首页 朱明之关于建筑-公众号 聚焦|装配式建筑深度研究报告(上)AN IN-DEPTH STUDY OF PREFABRICATED BUILDINGS

聚焦|装配式建筑深度研究报告(上)AN IN-DEPTH STUDY OF PREFABRICATED BUILDINGS

装配式建筑的核心:部件预制化,施工拼接 

装配式建筑是指用由工厂生产的预制构件在工地装配而成的建筑。装配式建造模式采用标准化设计、工厂化生产、装配化施工,把传统建造方式中大量的现场作业转移到工厂进行。是一种可实现建筑产品节能、环保、全生命周期价值最大化的可持续发展的新型建筑生产方式。


装配式建筑的主要特征


来源:布赫、郑一军《浅议住宅设计及住宅产业现代化》


装配式建筑工业化产业链



装配式建筑主要有三种技术模式:

装配式预制混凝土结构(PC,Precast Concrete)、 钢结构和木结构,三大技术自成体系,各有优势。 

装配式预制混凝土结构:是以预制构件为主要受力构件经组装而成的混凝土结构。大 致可以分成工厂预制和现场装配两个阶段。 

钢结构:是由钢制材料组成的结构。主要由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架 等构件组成,各构件或部件之间通常采用焊缝、螺栓或铆钉连接。 

木结构:是指结构承重构件主要使用木材的一种建筑方式。现代木结构构件是将木材 经过层压、胶合、金属连接等工艺处理,形成性能远超原木的建筑结构

技术模式之一:装配式预制混凝土


-成本相对较低,应用最为广阔 

装配式预制混凝土(PC)是指在工厂中标准化加工生产的混凝土制品。具有结构性能好、产品质量高、施工速度快等特点,适用于各类工业化建筑,具有良好的灵活性和适用性,主要包括预制 PC 墙板、折叠楼板、楼梯和叠合梁等产品。由于与传统应用较广的现浇混凝土结构一脉相承,因此也是目前装配式建筑三大结构体系中推广最顺利,覆盖范围最大的一种。从住建部认定的首批 64 个装配式建筑示范项目来看,混凝土结构占比最大达 64%,共 41 项(钢结构 19 项,木结构 4 项) 。混凝土产业发展较早且成本方面具备 优势,但 PC 构件领域成本竞争激烈,且优化空间有限,短期之内难以对传统现浇混凝土形成替代。与预制钢结构相比,预制混凝土装配式建筑虽然占据成本优势,但难以满足抗风、抗震及超高度、跨度等设计要求。 

装配式混凝土结构建造成本较低,适合量大面广的多层、小高层办公楼、住宅建筑。装配式混凝土结构在传统技术框架基础上侧重于外墙板、内墙板、楼板等构件的部品化, 部品化率为 40%~50%,如果延伸至现场装修一体化,成本可进一步压缩至接近传统技术成本,并能实现约 5 天建一层的高效率。在量大面广的多层建筑,尤其是住宅领域有广泛的应用场景。


64个装配式建筑示范项目

来源:住建部官网


技术模式之二:装配式钢结构

      -抗震性良好,适合高层建筑装配式钢结构主要由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成,各构件或部件之间通常采用焊缝、螺栓或铆钉连接。广泛应用于大型厂房、场馆、超高层等领域。

目前国内钢结构行业市场化程度高,行业集中度低,同质化竞争严重。根据工艺和用途,钢结构行业又可分为轻钢结构、多高层钢结构、空间钢结构三个子行业。以厂房为代表的轻钢领域,应用广泛,技术相对成熟,进入壁垒相对较低,市场分散且竞争最为激烈;多高层钢结构领域,由于钢结构工程技术含量高,制作安装难度较大,产品质量及精度要求高,竞争较轻钢市场缓和;而空间结构主要运用于大型体育场馆、剧院、机场、火车站等大跨度公共建筑,对资金资质、产品质量和精度有着严格要求,进入门槛高,在三者中竞争最为和缓。


钢结构应用场景



技术模式之三:装配式木结构

-成本最高,国情决定应用场景受限 

装配式木结构以木材为主要受力体系。由于木材本身具有抗震、隔热保温、节能、隔声、舒适性等优点,加之经济性和材料的随处可取,在国外特别是美国,木结构是一种常见并被广泛采用的建筑形式。然而,由于我国人口众多,房屋需求量大,人均森林资源和 木材贮备稀缺,木结构并不适合我国的建筑发展需要。此外,我国《木结构设计规范》明确规定木结构建筑层数不能超过 3 层,并且对最大长度和面积做出了限制。近年来出现的木结构大多为低密度高档次的木结构别墅,主要是为了迎合一定层面的消费者对木材这种 传统天然建材的偏爱,行业整体体量较小。


木结构受规范限制较大

来源:《木结构设计规范》


几种建筑工业化模式对比


来源:《装配式建筑概论》


我国混凝土技术发展较早,有良好的工业基础,且预制混凝土有成本优势,可广泛应用于多层、小高层建筑。钢结构因良好的抗震性广泛应用于超高层以及大跨度建筑。国家对钢结构的补贴较多,一定程度上弥补了成本高昂的劣势。目前我国已形成装配式混凝土 结构份额最大,钢结构次之的格局。 


装配式建筑相较传统建筑模式:节能环保、省工期

装配式建筑与传统浇灌式建筑相比,在施工周期、资源消耗、节能环保等方面占据先天优势。作业方式来看,传统建筑方式采用半手工操作,施工现场进行混凝土现浇,易产生大量废水、噪声与粉尘,造成水污染与粉尘污染。从浇灌定型到安装,耗时较长,严重影响施工速率。由于材料采购或进场验收环节把关不严、不同工人熟练度差别较大、施工现场管理不善等原因,建筑质量无法得到保证。浇灌过程中水泥、钢筋、木板等辅材消耗浪费严重,安装过程中人工作业量较大,因而存在着较高安全事故隐患。装配式建筑构件多在工厂依靠模具规模化生产,可控的工厂环境能较好的保证构件和部品质量,节约建筑材料,质量稳定可靠;运输至施工现场后,由专业化施工团队直接进行吊装与安装,人工作业量少、工程耗时短,相应的事故率也较低,因而装配式建筑拥有着先天优势。 


用工量减少 30%-50% 

装配式建筑比传统的现浇建筑用工量明显减少30%~50%(与预制率有关),在用工量上明显有优势,装配式建筑在施工现场的钢筋绑扎、模板支设等方面用工量明显降低,现场大量的预制构件均采用干法施工,大大减少了现场湿作业。


装配式建筑与传统建筑用工量分析 

来源:中信证券研究部


工期大幅缩短 

对于精装交房的项目,装配式建筑的部品和构件均在工厂加工、现场组装,水电及内装修均可以在主体施工阶段穿插进行,这将明显降低了装配式建筑的总工期。同时,随着国内的装配式建筑工艺不断成熟,工期将进一步缩短。


以30层精装房项目对比现浇与装配式工期

来源:山东绿地泉技发部


用钢量、混凝土量略增,工程用水、用电、建筑垃圾大幅减少 

装配式建筑相较于现浇结构在水、电、模板和垃圾的损耗上降低 20%~40%,装配式建筑在四节一环保上明显优势。


装配式建筑环保优势

来源:山东绿地泉技发部


建筑工业化与传统建筑模式比较

来源:中信证券研究部


国际经验:政府主导,由量变到质变

各主要国家:依照国情选择发展路径,目前建筑工业化率远高于国内。

二战后欧洲已经开始迅速推进建筑工业化。建筑工业化,暨装配式建筑,最早可以追溯到20世纪初英国工程师 John Alexander Brodie 提出的装配式公寓设想,但他的想法并 没有被太多人接受。直至二战后,建筑工业化才随着英国、法国等战争重灾区大力推广装配式建筑迎来高峰。其发展背景主要基于三个条件:工业基础较好、劳动力短缺、建筑需求大。


1903年采用PC模式建造的房子



二战后欧洲广泛使用的装配式建筑

来源:《纵观建筑工业化百年历史》


20 世纪 90 年代开始,发达国家建筑工业化步入成熟阶段。发达国家的工业化大致经历了起步期,发展期和成熟期。经过近一个世纪的发展,发达国家建筑工业化已经步入成熟期:有完善的“工厂生产,现场装配”的建造体系,注重产品质量和性价比的同时,进 一步降低物耗和环境负荷,发展资源循环型绿色住宅。 


帝国大厦使用PC楼板和PC幕墙等

来源:帝国大厦官网


悉尼歌剧院使用预制钢构梁和PC楼板

来源:悉尼歌剧院官网


多数发达国家建筑工业化程度达 70%以上。日本和英国建筑工业率在 70%左右,美 国 75%,法国和瑞典更是高达 80%。相比之下,我国当前的建筑业工业化率仅有 5%。 

发达国家建筑工业化进程



主要发达国家与中国建筑工业化率对比

来源:经济观察报、中信证券研究部


结合国情,我国将以预制混凝土结构为主,钢结构、木结构为辅。美国主要大城市以装配式混凝土结构和钢结构为主,小城市以木结构和轻钢结构为主;法国主要使用混凝土装配式框架结构,兼顾钢结构和木结构;英国的建筑工业化则是建立在钢结构大体积模块化体系之上;而在邻国日本,因地震频发,新增装配式建筑中钢结构占比高,钢结构、木 结构和混凝土结构分别占 87.3%,9.9%和 2.8%。 


主要发达国家装配式工业化特色

来源:前瞻产业研究院


最优路径:政府主导,量变引发质变

纵观发达国家的建筑工业化历史,虽然各国因地形地貌、工业基础、人口结构和历史文化等差异选择了不同的工业化模式,但整个工业化进程有许多共同特点。 

政府主导作用明显。

英国政府曾明确建筑生产领域需要通过新产品开发、集约化组织、 工业化生产以实现“成本降低 10%,时间缩短 10%,缺陷率降低 20%,事故发生率降低 20%,劳动生产率提高10%,最终实现产值利润率提高 10%”的具体目标;日本通过政 府主导专题研究、财政补贴、技术引导、贷款支持等手段支持建筑工业化的推进。


日本建筑工业化政府主导作用明显

来源:中国建筑标准设计研究院


行业标准规范体系完善,通用性强,执行严格。美国国会在 1976 通过了国家工业化住宅建造及安全法案。同年,美国联邦政府住房和城市发展部(HUD)颁布了美国工业化住宅建设和安全标准(简称为 HUD 标准),对设计、施工、强度和持久性、耐火等方面进行了规范。随后又出台了联邦工业化住宅安装标准,用于审核所有生产商的安装手册和州立安装标准;日本建立了优良住宅部品(BL)认定制度、住宅性能认定制度,日本预制协会还出版了各种工业化模式的详细设计规范;以严谨著称的德国更是制定了全面详细的规范体系,所有的产品必须出具满足相关规范要求的检测报告或产品质量声明。 


德国庞大全面的装配式建筑规范体系

来源:中国建筑标准设计研究院


经历了从追求数量到注重质量的过程。工业化初期各国为了满足大量的房屋需求纷纷快速大量地建造住宅。随着经济水平的提升,质量和功能愈发受到重视,结合环保意识的 不断增强,新型绿色节能、资源循环型建筑成为主流。 


德国建筑工业化进程

来源:城市资源智库



我国已进入装配式建筑快速发展阶段

过去 3 年 CAGR 超过 55% 。

我国建筑业工业化历程大致可分为四个阶段:建筑工业化最早期、建筑工业化起伏期、 建筑工业化提升期、建筑工业化快速发展期。

在 20 世纪 50 年代建筑工业化最早期阶段,我国开始学习苏联的多层砖混经验。从 1950 年至 1975 年,我国全面学习苏联,包括各式建筑设计规范全部译自俄文。期间国务 院印发了《关于加强和发展建筑工业的决定》,强调建筑业必须积极地往“设计标准化、构件生产工业化、施工机械化”方向发展。在国家推动下,一度几乎所有的建筑都有“预 制装配元素”。

从 1976 年到 1995 年,我国建筑业工业化步入了 20 年漫长的起伏期,经历了停滞、 发展、再停滞的波折发展。1976 年唐山大地震调查表明,按照当时规范而建造的预制装 配式建筑抗震性能差,倒塌严重。震后全国划分了抗震烈度区,颁布了新的建筑抗震设计规范,现浇板成为主流;随后,提出了“四化、三改、两加强”,建筑工业化迎来一轮高 峰,标准化设计体系快速建立,大批大板建筑、砌块建筑纷纷落地。80 年代末,因防水、 冷桥、隔声等一系列问题的出现,加之现浇混凝土机械化的出现,装配式建筑的发展再次骤然止步。 

从 1996 年到 2015 年,我国建筑工业化进入了发展提升期。1999 年发布了《关于推 进住宅产业现代化提高住宅质量的若干意见》,明确了住宅产业现代化的发展目标、任务、措施等。但住房的商品化、多样化要求,大量廉价劳动力进城就业等因素致使现浇体系大 规模发展,此阶段装配式建筑占比依旧较低,发展缓慢。 

从 2016 年开始我国建筑业工业化步入快速发展期。进入“十三五”以来,国务院发 布《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》后,装配式建筑市场规模呈显著 的加速发展态势,我国建筑工业化正式步入快速发展期。构配件生产企业数量在快速增加,截止 2016 年底,全国共有 156 家生产企业,较 2015 年增长 20%。行业产值方面,2018 年全国装配式建筑约 2 亿平方米,产业规模达 5234 亿元,过去 3 年复合增长率达 55%。


2011-2018我国装配式建筑市场规模

来源:结合智研咨询、中信证券研究部


我国装配式构配件生产企业数量

来源:前瞻产业研究所、中信证券研究部


我国13个五年计划建筑工业化发展特点

来源:《浅议住宅设计与住宅产业现代化》


本文来自网络,不代表钢构人的立场,转载请注明出处。搜索工程类文章,就用钢构人网站。 https://www.ganggouren.com/2021/11/b7875de301/
上一篇
下一篇

作者: ganggouren

为您推荐

发表回复

您的电子邮箱地址不会被公开。

联系我们

联系我们

17717621528

在线咨询: QQ交谈

邮箱: 1356745727@qq.com

工作时间:周一至周五,9:00-17:30,节假日休息
关注微信
微信扫一扫关注我们

微信扫一扫关注我们

关注微博
返回顶部