装配式混凝土结构与建筑工业化、住宅产业化
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王晓锋，中国建筑科学研究院标准规范处副处长，主要从事工程建设领域的科研、标准编制及相关管理工作。
装配式混凝土结构近年来在国内快速发展，建筑工业化、住宅产业化也成为行业热点，各种工业化的建造方式是行业发展趋势，已成为共识。但工业化方式并不仅是装配一个途径，在装配式混凝土发展中遇到的各种问题，需要整个行业共同思考并积极解决。本文主要总结笔者的个人认识，力争从不同方面对行业的发展进行思考。
工业化、产业化是很大的概念
建筑业作为第二产业，在我国一直作为工业行业存在，“建筑工业”同样是很普遍的提法，如JG标准全称就是“建筑工业行业标准”。与电子业、机械制造业等行业相比，建筑业属于劳动密集型行业，资源能源消耗大，高新技术含量相对低，这些行业特点可能是强调提出“建筑工业化”的原因，对手工作业的依赖也让整个建筑行业往往会怀疑自己的“工业属性”。
“住宅产业化”的概念相对要空一些，，但该文件仅是《关于进一步深化城镇住房制度改革加快住房建设的通知》（国发[1998]23号）的后续配套文件之一，与现在行业的发展热点基本无关。本世纪以来全国住宅建设量与人均住宅面积大幅度提升，主要是国发[1998]23号取消福利分房并施行住宅商品化的效果，其中“住宅产业化”工作的效果并不明显。
工业化、产业化都是很大的概念，是否合适作为口号来提出很难评说。从行业可持续发展的角度出发，将新型（现代）建筑工业化、住宅产业化作为发展目标的出发点是好的，但这些“大事儿”涉及的领域与方向很多，不是装配式混凝土结构所能承载。从装配式混凝土结构的自身特点出发，针对技术与管理的共性问题进行研发，以形成成熟的技术路线并辅以政策支持，是更加稳妥、健康的发展方式。
装配式混凝土结构的特点
与现浇混凝土结构相比，装配式混凝土结构将部分现场工作量移入工厂，可节约大量劳动力、减少施工耗材消耗、缩短工期，但预制构件的连接费用、运输费用及预制构件生产的管理费用、税费等也会增加。混凝土结构是否采用装配方式建造及预制构件的应用比例（预制率指标），主要由建筑综合成本来决定。发达国家劳动力成本高，施工现场环保要求高，很多情况下预制装配的建造方式经济效益明显。
我国的住宅大多为高层、多层混凝土结构，而国外普遍为独栋或低层（美国90%的住宅为木结构House），国外经验为我们可借鉴的并不多。在地震烈度相当的条件下，日本与我国台湾地区有高层装配式混凝土结构住宅的工程实例，且均为装配式框架结构。
从设计到建造的各个环节，装配式结构都对从业人员提出了更高的专业技术要求。建造装配式结构，无论在设计费，还是专业工人的薪酬方面都比现有水平更高，并需要投入更多的管理与监控措施。
从预制构件自身角度来看，产生直接经济效益的两个必要条件是预应力技术与高强混凝土，这两者的应用能减小构件截面、减少构件配筋，如果将现浇混凝土结构方案直接拆分为非预应力混凝土构件，工程土建造价很难低于现浇结构。
我国装配式混凝土结构行业发展的主要问题
我国研发并应用装配式混凝土结构（以下简称“装配式结构”）始于上世纪50年代末，开始主要学习苏联经验，到上世纪70年代末80年代初，基本建立了以标准预制构件为基础的应用技术体系，包括以空心板等为基础的砖混住宅、大板住宅、装配式框架及单层工业厂房等技术体系。由于当时的技术体系成本控制过低，存在整体性差、使用功能不良等问题，再加上装配式结构建造的各个环节无法满足上世纪90年代开始的大规模建设需求，最终使装配式结构的比例迅速降低并造成行业萎缩，预制构件生产企业数量急剧减少。
本世纪以来，北京榆构等单位完成了多项公共建筑外墙挂板、预制体育场看台工程。2005年之后，国内万科集团、瑞安集团、中南集团、宇辉集团等单位在借鉴国外（境外）技术及工程经验的基础上，从应用住宅预制外墙板开始，成功开发了具有中国特色的装配式剪力墙住宅结构体系。近年来，随着全社会、全行业对资源、环境问题的不断关注，装配式结构被赋予了更多的意义，并真正成为行业的热点。但任何事物的发展，“热”并不意味着“健康”，笔者认为目前装配式结构发展存在以下问题：
技术体系仍不完备。
目前行业发展热点主要集中在装配式混凝土剪力墙住宅，框架结构及其他房屋类型的装配式结构发展并不均衡，无法支撑整个预制混凝土行业的健康发展。
装配式剪力墙住宅发展为主流，主要原因是其发展动力源于房地产开发，并受到我国住宅多采用剪力墙结构的习惯影响，根源还在于按“现浇改预制”的技术思路。目前国内装配式剪力墙住宅大多采用底部竖向钢筋套筒灌浆或浆锚搭接连接，边缘构件现浇的技术方案（见图1），此技术方案在其他国家基本没有使用。图1方案的优点在于传力方式、受力性能接近现浇剪力墙，便于设计与拆分，不足在于关键技术问题仍需明确、连接施工手工作业多、施工操作与质量控制难度大、无法充分发挥装配式结构优势等。在工程造价方面，也很难低于现浇剪力墙，根据《关于确认保障性住房实施住宅产业化增量成本的通知》（京建发[2013]138号），采用夹心墙板的剪力墙住宅成本增加400元/m2左右。
（a） 墙体构件
（b） 墙体端部连接方式
图1 国内装配式剪力墙住宅的构件与连接
基础研究缺乏。
国内装配式结构的发展看似红火，但基础研究仍有不足，如就上文提到的装配式剪力墙，钢筋竖向连接、夹心墙板连接件两个核心应用技术仍不完善。
作为主流的装配剪力墙竖向钢筋连接方式，套筒灌浆连接（见图2）相当长一段时间内作为一种机械连接形式应用，但在接头受力机理与性能指标要求、施工控制、质量验收等方面对三种材料（钢筋、灌浆套筒、灌浆料）共同作用考虑并不周全。施工及验收仅能参照行业标准《钢筋机械连接技术规程》JGJ107，在行业标准《钢筋连接用灌浆套筒》JG/T 398-2012、《钢筋连接用套筒灌浆料》JG/T 408-2013编制完成后，针对其特性编制的行业标准《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》预计2014年底才会正式颁布实施。而对钢筋浆锚搭接连接方式，其实际搭接长度普遍小于《混凝土结构设计规范》GB 50010中关于钢筋100%搭接的具体规定，虽然《装配式混凝土结构技术规程》JGJ1-2014对浆锚搭接适用范围略有加严，但其设计依据、构造要求、施工操作及验收要求在工程界并无统一认识。
（a） 抗拉试验试件
（b） 框架柱连接示意
图2 钢筋套筒灌浆连接示意
夹心墙板连接件是保证“三明治”夹心保温墙板（本文简称“夹心墙板”）内外层共同受力的关键配件。在此领域，国外在研发与工程应用方面积累了几十年的经验与教训，连接件产品设计不仅要考虑单向抗拉力，还要承受夹心墙板在重力、风力、地震力、温度等作用下传来的复杂受力，且长期老化、热胀收缩等性能要求很高。我国的夹心墙板虽然应用时间不长，但已开发出替代进口产品的纤维增强塑料（FRP）连接件。目前行业产品标准《预制保温墙体用连接件》在编中，在该标准未实施前，连接件合格检验仍以相关的企业标准为准。除连接件产品标准外，连接件如何布置、设计的应用技术目前也处于空白，工程中连接件的布置主要根据企业提供的参数，对建筑所属地区（地震、风、温差）、类型、高度等因素考虑并不充分。
从以上简述的两个问题，就可以判断行业标准《装配式混凝土结构技术规程》JGJ1-2014编制工作历时10年的原因，包括住宅在内的装配式结构，需要研发的产品和解决的技术问题还很多。技术是行业发展的根基，基础打不好，何以盖高楼？行业发展必须重视技术研发、重视安全与质量，避免弯路、错路给整个行业带来负面的影响。
在上世纪80年代完成的单层装配式混凝土厂房系列图集，可以根据不同跨度、高度、地震烈度直接选用构件，系列图集为我国工业厂房建设提供了可靠依据。，全行业多个单位共同参与编制。在2002版规范修订后，虽然该系列图集仍修订了一次，但修订后的图集已退化为构件图集，并无法直接整体选用，增加了设计人员选用的工作量。希望新时期装配式结构发展能继续做出更多踏踏实实的工作，为整个行业的发展提供技术支撑。
标准规范支撑不够。
标准规范的重要性已被全社会、全行业所认识。、加强标准规范的集成研究”，仇保兴副部长在2014年国际绿色建筑与建筑节能大会上提出“我国装配式住宅存在的三大瓶颈问题是技术标准滞后、建造成本偏高、项目建设管理体制不利”。
目前行业主要的工程技术标准如表1所示，由于缺乏基础性研究与足够的工程实践经验，标准中部分技术内容仍处于空白，亟需补充完善。地方标准方面，各省市地方先后编制了住宅体系（上海）、装配式结构技术规程（深圳、辽宁）、剪力墙结构技术规程（北京、黑龙江、江苏、安徽）、外墙技术规程（深圳）、构件制作及质量验收（上海、北京、辽宁、四川）、施工及质量验收（上海、北京、四川）等标准，但地方标准的编制程序、参与度、研究依据等各方面多显不足，其中的内容能够为国标、行标修订所参考的并不多。
笔者建议我国装配式结构需要补充完善的标准技术内容或标准规范项目主要如表2所示，无论是工程标准，还是产品标准，需要完善的内容还很多。如前文所述，夹心墙板本身仍缺少一本完善的产品标准或应用技术规程。
行业可持续发展基础不良。
一个行业是否能够可持续发展，与行业内的企业是否有持续的盈利能力有关。如前述装配式剪力墙结构本身的造价一定时期内不会低于现浇剪力墙，在不考虑政策补贴的情况下，此种技术是很难发展的。近年来发展起来的只做装配式住宅的预制构件生产企业，没有一个企业是完全以销售构件为单一业务，均为房地产开发商、总承包企业投入建设，单独考核其预制构件部分投资很难收回。
预制构件行业的其他例子已为我们提供了启示。管桩已实现了工业规模化生产，其生产企业大多只生产一个品种，行业内最大的生产企业已上市并实现百亿产值；双T板作为一种综合经济性较好的预制构件，其生产企业中过半为仅生产一个品种，全国的双T板生产企业95%以上均为民营企业，且少有亏损。
采用先进的建造方式，需要更先进的行业管理机制、技术人员与操作者。这里借用一位同行的话，“建筑工程本应是工业化的标准化产物，如今在中国却采用着农业化的生产方式，部分生产方式甚至比农业还原始”，不得不承认这是我们建筑业的现实。装配化后一线工人是否有变化，是否能够满足更高的施工控制要求，这些都很令人担心。
设计同样也需要专业化。装配式结构需要设计人员投入更多的精力，需要建设方给予更多的时间与设计费，但这些可能都是理想的情况。实践中，设计、总包单位在承接了装配式结构工程后，并不能保证下一个工程还由有经验的单位（队伍）、设计师来承担。
鼓励政策尚不够完善。
国内现有的鼓励政策均针对住宅，10省市的鼓励政策摘录见表3。在各项政策中，面积或容积率奖励最为直接，各地基本为按装配式建筑面积奖励开发商3%的面积（不支付土地出让金或很少的费用）。虽然多省市均出台了政策，但目前3%奖励真正落地的只有北京。也可从另一个角度考虑下3%的经济性问题，按400元的土建造价增量考虑，只有土地楼面价达到1.3万/m2，3%的面积奖励才可带来经济效益，在国内只有北上广深才有可能。全国的鼓励政策中，只有北京在各部门联动、细则配套及管理落实等方面做得最好，其他很多地区的政策还很“粗放”，给推广工作带来很大难度。
除了鼓励政策，北京等地区还出台了要求在保障房中全部或部分采用工业化建造方式，也有在地产项目土地出让中提出强制要求的。装配式结构住宅的土建造价会提高，但只有北京通过文件确认了增量成本，并由政府支付保障房建设的此部分费用。对于政府财力不如北京的地方，政府不出真金白银而仅通过喊口号在保障房中推广装配式结构，再考虑当地可能还缺乏专业企业与专业技术人员，这种“又让马儿跑、又让马儿不吃草”的发展方式有待商榷。
政策不完善的另一个方面，是所有奖励均给予开发商，各地政策都与发展房地产、地方GDP密切相关，而对行业技术发展的培育却不够重视。透过3%的奖励政策，可看出政策制定者对房价上涨、土地稀缺的自信，而如果房价长时间稳定或下跌，大家都搞装配化，都拿到3%面积奖励实际上的经济收益会小很多。
由第三产业（房地产）引导第二产业（建筑业）的技术进步与行业发展，从逻辑上有悖常理。鼓励政策应能吸引更多的企业进入装配式混凝土行业，而不仅仅是开发商、总包单位（多带有开发业务，或者为了承接其他工程而进入）。从另一个角度思考，只有鼓励政策撤退后行业还能持续发展，行业才是健康的。
建议与展望
发展前景看好。虽然前面谈到行业发展的种种技术问题，但笔者认为行业发展的前景是光明的，主要原因就在于综合成本。
从劳动力成本方面，目前仅仅是每小时薪酬的上涨，但一线作业缺少青壮年工人的现状大家都有所了解，未来上涨的不仅是薪酬，劳动者会要求更好的福利、合理的作业时间与居住环境，这些都会带来劳动力价格的翻番增长。发达国家房屋建筑土建成本中人力成本超过5成，我国目前仅3成左右，还有很大的上涨空间。劳动力价格增长后，现场必然会采用减少手工作业的施工方式，现在普遍采用的扣件钢管模板支架（脚手架）、手工绑扎钢筋都会减少，装配化施工也是必然。
除了劳动力成本，城市作业场地狭小、环保要求高也会促进装配化建筑的应用。图3为全世界最高的装配混凝土框架结构（位于日本东京银座地区，住宅，地下２层，地上58层，总高193.5m，总建筑面积38万m2），其土建直接成本仍高于现浇结构，采用装配的主要原因就是市中心施工场地不足、环保要求高。在我国一线城市，未来同样也要面对与东京一样的问题。
图3 世界最高的装配式混凝土框架建筑
技术体系多样化。仅发展装配式剪力墙住宅，无法支撑整个行业的健康发展。仅从住宅角度来看，在考虑各地鼓励政策落实的情况下，钢结构住宅的优势也很明显，钢结构天然就是“装配化”的。尤其对于一、二线城市之外的保障房，很多70m2以下的小户型建筑并不受欢迎，未来几十年不是没有改造、拆迁的可能，从这个角度考虑钢结构的优势更大。
大开间框架结构结合精装修任意分割布置，远胜剪力墙结构的呆板户型。对于开发高档住宅的国内一线城市开发商，日本、台湾发展的装配式框架结构住宅、公共建筑具有很好的借鉴意义，图4为润泰集团建设的台湾最高装配式住宅建筑。图3、4的两个建筑均为采用了隔震技术的装配式框架结构。
图4 台湾最高的装配式住宅建筑
除住宅之外，在公共建筑、工业建筑、仓储建筑领域，装配式结构同样具有更广阔的发展空间。在这些建筑中，装配式结构更便于采用高强混凝土和预应力技术，方便实现大跨、重载的使用功能要求，与现浇结构施工相比可节省大量现场施工的模板及支架费用。
停车库是国外应用装配式结构的典范，图5是典型的采用大跨度双T板的装配式车库，其最大的优点是车位布置合理，停车位横向不设柱。在相同车位数量的情况下，双T板车库可比我国传统的8m柱网车库节约建筑面积30%，经济效益显著，目前双T板在我国地上、地下车库中都已有应用。未来我国物流建筑、展会建筑会有大量发展，装配式结构相比钢结构在综合造价、结构耐久性等方面具有更大的优势，具有广阔的推广空间。
图5 应用双T板的装配式车库
行业管理进一步完善。发展装配式结构，行业管理同样与之相适应。从现有的行业管理来看，混凝土结构设计、施工完全是按照现浇施工来管理，在上世纪预制行业萎缩后，行业主管部门对预制构件生产企业的管理也逐渐减弱，行业管理甚至不如预拌混凝土、钢结构行业完善。预制构件生产企业、安装企业资质管理、行业质量管理均相对缺失，在政府部门管理减弱的情况下，相关行业协会可在今后的工作中积极组织，弥补这部分缺失。
“像造汽车一样造房子”近来是行业内的热门，这句话最早提出是20世纪初（来自于德国著名建筑师格罗皮乌斯），当时汽车工业与建筑业都在发展，而经过100年的发展，汽车业已实现了真正的“工业化、现代化”，建筑业发展的步伐要慢了很多。将该口号与我国目前发展装配式结构结合在一起，反应了从业者、管理者在思考上的错位。如今，能做到“像汽车”的是模块化的钢结构、木结构房子，日本、美国都很多，但在我国短期内规模推广的可能性很小。针对中国自身的特点，寻找适合我国的发展模式，不能像搞运动一样推广技术、发展产业，光伏等行业已有的教训应该吸取。
发展装配式结构的另一个有效措施是真正落实设计施工一体化，即由施工总包单位根据建筑方案完成施工图。设计施工一体化是国际上普遍实行的工程承包方式，有利于从综合成本节约的角度采用装配方式建造。目前行业内反对设计施工一体化的主要理由是防止施工单位为经济利益而偷工减料，但笔者认为只要行业管理体制完善，这些问题似乎不应该成为阻碍行业发展与进步的原因。
无论是否采用设计施工一体化的方式，装配式结构的设计都需要充分考虑预制因素。按现浇结构设计，再拆分为预制构件的方式并不合理，也很难发挥装配式结构的优势。未来的行业发展，设计是促进的主要因素，也需要行业给予设计更多的激励政策，包括给予更重要的地位，给予足够的设计费与设计时间。
参与企业要思考。对于整个装配式结构行业，参与的企业要保持足够的冷静，要考虑如何能保证自己的收益与发展。如果无法从房地产、总承包等方面得到收益，在目前的情况下是否值得进入这个行业，都是值得思考的问题。
对于装配式结构，笔者曾经提出过“四流企业按方卖、三流企业按米卖、二流企业按个卖、一流企业按体系卖”的观点，只有掌握了技术，创造了体系，才能有足够的资本在行业中立足。从经营角度，也可考虑多种发展。既参与装配式住宅的建设，也做一些工业建筑、公共建筑，并生产如空心板、双T板、预制楼梯等标准构件，做到多种经营、风险分担。
技术与质量是企业发展的基础，无论是生产技术还是应用技术，都是参与企业必须重视的问题，并依靠技术与管理确保产品、结构的质量与安全。
目前看，装配式结构发展最大的动力来自于政策支持，同时最大的风险也是政策。业内企业应该了解市场，了解形势，既能做到在涨水时畅游，也能在退潮后自由行走。
以上是笔者从结构专业从业者角度提出的个人看法，其中负面观点居多且很多可能都是片面的，部分认识也许早已落后于行业的发展，在此仅供各位同仁参考，欢迎给予批评、指正。笔者一直从事装配式结构领域研究与标准工作，真心希望在大家共同的努力下，装配式结构行业的明天会更好。
*[基金项目]国家科技支撑计划项目课题（2011BAJ10B06）
文/中国建筑科学研究院 王晓锋