装配式混凝土住宅工业化技术体系研究

装配式混凝土住宅工业化技术体系研究

丁占华   

南通万科企业有限公司  江苏南通  226000

摘要：在建筑工业化、住宅产业化的背景下，新型装配式混凝土结构住宅具有显着的经济效益和社会效益，克服了传统现浇住宅带来的诸多问题，成为住宅建筑发展的新趋势。发展住宅工业化对住宅行业有非同寻常的意义，在工期、质量、成本等方面具有较大优势，可以从根本上改变传统建造方式的各类弊端。通过装配式混凝土五大技术体系，搭建住宅工业化技术体系，消除碎片化管理模式，提出适合当前政策的新型工业化住宅设计与建造模式，为住宅工业化全面推广提供参考。

关键词：住宅工业化；传统建造体系；装配式混凝土；工业化体系

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1研究背景

从结构形式来看，2020年新开工装配式混凝土结构建筑4.3亿平方米，比2019年增长59.3%，占新开工装配式建筑的68.3%。到2020年，全国已建成328个国家级产业基地和908个省级产业基地。在装配式建筑产业

中，构件生产产能和产能利用率进一步提升，链中，构件生产和装配式装饰成为新亮点。其全年装配式装修面积较2019年增长58.7%。

总体来看，2020年装配式建筑新开工面积快速增长，PC装配式和钢结构实现快速发展。近期，装配式建筑政策密集出台，国家鼓励医院、学校等公共建筑优先使用钢结构，积极推进钢结构住宅和农村住宅建设。同时，在碳中和的背景下，有助于建筑行业有效减少碳排放，有望成为碳中和目标下的重要发展领域。以混凝土结构和钢结构为主的装配式建筑领域将继续充分受益于行业景气度的进一步提升和需求的释放。

装配式住宅作为房地产行业未来发展的主要方向，有利于传统建筑模式的改革，向更先进的建筑模式转型，有利于生产力的提高。因此，探索以装配式混凝土为基础的住宅产业化技术，对于推动装配式住宅的发展具有重要意义。

2相关理论

2.1住宅工业化

住宅工业化就是以建筑工业化的方式建造房屋，是建筑工业化在住宅建设领域的具体表现。住宅工业化是利用现代机械设备，将工厂生产的构件按设计要求与施工现场主体结构连接起来的住宅建设模式。这种形式不同于广泛的现场浇筑施工模式，现场施工可控。同时，由于采用了大量的工厂加工方式，使得构件的标准化生产成为可能，也将有力地促进住宅产业的发展。

之所以要发展住宅工业化，是因为工业化住宅建造速度快、质量好、节约资源、环境影响小。工业化住宅要满足以上条件才能持续发展，选取符合工业化建筑特点的结构体系是工业化住宅发展的基本条件。

2.2装配式混凝土住宅

预制混凝土（Prefabricated Concrete, PC）将传统施工方法中的大量现场操作转移到工厂，在工厂制造和加工建筑构件，如墙板、横梁、楼梯、阳台等，最后通过可靠的链接在现场装配安装。随着计算机辅助制造技术和机器人安装技术的发展及其在建筑工程中的逐步应用，装配式混凝土结构具有广阔的应用前景；优化施工组织，可以在项目评估阶段准确估算成本，在施工期间易于控制成本。由于施工速度快，施工周期缩短，可使建设项目尽快投入使用，提高经济效益：降低施工成本，程序化施工过程，优化施工组织。

装配式混凝土结构的施工方法，简而言之，是用起重机等施工机械将工厂生产的预制混凝土构件组合安装的施工技术。预制混凝土结构的施工过程为：设计、制造、运输、安装、装修等，可以减少建筑垃圾和环境的不利影响，减少对施工场地的限制，是实现住宅产业化和建筑节能的有效途径之一。

3装配式混凝土五大技术体系

“体系”是指“运用工业化的系统组织方法，完成设计、生产、运输、施工、管理、评价等各个环节的建设目标，达到快速、经济、适用的效果”。住宅成为工业化生产体系是实现住宅产业化的必由之路。换言之，由于产品定型难度大、施工工艺复杂、工业生产组织难度大等特点，将产品定型模式应用于住宅，在标准化等各个环节全面研究应用新技术，根据工业生产的要求设计、集中采购和供应建筑材料、构件制造、现场施工安装和组织管理，追求综合技术经济效果的优化。为此，在工业化住房领域，将整个住宅体系称为通用体系，将局部体系称为子体系。

与工业化住宅相比，传统住宅是指通过现场浇筑而成的钢筋混凝土房屋。传统住宅的施工方式是采购所需的施工原材料并将其运至施工现场，施工企业利用施工原材料通过现场模板安装、钢筋绑扎和混凝土浇筑等多道工序，完成符合设计图纸要求的建筑。

住宅结构体系是支撑整个建筑结构的骨架和基础，住宅结构体系除满足一般建筑功能和经济指标外，还需要满足安全、耐用、节能、环保等功能要求。装配式混凝土住宅结构体系中的预制构件包括承重构件（梁、柱、板、墙等）和非承重构件（内隔墙、外墙板、空调板）。在现行的预制装配系统中，预制构件是标准化的，非结构主体的部分，如窗框、空调板和主体等，都浇注在一起，以提高结构的主体质量。

3.1全现浇混凝土外墙体系

传统外墙的建造方式一般采用砌体进行砌筑，砌筑过程中工艺复杂，施工难度大，施工周期长，施工效率低，施工成本高。将不影响建筑空间和使用功能的砌体填充墙改为剪力墙；对于不利于结构计算的混凝土外墙，采用横向及竖向结构拉缝板，将混凝土填充墙与剪力墙、梁分开，不参与结构的整体计算，同时通过一定间距的钢筋有效拉结，减少了钢筋混凝土填充墙对主体结构刚度的影响，有效消除和整合全现浇混凝土外墙带来的设计难点。

外墙一次浇筑成型，外墙结构的模板拆除清理后，外窗、阳台栏杆、水电立管等可以快速安装，提高施工效率。通过铝模压型，在窗洞口设置启口，快速安装铝合金门窗，并且避免了渗漏等问题发生。可有效避免因使用混凝土和砖石两种热膨胀系数不同的材料而产生的混凝土与砖石墙体之间的收缩裂缝、周边墙体开裂渗漏等问题。

3.2铝模板体系

现浇钢筋混凝土结构施工过程中，要求模板的形状、尺寸和相互位置准确，具有要求有足够的承载力、刚度和稳定性，并应具有结构简单，装拆方便，接缝严密，不漏浆等特点。

在设计方面，铝模可以提高设计的标准化水平，简化标准层的设计。进度方面，铝模板采用快拆体系，只要混凝土满足模板拆除条件，就可以拆除铝模板，将顶模和墙模运到上一层进行周转。在成本方面，铝合金模板在施工中的主要成本是人工成本，由于专业化程度高，人工成本普遍低于市场上其他模板。

3.3附着式升降脚手架体系

悬挑式脚手架可以保护施工人员的人身安全，优点很多，但有些缺点也是无法克服的，而附着式升降脚手架的主要部件及配件均在工厂定制，产品质量可靠性更高。脚手架的架设过程只需要按照设计图纸进行螺栓连接，使安装拆卸更加简单快捷，同时保证质量；此外，附着式升降脚手架还设有防倾覆、防坠落、同步控制等安全装置。

除了安全性能外，附着式脚手架还节省了人工架设时间，正常吊装时间仅需5-6小时，可快速提高施工效率，快速顺畅地进行下道工序；附着式脚手架只需在进入场地时整体安装即可，然后随着主体的施工进度，依靠自己的吊装装置整体吊装，不仅速度快，而且不会影响其他施工，而且不需要人工架设，提高了安全性，减少高空作业风险，降低人工成本；附着式脚手架只需一次性投入，无中间材料周转，既节省了现场材料堆放场地，又方便现场材料管理；同时，在经济性方面，与传统脚手架相比，附着式脚手架在15层以上的住宅项目中优势明显，可以减少总支出。

3.4蒸压加气混凝土墙板体系

蒸压加气混凝土砌块广泛用于框架结构的外墙填充和内墙隔断，此类墙体必须增加抹灰工艺。超过一定高度和宽度的墙体，应设置结构柱、圈梁等混凝土结构，潮湿部位应设置导向墙。蒸压加气混凝土砌块虽然运用广泛，但是也存在很多缺点，导致一部分质量问题。

蒸压加气混凝土墙板是一种以粉煤灰（或硅砂）、水泥、石灰等为主要原料，嵌入经防锈处理的双层双向焊接钢筋网的一种轻质加气混凝土增强墙板，经过高压蒸汽养护，它具有蒸压加气混凝土砌块的优点，同时也克服了蒸压加气混凝土砌块墙体表面装饰层空鼓开裂、抗渗性能偏低、表面强度低、粘结性差、抗冲击性能差的缺点。

3.5叠合楼板体系

传统建造方式通常采用现浇楼板，由于温缩及诸多现场不确定因素，现浇楼板底部易开裂；现浇楼板通常需要粉刷，容易出现抹灰脱落等常见质量问题。

装配式叠合楼板相比于施工现场现浇楼板和工厂全预制楼板有着非常明显的优势：预制底板材料多采用高强钢筋和高强混凝土，在提高预制底板强度的同时，可节省钢筋和混凝土用量；叠合板在工厂预制，预制底板模板具有重复使用性、机械化程度高、底板精度高等特点；预制底板在工厂预制好后运至施工现场浇筑混凝土，不占用现场施工工期，避免钢筋绑扎和模板使用；与全装配式楼板相比，叠合楼与墙板、梁柱等连接节点之间的整体性好，有利于抗震。

4住宅工业化技术体系搭建

住宅工业化技术体系从全现浇混凝土外墙体系、铝模板体系、附着式升降脚手架体系、蒸压加气混凝土墙板体系、叠合楼板体系五大体系的构建出发，充分利用五大体系的先进技术和经验，完善现有的耗费大量劳动力、占用大量时间、不利于现浇技术先进技术的技术体系，充分结合现有装配式施工方式的优点，采用新型工业化模式代替传统现浇施工体系低水平、低效率的生产模式。

工业化制造住宅的理念决定了不同的住宅部品将在不同的工厂生产，这就从根本上决定了工业化成品住宅必须形成集成化系统，这是工业化住宅的关键技术。集成化系统将住宅的标准化、系列化部件组成一个相互协调的优化整体，从而大大的提高了住宅的品质。目前住宅集成大致可分为制造集成与施工集成两种方式。制造集成主要指具有独立使用功能的住宅部品，这种住宅部品在工厂内生产加工完成，运输到住宅施工现场后可以直接组装，在保持了其原有部品功能的基础上，又通过与住宅主体结构或其他住宅部品的集成获得整体性的新性能，例如预制楼梯、叠合板等预制构件。施工集成过程就是住宅部品性能实现的过程，主要指在协调了制造标准与设计施工标准之后，被选定的住宅部品被运送到施工现场，通过彼此配合，接口优化，达到融合、协调的目的，使部品性能达到最优。

图1住宅工业化技术体系搭建

全现浇混凝土外墙体系包括混凝土生产的工业化和商品化，以及运输、泵送、浇筑和养护的机械化和智能化。专业混凝土生产企业生产的预拌混凝土采用集中搅拌，机械化程度高，计量精度高，技术服务到位。

铝模板体系在保证模板功能性的基础上，实现最大集约化，将模板和模板支撑的功能融为一体，简化了操作难度，提高了工作效率。铝模板系统实现模板支架工具化，现浇混凝土工业化实现模板一体化，施工方便、省时、省力，不仅节省了人工成本和模板成本，而且由于加快了施工进度，提高了项目的经济效益。

采用附着式升降脚手架体系实现工业化住宅外脚手架系统的配备。附着式升降脚手架的主要部件和配件在工厂定制，产品质量和可靠性更高。与传统的反复拆卸的脚手架系统相比，附着式升降脚手架简化了施工程序，降低了人工和高空作业率，灵活多变，为施工提供了更高的安全保障。

蒸压加气混凝土墙板体系与叠合楼板体系实现制造一体化和工厂化生产。在工厂生产加工后，运至施工现场，可直接拼装。在保持原有部分功能的基础上，通过与住宅主体结构或其他住宅构件的融合，获得整体新的性能。其中，钢筋可在工厂制造，现场机械成型，实现预制钢筋混凝土构件的轻量化和施工装配。

5 建议与展望

整体来说，房地产行业在住宅工业化方面在推广和应用仍然贯彻不力，住宅工业化发展过程相对比较慢，受开发成本、效率、效益等诸多因素影响，未能得到全面发展。各房地产企业均在不断完善工业化体系，在设计资源、装配式供货资源、施工资源等方面进行了有效整合，整个行业水平得到了提高。

但是在住宅工业化发展过程中，还存在不足之处，要实现住宅工业化全面推广应用，还有很多挑战需要面对：

第一，将BIM技术引入住宅工业化中，实现预制构件的模块化设计，所有模块都是参数化的，可以随时更改。设计方案可不断调整优化，模拟现场施工条件。但是，在BIM相关软件的实际运行中，参数化信息模型在不同软件之间转换应用时，会出现项目缺失，格式不支持的情况，并且BIM模型的建立需要不同单位的共同参与，实现全专业的BIM应用仍然困难重重。

第二，住宅工业化的产品交付使用后，在运营维护阶段，一些质量问题逐步显现，并且在相关研究中没有找到住宅工业化在全生命周期应用的实际案例。在对住宅工业化全生命周期的研究中，特别是装配式混凝土方面，缺少交付后阶段的相关技术应用，在维修保护方面缺少数据整合，未能实现全生命周期管理。

第三，建筑设计——建造协同。目前我国的建造方式，仍然存在粗放式管理，设计与建造过程，各方需求不明确，缺少技术方式的集成，容易形成交接界面混乱。近些年，我国大力推行住宅工业化，在高速发展的同时，设计——建造环节出现低效运行的现象，影响了房屋建造质量。通过设计——建造全过程协同，构建基于数字信息技术支撑下的设计——建造信息化协同平台，为新时代住宅工业化发展提供依据，实现工业化住宅集约化的建造于生产，设计出适合我国住宅工业化的建造模式。

6 结束语

随着社会主义市场经济的快速发展和新型城镇化建设的推进，我国住房工程建设量逐年增加。建筑业的快速发展创造了巨大的经济效益和社会效益，但其安全、质量和环保现状却不尽如人意。目前我国工程建设多采用传统的人工作业方式，生产效率低，质量稳定性差。工业化住宅采用工业化生产装配式施工的建造模式，具有质量稳定可控、节能环保、高效的天然优势。随着我国住宅产业的现代化，工业化住宅将成为我国住宅建设的主要形式。

参考文献

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部. GB/T 51129-2017，装配式建筑评价标准[M]北京: 中国建筑工业出版社. 2018.

[2]李俊杰，杨哮.基于BIM技术的建筑工业化发展研究[J]. 建筑经济，2016，37(11)：10-14.

[3]金波.装配式施工技术在住宅工程中的应用研究[J].建筑技术，2017, 48(4):441-443.

[4]陈国玺，贺柳.混凝土装配式住宅施工技术研究[J].城市建设理论研究，2018(7)：43-46.

[5]王佳琪.建筑产业现代化与传统建筑模式经济效益比较[J].福建建筑，2016,(5):75-77.

[6]建设部住宅产业化促进中心编著国家康居住宅示范工程住宅部品与产品选用指南[M]北京：中国水利水电出版社，2005

[7]纪颖波.建筑工业化发展研究[M]北京：中国建筑工业出版社，2011

[8]李铭皞.某装配式建筑项目质量管理研究[D].青岛大学, 2018.

[9]鲍立毅，耿飞，韩素娟，史喜珍，李基伟.预制装配式建筑外墙墙体研究现状[J].建筑节能，2019, 47 (01):107-112.

[10]李纪华.我国住宅工业化发展制约因素及对策研究[D].重庆大学，2012.

[11]李荣帅，龚剑.浅谈日本住宅产业化的发展与现状[J].中外建筑，2014(01):52-53.

[12]刘长发等.日本建筑工业化考察报告[J].21世纪建筑材料，2011，69-72.

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