肖绪文院士谈“基于绿色建造的施工现场装配化思考”

  什么是“施工现场装配化”？

  施工现场装配化就是把通过工业化方法在工厂制造的工业产品(构件、配件、部件），在工程现场通过机械化、信息化等工程技术手段按不同要求进行组合和安装，建成特定建筑产品的一种建造方式。

  施工现场装配化的“装配化”，绝非单一装配式建筑的简单要求，它对整体的构配件生产的配套体系和现场装配率均有较高要求， 施工现场实现装配化要求，至少应包括并实现以下几个方面：

  1）临建设施装配化

  将保证施工和管理的进行而建造的简易设施在工厂预制，然后在施工现场进行装配使用，是施工现场装配化的重要方面。

  2）结构构件装配化

  将在工厂预制好的建筑主体结构构件在施工现场进行装配安装以形成建筑主体的过程，是施工现场装配化的主体部分。

  3）配件安装整体化

  先将建筑的某些配件组装成一个整体(如厨房、卫生间等）后再在施工现场装配到建筑上。

  4）现场施工机械化

  根据工程现场实际情况采取与工程状况相适应的组合机具，用以减轻或解放人工劳动，完成人力所难以完成的装配安装任务。

  5）现场管理信息化

  运用计算机等信息化手段，在施工现场实行科学化组织管理，包括构配件定位信息化、结构组装信息化、流程协同信息化等。

  6）操作人员专业化

  装配化施工需要专业化技术人员进行操作，一般的建筑工人无法满足要求，不能保证装配化施工质量。

  推进施工现场装配化是大势所趋

  进入21世纪以来，尤其是最近5年，随着国民经济的持续快速发展，我国城镇化和城市现代化进程加快，建筑产业现代化的升级，节能环保要求的提高，劳动力成本的不断增长，我国在预制混凝土装配化施工技术及建筑方面的研究与应用逐渐升温，推进施工现场装配化已是大势所趋。

  1）经济发展阶段所决定

  在短短的三十几年改革开放时间里，我国把一个世界第一的人口大国基本带入了“小康社会”，这在世界经济发展史上是绝无仅有的奇迹。新时期我国经济发展进入“新常态”。中央提出了新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化和绿色化发展要求，作为建筑业也必须寻求新的发展方式，转变生产模式， 施工现场装配化，体现了新型工业化、信息化和绿色化要求，是我国经济发展的内在需求。

  2）新型城镇化发展的需要

  预计到2030年，我国城镇化率将达到70%左右，转移农村人口3.9亿，这种大规模的人口转移需要巨量的建设规模支撑。施工现场装配化对点大面广的居住性住宅尤为适用，是新型城镇化建设的需要。

  3）建筑业转型升级的需求

  我国建筑业仍是一个劳动密集型的传统产业，面对新形势，建筑产业从传统产业向现代产业转型升级为工厂化生产、装配化施工，以提高工程建设的绿色化水平，是建筑产业实现现代化的重要手段，是实现社会化大生产的重要途径。

  4）人力资源短缺现状使然

  施工现场的传统作业方式，手工操作比重大，劳动强度高、作业条件差是其主要特征，越来越多的年轻人不愿意从事建筑业劳动，建筑业面临劳务紧缺的危机， 施工现场装配化可使构配件实现工业化生产，可最大限度减少现场工作量，施工现场作业可机械化操作、信息化控制，能有效提升工程建设效率，根本上改变了传统的作业方式，是建筑业寻求突破的有效方法。

  5）装配化技术渐趋成熟

  经过几代人的积累，特别是近年来一些先知先觉的企业开展装配化施工技术研究已经有所成效，目前，我国在建筑标准化技术已有了一定发展，构配件工厂化生产能力逐步形成，现场装配化施工技术渐趋成熟，施工现场装配机械化配置也有很大提升，为广泛推进施工现场装配化奠定了一定的基础。

  综上，施工现场装配化，可培育新的产业，带动相关产业发展，提升建筑业产业整体水平，是一举多得的重大举措，是牵一发而盘活全局的战略性选择，是建筑业面对经济发展新常态寻求突破谋求发展的必然选择。

  装配化实施的前提条件

  为保证施工现场装配化的实施，需要政府与相关方在构配件生产的工业布局、工程立项策划、设计和施工的建造过程以及构配件的监制等方面进行全面谋划，以营造良好的施工现场装配化条件。

  1）建筑设计标准化

  以统一的建筑模数为基础，形成标准的建筑模块，促进构配件的通用性和互换性。 设计标准化的基础工作是针对影响装配化实施的重大难题，组织进行科技攻关，据此制定相应的产品和建设标准，建立适应装配化需求的标准化体系。

  2）构配件生产工业化

  形成满足各种建筑构、配、部件生产要求，采用现代化流水线设施，高效生产出“品质好，质量优”、充分满足现场实现装配化要求的各类产品。

  3）设备管道集成化

  在工程设计中，考虑设备管道的布置，预先科学集成，形成相应的部品，满足工厂化制造和大件机械化安装的需求。

  4）建筑形式多样化

  在建筑设计实现标准化的同时，不仅要满足各种功能要求，还必须兼顾建筑多样化要求，以展示时代精神和民族特色，丰富城市景观。

  5）构配件供应配套化

  构配件的预制化规模与装配化规模相适应，构配件生产种类与建筑多样化需求相适应，政策激励方向与措施落地相适应。

  与绿色建造的关系

  绿色建造是在工程建造过程中体现可持续发展理念，通过科学管理和技术进步，最大限度地节约资源和保护环境，实现绿色施工要求，生产绿色建筑产品的工程活动。其包含工程立项绿色策划、绿色设计和绿色施工3个阶段，解决的侧重点各不相同。 工程立项绿色策划解决的是建筑工程绿色建造总体规划问题；绿色设计重点解决绿色建筑实现问题，为绿色施工提供一定支持；绿色施工重点强调节约资源，减少废弃物排放，解决大环境保护问题，同时也可为绿色建筑增色。

  施工是建造过程的物化阶段，在此阶段不仅消耗了大量的物质资源，也伴随着大量高强度的体力劳动和废弃物排放，施工现场装配化可大量改变现场手工操作的劳动密集型作业方式为工厂化流水线生产，现场机械化施工的作业形态，相对于现浇法施工，无疑是一种实现产业升级的重要途径。

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  施工现场装配化需要工程立项策划和工程设计与施工等3个阶段的紧密配合和默契协同，否则难以实现。施工现场装配化与绿色建造的关系主要表现为如下几方面。

  1）施工现场装配化是实现绿色建造的重要途径，可提升绿色建造水平。 施工现场装配化在现场主要进行预制构配件的拼装，与传统现浇模式相比，把施工现场大量的高强度的作业移向“工作环境可实现人为控制的厂房内”进行现代化生产，改善了工人作业条件，减轻了劳动强度，是实现绿色建造的重要途径； 由于现场作业量的减少，扬尘、噪声和废弃物排放也相应减少，可以大大提升绿色施工水平。

  2）施工现场装配化不一定能实现绿色建造。施工现场装配化是一个完全区别于现浇的施工体系，需要系统推进，管理保证。 施工现场作业的减少，可缩减现场作业人员，但仍需要一定的施工人员，必须按照项目管理的要求，严格按照绿色施工规范和评价标准组织施工，才能达到相应的绿色化要求。 否则，将导致施工现场装配化管理失控，绿色建造自然就不能实现。

  3）实施绿色建造有利于施工现场装配化的全面深入推进。 绿色建造包括策划、设计、施工等3 个阶段，要求3 个阶段有机结合。 而施工现场装配化的前提条件就是在设计阶段实现标准化，构配件制作实现工厂化，需要设计施工一体化的支撑。 因此，实施绿色建造，必须立足于工程项目的立项策划、设计与施工的绿色化协同，才能有效推进施工现场装配化。

  面临的挑战，存在的问题

  1）建设体制机制不适应

  设计施工分离，建设、设计、构配件制作与施工多方相互独立，不利于装配化的推进。

  2）政策支持不足

  装配式建筑设计和施工，没有现成的规矩可循，现阶段设计和施工成本增加，缺少足以支持的相关政策，投资成本少有刚性补偿措施。

  3）构配件生产配套不足

  新型结构体系的研发以及工厂化生产的构配件尚不能满足施工现场装配的质和量的要求。

  4）装配化技术研究不成熟

  我国装配化施工由于长期搁置，预制装配化施工技术发展相对滞后。 目前预制外墙除结构设计技术初步形成解决方法外，外墙节点本身的热工性能，防水性能、新老混凝土交接处收缩裂缝等问题并未很好解决；在结构设计方面我国沿用的细钢筋配制方法，造成钢筋密集，特别是节点钢筋准确就位困难，对混凝土防裂与抗震反而存在诸多不利。

  5）现行标准存在不完善

  现行装配化施工规范由于仓促形成，尚存在一些不完善之处。如：对预制装配体系的诸多规定，造成同一工程现浇与预制体系并存，其结果是两个体系同时投入，施工更加麻烦，成本增加更多，实质是限制了施工现场装配化的发展。

  有待强化的研究

  施工现场装配化是我国建筑业发展的必然趋势。为了进一步更好地推进施工现场装配化，需要强化以下几方面的研究。

  1）装配式结构体系的整体抗震性能研究

  预制结构整体性和抗震性能是制约装配式结构在高层和超高层建筑中推广应用的一个重要因素，目前在组织人员，投入资金，进行系列试验研究，搞清楚现浇结构与预制体系的抗震性能的差别，充分考虑施工因素，制定出更具操作性的规范规程，指导工程施工方面需要做的工作还很多。

  2）外围护结构基于热工性能、混凝土收缩及防水的综合技术研究

  预制外围护结构在节点处往往存在“冷桥”和其他热工性能方面的缺陷，是影响预制装配式建筑节能性能重要因素，新老混凝土在节点连接处时常出现的微细裂缝(干燥收缩、温度收缩和碳化收缩等）也不同程度地影响了装配式建筑的广泛推广。外墙在节点处的防渗水方面仍存在薄弱环节。 因此，在外围护结构的节点受力性能与混凝土收缩性能、热工性能和防水性能等跨学科的综合技术研究还远远不够。

  3）预制体系模数化和标准化研究

  装配化施工应以建筑模数化和标准化为基础和前提，为构建我国像“造汽车一样建房子”的工业化体系，需加强设计模数化和建造标准化、模块化分解和组合的装配化的相关技术研究。

  4）构配件生产工业化、信息化、自动化的成套装备研究

  构配件工厂化生产是施工现场装配化的基础，而信息化和自动化的预制生产成套设备的创造和制造是提高工厂预制效率和构配件生产质量的重要支撑。 我国在构配件自动化专业化流水线成套设备研制方面刚刚起步。因此，应加强构配件生产工业化、信息化、自动化的成套装备的技术研究。

  5）基于绿色建造的装配化施工技术研究

  绿色建造的施工阶段，是装配化建造的物化段，是建筑产品建造全过程中消耗资源最集中，对场地周边环境影响最突出，废弃物排放权重最大的阶段。当前，在强化绿色施工和与之相关的创新技术研究，特别是对于目前我国发展相对滞后的施工现场装配化的设计施工协调、装配化临建设施、整体化配件安装、机械化和信息化施工等协同技术和施工技术的强化研究方面存在缺口较大，应予重点关注。

  6）基于绿色建造的现场施工装配化配套政策及法规研究

  绿色建造涵盖工程项目策划、设计和施工整个生成阶段。培育和发展一体化绿色建造体制机制，有利于建筑设计标准化、构配件生产工业化、设备管道集成化等为前提的施工现场装配化的推进。因此，研究和审视现行不合理的建设法律法规体系和规章制度，加强基于绿色建造的设计施工一体化建设体制研究，强化基于绿色化发展导向的激励机制研究，是当前急需启动的重大研究课题。

  推进施工现场装配化的建议

  推进施工现场装配化符合建筑业发展的客观规律，应从我国经济发展现状出发，重点突破，强化激励，科学布局，全面推进，力求在3~5年内取得重大进展。

  1）施工现场装配化是系统工程，应从顶层进行科学、系统、全面部署，扎实稳步推进，防止盲目性。

  2）制定相关法规政策、标准规范和激励机制，加快施工现场装配化的推进和实施。

  3）基于绿色建造，开展跨学科研究，形成符合装配化综合要求的结构体系。

  4）坚持精细制造原则，高端切入，做好配套产业和产品的开发；重视构配件自动化流水线成套设备的研制，培育现代化新产业保障装配化协调发展。

  （来源：《施工技术》2016年第4期，《基于绿色建造的施工现场装配化思考》，文/肖绪文，冯大阔。原文有删减。）