冗復(fù)雜等問(wèn)題,墻體構(gòu)件兩側(cè)不出筋可提高構(gòu)件運(yùn)輸和安裝的便利性、簡(jiǎn)化施工工序、提升施工效率。例如:①免模疊合剪力墻結(jié)構(gòu)體系,充分發(fā)揮大尺寸疊合剪力墻、大跨度預(yù)應(yīng)力樓板的技術(shù)優(yōu)勢(shì)及免抹灰、免支撐、少模板、飄窗一體化、外飾面工廠集成等工藝優(yōu)勢(shì),結(jié)構(gòu)體系整體優(yōu)勢(shì)顯著;②新型豎縫密拼全裝配剪力墻結(jié)構(gòu)體系,采用豎縫密拼鋼錨環(huán)快速連接技術(shù),實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)快速連接,增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)抗震性能,大幅減少現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè),通過(guò)大構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)應(yīng)用,有效減少預(yù)制構(gòu)件種類(lèi)和數(shù)量,采用密拼疊合樓板少支撐技術(shù),實(shí)現(xiàn)無(wú)梁化和大跨度,提升施工作業(yè)效率。
(3)水平樓板構(gòu)件密拼建造技術(shù)
水平樓板構(gòu)件采用四面不出筋密拼建造技術(shù),拼縫出無(wú)需支模板、架支撐,簡(jiǎn)化施工流程,提高施工效率;通過(guò)在板端、板側(cè)以及板與板之間設(shè)置附加鋼筋來(lái)加強(qiáng)連接部位的結(jié)構(gòu)安全性[4,9],確保整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載能力;不出筋的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了模具,使得模具更加標(biāo)準(zhǔn)化,從而提高了疊合板的生產(chǎn)效率。
(4)一體化外墻板預(yù)制技術(shù)
外墻與門(mén)窗一體化預(yù)制技術(shù),將門(mén)窗與建筑外墻在工廠內(nèi)預(yù)先組裝在一起,形成一個(gè)整體的預(yù)制外墻系統(tǒng),在工廠內(nèi)完成部分質(zhì)量檢驗(yàn)后,運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝,有效的解決傳統(tǒng)門(mén)、窗框滲漏問(wèn)題;結(jié)構(gòu)、保溫、裝飾一體化外墻技術(shù),在工廠完成預(yù)制外墻與保溫層、裝飾層的集成,形成一體化的外墻系統(tǒng),現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行墻板安裝,外保溫裝飾無(wú)需另行施工,提高施工建造的效率和質(zhì)量,減少現(xiàn)場(chǎng)工作量,縮短工期。
(5)鋼筋大直徑、大間距、少根數(shù)技術(shù)
傳統(tǒng)的裝配式框架梁柱和剪力墻存在節(jié)點(diǎn)區(qū)域鋼筋密集,現(xiàn)場(chǎng)施工困難的問(wèn)題,采用鋼筋大直徑、大間距、少根數(shù)設(shè)計(jì)技術(shù),通過(guò)鋼筋等強(qiáng)代換、墩頭錨固板連接等技術(shù)措施,可實(shí)現(xiàn)梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)的鋼筋大直徑、大間距、少根數(shù),保證連接鋼筋精準(zhǔn)對(duì)位,且大直徑鋼筋接頭施工質(zhì)量更易于保證,接頭數(shù)量減少后,便于采用坐漿法施工,接頭可逐一灌漿,相較連通腔灌漿質(zhì)量易于控制[4,9]。
(6)預(yù)制構(gòu)件大型化建造技術(shù)
在確保工廠生產(chǎn)能力、道路運(yùn)輸限制以及現(xiàn)場(chǎng)吊裝安裝條件的基礎(chǔ)上,盡可能地采用大型預(yù)制構(gòu)件[4,9],提高施工效率、縮短工期。例如:①將兩面墻連成一片在工廠預(yù)制,現(xiàn)場(chǎng)利用大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)行整體吊裝,可大幅提升施工效率;②采用多層柱預(yù)制技術(shù),將2層或3層柱通高預(yù)制,現(xiàn)場(chǎng)安裝減少吊裝次數(shù),減少套筒及灌漿料等連接材料用量;③采用大跨度樓板技術(shù),減少現(xiàn)場(chǎng)吊次和臨時(shí)支撐的用量,提高安裝效率,降低安裝成本。
(7)模塊化建造技術(shù)
裝配建筑根據(jù)集成度和組裝方式可分為二維構(gòu)件式和三維模塊化兩種形式,其中二維構(gòu)件式裝配式建筑主要指的是建筑的主要構(gòu)件(如預(yù)制墻板、樓板、梁、柱等)在工廠中預(yù)先生產(chǎn)好,然后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝;三維模塊化建筑是裝配式建筑中集成化程度、工業(yè)化程度最高的一種,是目前裝配式建筑的最高形態(tài)[13],它將單個(gè)房間作為一個(gè)模塊在工廠進(jìn)行預(yù)制,并可在工廠對(duì)模塊內(nèi)部空間進(jìn)行布置與裝修,然后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)吊裝將模塊可靠的連接為建筑整體,以房間大小為單位的預(yù)制建筑體,在建筑現(xiàn)場(chǎng)通常用“搭積木”的方式完整地拼裝、組合起來(lái)。例如:①混凝土模塊化建筑[13-14],把建筑以建筑功能為依據(jù)劃分成多個(gè)空間單元模塊,將模塊通過(guò)工廠進(jìn)行預(yù)制并集成裝修、機(jī)電、門(mén)窗、設(shè)備等要素,然后運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)可靠連接形成完整建筑;②鋼結(jié)構(gòu)模塊化建筑[15],主要采用鋼結(jié)構(gòu)集成模塊單元在施工現(xiàn)場(chǎng)組合而成的裝配式建筑,在工廠預(yù)制完成鋼結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)、圍護(hù)墻體、底板、頂板、內(nèi)裝部品、設(shè)備管線等組合,施工現(xiàn)場(chǎng)直接對(duì)整體模塊單元裝配安裝;③組合模塊化建筑,“像造汽車(chē)底盤(pán)一樣”在工廠預(yù)制模塊底盤(pán),依托該模塊底盤(pán)完成外墻圍護(hù)、機(jī)電設(shè)備、裝飾裝修,在工廠制造房屋單元,房屋單元運(yùn)輸至工地現(xiàn)場(chǎng)、組裝成建筑空間后,通過(guò)在墻體空腔、模塊拼縫、樓板底模上澆筑混凝土形成鋼?混凝土整體組合結(jié)構(gòu)[5],工廠制造工程量提升至80%,工地現(xiàn)場(chǎng)施工量減少至20%。
3.5.2積極推廣智能化建造技術(shù)
(1)工程數(shù)據(jù)自動(dòng)識(shí)別與采集技術(shù)
工程數(shù)據(jù)自動(dòng)識(shí)別與采集技術(shù),通過(guò)應(yīng)用自動(dòng)識(shí)別終端,自動(dòng)地獲取工程現(xiàn)場(chǎng)或設(shè)備中的相關(guān)數(shù)據(jù),并實(shí)時(shí)傳輸至業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行分析和管理,這種技術(shù)可以提高工程數(shù)據(jù)采集的效率和準(zhǔn)確性,為工程管理和決策提供強(qiáng)有力的支持。例如:①RFID技術(shù),通過(guò)無(wú)線電波非接觸式地讀取標(biāo)簽上的數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、快速、多目標(biāo)的識(shí)別與數(shù)據(jù)采集;②條形碼/二維碼技術(shù),通過(guò)掃描條形碼或二維碼來(lái)記錄物料的信息,方便追蹤物料的使用情況及狀態(tài);③傳感器技術(shù),各類(lèi)傳感器(如溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器等)能夠?qū)崟r(shí)采集工程現(xiàn)場(chǎng)的各種物理量數(shù)據(jù)。
(2)智能建造裝備
智能建造裝備是建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵,它利用先進(jìn)的傳感器、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析工具和機(jī)械設(shè)備,實(shí)現(xiàn)建筑施工過(guò)程的自動(dòng)化和智能化,提高施工效率、減少人力需求、提升施工質(zhì)量。例如:①無(wú)人駕駛塔吊,結(jié)合了自動(dòng)化控制、傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)以及先進(jìn)的計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù),通過(guò)高精度的定位系統(tǒng)、障礙物檢測(cè)技術(shù)與智能控制算法,使塔吊能夠在無(wú)人駕駛的情況下,精準(zhǔn)、安全地完成吊裝任務(wù),顯著提升施工效率與安全性;②建筑機(jī)器人,能夠通過(guò)人工智能系統(tǒng)控制,自動(dòng)進(jìn)行一系列復(fù)雜動(dòng)作,代替人在建筑行業(yè)中完成各種作業(yè),如三維測(cè)繪建造機(jī)器人、噴涂機(jī)器人、焊接機(jī)器人、砌墻機(jī)器人、墻面和地面施工機(jī)器人、清拆/清運(yùn)作業(yè)機(jī)器人等,有助于降低用工成本、減少安全風(fēng)險(xiǎn)、提升工程質(zhì)量、提升建筑品質(zhì)。
(3)智慧工地
智慧工地應(yīng)用數(shù)字孿生等手段,實(shí)現(xiàn)對(duì)施工過(guò)程的人員、材料、成本、質(zhì)量、安全、進(jìn)度進(jìn)行全面管理。利用BIM技術(shù)構(gòu)建三維數(shù)字模型,為模型中的各個(gè)元素賦予屬性信息,模擬施工工序、時(shí)間進(jìn)度、成本預(yù)算等,預(yù)測(cè)各個(gè)工序間的協(xié)調(diào)配合;利用三維激光掃描、無(wú)人機(jī)等數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際建造數(shù)據(jù),將收集到的數(shù)據(jù)與數(shù)字孿生模型進(jìn)行對(duì)比分析,識(shí)別進(jìn)度差異、質(zhì)量問(wèn)題、施工偏差等潛在問(wèn)題,及時(shí)進(jìn)行糾偏、調(diào)整和優(yōu)化,不斷優(yōu)化數(shù)字孿生模型和施工管理策略,實(shí)現(xiàn)對(duì)施工過(guò)程的全面監(jiān)控和實(shí)時(shí)分析,提高施工效率、降低安全風(fēng)險(xiǎn)、減少施工成本。
3.5.3積極推廣綠色化建造技術(shù)
(1)綠色施工技術(shù)
加強(qiáng)綠色施工策劃,選擇適宜的綠色施工技術(shù)應(yīng)用路徑與措施。例如:采用低耗能、低排放的施工機(jī)械,選用能效高的機(jī)械設(shè)備,如節(jié)能型挖掘機(jī)、裝載機(jī)等;推廣使用新能源施工設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃油驅(qū)動(dòng)的設(shè)備,減少尾氣排放;加強(qiáng)施工設(shè)備管理,減少過(guò)程中設(shè)備損耗。
(2)節(jié)材關(guān)鍵技術(shù)
綠色建造節(jié)材關(guān)鍵技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:①減量化技術(shù):從建筑造型上減量化,避免純粹為了造型,增加一些無(wú)使用功能的構(gòu)件,從而增加材料用量;進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化實(shí)現(xiàn)減量化,對(duì)地基基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)主體形式、結(jié)構(gòu)構(gòu)件選型分析優(yōu)化,減少材料的浪費(fèi);材料選用上實(shí)現(xiàn)減量化,選用高強(qiáng)度混凝土,高強(qiáng)度鋼,減小梁板柱尺寸,降低混凝土和鋼材消耗;②可循環(huán)技術(shù):采用可循環(huán)建筑材料、可周轉(zhuǎn)環(huán)保型模板、模塊化可周轉(zhuǎn)臨設(shè)等技術(shù),減少材料的消耗;③資源化技術(shù):將建筑垃圾進(jìn)行回收,用于城市景觀營(yíng)造,或進(jìn)行再加工,作為原料生產(chǎn)砌塊、再生混凝土,實(shí)現(xiàn)建材的循環(huán)利用。
(3)節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)
通過(guò)應(yīng)用綠色節(jié)能技術(shù),以減少建筑在全生命周期內(nèi)的能源消耗和環(huán)境影響,助推建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。例如:①光伏建筑一體化技術(shù)[16],將光伏組件或光伏構(gòu)件與建筑相結(jié)合,形成既能滿足建筑使用安全、使用功能與美觀等要求,又能實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的一體化技術(shù);②“光儲(chǔ)直柔”建筑技術(shù)[17],集成了太陽(yáng)能光伏發(fā)電、儲(chǔ)能、直流配電和柔性用電的建筑能源系統(tǒng),利用零排放的光伏發(fā)電進(jìn)行能源供應(yīng),直流配電降低了交直轉(zhuǎn)換能量損耗,建筑總能耗下降,而分布式儲(chǔ)能+柔性用電可實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電與建筑用能曲線匹配,建筑實(shí)現(xiàn)高比例綠電供應(yīng),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)低碳和零碳排放目標(biāo)。
(4)節(jié)水關(guān)鍵技術(shù)
通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和管理改進(jìn)來(lái)提高水資源的利用效率,減少水資源的浪費(fèi),有助于實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展。例如:①利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的用水情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理,通過(guò)數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化調(diào)度,實(shí)現(xiàn)水資源的精準(zhǔn)控制和高效利用;②充分利用非傳統(tǒng)水源,充分利用中水、雨水等非傳統(tǒng)水源,進(jìn)行路面沖洗、綠化、沖廁等,節(jié)約市政供水;③全面使用節(jié)水器具,合理選用節(jié)水水龍頭、節(jié)水便器等節(jié)水器具。
(5)節(jié)地關(guān)鍵技術(shù)
在土地使用、城市規(guī)劃和建設(shè)過(guò)程中,采取的一系列措施和技術(shù)手段,以最大限度地減少土地占用,提高土地利用效率,實(shí)現(xiàn)土地資源的節(jié)約集約利用。例如:①地下空間利用技術(shù),通過(guò)挖掘地下潛力,創(chuàng)新性地拓展城市空間維度,有效實(shí)現(xiàn)土地資源的節(jié)約與多重利用,優(yōu)化城市空間布局,提高土地使用效率;②廢棄地修復(fù)改造再利用技術(shù),對(duì)鹽堿地、工廠棄置地進(jìn)行土壤修復(fù)治理,把廢地變?yōu)榭山ㄔO(shè)用地;③工業(yè)上樓技術(shù),將傳統(tǒng)的單層或多層廠房轉(zhuǎn)變?yōu)楦邔咏ㄖㄟ^(guò)向空中發(fā)展來(lái)增加工業(yè)用地的容積率,實(shí)現(xiàn)更高的土地利用效率和產(chǎn)業(yè)承載力,有效解決土地空間季度緊缺與工業(yè)需求極度旺盛的特殊矛盾。
(6)環(huán)境保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)
建筑施工過(guò)程中采取的一系列措施和技術(shù),旨在減少對(duì)環(huán)境的影響,保護(hù)自然環(huán)境和周邊社區(qū)不受污染。例如:①大氣的保護(hù),采用覆蓋、固化、綠化、灑水等有效措施,減少施工過(guò)程中的揚(yáng)塵;使用低排放或清潔能源的施工設(shè)備;②水環(huán)境保護(hù),設(shè)置沉淀池、隔油池等污水處理設(shè)施,對(duì)施工廢水、生活污水等進(jìn)行有效處理后再排放;③固體污染物無(wú)害化,對(duì)施工垃圾、生活垃圾等進(jìn)行分類(lèi)收集和處理;鼓勵(lì)在施工過(guò)程中對(duì)廢棄物進(jìn)行回收利用;④噪聲控制,采用先進(jìn)機(jī)械、低噪音設(shè)備進(jìn)行施工,對(duì)特殊場(chǎng)所設(shè)置隔音棚,結(jié)合噪聲實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),進(jìn)行綜合降噪。
04 結(jié) 論
我國(guó)建筑工業(yè)化的發(fā)展不僅是順應(yīng)時(shí)代潮流、響應(yīng)中國(guó)式現(xiàn)代化建設(shè)需求的必然選擇,更是推動(dòng)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的核心引擎。面對(duì)全球范圍內(nèi)建筑行業(yè)的深刻變革,我國(guó)建筑業(yè)必須加快步伐,深入探索和實(shí)踐建筑工業(yè)化的路徑與策略。
通過(guò)本文的分析,我們認(rèn)識(shí)到發(fā)展建筑工業(yè)化在提升建設(shè)效率、保障工程質(zhì)量、促進(jìn)節(jié)能減排、激發(fā)行業(yè)創(chuàng)新等方面具有不可估量的價(jià)值。然而,這一過(guò)程并非一蹴而就,它要求我們既要正視當(dāng)前存在的挑戰(zhàn),如公眾對(duì)裝配式建筑結(jié)構(gòu)安全性的認(rèn)知偏差、裝配式建筑成本控制難題、工廠生產(chǎn)的自動(dòng)化水平低以及現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)的滯后等,又要積極尋求破解之道。為此,我們提出了樹(shù)立工業(yè)化產(chǎn)品的思維、構(gòu)建一體化建造的系統(tǒng)工程理論、實(shí)施“三個(gè)一體化”建造方式以及大力推廣先進(jìn)的建造技術(shù)等策略。這些措施旨在從根本上打破傳統(tǒng)建筑業(yè)的壁壘,促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈上下游的深度融合,形成高效協(xié)同的創(chuàng)新體系,從而推動(dòng)我國(guó)建筑工業(yè)化向更高水平邁進(jìn)。
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