火神山医院的背后:浅谈装配式建筑的发展

2020-02-03 12:07作者:工程管理观察浏览数:25

引言


2020年2月2日,经八时间,武汉火神山医院完工交付。总建筑面积3.39万平方米,可容纳1000张床位的火神山医院,参照2003年非典期间北京小汤山医院所建,将于3日正式收治新。火神山医院的奇迹再次让网友狂呼“基建狂魔”、“中国奇迹”。奇迹的背后,离不开建筑工人们废寝忘食的一线奋战,同样也离不开先进的装配式建筑技术。小编今天就用这篇文章简单介绍下装配式建筑的发展历程、几大分类及发展前景。

装配式建筑是一种新型房屋建筑,先在生产厂生产好预配构件,然后运输到施工现场进行现场装配。这种装配式建筑的优点是施工速度快,所用劳动力少,而且所生产的预制构件质量高,从而建筑质量比较高。现如今,国外许多国家的多数建筑都使用的是装配式建筑,这种建筑在国外已广泛使用;而在我国,由于存在生产体系和管理体系不完善,施工技术能力不高等问题,装配式建筑并没有被多数建筑所使用。所以,不断去解决装配式建筑在生产、管理及施工等阶段遇到的各种问题,才能促使装配式建筑在我国的快速发展,从而在我国能够被广泛使用。




1 装配式建筑的国内外发展状况


国外发展状况


欧洲是最早应用装配式建筑的国家,开发新大陆时期,17 世纪欧洲向美国移民时,在移民过程中,所用木架来拼装房屋,这就属于一种最简单的装配式建筑。欧洲以法国为代表,经过 30 多年,法国的装配式建筑正在不断地发展完善,许多住宅楼、学校、体育场、办公楼等公共建筑都应用了装配式建筑。

美国和加拿大地区,装配式建筑被广泛推广,以致在这两个国家装配式建筑被普遍应用。北美的预制建筑主要由两部分组成,分别是预制外墙和结构预制构件,预制构件具有相同的特点,其特点是大型化可以结合预应力,可以使结构配筋及连接构造有所优化,制作和安装过程中的工作量也有所减少,可以缩短相应的施工工期,从而使装配式建筑的工业化、标准化和技术经济性的特征有所体现。

德国在世界大战后,房屋遭到破坏,为了解决住房紧缺的问题,住宅产业化在德国快速发展,从而使住宅能够大规模重建。如今,德国的住宅产业化技术也得到进一步提高,达到非常成熟的状态,对于施工现场所要求的建筑构件和装饰材料,在工厂都可以完成,当工地需要时,将有关预配构件运到施工现场,然后再通过吊车进行吊装、就位、固定,使结构和安装一体化,从而缩短了工期。



日本在 20 世纪 70 年代期间频繁发生地震,为了提高建筑的使用量,增加其抗震能力,对建筑进行了深入的技术研究,已建立了住宅通用部品的生产体系,许多构件都得到了优良产品认证,以装配住宅为主要形式的工业化建筑已形成。日本东京塔是日本最具有代表性的预制装配式建筑,日本东京塔高 58 层,是在 2008 年采用预制装配框架结构所建立的。瑞典研究装配式建筑较早,所以其装配式建筑的发展较快,在 60 年代,瑞典就基本上实现了有关部件规格方面的建筑工业化标准,有利于部件生产更加标准、多样及应用广泛等,同时也使工业化发展更加快速。同时,瑞典政府也制定了一些相关规范制度。目前瑞典已有 80%的住宅采用装配式建筑,并将其工业化生产的模式传播予其他国家。



国内发展状况


预制装配式建筑在我国没有得到快速发展,其中一部分原因在于,唐山大地震中预制装配式混凝土结构受到了大量的破坏,为人们留下了不好的印象,使得人们存在一种保守思想,以致不能被广泛宣传。另一方面存在生产体系和管理体系不完善,施工技术能力不高等问题,从而阻碍了装配式建筑的发展。

20世纪 70 年代装配式建筑在我国开始慢慢流传,装配式建筑的观念也在慢慢传播;80 年代,预制屋面梁、预制屋面板等构件在一些工程中也开始使用,由于当时没有很高的技术水平,所以也不能拥有很高的建筑质量。比如,楼屋面板的密封效果不好,防水措施不完善,以致存在漏水、隔声效果不好等现象。所以装配式建筑没有得到很大进展;到了 90 年代,施工技术得到一定的改善,管理水平也有了长足的进展,预制装配式建筑被提及,并得到了进一步的发展。

现如今,装配式建筑在我国许多城市都得到广泛使用。比如,北京、上海地区,许多相关政策被建立,配套装置也相当齐全,装配式剪力墙技术也有所提高并且逐渐成熟。北京颁布了关于混凝土结构产业化住宅的设计、质量验收等方面的标准及文件。上海出台了 5 项同时正在编制4 项地方标准和技术管理文件。沈阳,装配式建筑已经得到很快的发展,技术相当成熟,配套设施也比较齐全,各种各样的结构类型,生产厂的自动化设配也比较高端。深圳是发展装配式建筑较早的城市,所以工程实践项目相对其他城市较多,并且构件质量也比较高,对产业化住宅方面编制了与此相关的 11 项标准和规范。江苏,结构体系的种类很多,同时开展了工业化工作。山东及合肥,宣传工作在积极地进行中,试点工程建筑也在大量开展。随着装配式建筑的管理技术水平不断完善,会逐渐在我国的大多数城市,甚至每个城市中使用。





2 装配式建筑的基本特征



装配式建筑的概念


装配式建筑是指把传统建造方式中的大量现场作业工作转移到工厂进行,在工厂加工制作好建筑用构件和配件(如楼板、墙板、楼梯、阳台等),运输到建筑施工现场,通过可靠的连接方式在现场装配安装而成的建筑。

形象地说,装配式建筑类似于“搭积木”——传统施工中,需将钢筋、混凝土等建筑材料运至施工现场进行浇筑;而“装配式”,则是把梁、柱、墙板、阳台、楼梯等部件部品,也就是“积木”在工厂里预先生产好,运到工地后简单地组合、连接、安装即可。这种建筑方式有利于降低损耗、缩短工期。



装配式建筑的特点


一、设计多样化

目前所设计的住宅楼并不能满足人们对于住宅楼所需求的,大多数住宅楼的承重墙较多,以致分隔较多,开间较小,房内空间不能被有效分隔。而装配式建筑,可以灵活、随意进行分割,可以满足住户的需要,根据他们的要求来进行分割,大厅小居室以及小厅大居室都可以形成。配套的轻质隔墙,可以使住宅采用灵活大空间,而轻质隔墙的材料一般都使用钢龙骨配以石膏板,或者使用一些轻板。


二、功能科技化

①节能效果良好:由于外墙设置了保温层,冬天可以降低对暖气能源的消耗,夏天可以降低对空调能源的消耗。

隔声效果好:墙体设置了保温层,保温材料具有较好的吸声功能,而且墙体与门窗之间空隙较小,所以可以减少外界带来的噪音,为室内提供一个安静的环境。

③防火:材料最大的作用就是不燃或难燃,所以火灾发生的概率会有所降低。

④抗震:材料的轻质性可以降低建筑物的重量,这样有利于装配式建筑的充分连接,抗震效果好。

⑤外观不奢:外观立面比较清晰,不会轻易变形、裂缝及褪色。


三、生产工厂化

装配式建筑中的外墙板在生产厂通过模具进行生产,通过为外墙板进行喷涂、烘烤可以使外墙板美观,不褪色。塑钢门窗逐渐代替了传统建造中的木窗、钢门窗,在生产厂具有很先进的生产工艺,都是通过机械生产出各种金属及连接件。石膏板、涂料等一些室内材料都可以在生产流水线制造出来。并且,在生产过程中,可以随时调控材料的防火性、保温性、隔声等性能。


四、施工装配化

在生产厂生产好各种相应的构件,然后再运输到施工现场,专业人员在现场进行安装和拼接。相比传统建造,施工现场的施工流程相对减少,和泥、抹灰、绑钢筋、支模板等施工流程都不再出现。装配式建筑施工比传统建造施工有很多优势:施工速度快,可以缩短工期;施工现场建筑工人减少,施工作业更加方便有序,工人的劳动强度降低;施工现场废物、废水、噪声减少,减少环境污染,节能减排;进行每道工序时都可以安装设备一样,要求精度,保证质量;还可以降低施工成本。


装配式建筑的分类


一、砌块建筑

砌块建筑是在生产厂提前预制好块状材料,用块状材料来砌成墙体的建筑,这种建筑适用于 3 至 5 层的房屋建筑。砌块建筑有很多优势,比如,生产工艺不复杂,生产起来比较简单;施工也相对比较简便;并且造价成本较低;还可以采用一些工程废料。按砌块的大小可以分为小型砌块、中型砌块、大型砌块。由于小型砌块较小,可以直接通过人工进行搬运和砌筑,比较灵活而且也比较方便,具有较广的适用范围;对于中型砌块采用小型机械来进行吊装,可以减少劳动力,降低劳动成本;大型砌块已不被使用,由大型板材所代替。



二、板材建筑

板材建筑也被称作大板建筑,是由各种板材装配而成的建筑,比如墙板、楼板、屋面板等板材。板材建筑在装配式建筑中占主要地位。板材建筑的内墙板主要是由实心板或者空心板组成,实心板或空心板是钢筋混凝土的;外墙板一般都是复合板,带有保温层。为了使装配化程度有所提高,一般采用集中室内管道等来做建筑设备。大板建筑也存在着较多的缺点,大板建筑的主要缺点是对建筑物的造型和布局要求比较严格,存在一定的制约性;小开间内部分隔缺少灵活性。


三、盒式建筑

盒式建筑是以板材建筑为基础发展的。盒式建筑工业化程度也比较高,在现场可以快速进行安装。在工厂不仅完成盒子的外部结构,还要安装好内部的装修及相应设备,甚至家具、地毯等都会安装好。完成吊装,接好管线就可以进行使用。


四、骨架板材建筑

骨架和板材组成了这类建筑。骨架具有承重的作用,所以骨架为钢筋混凝土结构,还有一种是骨架和板材组合,这种组合是由钢和木作成的,在轻型装配式建筑中被使用。这种建筑的优点是结构合理,建筑物自重会降低,内部可以随意进行分割,对多层和高层的建筑比较适用。



五、升板和升层建筑

升板和升层建筑与板柱结构体系的施工方法不同,但是它也是板柱结构体系的一种。在底层混凝土地面浇筑各 层楼板和屋面板,并且重复进行浇筑,竖立钢筋混凝土柱子,柱子上的油压千顶把各种板提升到设计高度,用柱来做导杆,加以固定。外墙可以是砖墙、预制外墙版、幕墙等;在提升楼板时,可以一边提升一边滑动模板、浇筑外墙。升板建筑的优点是大多数操作都是在地面上进行的,减少了大量的高空作业,从而使模板和脚手架的使用量降低,并且在现场进行施工的施工面积也减少了。


装配式建筑的优势


装配式建筑比传统建筑拥有较多的优势,主要表现在以下几个方面:


①提高劳动生产率。预制构件在生产厂大量生产,由于提前生产好了预配构件,在现场直接进行安装,这样可以减少对模板及脚手架的使用,不仅降低了施工成本,还有利于减少施工现场的施工流程,从而缩短了工程工期,还提高了时间效率。


②节约能源,减少环境污染。装配式建筑具有节约各种能源、水资源、土地以及材料等优势。比如对于钢模板可以进行循环使用,从而节约了木资源。此外,在生产厂生产好预配构件,然后运到施工现场进行安装,不在施工现场进行现场操作,使施工现场减少了噪音和扬尘,减少了环境污染。


③确保工程质量与安全。传统建造中在施工现场进行操作,大部分是高空作业,工人们的技术水平以及素质并不是很高,经常会出现质量事故以及安全隐患。而装配式建筑在生产厂提前生产好预配构件,运输到施工现场,由专业安装人员进行现场装配,一般都是机械化安装,从而可以确保工程质量,降低安全隐患。


④缩短建设工期。装配式建筑先在生产厂生产好预配构件,然后再去施工现场进行安装拼接,就像制造汽车一样来建造房子,以工业化的方式来取代手工操作,大部分都是机械化操作,先在工厂生产好预配构件,再进行现场安装,去除了一些现场抹灰、绑钢筋、支模板等一些流程,从而缩短了建设工期。



3 我国现阶段装配式建筑存在的问题


缺乏统一的规范标准


每个城市关于装配式建筑的规范标准都不一样,缺乏全国统一的规范标准,并且各个地方对于构件的生产、运输、吊装和各节点连接等操作的标准均不同。装配式建筑从设计、审批、工程施工到验收阶段并没有全国统一的规范标准,这使得装配式建筑在我国很难快速发展,所以必须解决这一问题。制定统一的规范标准,装配式建筑都以此标准进行实施,从而使装配式建筑能够在我国快速发展。


施工管理水平有待提高


预制装配式建筑需要有专业的生产厂生产预制构件,要有专业的技术人员来进行操作,还要有专业的运输队进行构件的配送,以及配套的安装机械;从设计到运输到现场安装中的测量、吊装、构件的连接等各个工序都需要有较高的技术水平和管理水平。由于传统建造都是现场施工,施工技术和管理水平都存在不足,所以,在由传统建造转向建筑工业化的进程中,管理水平有待提高。对管理人员进行培训,加强其管理能力,使管理人员了解更多管理方面的知识,从而使施工管理水平得到提高。


节点的关键技术需要解决


装配式建筑在安装过程中,连接节点会频繁出现,只有连接点的质量有所保障,才能确保装配式建筑的质量。所以,要做好对连接点连接技术方面的工作。目前,节点的承载力和刚度可以较好地满足要求,但是其延性还不能达到要求,应采取有关措施确保节点的承载力、刚度以及延性都可满足要求,否则,若节点出现问题,则装配式建筑的发展也会得到很大的制约。所以,要解决节点的关键技术方面的问题,保证装配式建筑的顺利实施。

一次性投资高、成本大


装配式建筑虽然不需要在现场大规模的进行施工,但预配构件在生产厂要提前进行生产,生产预配构件要保证其质量,所以要求较高。构件生产需要有相关模具,而且还需要对构件进行养护,然后再运输到施工现场进行安装,每个环节都要做好充足准备,这些环节也都需要进行大量的一次性投资,所以建筑企业在没有大量资金,管理水平及技术水平都不高的前提下,还是会选择采用传统的建筑方式。




4 未来展望


预制装配式建筑具有确保工程质量、缩短建设工期、节能环保、提高劳动生产率等优势,必将成为我国建筑行业发展的趋势。我国已有很多工程项目正在使用装配式这一建筑,并且也取得了相应的成果和进展。但是在建筑过程中还存在规范标准不统一、管理水平不高、节点关键技术不完善等问题。所以,为了促进装配式建筑快速发展,国家必须建立统一的规范标准,制定相应的规划和政策,并且要给予鼓励和支持;每个阶段都应配有专业的管理人员来进行管理,从而使管理水平在一定程度上有所提高;关于节点的关键技术问题要不断去解决,从而使节点的刚度、承载力以及延性都满足要求。不断去解决装配式建筑在发展过程中存在的各种问题,才能使装配式建筑的各个方面获得更快的提高,从而促进装配式建筑在我国快速发展,在我国能够得到广泛使用。


      

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