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關于裝配式住宅發展的思考

       摘要:住房和城鄉建設部科技發展促進中心與北京大學,于2010~2012年合作開展了對我國綠色建筑項目的調研,較為全面地研究綠色建筑技術經濟成本效益。本文是從有關報告《中國綠色建筑技術成本效益分析》的資料與內容,加上筆者近期的綠色建筑經濟研究整理而成。首先對近年國內相關研究工作回顧綜述,帶出對建立統一綠色建筑的成本效益分析方法的必要性,把綠色建筑成本效益數據信息陽光化,使行業對于綠色建筑的經濟效益有更加全面和確切的認識。本文再對研究成果中有關住宅綠色建筑的成本和效益分析方面做出表述,提出評估“經濟效率”的概念,并對我國未來在綠色建筑激勵政策發展提出建議。

  關鍵詞:綠色住宅,成本效益分析,經濟效率

  裝配式住宅(尤其是鋼筋混泥土裝配式住宅),作為當前住宅建設的新型技術手段,其本身已涵蓋了產業化、工業化、工廠化的內容,是促使傳統的建設方式向集約、節約、綠色、環保、科技等現代化建設方式轉變的有效途徑,是綠色建筑的新載體,值得大力推廣。

  縱觀國內外裝配式住宅的發展歷程,按照結構體系可劃分為混凝土結構體系(預應力混凝土裝配式框架體系、預制裝配式剪力墻體系、混凝土內澆外掛體系)、鋼結構體系(型鋼體系、輕鋼體系)、木結構體系(土木、鋼木、竹木等體系)等等。各個國家和地區根據經濟、社會、工業化程度、自然條件的不同,裝配式住宅結構體系類型、技術特點及發展趨勢各不相同。一般來說,鋼結構體系和木結構體系裝配化率最高,技術、標準、規范比較成熟,在國內外都很流行。而混凝土結構體系的裝配化率在國內才剛剛起步,很多技術重點、運行難點、政策盲點需要認真探索和突破。

  一、國外裝配式住宅主要成就

 ?。ㄒ唬┭b配式住宅起源

  國外裝配式住宅的起源,主要有兩方面的原因。一是工業革命帶來大批農民向城市集中,導致城市化運動急速發展,住宅需求量大增,促使建設方式轉變。第二個原因(也是最重要的原因)是第二次世界大戰后城市住宅需求量的劇增。同時戰爭的破壞,導致住宅存量減少,因為軍人大批復員,住宅供需矛盾更加激化。在這種情況下,受工業化影響的一批現代派建筑大師開始考慮以工業化的方式生產住宅。如法國的現代建筑大師勒·柯布西耶便提出“建筑是居住的機器”的口號,構想房子也能夠像汽車底盤一樣工業化成批生產。他的著作《走向新建筑》奠定了裝配式住宅、居住機器等最前沿建筑理論的基礎。日本豐田公司在二戰以后從汽車行業涉足房屋制造業的時候,其領導人明確提出“要像造汽車一樣造房子”。

 ?。ǘ﹪庋b配式住宅主要成就

  西方發達國家的裝配式住宅經過幾十年甚至上百年的時間,已經發展到了相對成熟、完善的階段。日本、美國、澳大利亞、法國、瑞典、丹麥是最具典型性的國家。但各國按照各自的特點,選擇了不同的道路和方式。日本是率先在工廠中批量生產住宅的國家;美國注重住宅的舒適性、多樣性、個性化:法國是世界上推行工業化建筑最早的國家之一;瑞典是世界上住宅裝配化應用最廣泛的國家,其80%的住宅采用以通用部件為基礎的住宅通用體系;丹麥發展住宅通用體系化的方向是“產品目錄設計”,它是世界上第一個將模數法制化的國家。近年來,新西蘭、新加坡及香港地區也得到了大力發展,取得了顯著成效,具體介紹如下:

  1、歐洲(法國、德國、瑞典、丹麥等)

  法國,1891年,巴黎Ed. Coigent公司首次在Biarritz的俱樂部建筑中使用預制混凝土梁。至今,預制混凝土結構的使用已經歷了130余年的發展歷程。二戰結束后,預制混凝土結構首先在西歐發展起來,然后推廣到美國、加拿大、中國、日本等國。20世紀末期,預制混凝土結構已經廣泛用于工業與民用建筑、橋梁道路、水工建筑、大型容器等工程結構領域,已經在全世界普及。法國的特點是:構造體系以預制混凝土體系為主,鋼、木結構體系為輔。在集合住宅中多用于獨戶住宅。多采用框架或者板柱體系,向大跨度發展,焊接、螺栓連接等干法作業流行,結構構件與設備、裝修工程分開,減少預埋,生產和施工質量高。主要采用預應力混凝土裝配式框架結構體系,裝配率達到80%。

  圖為法國S G E-C構造體系實例的現澆節點模板示意圖:這是一種預制大板體系,適用于7層以下的住宅建筑。樓板為預制條形板:跨度4800以下采用160厚實心板,跨度4800以上采用預應力空心板。內外墻板統一規格,為實心板或多孔板,外墻做外保溫加抹灰或混凝土裝飾板,墻板之間的連接節點可預制、可現澆,墻板與樓板之間的連接節點可焊接或者現澆,樓板與樓板之間預留槽灌漿。

德國,裝配式住宅主要采用疊合板混凝土剪力墻結構體系,剪力墻板、梁、柱、樓板、內隔墻板、外掛板、陽臺板、空調板等構件采用構件預制與混凝土現澆相結合的建造方式。該國的此類建筑十分注重保溫節能特性,目前已發展成功系列化、標準化的高質量節能的裝配式住宅生產體系。

  瑞典、丹麥,從20世紀50年代開始在法國的影響下開始由民間企業開發了大型混凝土預制板的工業體系,以后大力發展以通用部件為基礎的通用體系。目前瑞典的新建住宅中,采用通用部件的住宅占到了80%以上。丹麥雖然是一個僅有500萬人口的小國。但卻是世界上第一個將模數法制化的國家,國際標準化組織的ISO模數協調標準就是以丹麥標準為藍本的。丹麥推行建筑工業化的途徑是開發以采用“產品目錄設計”為中心的通用體系,同時比較注意在通用化的基礎上實現多樣化。

  2、北美(美國、加拿大)

  美國的裝配式住宅起源于20世紀30年代,盛行于20世紀70年代。1976年,美國國會通過了國家工業化住宅建造及安全法案,(National Manufactured Housing Construction and Safety Act),同年開始由HUD負責出臺一系列嚴格的行業規范標準,一直沿用到今天。除了注重質量,現在的裝配式住宅更加注重提升美觀、舒適性及個性化。美國1997年新建住宅147.6萬套,其中裝配式住宅113萬套,均為低層住宅,不過主要是木結構和鋼結構住宅。其中木結構數量為99萬套,其他的為鋼結構。據美國工業化住宅協會統計,2001年,美國的裝配式住宅已經達到了1000萬套,占美國住宅總量的7%。2007年,美國的裝配式住宅總值達到118億美元?,F每16個人中就有1個人居住的是裝配式住宅。在美國,裝配式住宅已成為非政府補貼的經濟適用房的主要形式,在低收入人群、福利性購房者中,裝配式住宅是住房的主要來源之一。在美國、加拿大,大城市住宅的結構類型以混凝土裝配式和鋼結構裝配式住宅為主,在小城鎮多以輕鋼結構、木結構住宅體系為主。

  3、亞洲(日本、新加坡等)

  日本,于1968年就提出了裝配式住宅的概念。經過多年的發展,1990年推出了采用部件化、工業化生產方式、高生產效率、住宅內部結構可變、適應居民多種不同需求的“中高層住宅生產體系”,住宅產業在滿足住宅需求的同時,也完成了產業自身的規?;彤a業化的結構調整。在這一進程中,住宅產業經歷了從標準化、多樣化、工業化到集約化、信息化的不斷演變和完善過程。在此期間建造的預制混凝土結構經受了1998年阪神大地震的考驗。通過分析日本的裝配式住宅發展過程可以得到以下經驗:日本裝配式住宅的形成是建立在住宅商品化、市場化的前提下,并以市場的需求為導向的,但政府強有力的干預和支持對住宅產業的發展起到了十分重要的作用;通過立法來確保預制混凝土結構的質量;在住宅產業化、標準化的同時,堅持技術創新,制訂了一系列住宅建設工業化的方針、政策,組織專家研究建立統一的模數標準,逐步實現標準化、部件化,解決了標準化、大批量生產和住宅多樣化之間的矛盾,提高了建筑工業化水平與生產效率。

  新加坡建屋發展局(Housing&Development Board,簡稱HDB),HDB所開發的組屋一般為15-30層的單元式高層住宅,自上世紀90年代初開始嘗試采用預制裝配式住宅,至今已有20年的歷史?,F已發展較為成熟,預制構件包括梁、柱、剪力墻、樓板(疊合板)、樓梯、內隔墻、外墻(含窗戶)、走廊、女兒墻、設備管井等,整個工程預制化率達到70%以上。

  發達國家和地區裝配式住宅發展大致經歷了三個階段:第一階段是工業化形成的初期階段,解決的重點是建立工業化生產(建造)體系;第二階段是工業化的發展期,解決的重點是提高產品(住宅)的質量和性價比;第三階段是工業化發展的成熟期,解決的重點是進一步降低住宅的物耗和環境負荷,發展資源循環型住宅。發達國家的實踐證明,利用工業化的生產手段是實現住宅建設低能耗、低污染,達到資源節約、提高品質和效率的根本途徑。

  二、國外裝配式住宅技術發展趨勢

  預制混凝土結構在西歐、北美的應用相當廣泛,在亞洲日本處于領先地位。目前,發達國家預制混凝土結構在土木工程中的應用比重為:美國35%,俄羅斯50%,歐洲為35%-40%。

 ?。ㄒ唬┌l達國家裝配式住宅總體發展趨勢

  1、美國和加拿大:在20世紀,預制建筑主要用于低層非抗震設防地區,近年來非常重視在抗震地區和中高層預制結構工程的應用技術研究,出版了《預制混凝土結構抗震設計》一書,從理論和實踐角度系統地分析了預制建筑的抗震設計問題,總結了許多預制結構抗震設計的最新科研成果,對指導預制結構設計和工程應用推廣具有很強的指導意義。

  2、歐洲(法國):建筑工地的勞動力發生了變化。發明一些在工地上不再要求大量臟而笨重的體力勞動的新技術。在這方面,采用附加值高的建筑部件來建筑房屋是一條很有意義的路子。另一條路子是在工地上采用自動裝置(機器人)。法國混凝土工業聯合會和法國混凝土制品研究中心把全國近60個預制廠組織在一起,由它們提供產品的技術信息和經濟信息。在吸收50~60年代法國推行建筑工業化經驗的基礎之上,經過多年的努力,編制出一套G5軟件系統。這套軟件系統把遵守同一模數協調規則、在安裝上具有兼容性的建筑部件(主要是圍護構件、內墻、樓板、柱和梁、樓梯和各種技術管道)匯集在產品目錄之內,它告訴使用者有關選擇的協調規則、各種類型部件的技術數據和尺寸數據、特定建筑部位的施工方法,其主要外形、部件之間的連接方法,設計上的經濟性等。

  3、日本:獨立住宅的比例越來越少,高層集合住宅逐漸增加。因早期的工業化住宅質量較差,實踐證明裝配式住宅應注重抗震質量的意識轉變經歷了30年。下圖表明,在2002年的日本,集合公寓占到住宅總量的58.4%,已經超過了獨戶住宅的市場占有率。

  目前,日本85%以上的高層集合住宅都不同程度地使用了預制構件。如下圖?! ?/span>

日本建筑的層數越高,它的工廠化預制比例越高。9層以下的住宅,全部現澆,而不是用預制的方式來建造;層數在20層以下,會用半預制;如果超過20層的話,包括梁、柱在內的會全部預制。這樣做的主要原因有兩個:一是考慮模板的利用率和成本攤銷;二是建筑的層數越高,泵送商品混凝土的難度越大,高空養護的難度和工作量也越大,所以減少現澆量對施工效率的提升是有價值的。

  裝配式住宅體現在向更高的高度發展,已有部分預制裝配式住宅超過200m,具有代表性的是日本2008年采用預制裝配框架結構建成的兩棟58層的東京塔。

  4、新加坡:預制化率已達70%以上,政府編制了詳細的設計文件用于指導預制化住宅的設計和施工。同時將成熟的技術出口到香港和東南亞各地。

  隨著全球環境及人口結構的變化,北美、歐洲等人少地多的國家也逐漸由獨立式住宅、多層住宅等向中高層集合式住宅發展。歐洲和日本的集合住宅,新加坡的租屋,我國香港的公屋均是裝配式技術的主要實踐對象。

 ?。ǘ┭b配式住宅技術發展趨勢

  目前,國外裝配式住宅的技術發展趨勢是從閉鎖體系向開放體系轉變,原來的閉鎖體系強調標準設計、快速施工,但結構性方面非常有限,也沒有推廣模數化;從濕體系向干體系轉變,裝配模塊運到工地,但是接口必須要現澆混凝土,濕體系的典型國家是法國,瑞典推行的是干體系,干體系就是螺絲螺帽的結合,其缺點是抗震性能較差,沒有濕體系好;從只強調結構的裝配式,向結構裝配式和內裝系統化、集成化發展;信息化的應用越來越廣泛和深入,結構設計是多模式的,一是填充式,二是結構式,三是模塊式,目前模塊式發展相對比較快。

  1、從閉鎖體系向開放體系發展。西方國家預制混凝土結構的發展,已從閉鎖體(closedsystem),(其生產重點為標準化構件,并配合標準設計、快速施工,缺點是結構形式有限、設計缺乏靈活性)向開放體系(opensystem)轉變,致力于發展標準化的功能塊、設計上統一模數,這樣易于統一又富于變化,方便了生產和施工,也給設計者帶來更大自由。

  2、從濕體系向干體系發展,現在又廣泛采用現澆和預制裝配相結合的體系。濕體系(wetsystem)又稱法國式。其標準較低,所需勞力較多,接頭部分大都采用現澆混凝土,但防滲性能好。干體系(drysystem)又稱瑞典式,其標準較高,接頭部分大都不用現澆混凝土,防滲性能較差。

  3、從只強調結構預制向結構預制和內裝系統化集成的方向發展。裝配式住宅既是主體結構的產業化也是內裝修部品的產業化,兩者相輔相成,互為依托,片面強調其中任何一個方面均是錯誤的。

  4、更加強調信息化的管理。通過BIM信息化技術搭建住宅產業化的咨詢、規劃、設計、建造和管理各個環節中的信息交換平臺,實現全產業鏈的信息平臺支持,以“信息化”促進“產業化”,是實現住宅全生命周期和質量責任可追溯管理的重要手段。

  三、我國發展裝配式住宅的思考與建議

  裝配式住宅是利用標準化設計、工廠化生產、工業化施工和信息化管理等方法來建造、使用和管理建筑,是建筑(住宅)產業現代化發展的必然趨勢,是加快推進綠色建筑發展、轉變城鎮化建設模式、全面提升建筑品質的有效途徑。發展以住宅為重點的裝配式建筑是建筑(住宅)產業現代化的一項重要工作,建筑(住宅)產業現代化的最終目標是提高品質,減少消耗;提高效率,減少投入。其根本標志是標準化、工業化和專業化,標準化是前提,工業化是根本,專業化是途徑。

  回顧我國住宅工業化發展歷程,在這方面有許多經驗和教訓。二十世紀七、八十年代,通過大規模引進歐、美、日本等技術與設備,建立起了建筑構件廠、門窗廠等產業門類齊全的住宅工業化生產體系。提出了住宅工業化的“三化一改”方針,即設計標準化、構件生產工廠化、施工機械化和墻體改革,重點發展了大型砌塊住宅體系、大板(裝配式)住宅體系、大模板(內澆外掛)住宅體系和框架輕板住宅體系等,推廣住宅標準化設計圖集,建造了一大批PC大板體系、預制裝配式住宅。如:北京前三門大街大板體系高層住宅。但由于當時的經濟、技術條件等因素,出現了外墻滲漏等一系列質量問題,對發展裝配式住宅出現了分歧。近年來,由于城鎮化的持續推進、人口結構不斷變化、建設“兩型社會”、節能減排迫切要求及巨大住房需求,發展裝配式住宅又成為行業發展的關注點。國內一批大型企業進行積極的研究與探索,部分地區和項目建設實踐也取得了一定的經驗和初步成效。如萬科建設的深圳保障性住房龍悅居(三期)項目實現“四化”:圖紙標準化、施工工廠化、管理可視化、現場整潔化。施工全過程采用“四化”管理,生產效率與工程質量大大提升。長沙遠大住工建設的長沙寧鄉藍色港灣項目具有五點優勢:質量好、工期短、成本低、安全、環保。杭蕭鋼構建設的包頭萬郡大都項目一期工程已經竣工,北新房屋建設的成都青白江新農村等項目,都取得了成效。

  總結國外發達國家經驗,結合我國人口眾多、資源相對匱乏、地區差異性大的特點,推廣應用裝配式混凝土結構住宅體系、鋼結構住宅體系(大中城市)和多層輕鋼結構住宅體系等裝配式住宅(新農村建設、小城鎮)有一定積極意義。對轉變住宅建設方式,促進住宅產業結構調整,提高資源利用率和居住水平將發揮重要作用。 

  但是,我國裝配式住宅發展還處于初級階段,盡管有許多企業進行研究探索并取得初步成效,但還存在諸多問題。

  一是技術標準滯后。裝配式住宅的設計、生產、安裝施工、驗收評定等技術標準還尚未建立,尤其是不同類別的裝配式住宅結構抗震性能評價標準等尚不健全,試點成果無法大規模推廣。

  二是建造成本偏高。目前裝配式住宅的建造成本比傳統方式成本高500元/平方米左右。原因有:未形成大規模生產,規模效益無法體現;同時,工業化生產屬生產企業,構件工業化生產產品要交納17%的增值稅,增加了生產成本;建設管理體制也是造成成本增加的原因之一。

  三是項目建設管理體制不利于裝配式住宅發展。目前具備總承包資質的企業不具備專業化生產能力,尤其是裝配式住宅生產、安裝的能力,具有裝配式生產能力的企業并不多,少數具備能力的企業又無承包項目資格,造成專業化公司還要掛靠,增加管理成本。同時,裝配式住宅有利于建造成品住宅,成品住宅又增加企業稅費,等等。

  為此提出如下思考和建議:

 ?。ㄒ唬┘哟罂蒲型度?,突破關鍵技術,完善技術標準。

  裝配式住宅是標準化設計、工業化生產、機械化安裝、信息化管理的現代化建造方式。其優點是“SQSEE”,S-Speed(速度)、Q-Quality(質量)、S-Safty(安全)、E-Envirenment friendly(環境友好)、E-Economic(效益)。所以推行裝配式住宅建造方式必須解決下列問題并完善相應的技術標準。

  一是建筑體系標準化。建筑體系標準化是實現工業化建造的基礎。建筑體系主要是承重結構體系和圍護結構體系。目前易形成標準化體系的結構形式有混凝土結構、鋼結構(包括輕鋼)、鋼管混凝土結構等。在研究、試點的基礎上,應逐步由專用體系走向通用體系。尤其是預制混泥土裝配式住宅,預制部分與現澆部分連接方法、節點等一些涉及到主體結構安全的技術問題,要重點關注和加強質量控制。

  二是構件部品系列化。輕質墻板、復合墻板、保溫裝飾一體化墻體等相匹配的新型圍護體系;整體廚衛、外遮陽技術、節能門窗;電力設備、電梯設備、供水設施設備、照明設備、空調與除濕設備、電氣設備、散熱設備、智能管理設備、空氣凈化設備及熱回收通風技術與設備等門類齊全、節能高效的住宅節能設備等。

  三是技術系統成套化。保溫、隔熱、隔聲裝飾一體化裝飾成套技術;供熱系統的調節控制與熱量計量技術、熱轉換技術、高效熱傳送技術、供暖運行智能管理、熱、電、冷聯產聯供及新能源利用等成套技術。

 ?。ǘ┙⒔y籌規劃、經濟支持與政策激勵的運行機制,加快裝配式住宅發展進程。

  目前,對預制裝配式住宅缺乏統一規劃和政府引導,導致一些企業盲目跟風,不管是否具備條件,都以裝配式住宅為噱頭,大有一哄而起之勢。所以國家應制定裝配式住宅發展的頂層設計。加強管理,正確引導,統一規劃。將致力于工業化住宅研究的企業、科研院校進行資源整合,重點突破、分步實施,有序推進。建立研究開發、建筑設計、技術推廣與運營管理一體化的生產模式。對從事技術研究的企業事業單位給予一定資金支持,同時,尤其對從事工業化住宅研究開發的企業在信貸、財稅及試點項目建設收費等方面給予優惠。建立項目建設條件意見書制度,將裝配式住宅要求在土地招牌掛或出讓時納入評價條件,并對符合綠色建筑標準的示范項目給予經濟政策獎勵。政府投資建設的保障房建設項目應率先推廣試點。

 ?。ㄈ┘涌祉椖拷ㄔO體制改革,創造有利于裝配式住宅發展的市場環境。

  要研究解決適應于工業化住宅研發、生產、推廣應用的項目管理體制,鼓勵大型企業集團從生產、設計、安裝與管理一體化(如日本的大和、積水等)的社會化大生產模式發展。加快施工企業營業稅改增值稅進程,優化建筑企業結構,淘汰技術力量薄弱、掛靠、分包小隊伍,促進建筑業結構調整。改革現有的以項目公司運做的房地開發管理體制,有利于開發企業統籌協調發展。

 ?。ㄋ模┓龀趾团嘤笮推髽I集團,激發市場主體推進住宅產業化的積極性、主動性和創造性。

  裝配式住宅發展必須實現設計、施工、管理一體化。從項目策劃、規劃設計、建筑設計、生產加工、運輸施工、設備設施安裝、裝飾裝修及運營管理等全過程統籌協調,形成完整的一體化運行模式。目前,我國房地產開發企業以項目公司來運作,僅僅只是資金的運作者,也只能靠規模發展,不利于產業化的推進,無法實現生產方式的變革。同時,其他致力于推進住宅產業化的建筑企業及相關企業也應走以開發為龍頭的集團化發展道路,有利統籌協調、減少中間環節、提高工效,也符合產業結構調整、做大做強、發揮規模優勢的市場發展需要。

 ?。ㄎ澹┘訌娊M織領導,建立和完善住宅產業現代化的推進機制。

  各級建設主管部門要將推進住宅預制裝配式住宅作為推進住宅建設方式轉變,促進綠色建筑發展,提高品質性能的重要工作,統籌規劃、統一協調、有序推進,形成整體合力。

  推進以住宅為重點的建筑產業現代化是全面深化建設行業改革的重大課題。發展裝配式住宅要根據各地區經濟、技術及自然條件,在傳統建造方式基礎上,不斷提高工業化生產水平,由點到面、由局部到整體,因地制宜、穩步發展,逐步探索出適應本地區的產業化發展之路。

  除了上述幾點之外,促進我國的裝配式住宅發展,還需要大量的科研投入。其次,需要加強建筑監管體系和激勵機制建設。

  總之,目前我國裝配式住宅發展潛力很大并且節能效果很好,而且在克服PM2.5空氣污染方面也可發揮很大的作用,也是綠色建筑發展的新趨勢之一,有條件也有必要整合各類資源使其快速發展。



201505-21
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