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2021年全国装配式建筑发展报告(上)

转自:钢结构设计-公众号 

2021年全国装配式建筑发展报告(上)


   


        2021年是国家“十四五”战略规划开局之年,全国各地都在部署装配式建筑和绿色建筑的发展规划。为提高建设装配式建筑和绿色建筑的积极性,国家部委和各省市密集出台了一系列激励政策,包括:财政补贴、优先评奖、信贷金融支持、减免城市配套费用等。推进以装配式建筑、智能建造为代表的新型建筑工业化,是推动形成绿色低碳节能环保的生产方式,带动国内建筑业全面转型升级的必然选择。


      从近几年数据看装配式快速发展变化:2016年至2020年全国装配式新建建筑面积分别为1.14亿平方米、1.6亿平方米、2.89亿平方米、4.2亿平方米、6.29亿平方米,每年平均增长幅度为54%,由此可见国家的重视程度和发展之快速。未来,绿色建造、智能建造和建造工业化互相融合、协同发展,更深层次的技术融入,将成为建筑业高质量发展的新引擎,成为中国建造发展的支撑和基石。


     针对2021年我国装配式建筑行业发展的相关信息,我们进行收集、整理和解读形成本报告。其内容主要分为国内行业发展现状、项目案例及热点分享、国外行业发展现状、存在问题分析和解决思路、相关企业发展战略、创新技术分享、政策和标准信息汇总七个方面。

关键词:装配式、绿色、智能、现状、解决思路

 目录

第一章  装配式建筑行业发展现状

一、国外装配式建筑行业现状

二、国内装配式建筑行业现状

三、我国装配式建筑行业发展趋势

四、装配式建筑行业存在的问题及解决方案


第二章  2022年装配式建筑企业发展战略

一、建筑企业的装配式建筑发展战略

二、房地产企业的装配式建筑发展战略

三、设计企业的装配式建筑发展战略

四、预制构件生产企业的发展战略

五、施工企业的装配式建筑发展战略

六、工程总承包模式下的装配式建筑发展战略


第三章装配式建筑企业创新技术分享

一、北京建工产业化投资建设公司的装配式与智能建造

二、北京建工新科公司的装配式建筑智能制造

三、中国二十二冶集团的装配式先进技术

四、北京市燕通建筑构件有限公司的智能制造

五、山东瑞坤的地下建筑装配式新技术体系

六、天津百利环保的灌芯装配式混凝土剪力墙结构技术

七、北京榆构的露骨料饰面SP墙板技术研发与工程应用

八、深圳现代营造的正打预制双面叠合夹心剪力墙工艺工法

九、中科建(北京)工程技术研究院有限公司信息化助力装配式建筑发展

十、北京珠穆朗玛的EVE装配式空心板叠合剪力墙结构体系

十一、唐山昱邦新型建材有限公司创新技术

十二、中建一局三公司的装配式施工创新技术

十三、北京建谊的智能建造和铯镨平台

十四、近“0”成本确保灌浆饱满套筒灌浆饱满度监测器介绍


第四章  2021年装配式建筑经典案例和热点分享

一、经典案例

二、热点分享


12021年装配式建筑和绿色建材政策汇总

一、装配式建筑相关政策

二、绿色建材产品认证推广政策

2:装配式建筑相关标准汇总

3:京津冀地区的装配式构件产能

4:住建部关于2020年度全国装配式建筑发展情况的通报

5:《关于2021年上海市装配式住宅施工图设计深度专项治理的情况通报》节选

6:《通报装配式建筑结构工程施工质量专项检査情况》节选                     —上海市建设工程安全质量监督总站

7国内首家!南京市支持绿色建材试点项目管理和引导扶持政府采购办法印发(节选)

8:推进工业化建筑的标准化设计李晓明标准院顾问总工

9:北京中建协装配式建筑业务介绍


第一章  装配式建筑行业发展现状


一、国外装配式建筑行业现状


发达国家和地区装配式住宅发展大致经历了三个阶段:第一阶段是工业化形成的初期阶段,重点建立工业化生产(建造)体系;第二阶段是工业化的发展期,逐步提高产品(住宅)的质量和性价比;第三阶段是工业化发展的成熟期,进一步降低住宅的物耗和环境负荷,发展资源循环型住宅。发达国家的实践证明,利用工业化的生产手段是实现住宅建设低能耗、低污染,达到资源节约、节省人工、提高品质和效率的根本途径。


西方发达国家的装配式住宅已经发展到了相对成熟、完善的阶段。日本、新加美国、澳大利亚、法国、瑞典、丹麦是最具典型性的国家。发达国家的混凝土预制构件行业发展是与预制装配式混凝土结构建筑发展密切相关,与钢筋混凝土几乎同步发展的。在国外,19世纪末至20世纪初,预制混凝土构件就曾少量地用于构筑给排水管道、制造砌块和建筑板材。第二次世界大战后,欧洲一些国家为解决房屋短缺和技术工人不足的困难,发展了装配式钢筋混凝土结构。苏联为推广预制装配式建筑,建立了一批专业化的预制混凝土构件厂。随着建筑工业化的发展,东欧以及西方一些工业发达国家,相继出现了按照不同建筑体系生产全套混凝土构件的工厂,同时预制混凝土构件的生产技术也有了新的发展。20 世纪末期,国外预制混凝土结构已经广泛用于工业与民用建筑、桥梁道路、水工建筑、大型容器等,在工程结构领域发挥着不可替代的作用。


在欧洲,装配式发展最悠久的是法国,法国具有130年的装配式建筑发展史,目前法国的预制装配率达到了80%,主要采用预应力混凝土装配式框架结构体系。


美国有近100年的装配式建筑发展历史,并早在40多年前就针对工业化建筑进行立法,并出台了相关的行业规范,要求不仅要注重质量,更要注重美观。目前美国的经济适用房主要采用装配式建筑,其中每16个人中就有一个人居住在装配式建筑中。


事实上,“像造汽车一样造房子”的概念在世界上并不陌生。日趋紧张的能源和环境形势要求建筑产业发展模式转型,建筑部件工厂化预制和装配产业化施工是建筑业发展的趋势。美国装配式住宅在南方占比55%、西部19%、中西部18%、东北部9%;在全国沿海、半岛与岛屿地区占比高达75%,南部沿海地区占比超过80%。一份报告指出,全球装配式住宅的市场规模2020年达428亿美元,五年内复合增长率预计为2.9%


发达国家预制混凝士结构在土木工程中的应用比重为:美国35%、俄罗斯50%、欧洲为35%40%,其中,预制预应力混凝土结构在美国和加拿大等国预应力混凝土用量中占80%以上。目前,美国和欧洲的住宅产业化程度平均超过50%,日本的住宅产业化程度高达70%以上。西方发达国家和邻国日本的预制装配式建筑经过50多年的稳定发展,均已形成了完备成熟的技术体系,完成了符合各国建筑风格的通用部件目录,完善了模数标准体系,收到了良好的技术经济效益。


作为预制装配式混凝土结构建筑生产源头的预制构件生产加工厂,国外早已经将预制工厂规划布局和建设,以及预制构件生产加工技术当作建筑产业化发展的重要内容,总体研究水平较高,取得了丰富经验和发展成果。国外预制工厂布局和建设在上世纪80年代就会充分考虑城市发展规划、地方资源利用、本厂和其它专业厂的分工协作等问题,对工厂性质定位、生产规模、投资效益、建厂期限、产品供应范围以及最终经济、质量、环保效益进行详细分析和深入认证。寻求在一个地区一个城市的合理范围内形成产品种类齐全的生产系统,统筹生产和供应各类建筑构配件,构件产品生产加工技术成熟完备,一直引领预制混凝土技术的发展。

                           

国外装配式建筑施工图

 

下边我们详细介绍几个发达国家的预制混凝土结构体系:


1、法国的预制混凝土结构构造体系以预应力混凝土装配式框架结构体系为主,钢、木结构体系为辅。焊接、螺栓连接等干法作业流行,结构构件与设备、装修工程分开,减少预埋,生产和施工质量高。


2、德国主要采用叠合剪力墙结构体系,叠合剪力墙板、梁、柱、叠合楼板、内隔墙板、外挂板、阳台板、空调板等构件采用预制与现浇混凝土相结合的建造方式,并注重保温节能特性,目前已发展成系列化、标准化的高质量、节能的装配式住宅生产体系。


   欧洲建筑工业化Syspro高品质联盟成立于1991年,是欧洲建筑工业化领域的创新联盟,联盟从最初的预制构件生产企业联盟,发展成为今天集设计、自动化生产、施工一体化的企业联盟。从一开始每年只有100万立方米左右的预制构件产品,到如今每年3000万平米建筑总承包项目及额外200万立方米的构件供应。欧洲Syspro会员遍布德国、法国、卢森堡、比利时、奥地利、意大利、荷兰等在欧洲装配式建筑技术发达的国家。


 3、瑞典在20世纪50年代开发了大型混凝土预制板的建筑体系,并逐步发展为以通用部件为基础的通用体系。目前新建住宅中,采用通用部件的占到80%以上,是世界上第一个将模数法制化的国家。


丹麦推行建筑工业化的途径是开发以采用“产品目录设计”为中心的通用体系,同时比较注意在通用化的基础上实现多样化。


 4、美国的装配式住宅起源于20世纪30年代,1976年美国国会通过了国家工业化住宅建造及安全法案,同年开始出台一系列严格的行业规范标准。装配式住宅成为非政府补贴的经济适用房的主要形式。


北美的装配式建筑


5 20世纪60年代澳大利亚就提出了“快速安装预制住宅”的概念。1987年,高强度冷弯薄壁钢结构出现才得以改善;1996年,澳大利亚与新西兰联合规范的AS/NZS4600冷弯成型结构钢规范发布实施。规范发布之后,澳大利亚每年约建造6亿美元的轻钢龙骨独立式住宅120000栋,约占澳大利亚所有建筑业务产值的24%


澳大利亚的钢结构体系住宅


6、新西兰装配式建筑的抗震设计,由于新西兰的结构抗震设防措施较为有力,所以在2011年基督城大地震中倒塌的房屋很少。大量建筑虽然没有倒塌,但严重破坏没有修复价值,导致整个基督城中央商务区(CBD)70%的建筑必须拆除重建。基督城最高的51栋建筑,虽然无一倒塌,但是37栋在震后被迫拆除。基督城地震充分体现出结构抗震“韧性”(Resilience)的重要价值,震后可恢复性成为工程界研究焦点。新西兰地震带来建筑结构体系的巨大变化如下:


地震之前,基督城CBD和阿丁顿(Addington)地区几乎所有建筑都采用钢筋混凝土(RC)框架或剪力墙作为它们的结构体系。但从2011年开始的基督城重建过程中,水平抗侧力体系采用钢结构、RC结构和木结构的建筑数量的大致比例为10101。地震前随处可见的作为水平抗侧力体系的RC抗弯框架,在重建的CBD中基本上不再采用,重建的混凝土结构几乎全都是采用剪力墙结构体系。


虽然没有任何强制性规定要求在重建中使用更具韧性(Resilience)的结构体系,很多工程师仍会在设计建筑时使其在设计水准地震下的层间位移远小于规范中的最大限值,目的是为了限制结构和非结构构件的震后损伤。越来越多的人开始接受一个观念,即将防止生命损失作为抗震性能目标对于一个优秀的现代结构来说的确是不够的。


新西兰新建钢结构建筑按使用频次最多的体系依次为:防屈曲支撑(BRB)框架、传统抗弯框架(MRF)、带有梁端截面削弱(RBS犬骨式)的抗弯框架、带有可更换耗能梁段的偏心支撑框架(EBFs)、中心支撑框架(CBFS)、常规偏心支撑框架、摇摆钢框架体系等。


新西兰结构体系的几个应用特点如下:


1)新西兰的装配式结构体系选型,往往是结构工程师基于抗震性能优良+现场施工高效的技术路线选择。


2)结构体系并不拘泥于单一的结构类型,钢结构和钢砼混合结构是目前主流的结构形式,预制混凝土PC构件在钢结构项目中的应用很普遍。


3)抗震设计要求高,消能减震技术的应用很普遍,建筑设计师对支撑的接受度很高,建筑中支撑的存在能给用户带来安全感。


4)装饰围护一体化的PC外挂墙板广泛应用于各种类型的建筑中,且基本都采用点连接做法。


5)公共建筑的楼面构件类型有较多选择(组合楼板、叠合楼板、双T板、预应力空心板、免模现浇板等),楼板与竖向构件的连接是抗震设计的重要内容。


资料来源:《重建克赖斯特彻奇:建筑结构体系抗震设计的转变》


7、新加坡的装配式建筑体系


 新加坡的组屋一般为15-30层的单元式高层住宅,自上世纪90年代初开始尝试采用预制装配式建设,现已发展较为成熟,预制构件包括梁、柱、剪力墙、楼板(叠合板)、楼梯、内隔墙、外墙(含窗户)、走廊、女儿墙、设备管井等,预制化率达到70%以上。


新加坡政府对于建筑行业发展的要求就是用技术来减少人力,并且也一直致力于减少人力中。例举几个可以减少劳动力的方法:


1)预制构件。预制楼板,预制大墙,预制柱子,最新的预制厕所,预制客厅等优点就是工厂机械化生产,现场用少于现浇的人数去吊装,补缝,灌浆,并且采用预制构件有利于质量控制。


2)外挂架,爬架的使用。由于使用了预制构件,没有了竖向模板,传统脚手架的意义自然也没有大了。只需提供必要的外架以供特定部位施工的安全。放弃传统外架亦是省下了一大笔劳动力。Safety Screen(外挂架,现场安装一次成型,由塔吊拉着上升,市场上也存在着先进的系统可以自升自降)


3)铝合金模板、台模的使用。传统木模需要门架支撑,安拆装门架费工费时,使用铝合金模板、台模等只需安装一次,可用人力搬用,或用塔吊上升,减少人工。


 8、日本的装配式建筑体系


日本早在1968年就提出了装配式住宅的概念。1990年开始采用部件化、工厂化的生产方式,不仅生产效率高,住宅内部结构也可以适应多样化的需求。日本通过立法来保证混凝土构件的质量,针对装配式住宅制定了一系列方针政策和标准,解决了标准化、大批量生产和多样化需求这三者之间的矛盾。


二、国内装配式建筑行业现状


(一)2021年装配式建筑行业基本状况


20213月全国两会发布的《第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出:“十四五”期间,发展智能建造,推广绿色建材、装配式建筑和钢结构住宅,建设低碳城市。同时以装配式建筑为载体,协同推进智能建造与新型建筑工业化。


根据2020装配式建筑行业的数据推断2021年全国的数据:新开工装配式建筑约9.0亿㎡,占新建建筑面积的比例约为25%。预计到2025年全国装配式建筑面积将达到20.71亿㎡,复合增速超20%,市场规模近5万亿。京津冀、长三角、珠三角等重点推进地区新开工装配式建筑占全国的比例约70%


2021年国内装配式建筑构件生产规模企业约1200-1500家。全国共创建国家级装配式建筑产业基地328个,省级产业基地908个。其中上海备案的装配式构件生产企业143家,流水生产线190条,传统线249条,实际年产能约614万立方米。北京及周边的装配式构件生产企业共27家,生产基地超过45个,总设计年产能超过455万立方米。深圳市的装配式构件生产企业约20家,年设计产能205万立方米。


我们从如下几个方面来分析装配式建筑行业的发展现状:


(1)       国家力推装配式建筑、绿色建筑、全装修、智能建造


住房和城乡建设部等13部门发布《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》(建市〔202060号),推进建筑工业化、数字化、智能化升级,加快建造方式转变,推动建筑业高质量发展。以大力发展建筑工业化为载体,以数字化、智能化升级为动力,创新突破相关核心技术,加大智能建造在工程建设各环节应用,形成涵盖科研、设计、生产加工、施工装配、运营等全产业链融合一体的智能建造产业体系。装配式建筑与城镇化、全装修住房、绿色建筑、超低能耗建筑和老旧小区改造是建筑业发展有力支撑,智能建造是建筑业发展新方向。2021年国家《第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出:“十四五”期间,发展智能建造,推广绿色建材、装配式建筑和钢结构住宅,建设低碳城市。


2020年底,一些省份和城市已经提前完成了2025年装配式建筑面积30%目标。根据住建部的统计,装配式建筑行业数据如下表:


2019-2020年全国主要城市装配式建筑面积占新开工建筑面积比

省市

2019

2020

上海市

86.4%

91.7%

北京市

26.9%

40.2%

湖南省

26.0%

30%

浙江省

25.1%

30%

江苏省

20%

30%

天津市

20%

30%

数据来源:住建部前瞻产业研究院整理


(2)       构件标准化和生产规模化正逐步实现


为落实《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》(国办发〔201671号),构建装配式建筑标准化设计和生产体系,住建部于2021910日发布了《装配式混凝土结构住宅主要构件尺寸指南》《住宅装配化装修主要部品部件尺寸指南》。住建部标准定额司正组织编制《装配式住宅设计选型标准》引导生产、设计、施工单位就构件和部品部件的常用尺寸进行协调统一。


目前国内的装配式建筑成本居高不下,成为了装配式行业发展的障碍,其主要原因是构件设计标准化和生产规模化无法实现。因为缺少前期的正向设计和合理策划,造成了装配式建筑项目异型构件多,模具种类多且各建筑项目不通用,浪费严重。而且造成了构件的生产效率低下,影响规模化生产和产能发挥。


预制构件的标准化程度低,导致了模具通用性差,构件的模具成本是装配式建筑成本增量的一个重要部分。由于目前预制构件的标准化程度不高,导致模具资源浪费情况严重。以种类最多的叠合板模具为例,由于每块叠合板的出筋位置不同,导致生产完毕后模具无法回收再利用。而且由于种类过多,现场存放及查找模具耗费大量的人力物力,浪费严重。而像楼梯、阳台、内外墙板等尺寸较大、重量较大的预制构件模具,生产完毕后模具也只能闲置。有的工厂堆放的旧钢模具有半亩地,日益锈蚀,造成了大量资产闲置和浪费。


有经济实力和技术能力强的构件工厂已经在使用智能化自动化生产线,增加了机械手,减少了人工,提升了规模化生产能力。


(3)       装配式建筑人员资格认证和职业教育培训提到日程


目前国内拥有规模化装配式建筑构件工厂超过1200个,在2025年预计将达到2000个。在众多的工厂中需要至少50万名具有专业能力的装配式建筑构件生产人员。据不完全统计,2020年在装配式建筑领域处于相对学历、文化、知识密集的专业技术人才方面缺口近100万人,技术人员占比接近50%,项目管理专业人才、新型技术人才和施工专业人才都存在不同程度的缺失。


要实现装配式建筑业高质量发展,必须践行大国工匠精神,培养装配式技术人员,培养产业工人,把农民工变成真正的装配式建筑产业工人,减少质量问题和隐患。


20200828日,住房和城乡建设部、教育部、科技部、工业和信息化部等九部门联合印发《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》。意见提出:要大力培养新型建筑工业化专业人才,壮大设计、生产、施工、管理等方面人才队伍,加强新型建筑工业化专业技术人员继续教育。


202111月住建部发布《装配式建筑职业技能标准》(征求意见稿)》和《装配式建筑专业人员职业标准(征求意见稿)》,主要技术内容包含:1构件制作工(装配式混凝土、钢结构)职业技能标准;2预埋工职业技能标准;3智能设备操作工职业技能标准; 4构件装配工(装配式混凝土、钢结构)职业技能标准;5 灌浆工职业技能标准;6构件工艺员和质检员(装配式混凝土、钢结构);7信息管理员;8职业能力评价等。


(4)       装配式建筑助力绿色建筑提升和发展


装配式建筑相对于传统的建筑方式而言,具有节能环保及建筑效率高等多种优势。首先是建筑环保性,装配式建筑减少了施工过程中的粉尘污染以及住宅拆除回收过程中的建筑垃圾污染,高效的建造方式带来了对资源的节约。


装配式建筑在低碳减碳方面,优势明显,经过测算通常能减低20%-30%。下图是中建科技集团李丛笑专家针对现浇和装配式项目的测算对比。


(5)       BIM技术推动装配式建筑行业转型升级


BIM技术在装配式建筑工程的投标、设计、构件生产、装配施工和运维阶段,应用越来越广泛,推动了行业转型升级。


1)投标方使用BIM技术建立三维模型,设计好装配式建筑的模型,使建设方和业主能够可视、漫游,对于建筑物有更真切的感受,提高中标几率。


2)提高装配式建筑设计效率。通过BIM技术的“协同”设计功能、碰撞与自动纠错功能,对设计方案进行“同步”修改。


3)实现构件的标准化设计和设计信息的开放与共享。预制构件“族”库的建立有助于装配式建筑通用设计规范和设计标准的设立。


4)构件生产厂家可以从装配式建筑BIM模型中直接调取预制构件的几何尺寸信息,制定相应的构件生产计划,并在预制构件生产的同时,向施工单位传递构件生产的进度信息。


5)进行管线综合、错漏碰缺检查,避免因图纸错误造成的返工。施工人员利用RFID技术直接调出预制构件的相关信息,提高施工现场管理效率;模拟安装节点,进行可视化交底。


6)施工单位可以利用BIM技术进行装配式建筑的施工模拟和仿真,模拟现场预制构件吊装及施工过程,对施工流程进行优化;也可以模拟施工现场安全突发事件,完善施工现场安全管理预案。利用BIM技术还可以对施工现场的场地布置和车辆开行路线进行优化,减少预制构件、材料场地内二次搬运,提高垂直运输机械的吊装效率,加快装配式建筑的施工进度。


75D施工模拟优化施工、成本和计划,BIM模型中引入时间和资源维度,将“3D-BIM”模型转化为“5D-BIM”。


提高运维阶段的设备维护管理水平,借助BIMRFID技术搭建的信息管理平台可以建立构件及设备的运营维护系统。


BIM技术革新与装配式建筑技术的结合将有利于解决我国建筑行业在施工效率、质量安全、成本控制等方面的痛点,加速推进我国传统建筑向装配式建筑行业转型升级。


(6)       内装工业化市场逐渐升温


随着国家“双碳”政策的提出,各大房地产商加大对全装修的研发投入,内装工业化浪潮正促使产业链各方重构发展模式。以下内容是中国建筑标准设计研究院装配式建筑研究院副院长魏曦深入解读装配式内装行业发展现状与实践探索。


装配式建筑产业链中,装配化装修成为新的亮点。2020年全年装配化装修面积较2019年增长58.7%。目前,装配化装修还以政府主导的公租房、安置房、共有产权房与长租公寓等居多,商品房项目应用较少,在C端住宅改造装修中的应用基本是空白。 标准院魏曦院长指出装配式装修的突出问题主要有一下几点:


应付得分:很多项目是“半”装配化装修,选择装配化装修只是为了应付得分。


成本偏高:运输成本高、成品保护成本高、安装成本高、后期维修成本高。


效率低:没有设计、不会设计或设计不到位;内装部品相对匮乏,部品通用性差,部品体系供应链能力不强;施工工序繁琐,数字化、信息化程度低。


重面不重里:只重视面层的效果,背后管线不受重视;安全、可靠、耐久性无人问津。在当下大的环境下怎么定义高品质装修,我们的传统观念可能是用更贵、更豪华的材料,用更高格调的风格,比如说欧式的,也包括工艺、工匠等。其实,一个好的建筑不但需要好的外表,还要有内涵和有趣的灵魂。

来源:全联全装修产业分会


(7)       构件生产企业生长环境日益复杂


2021年国内的规模化构件生产企业约1200-1500家。2021年受疫情和建筑行业政策影响,多数企业产能发挥和装配式构件供货数量与去年持平或略有下降。我们针对生产企业的现状进行分析如下:


PC构件的生产成本主要包括材料费、人工费、机械费、运输费等。其中,PC构件的主要原材料是钢筋、水泥和砂石,材料费用占比41%,其价格波动将对PC构件成本产生较大的影响。如2019年标准砂价格大涨,涨幅普遍在65%左右,多地区水泥价格也随之上涨。2021年,因受国际局势影响钢材价格疯涨200-300%,建筑行业一片哗然。很多构件生产企业无奈提出了供货违约。如果违约,假设赔付100-200万元;按合同供货可能亏损更多。


曾有专家提出,PC构件厂商通常可通过价格调整向下游行业参与者转移原材料价格波动。然而,实际情况并非如此。由于房地产开放商资源比较集中,甲方话语权普遍较大,PC构件厂商未必能充分转移价格波动。


比如京津冀生产厂将PC构件运到北京销售,与业主谈判时就要下浮15-20%,因为地产商的毛利率压降也较大,希望把成本转移到上游。未来随着房地产行业集中度的提升,装配式建筑行业对下游议价能力可能将进一步降低。


另外,装配式建筑对构件的标准化、模数化程度要求较高,但目前不同项目的产品设计、构件规格尺寸均有所差异。由此,装配式建筑的建造过程中,还需区分协调不同项目,满足定制化的需求,并反馈于前期的研发设计、中期构件生产和后期施工、装修、运维等各环节。这无疑对项目全过程管理的信息化、智能化提出更高的要求。然而,数字化信息建设的缺失、建设模式创新不足,使得企业难以发挥装配式建筑优势,实现全产业链协同工作。住建部报告指出,目前来看,应用EPC工程总承包的装配式建筑项目数量较少,建筑信息模型(BIM)总体推进也较为缓慢,缺少对设计、生产、物流、施工全产业链的统筹应用。


现在工地工人平均年龄都是50岁以上,用工是一个普遍的难题。在这种背景之下,有很多建筑公司都开始自己出资做装配式工厂。对于房地产开发商,基于对装配式的认可和延伸产业链的需求,也开始转型参与装配式建筑工厂。如20185月,美好集团有关负责人在国际装配式建筑发展高峰论坛上透露,美好集团拟在武汉、长沙等核心城市布局57家装配式建筑工厂。然而到了2021年,美好整个PC版块运营状况并不理想。重资产投资的工厂获利回收慢,而且双皮墙体系在国内应用不够广泛,美好集团的产能受到制约。


目前北京取消了装配式部品部件入围的门槛后,大量竞争者介入装配式建筑市场,尤其是小民营企业各方面成本低、质量控制不好,而大企业成本上没有什么优势,拿单主要是靠大体量和高质量。构件生产企业太多,使得PC构件实际市场价格低于每月行情价格。

来源:新浪财经


(二)国内外装配式建筑行业形式对比


在装配式建筑发展先进的日本,设计院在设计建筑图纸时,会直接作出PC厂的构件加工图。在做这一步设计的时候,除了要考虑构件的种类越少越好,也就是所谓的“模数”,还需要考虑机械怎么生产,未来到现场的吊装点,模块之间该怎么连接,连接点的安全性能和防水性能等等。而国内还有很多的项目,施工单位拿着设计院出的建筑图去进行二次深化,也就是把本来不是模块化设计的建筑,硬拆成装配式。究其原因,一是要凑装配率响应政策,二是因为对装配式设计了解不够透彻。


PC构件的生产需要很大程度的自动化,怎样开发出自动化的生产线是一个问题,生产线能不能低成本地灵活变化又是另一个问题。因每个项目的构件不一样,所以每个项目都要重新设计模具和自动化生产方式,这对工厂的设计优化能力和管理能力也是不小的挑战。实际上,目前能够大批量生产PC构件的工厂很少,成本也非常高。


在装配施工现场,构件吊装的次数越少、需要处理的连接点越少越好。但是划分的模块越少,每块也就越大。而在我国,货车总高度4米以上、总长度18米以上、总宽度25以上属于极限超载车辆,是不能上路的。所以你看到国外整个房间都预制好到现场吊装的,清一色都是小面积的单间公寓。那如何协调解决大构件需求和运输困难这对矛盾,包括构件装箱的成本优化,都是需要考虑和提高的地方。


装配式施工在国内很多企业来说,还是在“说起来又快又便宜,用起来又慢又贵”的阶段。有很多的原因,比如现场堆放要专门管理,安装顺序要严格安排,施工装配要严格操作,这就带来更高的管理和人员成本。由于工厂很难规模化生产,预制构件的采购成本也是很高的。多数建设单位在“满足装配率要求”这个前提下,只做水平构件,像墙和柱这种竖向构件能不做就不做。竖向构件如果采用装配整体式剪力墙灌浆套筒结构体系,那就需要灌浆,而灌浆料的成本高,灌浆质量和节点防水等施工要求也更高。

来源:装配式建筑云平台


三、我国装配式建筑行业发展趋势


建筑工业化是建筑业生产方式的重大变革,形成建筑设计、生产、施工和管理一体化的关键形式和载体是装配式建筑,为此我国也密集出台各类政策,从技术、投资、人才培养、基础设施建设等多方面大力扶持,激励行业组织和企业从建筑工业化的角度提质增效,加速转型升级。在建筑工业化中,以标准开发、认证认可和检验检测为基础的质量发展,是其中的关键部分。如何以质量基础设施为框架,打好装配式建筑的基础,进而保证建筑工业化在组织机构建设、项目落实、技术体系建设、产能、示范和产业基地等方面能够顺利推进是摆在政府、建筑业企业、构件厂、相关服务机构的一项重要议题。如何通过联动创新机制提升装配式建筑更好的发展也是各级地方政、企业关注的重点。


2020年我国装配式建筑行业市场规模约1.227万亿元人民币,全国新开工装配式建筑达到了6.29亿m²,装配式建筑市场从业人员约200万人。行业的重点关注点在项目实施、技术应用、构件工厂落地、标准规范实施等四个方面。据统计在当前政策环境和企业高速发展下,有望在20232024年装配式建筑建造成本与传统现浇建筑持平并在未来更低。但装配式建筑发展还存在明显的问题,主要体现在一是缺乏相关政策法律,尚未建立标准体系;其二是建筑技术落后,管理体制不够创新;其三是综合经济效益低下,缺乏市场竞争力。总体来看装配式建筑发展重点方向为:


1)以政府主导的保障性住房和公共建筑为主,越来越多的经济主体开始看好并进入该领域;

2)装配式建筑企业更加注重自身品牌、管理水平和产品质量;

3)项目推进方式以EPC模式为主,更加高效系统;

4)结构体系发展丰富多元,但仍以混凝土结构为主,钢结构住宅体系发展迅猛;

5)智能化、数字化与装配式建筑紧密结合,建筑工业化进程有望实现加速和跨越式发展。


从政策角度看,2020728日住房和城乡建设部等十三部门近日联合印发的《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》是近期发布的比较重要的文件之一。指导意见提出,要大力发展装配式建筑,推动建立以标准部品为基础的专业化、规模化、信息化生产体系。探索适用于智能建造与建筑工业化协同发展的新型组织方式、流程和管理模式。


2020828日,住建部等九部门联合印发《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》,对建筑工业化及其装配式建筑的发展提出了具体的要求,《意见》要求要重点开展以下工作:


1)加强系统化集成设计和标准化设计,推动全产业链协同;

2)优化构件和部品部件生产,推广应用绿色建材;

3)大力发展钢结构建筑,推广装配式混凝土建筑,推进建筑全装修,推广精益化施工建造;

4)加快信息技术融合发展,大力推广BIM技术、大数据技术和物联网技术,发展智能建造;

5)创新组织管理模式,大力推行工程总承包模式,发展全过程工程咨询,建立使用者监督机制;

6)强化科技支撑,培育科技创新基地,加大科技研发力度;

7)加快专业人才培育,培育专业技术管理人才和技能型产业工人;

8)开展新型建筑工业化项目评价;

9)强化项目落地,加大金融、环保、科技推广、评奖评优等方面政策支持。


从跨学科多专业互动的鼓励政策来看,国家在十三部委联合推动智能建造与建筑工业化协同发展文件颁发之后,北京、河北、浙江、湖南等原本装配式建筑发展基础良好的省市已经开始积极相应。装配式建筑企业与质量管理体系的融合、装配式建筑运营与信息化智能化数字化系统的融合已经成为了装配式建筑发展良好区域重点思考和拓展的方向。


从国际的装配式建筑发展来看,西方发达国家的装配式建筑经过几十年甚至上百年的时间,已经发展到了相对成熟、完善的阶段。美国、加拿大、日本、韩国、欧洲等国家和地区按照各自的经济、社会、工业化程度、自然条件等特点,选择了不同的道路和方式。


起步阶段:一般都是在某一细分领域试行装配式,如日本、新加坡起初都是政府主导在保障房领域试行,德国早期先采用大板建筑。结合我国国情以及现状,也是在政府推动下先在保障房领域适用。


发展阶段:随着技术和体系的不断完善,装配式建筑也从适用阶段迈向推广阶段。目前我国处于装配式建筑的快速发展阶段。我国PC结构已发展较为成熟,进入到推广阶段。在我国庞大的建筑市场下,装配式建筑有望继续加速发展。


成熟阶段: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。


从发展进程来看,人员成本和人口红利都对装配式建筑发展起到促进作用。装配式建筑发展的深层次原因均是由于劳动力紧缺、人工成本上升等因素导致的。通过工厂化的生产,人力成本可以显著降低,据欧洲国家统计,按传统建筑方法,每m2建筑面积约2.25工日,而装配式建筑施工只用1个工日,可节约人工25%~30%,降低造价10%~15%,缩短工期约50%左右。


从发展机制来看,政府推动和市场推动缺一不可。如美国、德国则以市场化发展、社会化发展为主。考虑到我国装配式成本、技术、社会认知度等因素,主要采用的是政府推动机制,通过政策鼓励、财税支持、技术保障等手段推进装配式建筑的发展与成熟。通过政府推动装配式建筑发展的进程将明显快于市场化、社会化发展。


从发展方向来看,工业化、信息化和智能化是共同目标。例如日本丰田,在原有发达的汽车制造机制下创造的丰田装配体系,完整地沿用了汽车制造的优势,最大化地提升了装配式建筑的集成效率和智能化水平。


例如欧洲SySpro建筑工业化高品质建造联盟,通过数字化平台,将欧洲装配式建筑工厂数据进行系统集成并分布调配,实现了装配式建筑生产数据和质量数据的同步,提升了欧洲装配式建筑整体质量,同步提升了装配式建筑构件的市场采购效率。


四、装配式建筑行业存在的问题及解决方案


(一)装配式建筑标准化程度亟待提高


住建部在关于2020年度全国装配式建筑发展情况的通报中提出:针对各地普遍反映的标准化程度不高制约了装配式建筑发展的突出问题,标准定额司正组织编制《装配式住宅设计选型标准》,已经发布了《装配式混凝土结构住宅主要构件尺寸指南》《住宅装配化装修主要部品部件尺寸指南》《钢结构住宅主要构件尺寸指南》。


这些标准和指南对装配式建筑企业的快速发展给出了方向,逐步降低设计成本、模具成本、生产成本和安装成本,重点解决无法规模化生产的问题。同时能够降低装配式建筑的复杂程度,减低设计、生产和施工难度。


装配式建筑需要进行标准化设计。装配式建筑遵循工业化生产的设计理念,推行模数协调和标准化设计。部品部件设计在标准化的基础上做到系列化、通用化。标准化与多样化矛盾矛盾解决的好坏,是评价装配式建筑的重要因素,也是装配式建筑技术体系中的重要方面。


预制装配式建筑存在较多的连接节点,保证这些节点的质量是确保预制装配式建筑质量的关键,目前节点的做法对承载力和刚度的要求可较好地实现,但延性往往达不到要求。


另外我国目前主流采用的装配式混凝土结构体系以出筋搭接为主。这就造成了在进行边模设置上需要一事一例,对于整个构件成本居高不下也深有影响。


在欧洲广泛采用不出筋的双皮墙体系,这就为装配式建筑模具的自动化组装以及边模的反复利用带来了便捷。对于墙、板类构件,其边模的使用寿命可以达到几千上万次。机械手灵活抓取和拆装边模,降低了成本,提高了工效。但是在中国恰好相反,因为装配式建筑体系未能实现标准化,对于墙、板类构件,其边模的使用频次根据项目大小不同,也就在10-50次左右。这么一对比,中国装配式建筑仅仅在模具使用这一项的成本就比国外高上百倍。


(二)装配式建筑相关标准规范待完善


目前装配式建筑质量管理的标准规范支撑不够。国内装配式建筑技术、质量类标准较多,认证检测和管理类标准少,凸显重技术,轻管理。这也是为什么多年来建筑行业粗放式管理,质量问题频发的根源。比如生产工厂保温板布置不合格,大量冷热桥存在;钢筋误差大,工人直接切掉插筋,存在严重质量隐患;施工现场杂乱无章,吊件脱落伤人等。


目前在企业层面,国家拥有质量、环境、职业健康、安全、信息化等一系列管理体系规范和标准;产品层面,拥有CE认证、3C认证等明确的检验检测认证规范。但是针对装配式建筑行业在质量、管理等方面还处在起步阶段。


2020111日,北京中建协国家认监委认证认可科技支撑计划项目《装配式建筑认证标准体系建设研究》课题正式通过验收。在该课题中系统性的对欧洲、中国装配式建筑认证领域的相关标准进行了梳理。经过60多年的发展和完善,欧洲装配式技术标准规范已经延伸到各个环节。


国内现有标准对于装配式建筑的规定比较分散。对具体的预制构件针对性不强,多是在新增章节中用少量的篇幅对装配式建筑的设计、制作、施工、验收环节进行概括性、纲领性的指导,在具体的设计、制作、施工、验收环节使用起来,比较受限。如:


1)《混凝土结构设计规范》GB50010-2010也在第9章中增加了少量的装配式结构工程的内容。

2)《混凝土结构工程施工规范》GB50666-2011在第9章增加装配式结构工程共计9页内容,主要对预制构件的制作、运输堆放、安装连接提出纲领性的要求,未按照不同的构件类型分别划分指标,内容不够详实。

3)《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2015按照分项工程对验收环节提出纲领性要求,也是在第9章增加装配式结构分项工程共计7页主要是纲领性的要求,缺少每种预制构件验收的详细指标。

4)以下已发布的国家标准中均包含预制构件相关内容,主要从设计、生产、施工与质量验收环节给出纲领性、指导性的控制指标:

《装配式混凝土建筑技术标准》GB/T51231-2016

《混凝土结构设计规范》GB50010-2010

《工业化建筑评价标准》GB/T51129-2015

《混凝土结构工程施工规范》GB50666-2011

《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2015

《建筑结构荷载规范》GB50009-2012

《建筑抗震设计规范》GB50011-2010

《预应力混凝土空心板》GB/T14040-2007

国内已发布的相关行业标准有:

《装配式混凝土结构技术规程》JGJ1-2014

《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010

《预制预应力混凝土装配整体式框架结构技术规程》JGJ224-2010

《预制带肋底板混凝土叠合楼板技术规程》JG/T258-2011

《预制预应力混凝土装配整体式框架结构技术规程》JGJ224-2010

《钢筋机械连接技术规程》JGJ107-2016

《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》JGJ355-2015

《钢筋锚固板应用技术规程》JGJ 256-2011

《钢筋连接用套筒灌浆料》JG/T408-2013

《钢筋链接用灌浆套筒》JGJ/T398-2012等。


通过将欧洲标准与国内现有标准进行对比发现,国内标准存在一定缺失,具体如下所示:


 

比较内容

中国

欧洲

材料与制备

缺少设备和制备标准

设备和制备标准完整

建筑设计与结构

混凝土结构、钢结构、木结构标准齐全

没查到钢结构、木结构标准

公差和质量控制

分散在国标、行标、地标技术规程规范等,缺少独立的公差标准

公差标准、质量标准完善

支撑、运输和安装

融合在施工规范技术规程中,缺少独立的结构支撑标准、运输标准和安装标准

完整的结构支撑标准、运输标准和安装标准,Syspro联盟有运输安全指南、吊装指南等

建筑构件

有构件的国标图籍,缺少单独构件产品的技术标准和通用规则,造成了认证困难

有独立的各种预制构件的通用规则


(三)装配式人才供给短缺


目前建筑业招工难、用工荒已经成为普通问题。而建筑业走向工厂化的装配式建造方式,是弥补现阶段建筑业高技能劳动力短缺的有效途径。同时,工厂化通过工厂预制和现场装配相结合的生产方式,不但缩短了建造周期,而且减少了对手工劳动和劳动技能的依赖。


装配式建筑从设计、生产、装配、信息化管理等各个环节都需要有专业的产业工人、专业的技术人员和专业的管理人员,能够从方案设计、项目开发、到制作构件,运输、现场测量、吊装、连接等各道工序均具有较高的技术力量和管理水平。但目前由于企业育人机制问题,造成大量专业人员流失,对于专业人才的管理、待遇仍延续传统模式,造成新生力量不足。


此外,利用BIM技术可以实现对设计、构建、施工、运营的全专业管理,并为装配式建筑行业信息化提供了数据支撑是装配式建筑发展的重要工作。但掌握BIM技术、了解装配式建筑下的设计、施工工艺技术的人才存在严重不足。


除了BIM技术,新兴的技术对装配式建筑的发展将起到越来越重要的作用,3D打印、VR技术、物联网、建筑机器人等技术需要目前行业的从业人员对这些技术以及技术在工程中的价值有一定的认识。


装配式建筑的现场操作仅是定位、就位、安装及必要的小量的现场填充结构等步骤,所以木工、泥工、混凝土工等岗位需求大大减少。吊车司机、装配工、焊接工及一些高技能岗位愈发具有需求量。


目前在装配式建筑领域,针对装配式建筑生产工人、装配工人、灌浆工人、构件厂厂长、咨询师、运输司机、工程师、项目经理和检验检测等人员设置资格评定标准,并开展相关评价工作是在人才供给方面亟待大力推行的重要措施。


(四)亟需建筑工业化与数字化转型


目前,我国装配式建筑建设过程存在设计、工厂制造、现场安装三个阶段相分离的情况,容易影响施工进度或导致施工质量问题,因而通过建立基于BIM技术全过程协同设计,并将BIM模型应用于虚拟生产和装配环节,将有助于设计出利好工厂生产、现场装配的设计产品,提高施工效率,装配式建筑发展将迎来新动力。


虽然预制装配式建筑项目设计→工厂制造→现场安装的建设模式较传统施工模式施工效率有所提高,但从技术和管理层面来看仍存在以下问题:


1)因为设计、工厂制造、现场安装三个阶段相分离,设计成果可能不合理,在构件生产和安装过程才发现不能用或者不经济,造成变更和浪费,甚至影响质量。工厂统一加工的产品比较死板,缺乏多样性,不能满足不同客户的需求。


2BIM技术的引入可以有效解决以上问题,它将设计方案、制造需求、安装需求集成在BIM模型中,在实际建造前统筹考虑设计、制造、安装的各种要求,把实际制造、安装过程中可能产生的问题提前消灭。传统的装配式建筑设计方法中是通过预制构件加工图来表达预制构件的设计,其平立剖面图纸还是传统的二维表达形式。


3)目前我国装配式建筑的信息化未能实现产业链的上下游串联。对比欧洲,欧洲的装配式建筑设计和生产环节为:初步设计深化设计装配式建筑节点设计工厂排产工厂生产工厂吊装精细化堆放(按照项目及对应楼层)。


欧洲装配式建筑的设计环节是正向进行的。但是在中国这个过程会变得非常纠结,国内装配式建筑设计和生产环节通常为:初步设计– –施工图设计拆分、深化设计数据整理并转化成生产语言工厂排产部分产品生产工厂吊装现场堆放。


通过对比可以发现存在以下差距:中国的装配式建筑设计环节费时费力;中国的装配式建筑构件生产环节还不能实现智能化,在进行运输前期准备的时候需要一次入库查找,在进行项目现场安装的时候要进行二次出库查找,效率低。


4)在装配式建筑领域,数字化的一个重要体现是BIM的应用程度,目前我国的BIM技术还处在发展阶段,与装配式建筑的融合还存在问题。BIM和装配式建筑的发展理念都是相同的,都是在建筑全产业链贯通的情况下能够发挥最大价值。但是目前我国的BIM技术也存在多元化竞争的问题,不仅是设计、生产、施工环节的BIM软件未实现标准化,针对设计过程中的建筑设计、结构设计、给排水设计也存在各类不同软件使用并不兼容的情况。这样反而使得BIM软件在使用过程中增加了很多的掣肘,大大降低了原本便捷高效的优势。


(五)装配式建筑的质量和安全性的忧虑


近几年关于装配式建筑的质量和安全问题,业内和业外人士有很多共识,一致认为存在很多严重的问题亟需解决,比如渗漏、插筋切断、灌浆不实、开裂等等。如何解决公众的忧虑,是我们努力的方向。相信办法总比困难多。装配式建筑发展到今天,各项技术日臻成熟。但是装配式质量和安全如果不引起足够重视,会把整个行业毁掉,回到现浇体系的老路上。我们对于技术质量和过程管理,必须有高度的责任心和敬畏心,因为我们每个人都是小业主,都是受益者或者受害者,且行且珍惜。


浦东新区某小区是20205月交房的保障房。第一批居民装修入住后不久,遇到台风季,上百户居民家中墙面出现渗水,损失不少。为此,开发商采取了对渗漏墙面进行打洞注胶的工艺,增强墙面的防水能力。开发商表示,渗漏原因在于五年前小区建造时采用了一种“拼装房”的新工艺,该工艺不够成熟,因此墙板等部位接缝处出现了空隙。居民听到这个原因炸了锅,要求开发商彻底修复接缝空隙。可开发商却表示为难,如此修复可能动辄上亿元。

来源:上观新闻

(六)从等同现浇走向非等同现浇


2021年,装配式建筑行业已经快速发展了将近10年,其中有成就,也有很多问题。2021年是装配式建筑行业的思考年,我们低头拉车,也在抬头看路。业内高层和专家进入了深层次的思考,如何解决阻碍装配式建筑发展的瓶颈?大家一致认为从等同现浇走向非等同现浇是国内装配式建筑发展的必然趋势,以下是关于等同现浇走向非等同现浇的来龙去脉。


2007年以来北京市装配式建筑的新发展》中建科技总建筑师樊则森

装配式建筑在跨越了世纪之交,长达十几年的“停滞期”之后,可谓“百废待兴”。我们的研究一开始,就面临“没有标准、没有规范”的困境。由于JGJ1(1990)已经15年没有修编,已经完全不能适用了。计划用于替换此版标准的JGJ2014《装配式钢筋混凝土结构技术规程》尚在初稿编制过程中。“缺标准、规范”的情况让项目组举步维艰。


好在此项工作得到了当时北京市住房和城乡建设委员会和住建部住宅产业化促进中心等行业主管部门的大力支持,按照超限审查的有关规定,以专家评审会的形式组织了两次专题会,邀请了包括多位国家勘察设计(结构)大师在内的十几位全国权威结构专家参与评审,最终确定了北京市建筑设计研究院提出的“等同现浇”的技术路线。使后续设计及研发、实践能够有规范可依,并最终落地。


“等同现浇”的工作原理,是通过钢筋之间的可靠连接(如“浆锚灌浆”、“钢筋搭接”、“灌浆套筒”连接等),将预先浇筑构件(主要是大部分外墙)与现浇部分有效连接起来,让整个装配式结构与现浇实现“等同”,满足建筑结构安全的要求。


也就是说,在缺乏针对装配式结构体系特性的设计理论和方法情况下,初步确定了“等同现浇”的技术路线。中国现阶段几乎所有的混凝土建筑标准都是“现浇混凝土”技术,所有的设计软件(审图公司和官方认可的)都是针对“现浇混凝土”技术编制的。几乎所有的行业人员都是学习、研究和应用“现浇混凝土”技术的。在“未来人口红利消退,劳动力价格上涨,国家要大力发展装配式建筑”这一重要历史背景下,“等同现浇”的设计理念在当前可以说是一个各方妥协的结果。


国家在2006年开展对《装配式大板居住建筑设计和施工规程(JGJ1-91)》进行修订时,所使用的基础研究资料和大部分技术产品资料,如日本和美国装配式框架使用的灌浆套筒、德国的“双皮墙”、欧洲的桁架钢筋叠合楼板、欧洲的平模流水自动生产线、欧美的“三明治”混凝土保温墙板等,都是国外的。为了在当时的历史条件下推广建筑工业化和装配式技术,提出了“等效现浇”或“现浇等效”的概念,即按现浇的结构体系来设计装配式建筑。经过八年的艰苦努力,终于编成《JGJ1-2014 装配式混凝土结构技术规程》。


这在当时实属“权宜之计”的“无奈之举”,结果现实是存在设计人员盲目地将现浇的结构体系进行“拆分”,造成了很多“为装配而装配”、简单粗暴“拆分”、连接节点设计错误、连接困难、构件生产安装质量低劣等问题,造成了很多的质量安全隐患。


从“等同现浇构造”走向“非等同现浇构造”——EMC装配式混凝土结构体系技术研发(标准院郁银泉大师)


中国建筑标准设计研究院的郁银泉大师提出了非等同现浇构造的EMC装配式混凝土结构体系,逐步扫清装配式建筑发展的障碍,为装配式健康发展探出新出路。新的免套筒灌浆技术体系已经如雨后春笋般出现,相信装配式建筑的路会越来越宽,前景会更好。

 

(七)装配式建筑行业的解决方案


纵观以上各种问题,我们提出了如下一些解决思路和建议,为装配式建筑行业的发展贡献绵薄之力。


  1. 推进装配式检验检测和认证工作


对预制部品部件生产企业的质量评估作为检验检测和认证的范围,相关案例如:


20206月底,随着装配式建筑的广泛应用,装配式混凝土构件生产质量监管也愈发显得重要。为了加强装配式混凝土构件生产质量监管,北京市新一轮预拌混凝土质量状况评估项目(20192022年)创新性地将北京市装配式混凝土构件生产企业纳入评估范围。装配式混凝土构件生产质量评估未有先例,北京市开展装配式混凝土构件生产质量评估在全国有着风向标意义。


20191028日至30日,SYSPRO高品质混凝土预制构件联盟主席Mr.Kahmer博士,代表SYSPRO联盟对C-SYSPRO中国建筑工业化高品质建造企业联盟各成员单位进行了高质量预制产品的质量检测工作。


我们承担的国家认监委认证认可科技支撑计划项目《装配式建筑认证标准体系建设研究》将欧洲装配式建筑高质量标准引入国内。在未来课题标准落地的过程中,我们将系统地串联装配式建筑上下游产业链标准,包括:设计、生产、运输、吊装、施工、信息化管理、质量管理、人员资质认可等。


2.发展建议


1)以智能化、数字化作为生产效率提升抓手。目前我国的装配式建筑构件生产企业还是以传统的固定模台生产线为主,其中具备自动化生产线的企业数量不足5%。国内装配式建筑工厂最好的自动化生产工厂效率能达到1.1~1.5立方米//天,而欧洲的工厂平均生产效率10立方米//天。差距主要是因为国内工厂尚未按照工业化思维进行排产和生产,同时国内的装配式建筑工厂无法实现信息化协同和为了在国内众多的装配式建筑生产工厂中脱颖而出,获取更多的市场份额。国内部分装配式建筑企业通过采购三一、新大地、远大等自主研发的自动生产线,已经在开始尝试从传统的生产方式向自动化生产方式转变。


像中建科技集团、武汉美好集团等具有一定资金基础的装配式建筑企业通过采购AvermannEBAWEElematicSommerVollertWeckenmann等国际先进品牌的自动化生产线,更进一步向国际化自动生产企业靠拢。

国内装配式建筑构件生产企业也在信息化数字化方面进行尝试。像北京住宅产业化集团通过自主研发形成的数字化管理平台,传统软件公司鲁班、广联达、PKPM也在装配式建筑数字化管理平台方面进行了设计协同。


2)以领先技术体系作为抓手进行区域复制。目前在装配式建筑发展过程中,国内装配式建筑生产工艺和技术体系存在较大差异。在装配式建筑领域发展较快的企业希望通过自身经验总结出适宜目前中国发展的装配式建筑体系。目前主流的建筑体系研究方向有结合日本的套筒灌浆体系,其由于工艺工法相对简单,接头具有性能可靠、适用性广等优势在国内广泛得到使用。同时有欧洲的双皮墙技术体系,该体系由于其不出筋,依靠板间连续现浇段链接,能够大幅度减少模具使用,得到越来越多的企业青睐。


3)对于设计院来说,装配式建筑为以设计院牵头开展的EPC总承包业务带来了无限可能。具备装配式建筑设计能力的企业将在市场竞争中更加主动。随着装配式建筑的发展,设计人员需要更深入项目进程,需要主动与构件工厂进行对接,这也为设计院企业更深的介入建筑全过程奠定了基础。


以装配式建筑专业设计能力作为核心竞争力。在装配式建筑项目中,专业的节点设计和多方的BIM协同能力是关键要素。那么通过专业化的节点设计,能够做好传统设计院和构件工厂协同的连接器;通过多元化BIM数据协同能力,能够做好装配式建筑各产业链环节数据转化的桥梁。在欧洲就有非常多的中小型设计咨询机构,通过在装配式建筑的特定设计环节中具备优势,而立于不败之地。


4)对于施工企业,装配式建筑的发展提供了不同的工作方法。赋予了传统施工企业智能化、数字化转型的可能。


5)房地产企业建立装配式建筑构件生产基地,打造装配式建筑一体化服务商。构件生产基地是这个过程中的重要环节。具备了构件生产工厂,才能实践和应用自主的装配式建筑技术体系。这样通过设计、加工、装配一体化,才能最大化体现建筑工业化价值,降低生产成本,提高生产效率。例如中建科技通过大量的项目实践经验,在5种基本平面形状下通过4种基本户型模块进行组合, 组成89种变体,实现楼栋组合的无限生长。


6)建立合作共赢的装配式建筑发展协同模式。在装配式建筑发展过程中,除了中建、中冶、中交、中铁等大型央企和大型国企具备全行业整合能力外,还存在大量的中小型装配式建筑企业。合作共赢将是这类企业发展的重要方向之一。由于装配式建筑构件的运输半径受限于200公里运距要求,构件生产单位可以依托当地政策、原材料价格等优势,与具备投融资能力的金融机构或大型央企、与具备技术能力的国内外装配式建筑先进企业进行合作,实现资源的最大化利用。


 

第二章  2022年装配式建筑企业发展战略


202010月召开的十九届五中全会发布的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第145年规划和2035年远景目标的建议》中,与装配式建筑相关的主要内容包括:加快推动绿色低碳发展。支持绿色技术创新,推进清洁生产,发展环保产业,推进重点行业和重要领域绿色化改造;发展绿色建筑;推动“一带一路”高质量发展。强调要优化国土空间布局、推进区域协调发展和新型城镇化,推动绿色发展,促进人与自然和谐共生。


基于国内装配式建筑发展状况,经过广泛调研和分析,我们针对2022年装配式建筑企业的发展战略给出如下建议,供参考。


一、建筑企业的装配式建筑发展战略


(一)组织管理实施路径建议


企业开展装配式建筑领域相关技术系统研发工作,如装配式建筑技术体系、装配式建筑高质量发展、装配式施工工艺工法、装配式建筑与信息化融合、新技术、装配式建筑人才培养等研究。建议具体如下:


1)技术体系研发:系统梳理装配式建筑技术体系,研究国内外现行技术体系,改变当下装配式建筑行业体系参差不齐、混乱发展的现状,成立装配式建筑技术研究实验室,对装配式建筑技术体系落地提供保障,并为企业内部装配式建筑产品检测提供场所。

2)施工工艺创新:系统梳理装配式施工环节的工艺工法,研究国内外现行工艺工法。

3)装配式与信息化融合:系统研究装配式设计、生产、运输、施工环节各阶段信息化、物联网等前端科技创新技术,建立装配式建筑全过程监督、管理、运维一体化平台;紧随国际科技前沿,系统落地和自主研发国际先进装配式建筑技术,让科技创新真正成为推动企业发展、提升综合实力的“关键变量”。

4)成立装配式建筑培训中心:设置装配式建筑线上培训平台,为企业各级领导、管理人员、技术人员、产业工人提供灵活多元的学习方式;定期系统组织企业内部装配式建筑领域专业培训,通过高级管理人员培训、专业技术人员能力提升培训、产业工人实操培训、海外游学考察等不同形式的培训课程,打造一批装配式建筑领域一流的管理人才、技术人员和产业工人;使企业从缺乏装配式建筑人才到成为行业装配式建筑人才培养基地。

5)装配式建筑交流:定期组织行业专家进行装配式建筑领域技术交流活动,发挥企业领军牵头作用,综合提升行业装配式建筑技术水平、管理水平;定期组织行业产品交流活动,打造装配式建筑产品供应链平台,为装配式建筑行业产品交易提供具备行业公信力的交易平台。6)装配式建筑企业管理质量监督:定期组织企业内部管理人员,协同第三方装配式建筑企业质量管理审核员,通过科学的PDCA认证流程结合国内外先进的装配式建筑企业质量管理方式,持续保障装配式建筑企业管理水平处于国际领先,国内一流地位,并逐步形成装配式建筑高质量发展的企业文化。

7)装配式建筑项目成本控制:定期组织企业项目管理人员、预算部门人员、审计部门人员,对企业内部承接的各类装配式建筑EPC项目、装配式建筑设计项目、装配式建筑生产销售项目、装配式建筑施工项目成本进行核算及评估,逐步落地并建立适合执行的《装配式建筑项目成本管理办法》、《装配式建筑项目全过程管理手册》,提升装配式建筑项目的收益率。


(二)装配式建筑技术实施路径建议


1)建立和规范装配式建筑技术体系


针对不同体系建立施工方案和工法。积极参与装配式标准规范的编制,提升企业知名度和软实力,开阔眼界和知识面。针对已有装配式建筑技术、发明等进行系统梳理,同步不断开展技术创新,申请发明专利、实用新型专利、工艺工法、软件著作权等。积极学习装配式建筑相关新知识新技术,在设计、生产和施工中应用BIM 技术、信息化管理系统等新技术。


2)搭建装配式建筑一体化建造平台


建议企业与国内领先的装配式建筑数字化服务公司,如广联达、鲁班软件、构力科技、铯璞科技等公司合作,实现装配式建筑一体化建造云平台,实现工作流程及业务协同。企业通过搭建装配式建筑一体化云平台,实现设计管理的云协同、生产管理的云协同、物流管理的云协同、现场装配的云协同,实现重点项目全覆盖。 


装配式工作流程及业务协同平台功能示例


(三)装配式建筑人才实施路径建议


为了保证企业实现技术体系、标准规范、创新发明、新技术应用、产业落地等各项工作的有序推进,建议进一步加强人才建设工作,并根据内部需求设置各年度人才培养目标,包括装配式建筑设计、管理、生产、施工、科研人员等。


企业建立装配式建筑培训中心,融合绿色建筑、低碳和超低能耗建筑的技术应用,为企业各类人员提供便利实时学习的渠道,践行装配式建筑人才培养监督机制,采用学时+考试的模式,对装配式建筑人员进行可持续培养,提供装配式建筑人才的职业上升通道。


企业将装配式建筑相关培训课程进行归类保存,形成装配式建筑知识库体系,将企业重要的知识财富进行保存留底和内部最广泛的分享。为了在短期内培养专业人员,同时建立稳定的产业工人队伍,企业搭建装配式建筑培训体系,形成专家智库,为标准化培训提供依据。装配式建筑企业培训人员应包含装配式建筑相关所有管理、设计、施工人员,具体如下所示:



领导

中高层管理

基层管理

产业工人

地产相关

董事长、总经理

项目经理

设计负责人、施工负责人

——

设计相关

董事长、总经理

项目负责人

结构设计师(节点设计)、咨询师

——

生产相关

董事长、总经理

厂长、总工程师、总经济师、试验室主任

质检员、试验员、资料员、深化设计师、技术员、材料员

混凝土工人、钢筋工人、模板工、吊装工人、数控工人、运输工人、焊接工人

施工相关

董事长、总经理

项目经理、总工程师、总经济师

检测员、质检员、试验员、资料员、技术员、材料员

装配工人、灌浆工人、焊接工人、吊装工人


(四)装配式建筑产业基地实施路径建议


构件工厂是装配式建筑领域重要的环节之一,是装配式建筑产品生产制造的重要场所。企业通过资本投入可以快速实现装配式建筑工厂的复制和布局。房地产企业也可与不具备重资产投入能力的建工企业合作,建立产供销一体化平台,成为地方建工企业的产品供应方,逐步实现企业向集成产品供应商的多元化角色转变。


(五)海外布局,参与一带一路建设


房地产企业应积极布局海外装配式建筑市场,参与一带一路建设。预计至2030年,“一带一路”沿线国家建筑业累计产值有望达44.6万亿美元。目前,“六廊六路多国多港”的互联互通架构基本形成,150多个国家和国际组织同中国签署共建“一带一路”合作协议,为中国建筑企业走出去进一步拓宽了道路。


二、房地产企业的装配式建筑发展战略


(一)建设装配式与人工智能技术、绿色、低碳和超低能耗融合的产业创新基地


装配式、绿色、低碳和超低能耗、人工智能是建筑行业2021年最流行的词语,也是国家密集发布政策文件力推的发展方向。


房地产企业可利用自身优势,建设一批装配式与人工智能技术、绿色、低碳和超低能耗融合的产业创新基地,形成“基础研究—技术创新—产业化”链条的科技产业协同发展机制,向发达国家看齐。引领和示范装配式建造产业的科技创新,充分发挥科研机构的辐射和带动作用,有助于装配式建筑产业关键核心技术的突破和转化应用,能够促进产业创新的集聚发展,为推动中国建筑业转型升级和高质量发展提供支撑引领作用。


(二)智能建造与建筑工业化协同发展


房地产企业应紧扣市场需求,深化市场调研并积极布局,围绕 BIM 与数字设计、智能工地、无人施工系统、工程大数据平台等具体方向,坚持以应用为主导开展技术研发,着力解决行业痛点、难点问题。完善市场反馈机制,不断升级产品功能、性能与基础服务,打造符合市场需求、面向行业未来的优质产品与服务,逐步积累并壮大客户群体。


三、设计企业的装配式建筑发展战略


(一)BIM技术应用助力装配式建筑设计


BIM技术主要是通过数字化的方式对建筑物的物理实体以及功能特性进行清晰的表达,通过建筑项目全生命周期各类相关的信息工程数据模型的集成,有效的实现了不同阶段、不同部门之间的数据传递和共享。随着BIM技术的不断发展,其在建筑领域发挥出的作用越来越重要。


近些年来,装配式建筑在我国获得了高度的发展,通过BIM技术的应用能够有效的提升建筑建造各阶段的衔接,提升建筑设计水平和工作效率,基于BIM技术搭建建筑工业化的信息管理平台,可以实现数据信息在不同生产和设计阶段的传递,促进装配式建筑设计的协同作业,最大程度地降低错误发生的风险。


BIM装配式建筑设计、结构模型拆分以及现场建造的过程中都能够发挥出巨大的作用。BIM技术三维模型的参数化设计实现了装配式建筑设计的可视化,有效的提升了模型拆分和深化设计的质量,为预制构件的生产加工提供了极大的便利。加强对BIM技术在装配式建筑设计中应用的研究,能够推动建筑设计生产模型和管理理念的创新,进一步促进建筑产业的工业化发和信息化发展。


装配式建筑,其核心为“装配”,即通过装配式构件组合而成的建筑。设计具有装配式特色的建筑,需要在设计初期充分考虑材质及建构法则的特点,从装配的最小单位“构件”出发进行设计,可以将之称为“装配式建筑的正向设计”。


目前国内常见的装配式建筑设计方式还是按照现浇模式进行设计,在设计后期再将建筑拆分为装配式构件。这种设计本质上与装配式建筑的建造模式相左,可以将之称为“装配式建筑的逆向设计”。


正向设计是在设计阶段对装配建造的过程进行模拟、预演,充分尊重装配式建筑的建构逻辑,并以其为设计的重要出发点进行建筑创作。这种方式才是真正适用于装配式建筑的设计方法。


(二)装配式建筑与绿色建筑、低碳建筑、超低能耗建筑的设计融合


设计院应紧跟国家的发展方向和政策指引,积极学习和实施多种类建筑的融合设计。装配式建筑与绿色建筑、低碳建筑、超低能耗建筑的设计融合是必然趋势。


(三)装配式建筑从“等同现浇”向“非等同现浇”的转变


装配式建筑近10年来一直采用了等同现浇设计方法,造成了很多设计、生产和施工困难,也有很多的质量安全隐患。为了更好地与国际接轨,更好地解决装配式发展中的问题,标准院郁银泉大师提出了从“等同现浇”向“非等同现浇”的转变,建立了非常完善的EMC结构体系。


设计院装配式建筑项目从逆向设计走向正向设计,实现装配式建筑设计的良性发展是必然趋势。


四、预制构件生产企业的发展战略


(一)装配式建筑中绿色建材采购、绿色制造是大趋势


全面推行绿色制造是《中国制造2025》提出的战略性任务,国家有关部门正在组织加大先进节能环保技术、工艺和装备的研发力度,加快制造业绿色改造升级;积极推行低碳化、循环化和集约化,提高制造业资源利用效率;强化产品全生命周期绿色管理,努力构建高效、清洁、低碳、循环的绿色制造体系。《绿色建筑评价标准》(GB/T 50378-2019),将建筑使用绿色建材的比例作为绿色建筑评分项之一。


《绿色制造工程实施指南》(2016-2020)明确提出了“百、千、万”的创建计划,即到2020年,建成百家绿色示范园区、千家绿色示范工厂、万种绿色产品,主要产业初步形成绿色供应链的绿色制造体系。绿色制造体系包括四大领域:绿色工厂(需第三方机构评价)、绿色园区(需第三方机构评价)、绿色供应链(需第三方机构评价)、绿色设计产品(企业自我声明,涉及生命周期评价报告)。


《国务院办公厅关于建立统一的绿色产品标准、认证、标识体系的意见》(国办发〔201686号)要求“落实对绿色产品研发生产、运输配送、消费采购等环节的财税金融支持政策”,“建立绿色产品标准推广和认证采信机制,支持绿色金融、绿色制造、绿色消费、绿色采购等政策实施”,“研究推行政府绿色采购制度,扩大政府采购规模。鼓励商品交易市场扩大绿色产品交易、集团采购商扩大绿色产品采购,推动绿色市场建设”。


2020年,市场监管总局办公厅、住房和城乡建设部办公厅、工业和信息化部办公厅关于加快推进绿色建材产品认证及生产应用的通知(市监认证〔202089号):“扩大绿色建材产品认证实施范围,在前期绿色建材评价工作基础上,加快推进绿色建材产品认证工作,将建筑门窗及配件等51种产品纳入绿色建材产品认证实施范围,按照《实施方案》要求实施分级认证。”绿色产品认证以及绿色建材产品分级认证实施的基本认证模式为:初始检查+产品抽样检验+获证后监督。51种绿色建材产品分级认证目录中,第一产品大类就是预制构件、钢构件,足见其重要性。


 

序号

产品大类

产品种类

1

围护结构及混凝土类(8 种)

预制构件、钢结构房屋用钢构件、现代木结构用材、砌体材料、保温系统材料、预拌混凝土、预拌砂浆、混凝土外加剂减水剂

2

门窗幕墙及装饰装修类(16 种)

建筑门窗及配件、建筑幕墙、建筑节能玻璃、建筑遮阳产品、门窗幕墙用型材、钢质户门、金属复合装饰材料、建筑陶瓷、卫生洁具、无机装饰板材、石膏装饰材料、石材、镁质装饰材料、吊顶系统、集成墙面、纸面石膏板

3

防水密封及建筑涂料类(7 种)

建筑密封胶、防水卷材、防水涂料、墙面涂料、反射隔热涂料、空气净化材料、树脂地坪材料

4

给排水及水处理设备类(9 种)

水嘴、建筑用阀门、塑料管材管件、游泳池循环水处理设备、净水设备、软化设备、油脂分离器、中水处理设备、雨水处理设备

5

暖通空调与照明类(8种)

空气源热泵、地源热泵系统、新风净化系统、建筑用蓄能装置、光伏组件、LED照明产品、采光系统、太阳能光伏发电系统


所以,做为构件生产企业的高层领导,必须高瞻远瞩,必须建立绿色意识。构件生产、材料采购、厂区建设和生产运营等,必须与节能、环保、绿色挂钩。否则,会影响企业做大做强,影响企业的发展前景。


(二)经营多种产品,提高产品技术含量和附加值


有条件的构件生产企业应研发新产品,不要局限于常规的剪力墙体系构件,走高端路线,研发技术含量高的产品。比如装饰混凝土构件的生产和应用。随着国家经济水平提升和人们审美要求提高,对于装配式建筑的外立面装饰效果会有更多需求,比如彩色混凝土、清水混凝土外墙挂板、图案混凝土装饰外墙板等应用会越来越多,产品的销售价格也会高很多。


(三)智能化生产、信息化应用


智能化生产和信息化应用是构件生产企业发展的必然之路。近几年国内有大型构件生产企业开始引进欧洲的自动生产线,国产自动生产线也开始运行。节省了人工,提高了工效,改善了工人的生产环境。


BIMERP管理系统的普及应用,也是构件生产企业的发展方向,使各工序和上下游企业、部门的信息更清晰、可视、高效、共享。


(四)生产产能溢出,可参与一带一路建设


随着国内房地产企业的波动起伏,有些构件生产企业任务不饱满,造成亏损。企业应该提早预判,进行布局。比如采取代加工,强强联合,拓展营销渠道。或者走出去,积极参与一带一路项目中的预制构件生产。


五、施工企业的装配式建筑发展战略


(一)装配式施工需融合绿色建筑、低碳和超低能耗的建造技术


装配式建筑、绿色建筑、低碳和超低能耗建筑的比例越来越高,装配式施工企业必须采购绿色建材才能满足绿色建筑需求。而且要学习积累总结新技术体系的施工方法,以保证绿色建筑质量和结构安全。


(二)智能建造、信息化应用


智能建造、信息化应用是装配式建筑施工企业的大趋势。国内外学者围绕智能建造开展了一系列研究。通过在施工机械上安装智能传感设备,构建智能化施工机械以实时评估其运行状态;应用物联网技术实现工程要素的互联互通,提高施工的智能化程度;利用人工智能技术,从视频大数据中自动检测建筑工人的不安全行为。在关于智能建造的研究多以具体应用点为主,需要在智能建造理论、关键技术等方面形成整体的系统认识,提出清晰的发展路径。


(三)培养装配式建筑、绿色建筑、低碳和超低能耗建筑施工产业工人


好的建筑质量是干出来的。施工企业需要与时俱进,培养装配式建筑、绿色建筑、低碳和超低能耗建筑施工产业工人,才能实现建筑业高质量发展。详见本报告第一章(一)节。


(四)实施装配式建筑 EPC模式


装配式建筑施工企业应积极探索从施工总承包向工程总承包EPC模式的转变,可真正实现省成本、工期、减少扯皮。装配式建筑的上下游企业多,要求高,需要协同设计、统筹策划施工、协调构件生产供货。如果采用EPC模式,可以更好地保证建筑质量、减少工期和降低成本,实现多赢。


六、工程总承包模式下的装配式建筑发展战略


当企业发展到一定规模,积累了一定的项目管理经验和人才、资金和技术资源后,装配式建筑项目实施工程总承包模式(EPC)成为其快速扩大规模、加快产业布局的必要措施。


BIM技术+装配式建筑+EPC工程总承包


BIM技术协同和集成的理念与装配式建筑一体化建造的思路高度融合,特别是在EPC工程总承包管理模式下,基于BIM的装配式建筑信息化应用的作用和优势越显突出。根据当前BIM技术的发展状况及其优势,结合装配式建筑的系统性特征,在EPC工程总承包模式下,分析BIM技术在装配式建筑一体化建造全过程中应用,通过BIM的技术应用和BIM-ERP的管理信息化应用,深度挖掘BIM技术在装配式建筑中的应用价值,助推装配式建筑的一体化高品质发展。


基于BIM的装配式建筑信息化应用优势


BIM技术能够将建筑、结构、机电、装修各专业有效地串联,形成BIM一体化设计,强化各专业协同,减少因“错、漏、碰、确”导致的设计变更,达到设计效率和设计质量的提升,降低成本。同时在EPC工程总承包模式下,BIM技术的应用能够有效增强EPC项目团队的协同管理能力,实现智能建造。


BIM信息化技术的应用


装配式建筑“设计、生产、装配一体化”的实现需要设计、生产、装配过程的BIM信息技术应用。通过BIM一体化设计技术、BIM工厂生产技术和BIM现场装配技术的应用,设计、生产、装配环节的数字化信息会在项目的实施过程中不断地产生,实现了协同。


BIM技术在设计中的应用


BIM一体化设计中,建筑、结构、机电、装修各专业根据统一的基点、轴网、坐标系、单位、命名规则、深度和时间节点在平台化的设计软件中进行模型的搭建。同时各专业还可以从建筑标准化、系列化构件族库和部品件库中选择相互匹配的构件和部品件等模块来组建模型,提高建模的标准化程度和效率。此外各专业需要进行各自设计流程的协同,通过协同工作,不断丰富BIM模型信息,最终形成集成各专业设计信息的综合设计模型。


BIM技术在工厂生产中的应用


工厂生产环节是装配式建筑建造中特有的环节,也是构件由设计信息变成实体的阶段。为了使预制构件实现自动化生产,集成信息化加工(CAM)和MES技术的信息化自动加工技术可以将BIM设计信息直接导入工厂中央控制系统,并转化成机械设备可读取的生产数据信息。通过工厂中央控制系统将BIM模型中的构件信息直接传送给生产设备自动化精准加工,提高作业效率和精准度。工厂化生产信息化管理系统可以结合RFID与二维码等物联网技术及移动终端技术实现生产排产、物料采购、模具加工、生产控制、构件质量、库存和运输等信息化管理。


BIM技术在现场装配中的应用


现场装配阶段是装配式建筑全生命周期中建筑物实体从无到有的过程。在EPC工程总承包模式下基于BIM的共享、协同核心价值,以进度计划为主线,以BIM模型为载体,共享与集成现场装配信息通过设计信息和工厂生产信息,实现项目进度、施工方案、质量、安全等方面的数字化、精细化和可视化管理。


BIM-ERP信息化管理应用


装配式建筑的BIM信息化管理是以建筑信息模型为项目的信息源。结合企业层面的ERP资源配置计划,以云技术、RFID等物联网技术和移动终端技术为信息采集和应用手段,服务于EPC工程总承包模式的一体化全过程管理。基于BIM的信息管理平台是通过建立一个数据中心作为工程项目BIM设计、生产、装配信息的运算服务支持。通过该平台可以形成企业资源数据库,并实现协同办公。


EPC工程建造的信息化管理


EPC工程总承包模式下的BIM信息化管理涉及到工程项目相关专业、相关环节、相关业务的信息化应用。需要有完备的BIM模型信息和与工程建造相关的业务信息作为基础数据支撑。


通过基于BIM的一体化信息管理平台,EPC工程建造一体化管理可以实现对装配式建筑设计、生产、装配全过程的采购、成本、进度、合同、物料、质量和安全的信息化管理,最终实现项目资源全过程的有效配置。


   BIM技术协同和集成的理念与装配式建筑一体化建造的思路高度融合,特别是在EPC工程总承包管理模式下,基于BIM的装配式建筑信息化应用的作用和优势越显突出。借助BIM等信息化技术将各环节、各专业、各参与方的信息屏障打通,进而推进装配式建筑一体化建造的实施和推广,实现我国建筑工业化和信息化的深度融合。

来源:建筑工业化装配式建筑网



第三章装配式建筑企业创新技术分享


一、北京建工产业化投资建设公司的装配式与智能建造


20217月,住建部印发了《智能建造与新型建筑工业化协同发展可复制经验做法清单(第一批)》,围绕发展数字设计、推广智能生产、推动智能施工、建设建筑产业互联网平台、研发应用建筑机器人等方面给出了明确导向。智能建造已成为建筑业转型发展的必然趋势,是破解建筑业企业目前管理粗放、劳动生产效率低、施工装备智能化程度差、“用工荒”等困局的重要抓手。


数字化、智能化是建筑行业的大趋势,数字化转型、推进智能建造技术已是刻不容缓的选择。智能建造建设应以绿色化为建造目标、工业化为产业路径、智能化为技术支撑,提升企业的劳动生产效率和管理水平,减员增效,从粗放式、碎片化的建造方式向精细化、集成化的建造方式转型升级。


智能建造是以工程项目全过程为核心,围绕人、机、料、法、环等全要素,聚焦技术、进度、质量、安全、成本等领域,通过新一代信息技术推动工程建造的开源、降本、提速、增效,实现建造智能化、业务数字化、管理信息化,从而提升企业整体竞争能力。智能建造是面向工程建造过程,以智能装备为依托,以BIM技术、AIoT、数字化监控管理系统和网络化信息传输等为抓手,实现建造过程的标准化、工业化、自动化、智能化、无人化或少人化,打造安全可靠、经济高效的新型建造模式。


装配式建筑结构型式有装配式混凝土结构、装配式钢结构及竹木结构等,应根据工程项目特点,应用各具特色的智能建造技术,实现对“质量、安全、进度、人员、机械、物料、环境”等关键控制环节和生产要素的数据自动化采集与智能化监控,项目标准化管理方面取得明显提高。深度探索智能建造应用落地,在支持工程履约,深化设计、劳动生产效率分析、辅助进度管控等方面取得显著作用。


目前,智能建造还远不能为数字化转型升级提供支撑,距智能建造发展的初衷还存在较大差距。在BIM数字化应用方面,BIM标准的协调统一滞后,限制技术应用的发展,事后BIM的现象比较突出,BIM技术创效成果不明显,尚未成为智能建造的基础性应用技术,行业内大部分单位仍以辅助性应用为主。BIM技术整体应用脱离主线业务,与工程施工的业务管理还没有真正融合。在智能生产、智能施工方面,机械化、智能化施工程度还比较低,每年劳务用工数量居高不下,工程质量受劳务作业人员技能因素制约较大。智能装备满足不了主要作业工序智能施工的需要,建筑机器人仅在少量工地的测试试用,未形成配套建筑机器人应用的施工工艺。


智能建造内容包括BIM数字化应用、智能生产、智能施工及产业协同应用等四大方面。以期实施项目数字化、智能化,提高项目数字化管理水平、提高劳动生产效率,为企业数字化转型奠定基础。积极推进土建、机电、钢结构、装饰装修、幕墙、市政桥梁等专业BIM正向深化设计工作,保证深化设计的成果可用性和跨专业协调的及时性;探索一模多用、一模到底、快速建模翻模、快速算量、基于BIM模型多方协同及互联网模式下的BIM数字化交付应用体系,促进BIM技术在工程全生命周期中应用。


智能生产围绕施工现场工厂化(如钢筋数控加工中心、模板数控加工中心、机电管线预制加工中心等)与部品部件生产工厂(如装配式构件生产线、钢结构构件生产线、混凝土自动化生产线、装配式桥梁施工智能化管理系统等)智能化改造升级的主线,建设数字化加工与管理体系,以5G技术为基础,通过引研数控设备、智能装备及配套的接入式、模块化的智能硬件终端,实现对传统设备的智能化升级改造,开发功能完善的管控系统,通过系统实现对云端所有设备的管控,达到对生产线各环节的自动化管理。


智能施工围绕施工现场建筑机器人(如混凝土振捣机器人、钢筋绑扎机器人、预制墙板安装机器人、粉刷机器人、焊接机器人)、智能装备(如塔吊智能吊装系统等)和智能数字化监控管理系统(如装配式建筑施工外防护体系智能监控技术及智慧工地系统等),通过引入市场成熟产品或研发等方式,在智能建造示范工程项目场景下,探索建立建筑机器人集群应用、智能装备应用和智能数字化监控管理系统的整体解决方案。实现从传统人工作业模式转变为智能施工模式、从传统的事后验收监控模式转变为实时在线监控模式,实现工程项目的智能化和数字化。


产业协同应用以完成装配式产业链协同能级提升为发展路径,通过核心可行性产品设计及标准化梳理,明确装配式产业链协同最核心流程闭环,前期实现基于资讯的信息撮合,逐步向交易实现拓展,后期通过服务要素间有效组合,推进平台发展延伸服务,打造产业链集成服务,完善装配式产业链各方标准规则,最终实现装配式产业链创新与治理。


 

二、北京建工新科公司的装配式建筑智能制造


北京建工新型建材科技股份有限公司(简称北京建工新科公司)是北京市首批入围装配式建筑部品认证的企业之一,并获批全国装配式建筑产业基地。公司致力于打造集装配式设计、研发、生产、安装于一体的全产业链综合服务商,具备装配式智能工厂快速建厂咨询能力、装配式建筑技术研发能力基于BIM的深化设计能力、基于自主研发的新科云平台智能制造能力、装配式施工安装及专业灌浆技术、装配式装修部品加工及安装能力等。公司下属厂区5个,总占地面积1014.72亩,具有65万立方米钢筋混凝土构件年生产能力。公司在装配式设计、研发、生产智能化、安装一体化等方面有如下研究。


数字赋能设计:在日益增长的人才需求与公司实现效益的追求下,公司于今年在装配式建筑预制构件的深化设计方向使用数字化软件探索者,主要有实现设计人员由手工化向自动化一键出图的突破、数字化一键产量配套钢筋辅材等实时传输即时感、BIM建模三维化、提高设计精确度实现同户型同构件单点联动为公司的成本管理实现降本增效。


智能三维助力构件品质:由北京市追溯预制构件过程影像留存规定以及工厂数字化管理要求等方面的背景下,最为传统的预制构件过程检验环节应用智能三维检测,并根据预制构件的产线长,控制点多等特点开发相关软件,辅助质量检测。通过完成构件测量的三维数字化、生产质量实现过程可影像追溯性、出厂产品的三维数字化管理等问题,可以更好地实现生产过程全自动化作业,满足国家对传统建筑业智能制造的发展方向要求,也侧面减少人工,使得企业向数字化转型升级,同时降低生产管理成本,提高质量检验准确率,全面实现降本增效的目标。


精益制造提升装配式生产基地能效:完善信息化,以总体系统的思路,将管理、信息化、自动化有机组合,逐步构建精益制造智慧工厂未来目标蓝图;实现精益管理,在系统推进的同时,将管理体系IT固化,计划、生产管理、库存管理、成本管理、绩效管理数据化,精细化。实现自动化提升:将现有三一线、新大地线的产能充分发挥的同时,实现自动化升级;钢筋生产线进行升级与优化。标准化管理,消除车间生产过程中的浪费,优化其生产过程中的各项环节,实现资源的合理分配和使用。解决基层实际问题的设备改进研究,实现自动化、智能化的装配式构件生产,降低人为因素影响。


三、中国二十二冶集团的装配式先进技术


(一)钢混凝土板柱结构体系关键技术


1.背景、研究目的、意义


近些年国家大力推进钢结构装配式住宅试点建设工作,但在推广应用特别是产业化过程中,户型设计不完善、钢梁外露、墙体开裂、防腐防火有效期与结构使用年限不匹配等共性问题也逐渐显现,从而解决钢结构建筑体系缺失、无配套墙体、防腐防火保温有效期与结构使用年限不匹配等技术问题是加速产业化进程的关键所在。开展装配式高层钢结构住宅结构技术研究与应用,达到节能环保、降本增效的同时解决了钢结构住宅维护体系不配套、梁柱外露等普遍问题,极大的促进产业发展与升级,推动设计理念的进步。


2.关键技术内容


建立抗侧力结构和抗重力结构相对分开的结构分析模型,提出可分结构体系设计计算理论和方法,研发出装配式高层钢结构住宅的钢混凝土组合结构体系,实现了梁柱不外露,室内无柱大空间、户型可自由分割灵活布置,显著提升了住宅使用性能。

 

基于钢管联肢柱、H型钢梁、钢支撑与混凝土墙连接构造的一体化围护墙板技术,既提高了钢管混凝土柱的抗侧能力又解决了钢柱外露冷桥问题。攻克了装配式钢结构建筑围护体系配套难题。


混凝土组合结构防腐防火一体化技术,给出了钢结构防火防腐装饰一体化整体解决方案,解决了住宅建筑中钢结构防火防腐的难题。

 

可快速装配、刚度可调的梁柱连接节点。避免现场全熔透焊接作业,加快作业速度,提高连接质量。

  

开发出装配式钢混凝土组合结构体系构件制作、安装工艺及其专用生产线,形成了工艺设计、制作、安装及验收成套技术和标准,实现了科技成果的规模化应用和产业化。

 

3.与同类技术对比创新点、优势(数据对比)


成果解决了传统钢结构建筑梁柱外露功能适应性差、现场焊接多、防腐防火费用高且耐久性不足等共性难题。与传统钢结构、相同预制率PC结构相比,工期可缩短约30%,用钢量较同类钢结构住宅减少15%以上,材料损耗减少约60%,建筑节能达到75%,节约人工50%,建造及后期运营维护成本更低,造价更省。可实现钢材的循环利用,主体材料回收率在90%以上,有效促进建筑行业的绿色发展。


4.推广应用情况


此研究成果在唐山市浭阳新城A-4-6地块商住楼项目4#楼进行了示范应用,4#楼是国内首个同时运用装配式混凝土和装配式钢结构核心技术绿色施工样板工程,被列为国家重点研发课题示范项目、住建部科技示范工程;先后获评国家AA级《装配式建筑评价标准》范例项目、河北省部级新技术应用示范工程、建设科技示范工程。先后在中国国际住宅产业化博览会、雄安绿色建筑博览会等多项大型活动展出,并在唐山成功举办了成果发布会,技术及产品得到同行、专家及各大媒体的一致好评与报道,品牌知名度显著提升。


(二)预制剪力墙搭接连接技术


  1. 背景、研究目的、意义


目前国内装配式混凝土剪力墙结构技术研究应用已取得了一定成就,最具代表性的是套筒灌浆连接及约束浆锚连接两种方式。但以上技术存在套筒等孔道埋件用量多、安装对孔繁琐、注浆作业量大、连接质量不易检查、楼板无法连续施工等共性难题。我公司依托国家部委科技支撑计划等重点研发项目,开展装配式混凝土结构建筑技术与应用攻关,研发出“装配式混凝土结构同层浇筑施工技术”,攻克了上述技术瓶颈,作为套筒灌浆、浆锚连接以外的第三种工艺,颠覆了社会对装配式建筑成本高、难度大、隐患多的认知,从根本上解决了装配式建筑高效施工(要求构件连接工艺简单,提高现场施工速度)与工程质量(要求构件连接可靠,满足结构性能要求)之间的矛盾,提升了装配式剪力墙结构在住宅建筑领域中成本、效率、质量等方面的优势,填补了国内外相关技术空白,对于推动我国装配式混凝土建筑的发展具有重要意义。


2.关键技术内容


创新研发出预制剪力墙竖向搭接连接技术。该技术是将预制墙体竖向钢筋在底部与下部预留竖向钢筋进行搭接连接。不同于全部使用套筒、浆锚搭接连接的预制墙体,该技术应用可大量减少灌浆套筒、波纹管用量,现场钢筋安装便捷高效,有效降低生产建造成本。

  

创新研发出预制剪力墙底部预留后浇区施工技术。该技术主要通过预制墙板底部预留“凹”型后浇区域,后期浇筑混凝土来实现结构墙体连接。该技术可以实现墙体安装全程“透明化”施工,便于钢筋连接质量检查验收,同时使线盒管线安装更为便捷,作业更高效质量有保证。通过42片足尺试验构件的结构力学性能和抗震性能试验,采取多种不同轴压比、配筋方式、剪跨比等变量测试,对比同规格现浇剪力墙,验证了本技术应用结构“等同现浇”的抗震性能。

 

本专利技术首创了预制混凝土墙体预留孔道灌注技术。在墙体制作时预留有贯穿顶部与后浇区的孔道,混凝土通过孔道灌入,实现同层墙体与叠合楼板混凝土一次性浇筑,缩减工序间隔时间。

 

3.与同类技术对比创新点、优势(数据对比)

序号

底部搭接连接技术

套筒、浆锚连接技术

技术优势

1

节省80%以上孔道埋件,缩减生产周期及成本。

灌浆套筒等孔道预埋配件多,制作步骤多,精度要求高。

制作

效率高

2

后浇区搭接连接,混凝土替代灌浆料,节省材料降低成本。

现场用料多,拌制工序多。

建造

成本低

3

现场对孔、灌浆作业少,墙体楼板一次性浇筑,缩减工期1/层。

孔道数量多,安装纠偏繁琐;注浆工作量大;楼板、墙体施工间隔期长。

安装

效率高

4

后浇区钢筋、管线全程透明化作业,隐蔽质量有保障。

现场注浆过程无法控制,只能凭借出浆孔溢浆观察,后期检测麻烦。

质量

有保障

 

4.推广应用情况


本技术通过企业研发和营销的有机相结合于2013年开始批量应用,在唐山市丰润区浭阳新城项目五区9#10#楼、唐山浭阳新城二区A-4-6地块商住楼项目7#楼、浭阳新城五区一期项目、浭阳新城D-1地块商住楼项目等工程中完成了该技术的推广应用工作,具有显著的经济效益和社会效益。


(三)智慧建造技术


1.背景、研究目的、意义


随着国家产业结构调整和建筑行业对绿色节能建筑理念的倡导,装配式建筑以其减少环境污染、缩短工期、提高建造质量等优点备受关注。现今建筑产业发展也逐步从信息化、数字化、智能化向智慧建造转变,并且装配式建筑则是首当其冲。公司结合自有装配式构件制造硬件基础、生产工艺技术和工厂运作模式,通过对PKPM-BIM全专业协同设计系统、装配式建筑全流程集成应用系统等BIM技术的选择与适配,将BIM技术充分应用于产品研发、设计、生产、施工等环节,从而实现装配式建筑产业的数字化转型与升级。


2.关键技术内容


通过BIM平台对项目全生命周期过程管控及项目参与诸方的信息共享,在项目执行过程中针对项目规划、设计、生产、施工等不同阶段的关注重点,设置差异化的风险点管理,同时通过风险数据的及时采集和图表分析,为项目管理者实现科学经营和制定经营决策上提供科学依据,从而解决项目不确定性,增强项目可视化管理,提高信息传递效率,降低出错概率,从而保证项目全生命周期管理的经济价值和社会价值。


3.技术创新点、优势


项目管控方面


本平台拥有多种项目进度计划、质量和安全信息采集方式。在平台中,信息化+BIM的管理模式可视化地展示项目进度计划执行情况、质量和安全管理信息,并实现问题的精准定位,为项目管理者及时了解项目实际情况、保证项目顺利完成提供数据基础。


可通过BIM图文信息实现项目的高效管理。采用协同办公、网上审批进行无纸化数据管理,可保障项目生命周期内各个阶段信息完整,为项目竣工验收、后期运维提供数字化的成果交付。


厂区管控方面


PKPM装配式智慧工厂管理平台应用,集成了信息化、BIM、物联网、云计算和大数据技术,面向多装配式项目、多构件工厂,针对项目的全生命周期和工厂的全生产流程进行管理。将生产信息可视化,并实时刷新工厂信息,分析生产数据,构件厂信息查询更简单更高效。


PKPM装配式建筑设计软件PKPM-PC应用。在BIM平台下实现了装配式建筑的精细化设计:构件库的建立、三维拆分与预拼装、碰撞检查、预制率统计、加工详图、材料统计、BIM数据到生产加工设备。


可以实现构件深化设计配置,根据运输尺寸、吊装重量、模数化要求,自动完成构件拆分;能根据国标设计规范要求完成自动设计,并自动化生成匹配度高精度高的构件详图。交互拆分及拆分修改,能交互布置构件、预埋件、预留孔洞等。同时会将各类构件及配件用量进行统计,形成数据报表。


4.应用情况


公司预制构件厂区、研发设计中心及唐山市丰润区浭阳锦园等工程采用了智慧管理平台的智慧建造与生产技术,该技术的应用提高了设计、生产及施工管理的效率和时效性,进一步打通集团公司、区域公司、构件厂、装配式项目等多个层级,大大提高工厂生产效率,增强质量和工期管控,促进新型建筑工业化的发展与升级。


四、北京市燕通建筑构件有限公司的智能制造


北京市燕通建筑构件有限公司于20138月由北京市政路桥集团和北京市保障性住房建设投资中心为加速推进北京市保障性住宅建设、践行住宅产业化理念合资组建。燕通公司立足市场,目前已形成昌平、顺义、蓟县、霸州、沙城、承德等8个生产基地,建设多条现代化流水线产能格局,年生产能力大于50万立方米,现已成为京津冀地区规模最大、实力最强的建筑构件生产企业。企业通过了国家高新技术企业认证,蝉联“全国房屋建筑预制混凝土构件十强企业”,获得“2017中国土木工程詹天佑奖优秀住宅小区金奖”“2020年中国建材企业500强”“企业信用评价AAA级信用企业”。


燕通公司拥有一支包括教授级高工、高级工程师、工程师在内的生产技术、设计及研发、质量控制人员的团队,参编了《混凝土外加剂应用技术规范》《清水混凝土预制构件生产与质量验收标准》《预拌混凝土质量管理规程》《预制混凝土构件质量检验标准》《北京市老旧住宅抗震加固施工技术导则》《装配式剪力墙结构设计规程》《装配式混凝土结构施工与质量验收规程》《钢筋连接用套筒灌浆料》《预制混凝土构件质量管理标准》《装配式混凝土结构建筑技术标准》《钢筋套筒灌浆连接技术规程》《装配式建筑预制混凝土夹芯保温墙板》《纵肋叠合混凝土剪力墙结构技术过程》等国家、行业、地方和团体标准。


公司与中国建筑科学研究院建材所合作,承担了中国绿建委项目“预制装配式混凝土构配件生产制造中关键问题研究”、与中国建筑科学研究院检测所合作,进行国家科技部重点项目“6·5课题绿色建筑及建筑工业化工业化建筑检测与评价关键技术研究”、北京市科委项目“结构装饰保温一体化外墙板及其配套产品的研究与开发”、北京市科委项目“超低能耗建筑技术研究与集成示范”之“真空绝热保温板复合预制剪力墙开发与应用”、北京市科委项目“装配式住宅用耐候密封材料关键技术研究与应用”、主持北京市科委“中央引导地方科技发展专项”项目之“装配式新型墙材体系与构件套筒灌浆连接关键技术研究与应用”、北京市住建委项目“老旧住宅抗震加固、节能保温及装饰工业化技术研究”、北京市规委项目“装配式剪力墙结构技术规程研究”以及北京市政路桥集团项目“住宅产业化关键技术研究”等多项与建筑产业化相关的科研攻关项目。


自主研发装配式构件信息管理系统(PCIS)、预制装配式路面、预制构件立体储存技术、快速装配模板等多个项目,获得“便携多接头气压式小型套筒灌浆设备”“一种用于预制混凝土墙板生产的轻型侧模体系”等发明和实用新型专利30余项,获得“装配式构件信息管理系统【简称PCISV1.0V2.0”等计算机软件著作权21项。


燕通公司核心业务涵盖:深化设计、新产品新技术研发、PC构件制造、装配式装修、灌浆技术服务、咨询培训和信息化管理服务等七个板块。自主研制出“PCID预制构件身份证技术”和“PCIS装配式构件信息管理系统”,给预制构件定制了身份证,通过现代网络技术、远程通信技术和云存储技术,实现了“预制构件工程信息、质量控制信息、储运和安装信息”的精细化、网络化、数字化管理,为装配式住宅全生命周期管理打下了基础。


(一)厂区基础设施及工艺介绍


1.自动化生产线


燕通公司现有自动化流水线20余条,建设了北京市第一条装配式建筑构件自动化生产线。流水线可同时生产叠合板、内墙板等水平构件,每一部都在固定工位操作,完成后通过循环模台输送到下一个工位,降低工人劳动强度,并能实现集中蒸养,节省成本,提高效率。


拥有固定式模台生产线近40条,各规格模台近2000张,工艺通用性强,尤其是异型件的生产。不受作业时间限制,适合工序复杂、工序作业时间长的混凝土构件生产。 

 

2.轻质隔墙生产线


该生产线依托科技部“十三五”国家重点研发计划项目《工业化建筑部品与构配件制造关键技术及示范》,采用工业设计理论和模数化、标准化设计方法,深入开展工业化建筑部品与构配件的全过程数字化加工生产、一体化成型、产品管理控制等关键制造技术,对隔声、装饰一体化预制内隔墙高效自动化生产进行示范。生产线包含轻质高强低收缩泡沫混凝土制备、浇模制作、温控固化、开模脱模、蒸汽养护、包装成品入库等工艺过程所配套的高效自动化生产设备,不仅大幅提高了部品与构配件生产制造效率,还提升了部品模块化、系列化、标准化和构配件标准化制造技术水平。

  

3.立模生产设备


成组立模PC生产设备采用成组立模成型技术,模块化控制,实现新型PC大墙板的工业化生产,极大提高生产效率,减少占地面积,生产车间面积是传统平模法生产车间的1/3。成型墙板几何尺寸准确,生产灵活。 自动化程度高,节省人工,降低劳动强度。满足高品质、自动化、大规模生产的要求。


4.保温板裁切生产设备


保温板自动裁切:软硬件相结合,软件实现保温板最优化切割,减少浪费;调整目前机床裁切方式并提高机床裁切效率,增加环保设施。软件对每块构件的保温板编号命名,方便现场拼装,生成点位图以数据表的形式发送至切割机,进行精准化切割。


5.模具生产设备


燕通公司拥有激光切割机多台,利用激光切割机进行模具制作,不仅实现了对各种复杂样式零件的精准下料,提高了模具制作水平,还通过合理的切割排版,实现了对材料的最大化利用,节省了模具的制作成本。利用BIM技术参数化出图,提升了模具设计水平。优点:


1)节省切割时间:硬切割速度比手动切割稍快,主要节省了切割图案定位点的测量时间。整个钢板切割图案布置好后,可以同时直接输出所有工件。图形类型越复杂,切割就越需要节省机器时间。

2)提高切割精度:数控系统控制的数控切割机的切割过程始终保持一致的速度,控制精度可以达到-0.2mm

3)切割材料的最大利用率:有效地节省材料成本,废料有效利用。

                  

6.钢筋生产设备


网片焊接机,通过CAD图纸导入,识别网片尺寸、间距等所有参数。根据网片参数,网片钢筋可自动调直切断、摆放到位,并实现高效、连续焊接。该设备可加工带门窗网片、L型、U型、Z型网片,主要应用于公司生产的PCF板、夹心保温外墙板、叠合板等预制构件,满足预制构件多样化的网片需求,有效提高了预制构件的生产效率,该设备仅需1人操作,可替代钢筋绑扎工人10人,大大降低了钢筋加工绑扎成本。


封闭箍筋自动对焊机,该设备通过水平链条将钢筋快速传送到对焊电极,对焊电极通过气缸上下压紧钢筋,完成钢筋整形并进行箍筋对焊,焊接完成的钢筋传送至钢筋收集箱中码放整齐,整个焊接过程形成流水工作,1分钟可焊接封闭箍筋12根,1套设备仅需1人操作,封闭箍筋单位加工量相当于4台传统对焊机之和且对焊合格率高达95%以上,1台设备1天可加工封闭箍筋4000余根,有效降低了封闭箍筋的加工成本。


     全自动钢筋绑扎机器人,由布筋装置、机械臂、3D相机、全自动绑扎手等部分组成,结合3D成像、机器视觉、机械臂控制、PLC等技术,实现了立模钢筋笼的布筋及自动绑扎。显著提高钢筋绑扎环节的效率,操作简便,减少人员投入,降低人工成本。

 

7.构件储存场地


燕通公司的八个生产分部具有大面积的构件存储场地,合计存储场地达50万平米,以满足项目供货需求,保障项目进度。


(二)燕通公司核心技术成果展示


  1. 预制构件信息化管理集成技术


在经历了我国预制构件发展的各个阶段后,燕通公司开始运用计算机及网络技术对预制构件生产进行控制与管理,开发了装配式构件信息管理系统(简称PCIS)。PCIS是贯穿装配式建筑构件设计、原材料采购、构件生产、物流、安装以及后期维护的构件全生命周期的计算机信息管理系统。


成本控制:PCIS成本控制是以项目核算为核心。BIM技术的应用可快速的为每一种构件生成物料清单(BOM),系统提供项目理论成本的自动生成功能,每月物料自动摊销,成本自动归集,自动分析项目理论成本与实际成本差异,为成本控制提供强大的工具。


采购控制:PCIS根据施工进度计划,自动生成物料需求计划(MRP),辅助生成采购计划。每月自动对实际采购与需求计划进行对比分析,为采购控制提供数据支持。


进度控制:PCIS可快速生成项目施工形象进度计划,根据实际施工进度,自动对总体施工形象进度计划进行调整。可直观对比构件生产实际进度与施工进度。在施工进度计划经常改变的情况下,适时调整构件生产进度。


科学排产:科学排产是构件生产企业生产计划的核心,既要满足现场施工进度的需求,又要考虑到固定台模、侧模的数量、存储厂地的限制以及实际操作过程的灵活性。PCIS提出了任务池方式的弹性任务自动规划模型,系统自动规划匹配固定台模、侧模与任务,并给出具有弹性的优化任务计划,大大提高了生产任务安排的科学性与效率。


钢筋下料:通过BIM技术应用,可计算出每种型号的装配式建筑构件钢筋实际下料尺寸与具体形状,提供给相应的设备相关参数,使得钢筋加工严格按照生产任务单加工、生产任务单领料成为可能。大大提高了钢筋加工效率,减少了钢筋半成品库存,降低了钢筋损耗率(从原有的2.5%损耗率降低到0.5%)。


PCIS与无线互联网:PCIS为每一块建筑构件安装了一个RFID芯片。通过手持终端可读取芯片信息,同时手持终端通过无线互联网将信息实时传递给主服务器,实现了建筑构件生产信息实时反馈,质量可追溯到每个负责人,生产进度更加及时准确。使得大规模、多项目、多分厂建筑构件生产模式成为可能。


成品库存管理:存储厂地是制约建筑构件生产的重要因素。PCIS成品库存管理为每一块建筑构件设定了库位信息,大大提高构件装车效率、减少差错;系统设定了动态库区的概念,为每一个库区设定库容。通过库容率指标反映成品库存情况,及时调整生产节奏。


生产自动化:PCIS生产任务单的基本单元是每一块建筑构件,包含每一块建筑构件的构造信息与生产计划。系统提供了接口数据可与各类自动化设备对接,完成生产自动化。


质量管理:PCIS提供了预制构件质量缺陷库,归纳了预制构件质量通病,为生产及质检提供了重要参考,使质量缺陷的追溯和数据挖掘分析成为可能。


试验管理:PCIS提供了预制构件通用的试验表单及试验取样控制流程,大大提高了工程试验及数据处理的效率,使合格证的生成更为科学、方便、准确。


针对预制构件企业管理痛点,以提高生产效率、提高产品质量、降本增效为目的, 以预制构件身份数字化技术(RFID技术)为核心,将预制构件深化设计(BIM技术)、生产制造和运输安装管理(MES系统)、企业资源管理(ERP系统)等众多管理要素进行了流程再造和信息化集成,实现了产业链企业信息化管理和智能化生产的高度融合,对于解决装配式构件型号众多和数量巨大造成的差错率大、产业链企业信息流不畅造成工期不可控、集团企业计划安排困难、产品质量可追溯性差、产品储存、运输和安装等管理问题具有示范意义。


2.多样化外饰面


    清水混凝土直接利用混凝土成型后的自然质感作为饰面效果的混凝土。可分为普通清水混凝土、饰面清水混凝土和装饰清水混凝土。装饰清水混凝土表面形成装饰图案、镶嵌装饰片或彩色的清水混凝土。


    开发了多样化装饰技术,金属板(铝板);防火木、重组木;纳米中空玻璃涂料、玻璃(光伏)、瓷板、陶板;水泥纤维板仿多种效果(清水混凝土、古砖、石材等)、石材等饰面材料作为外饰面,借鉴干挂、幕墙等方式,实现连接方式的标准化、通用化,取消外叶板,采用高效A级保温材料(减薄),实现外饰面可更换。

  (三)装配式内装修


装配式装修模块化隔墙集成了支撑构造、填充构造和成品饰面层,集成了设备带并预留水电点位标准接口,具备防火、隔音、耐冲击性能要求;工厂制造,现场直接拼装,省去多道复杂工序,施工速度快;作业环境友好,无污染、无垃圾,集成化程度高;接口减少更加通用化,减少空腔占用面积,敲击踏实无空洞;饰面多样化可兼容壁纸、壁布、PVC膜、陶瓷等行业内所有饰面材料;满足居住舒适安全、健康环保等基本功能;满足个性化、可拆改的需求。


(四)代表性技术:纵肋叠合剪力墙体系


   纵肋叠合混凝土剪力墙采用工业化生产的纵肋空心墙板、夹心保温纵肋空心墙板、叠合板、阳台板、空调板、楼梯等预制构件,通过现场装配、与现浇混凝土的有效结合,可靠连接形成的装配整体式混凝土结构。


夹心保温纵肋空心墙板:由预制的混凝土外叶板、保温板、混凝土内叶板及中间支撑连接混凝土纵肋组成的空心预制构件。一层竖向筋和水平筋位于内叶混凝土板内,另一层竖向筋和水平筋位于保温板内侧内叶混凝土板空腔内。


  1. 纵肋叠合剪力墙优势

1)技术安全合理:通过墙板空腔内搭接钢筋和后浇混凝土形成整体结构,钢筋配置方式与国


内现行规范要求基本一致;通过中国建筑科学研究院实验研究证明,该体系的抗震性能与现浇结构基本一致,完全可以满足国家现行标准要求。

2)免灌浆套筒:节省材料,减少施工程序,无验收和安全担忧。

3)自动化生产,生产设备投资低:可充分利用现有自动化流水线,配合墙板成孔专利技术,实现自动化生产,无需其他的设备投入。

4)施工便捷,工期缩短,质量可控:安装过程便捷,无需复杂操作;现场基本实现少模板、少支撑;与现有技术相比,对工人技术要求不高,更适应于现阶段的施工管理水平;易于质量管控和验收。

5)降低成本:与现有技术相比,实现同样的建筑功能前提下,成本可降低150/m2左右。


2.纵肋叠合剪力墙在丁各庄公租房项目中的应用:


丁各庄公租房项目位于北京市通州区宋庄镇丁各庄村。总建筑面积30.75m2,户内装修全部采用装配式装修,外墙装饰1-4层为保温装饰一体板,5-顶层为瓷板反打饰面。结构形式为装配式混凝土结构。该新型体系因优势明显,在丁各庄公租房项目中得到规模化应用。该体系特点为:

1)采用竖向受力钢筋在特制空腔内搭接连接,避免套简灌浆连接;(

(2)外墙可结构保温装饰一体化生产,有效降低维护成本;

3)体系整体性能良好,适用于80m以下高层建筑;

4)投资少,经济效益良好,与套筒灌浆链接剪力墙相比,结构安装施工成本降低150/m2以上。

5)纵肋叠合剪力墙结构自身特点,采用大尺寸纵肋空心墙板布置方案和墙板标准化设计技术,可有效降低预制墙板规格,提升了建造效率,降低了建造成本。

6)竖向连接节点采用环形竖向受力钢筋在特制空腔内搭接连接设计,避免了套筒灌浆连接安装、检测困难等问题和叠合剪力墙等体系后插筋定位困难、存在搭接间隙、搭接长度等问题,保证了结构受力安全,提升了墙体安装效率。

7)采用瓷板反打饰面预制外墙生产技术,可利用现有设备,快速投产,降低了前期投资成本,实现了装配、保温与结构同寿命,降低了后维护成本,同时丰富了饰面效果,提升了装配式建筑表现力。

8)通过安装机具开发,底部接缝封堵、预制墙体精确定位安装、后浇混凝土密实浇筑等专项工艺研发,形成高效施工技术,有效提升了新体系的施工安装质量和效率。

(五)燕通公司工程项目展示


北京城市副中心住房项目应用了燕通公司自主研发的专利技术——瓷板反打技术和硅胶模反打技术,该项目构件总体方量达到了108,700m³


马驹桥公租房项目是国内首个全部住宅均采用装配式剪力墙结构、装配式装修的保障房小区。首次在预制构件内植入RFID芯片,可动态查询每个构件的新型。首个全部清水混凝土外立面小区、已建成的最大规模装配式住宅小区。

温泉公租房项目采用装配式剪力墙结构、装配式装修的保障房小区。国内首个真空绝热板预制三明治复合外墙板项目。该项目达到了四天一层的施工进度。

郭公庄一期公租房项目是国内首个开放街区、装配式剪力墙结构、装配式装修的保障房小区,全面应用燕通公司自主研发的PCIS系统,预制构件14类,638种规格,13,550块,混凝土方量9,000m3

台湖公租房项目是公司承接的最大单体项目,构件方量74,400m3

焦化厂公租房项目为高层建筑,其中的装配式被动房建筑首次应用了公司自主研发的超低能耗外墙板。项目构件方量达到37,900m3


 

五、山东瑞坤的地下建筑装配式新技术体系


山东瑞坤装配式建筑科技有限公司与山东省建科院、济南市人防建筑设计研究院共同研发了《地下装配整体式混凝土建筑技术体系》,该体系首次实现了地下建筑的装配式建造,在施工速度、经济效益方面均取得优异的效果。


(一)探索装配式体系在地下工程中的应用


解决住宅产业化标准化设计弱、模具重复利用率低、大量的非标准构件导致生产效率低下等问题,研究出一种适用于地下空间开发的高效率、高质量、低成本、速度快的建设模式。


(二)探索装配式体系在人防工程中的应用


结合人防工程的特殊性,考虑好空气冲击波负压问题,解决好工程的密闭性和整体性问题,研究适用于人防工程的装配式建筑体系。


(三)体系简介


地下建筑(含人防)装配化主要是指梁、柱、楼板、楼梯、外墙、内墙(基础采用现浇)的标准化设计、工厂化生产、装配化施工。重点考虑针对地上建筑物投影以外的区域(包括:单建、楼与楼中间的地下空间建筑)采用预制装配技术。

因为地下空间主要是以功能为主,几乎无造型要求,在外界条件(荷载、水位、净高、跨度等)基本相同的情况下较容易的实现构件标准化,所以完全可以做到像生产瓷砖一样预制地下空间的装配式构件。


(四)主要预制构件


  1. 槽型叠合板


考虑到整体受力要求,所以对预制行架叠合板进行了变种——单向预制叠合槽型板。这种预制板可以使整体结构受力更加明确:板→肋梁X向主梁→柱→基础。其优势如下:

1)可以强化X向主梁,弱化Y向主梁,使其梁底标高错层方便施工;

2)类似于预制空心板,减少自重;

3)仅肋梁底部钢筋锚入主梁,预制板内钢筋主梁侧不出头可以简化施工。


2.预制叠合梁


为了更少的使用临时支撑,让预制构件自身支撑,预制叠合梁采用倒T形,翼缘放置预制叠合板,叠合梁挑耳用于承受施工荷载,充分考虑其施工荷载与竣工承载能力。梁底部钢筋因其受力特点,考虑到柱牛腿的加持作用,在规范的允许范围内尽可能地少出钢筋锚入柱内;柱上钢筋无法满足过中线的要求,又考虑到容错性问题,故采用帮条焊的方式实施。


3.预制柱


预制柱采用预制牛腿柱、柱与基础的连接采用柱下杯口基础。预制柱的选择主要考虑三个方面:

1)预制柱材质的选择;

2)与基础连接节点选择;

3)与预制梁板连接节点选择。


4.预制墙板


实心墙体主要考虑受力节点、运输吊装和防水等问题。基础可以采用墙下杯口基础,灌浆套筒方式因为防水问题在此处不能使用。因为运输吊装要求,预制墙体在高度高于3米的情况下,宽度控制在3米以内,这样自重也得到了很好的控制,可以用普通型号的汽车吊进行吊装。


(五)经济效益分析


项目的施工取得了优异的效果展现,相比较现浇建造方式,优势如下:

1)建筑质量高:构件工厂质量高,多了一道出厂检测过程,可以做到无残次品出厂;

2)用工少:全程施工作业6个人;

3)施工速度快:单个构件安装2- 5分钟;

4)节材:安装过程无支承,少量标准钢模板循环利用;

5)干净:无扬尘、无废弃物、无施工措施辅助物;

6)无噪音:机械化施工无噪声污染。

六、天津百利环保的“灌芯装配式混凝土剪力墙结构”技术


    灌芯装配式混凝土剪力墙结构技术,采取剪力墙墙身竖向分布钢筋布置在剪力墙空心孔两侧,通过向空心孔中插入钢筋结合现浇混凝土实现搭接式连接。墙体底部的板腿形成架空空间,利用混凝土浇筑填充后完成剪力墙的竖向连接。该技术钢筋的搭接式连接和现浇混凝土连接,实现了上下层的竖向墙板与横向的叠合楼板的一体化结构。此技术施工简单方便,效率高、质量好。


(一)灌芯体系预制剪力墙的设计


 “灌芯装配式混凝土剪力墙结构”的预制混凝土剪力墙,沿着剪力墙墙身竖向分布钢筋的位置,预制竖向贯通的空心孔;剪力墙的竖向分布钢筋布置在空心孔中心对应的朝向墙面外的孔壁内,并且贴近孔壁布置;剪力墙墙身水平分布钢筋绑扎在剪力墙墙身竖向分布钢筋的外侧;为了减小搭接长度、增加锚固和连接效果,剪力墙墙身竖向分布钢筋在预制混凝土空心墙板的上下两设直角弯钩;在楼层处设置连接上下两层墙板竖向分布钢筋的闭合环形连接钢筋,紧贴预制混凝土空心墙板内的墙身竖向分布钢筋布置,与墙板内的竖向分布钢筋的搭接连接长度按混凝土结构设计规范要求取值即可;在往空心孔内浇筑混凝土后,实现上下层墙板竖向分布钢筋的搭接连接。


预制墙板底部竖向钢筋连接区域,水平分布钢筋应加密,加密区加密钢筋直径不应小于8mm,其间距(包含水平分布筋)不宜大于100mm,竖向钢筋连接区域为预制墙板底面至紧贴搭接钢筋顶部,不应小于300mm。预制墙板的连梁与作为约束边缘构件的暗柱接缝连接,以及当接缝位于纵横墙交接处的约束边缘构件区域时,约束边缘构件宜全部采用后浇混凝土。


灌芯装配式混凝土剪力墙结构技术可实现省工、省时的优势,可降低工期成本。优势如下:


灌芯装配式混凝土剪力墙结构的空心结构,在同等幅面预制构件里质量更轻,可有效减少塔吊负担,提高施工效率。


灌芯装配式混凝土剪力墙结构的施工过程无需灌浆工艺,冬季可施工时间更久。


灌芯装配式混凝土剪力墙结构的安装连接更易实施,无需精准对正,搭接钢筋与空心孔可轻松矫正,只需借助措施钢筋作为导套,即可轻松完成施工。


灌芯装配式混凝土剪力墙结构的安装速度快,吊装到位最快只需 1 分钟,完全等同于现浇施工速度,可确保施工进度顺利推进,提高施工效率。


在同等条件下,塔吊可调运预制构件的单件更大,减少吊次频数,提高吊装效率。


灌芯装配式混凝土剪力墙生产制作工艺简单,施工中无需工具再造,全部现成可用,减少了模板与现浇混凝土的工程量。专业施工技术培训周期短,易上手,工人可快速上工。


灌芯装配式混凝土剪力墙结构质量可控,无遮蔽的直视钢筋节点,等同于现浇的节点设置。


(二)灌芯体系案例


中铁逸湖(已完工),建筑面积:6万㎡,构件工程量:6000m³

总包单位:中铁天丰建筑工程有限公司

 

北京市延庆碧桂园京源著(在施中),总包单位沈阳腾越建筑工程有限公司。

预制构件类型:预制外墙板(灌芯体系)、预制内墙板(灌芯体系)、预制叠合板、预制空调板、预制PCF板、预制楼梯板。



来源:钢结构装配式建筑网,高春风中建协认证,有侵权请联系我们。

2021年全国装配式建筑发展报告(上)

2021年全国装配式建筑发展报告(上)


 

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作者: ganggouren

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