我国装配式建筑的可持续性发展分析.docx
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1、摘要传统的建筑工程施工建设中施工周期长、生产效率低下、环保效益差、安全隐患多等 弊端,为了加快建筑业在我国的工业化进程,顺应国家倡导绿色可持续发展的建筑工业化 道路,装配式建筑是替代传统建筑的最优选择。装配式建筑节能、环保、集约、高效,可 进行工厂化流水线生产,实现建筑业的工业化。然而,装配式建筑在我国的应用并不多。 系统地对装配式建筑展开研究与分析不仅有助于我国装配式建筑的健康有序发展,还有助 于加快建筑业在我国的工业化进程。本论文以可持续发展理论为基础,以装配式建筑与传统现浇建筑的区别为出发点,从 经济、资源、环境、社会、技术等多方面分析影响装配式建筑可持续发展的因素,并针对 我国装配式建
2、筑发展现状提出一定的思考与对策,从而进一步推动装配式建筑的发展。主 要内容如下:1、在实际项目施工中,装配式技术总体上比现浇技术具有更多优势。从工程项目施 工管理的角度出发,系统研究了装配式建筑与传统现浇建筑在成本、进度、质量、安全等 多角度的影响分析,并分别总结了相应的影响因素与对比分析,突出装配式建筑优势。2、总结我国装配式建筑当前发展的建议措施。从政策、技术、经济等方面,探讨目 前我国装配式建筑推行缓慢的原因,并由此提出在政策上应加大力度支持与引导,加快装 配式建筑技术研发,并建立相关标准与指南,政府与企业也要结合市场,因地制宜,加快 实行装配式建筑的可持续发展。关键词:装配式建筑;可持
3、续发展;影响发展因素第二章装配式建筑的概念、特征及必要性分析2.1 装配式建筑的定义装配式建筑指的是将预制加工厂预制的构件,通过机械吊装的方式,把零散的预制构 件连接成为一个整体的建筑。采取标准化设计,预制场生产,现场吊装作业的模式。装配 式建筑适合做大工业厂房、标准办公楼及标准住宅等,但因成本偏高、技术难度大、质量 及刚度难以保证,推广过程中遇到较大障碍。1 .1.1装配式建筑相关概念界定在装配式建筑的概念没有出现以前,类似于装配式建筑概念己经提出了很多次,如“建 筑业工业化、住宅业产业化、建筑业现代化、新建筑现代化”等等。但都是时代赋予的特 征。“建筑工业化”指的是运用大规模的工业生产建设
4、,替代传统的建筑行业,取代的低 效的人工建筑。”建筑业产业化”,是进一步延伸内涵,一般的理解是集成设计与生产,将 设计与建设产业整合,进行整个产业链生产模式的运行和维护。2013年提出的“建筑业现代化”,指的是结合现代化的管理,学习大工业生产的模式, 发展装配式建筑。之后提出的“新型建筑现代化”,它是强调的是主要结构的建设和内在 装修分离。2015年表达的“装配式建筑”设计,集新信息管理和智能运用于一体的标准化 模式,预制施工装修一体化建设,节约成本,节能降噪,并能大幅度降低建筑垃圾和灰尘, 保护环境。这样形成产业链是完全符合绿色环保的要求。这些不同概念在有各自的特点,相互牵连又各有不同,归根
5、到底是国家在发展产业转 型时的不同目标,不过未来都将表述为装配式建筑。2 . 1.2预制装配式建筑结构体系2. 1.2. 1预制木结构体系在中国古代,木结构体系是一种占主导地位的工程结构。随着历史的发展,木材本身 具有节能、隔热、隔音、舒适、抗震等优点,加上经济和材料都是可取的,现代的木材结 构也很受欢迎,在国外,广泛使用了木结构进行建筑施工和住宅的建设。但由于中国人口 众多,房地产行业需要消耗大量的森林资源和木材造成其供应缺乏,木结构不适合中国循 环可持续建设和发展的需要。近年来,我国大部分木结构主要用在高等级的建筑,如别墅, 景观设施的建设,迎合部分人的市场和观赏的需求。2. 1.2. 2
6、装配式混凝土结构体系预制混凝土建筑是一种预制混凝土结构(也称为PC部件)为主要部件,主要成分是混 凝土。装配式混凝土结构体系还可以细分为以下几类。(1)预制装配式框架结构体系框架的梁和柱以预制构件的形式存在的结构称为预制框架结构,然后将各种承重部件 用现浇的方式连接起来。预制的梁、柱和其它预制的阳台、外墙板、楼梯、地板等等组装 成了预制装配式框架结构建筑。这种结构的力学性良好,显著提高装配率,简单易操作, 现场浇筑量较少,完全符合装配式建筑的设计初衷。这种结构具有一定的适用性,但梁柱 裸露在外部,有一定的施工难度,更常见于需要打开大型空间建筑物,建筑高度在60 m 以下,如停车场,商场,学校建
7、筑,工厂、办公楼,商业建筑,医疗建筑、仓库等,近年 来己开始在民用建筑中使用。(2)预制装配式剪力墙体系指的是受力的剪力墙、梁等部分或全部采用预制的方式,吊装完成后,墙与墙之间的 垂直缝采用浇筑的模式、上下的墙的结合采用钢筋连接,最后与梁柱等浇筑成整体。全预 制剪力墙则全由预制装配组成,预制墙之间的连接采用湿连接。该结构预制率高,可达70%, 施工简单,无梁柱外漏,成本相对偏低,适合高层以上的建筑。但也存在一些缺点,如接 缝处不好处理,容易出现结构质量问题。(3)预制装配式框架一剪力墙体系从定义可知装配式框架一剪力墙体系,是框架结构和剪力墙结构的结合,它们对框架 的加工方式,基本也相同,这里不
8、再赘述,同样对于剪力墙的处理可以分为两种类型,即 预制或者现浇。这种结构同样装配率较高,也适合高层以上的建筑,但是成本也偏高,施 工难度相对较大。2. 1.2. 3预制装配钢结构体系该结构的主要受力部分是采用的预制钢柱和梁,而由于钢结构比刚度、比强度大,可 使建筑结构减轻重量而不损失强度和结构的稳定性,抗风抗震;跨度大可扩展建筑空间, 还具有灵活地分离功能;良好的质量控制,便于加快施工进度,基本不受施工的天气和季 节影响;方便装修拆迁且可回收材料,完全符合可持续发展的政策。根据其特点,应用也 十分广泛。但钢结构也有其缺点:钢本身是热的良好导体,修筑的结构在保温隔热方面的 效果不尽如人意,需要采
9、取其他措施弥补,还有钢结构具有易腐蚀的特点,主要做好防护 提高使用年限。虽然中国有广阔的土地面积,幅员辽阔,地大物博,钢结构的产量并不缺少,但是在 建筑应用这块的规范并不完备,特别是住宅的应用规范,还没有掌握很好的设计、施工技 术,造成我国在住宅产业化上没有充分利用钢结构的优势,劳动转化率低,技术体系不完 善。可想而知,钢结构还有很长的路要走,这也是装配式建筑需要发展的方向。2. 1.2. 4预制集装箱式房屋预制集装箱式房屋是工业化程度较高的建筑形式,预制程度可以达到90%以上。简单 来说,预制集装箱式房屋就是将房屋所有的设施设备都集于一个箱子整体,包括梁柱、墙 体等等,甚至全部或部分完成门窗
10、、阳台、电气、暖通、厨房、楼梯、家具等装修工作, 运到现场直接组装成一个整体,快速组装成多种风格的建筑。这将能够将工作负荷控制到 最小。与传统建筑相比,据估算这种结构体系的混凝土单位面积消耗量仅为0.3 m2,极大 的节省20%以上的钢材和水泥用量,其重量也将减少一半以上。值得一提的是,在箱体的 预制构件的建造中投资的成本是昂贵的,通过扩大预制的工厂的规模,形成流水线作业, 可以实现一定量的成本控制。2. 2装配式建筑的基本特点大量的建筑部件由车间生产加工完成,构件种类主要有:外墙板、内墙板、叠合板、 阳台、空调板、楼梯、预制梁、预制柱等。建筑部件运到现场进行组装,减少了模板工程和人工工作量,
11、加快了施工速度,这对 于降低工程造价和缩短现场施工工期意义重大。采用建筑、装修一体化设计、施工,理想状态是装修可随主体施工同步进行。设计的标准化和管理的信息化,构件越标准,生产效率越高,相应的构件成本就会下 降,配合工厂的数字化管理,整个装配式建筑的性价比会越来越高。装配式建筑的建筑材料选择更加符合绿色建筑的概念。2. 3装配式建筑的施工特征2. 3.1施工生产作业地点原先需要在项目现场搭设脚手架、预支模板的建筑的柱、板梁、阳台、外墙、阳台等 变成了在工厂生产线上生产,所有模块的东西都可以在工厂预先制造,避免了现场的浇筑, 将大量现场的手工作业,换成了在工厂的流水作业。具有提前预制,施工速度快
12、、工期短、且不受气候影响的特点。2. 3. 2施工生产作业方式原来的现浇结构需要立体的交叉作业,流水施工,而对于预制装配式建筑,主要采用 机械化的吊装,最终将各模块组成整体。安装过程如同在工厂组装汽车元件一样进行拼接, 现场作业大大减少,生产效率很高,安全、质量有保隙等等特点。并且,建设与装修于一 体,装修与主体工程可以同步施工,大大缩短施工工期。2. 3. 3施工生产作业人员由于现场大量采用吊装技术,再也不需要大量的体力劳动,从业人员经过简单培训只 要掌握预制装配、吊装的技术即可,大大减少了人力数量的需求,减少人工成本。也改善 了从业人员的就业环境。2. 3. 4施工生产作业环境预制装配式现
13、场施工以吊装为主,节能环保,脚手架搭设、现场砌筑、现场抹灰等以 往现浇建筑的施工内容和工作量几乎没有,减少了现场的施工工序,也减少了现场对成品 的养护。有资料推算,装配式施工至少节约用水量80%,能源70%,材料20%, 土地20%, 有效避免噪声的产生,减少对周围居民的生活工作影响。2. 4发展推广装配式建筑满足我国可持续发展要求与传统施工方法比较,装配式建筑节能,节水,省材料、省时、省力,大大减少建筑 垃圾和灰尘,保护环境。装配式建筑是建筑业发展、绿色循环发展、低碳发展、促进改革 和结构调整的重要手段。推进生态文明建设,加快城市化进程,具有重大而深远的意义。2. 4.1提高工程项目建设的效
14、率和质量预制建筑的制造技术是大规模生产的社会组织管理与现代信息技术的集成,统筹工程 设计、施工、运行维护、生产等部门,是传统的粗放生产转化为工厂化、集约化的制造过 程,制造厂及生产效率和技术水平的提高,全面提升装配式建筑的质量安全水平,有效促 进现代建筑业的快速前进。2. 4. 2减少现场施工污染、环境污染传统的建设方式资源利用效率低,能源浪费大、施工噪声污染严重。装配式建筑顺应 绿色发展的要求,改变了脏、舌L、差的施工现场和施工过程,减少空气污染和建筑垃圾的 产生,减少环境污染,有助于改善城市环境和生态文明建设的灰尘和噪音。2. 4. 3提高资源利用率,节约资源预制建筑采用工厂集约化生产部件
15、、部品,对能源资源的有效利用,符合可持续发展 的绿色、低碳及回收。可以大大减少建筑预制混凝土模板、砂、石、水泥等材料的消耗量, 降低钢模板、脚手架使用等,减少了现场混凝土的养护和钢筋切割,大大减少对水电的消 耗,工厂预制还可实现水资源的循环利用。2. 5本章小结本章主要分析了装配式建筑的相关理论,介绍了传统施工方式的弊端,给出了装配式 建筑的相关概念,解释了装配式建筑的定义,并与之前容易混淆的概念做了界定,列举了 装配式建筑的四种结构体系,即预制木结构体系、预制装配式混凝土结构体系、预制装配 钢结构体系和预制集装箱式房屋。然后总结了装配式建筑的基本特征,最后总结了发展装 配式建筑的必要性,推进
16、生态文明建设,加快城市化进程,符合我国可持续发展战略要求。第三章装配式建筑技术对现代工程管理的影响传统建筑工程项目管理的主要内容包括:项目组织的协调、成本控制、进度控制、质 量控制、安全与环境管理、合同管理、信息管理等主要内容。装配式建筑工程项目管理大题内容分类同传统建筑工程项目管理,在具体内容上存在 新的方面。本章将针对装配式建筑工程项目管理存在的新内容进行分析,从成本控制、进度控制、 质量控制、安全风险管理的角度出发,分项目设计阶段一部件生产阶段一吊装拼接阶段等 不同阶段对项目管理的影响,分析其内在因素。2.1 装配式建筑对成本控制的影响一般来说,建筑工程项目的成本主要包括:直接成本、间接
17、成本、利润和税费。而建 设成本的主要部分是直接成本,装配式建筑施工方式与现浇施工方式的区别主要体现在以 下几个方面:预制生产成本:材料成本,生产成本(劳动力和相关水电、场地费用),成品保养费, 模具费,机械费及相关维护等费用,税收等其他费用;运输成本:从工厂到施工现场,施工现场到安装场地的二次搬运费;安装费:安装人工费,安装机械费及相关维护等费用;措施费:脚手架,模具等支撑费用。当然,装配式建筑的成本还与一个重要因素相关,即预制率。一般来说,预制率越高, 成本应该有所降低,在国外的应用情况也是如此,但是对于目前我国发展的现状来看,装 配式建筑预制率越高,成本并没有降低,反而在升高。2.1.1
18、设计阶段建筑的设计阶段是整个建筑工程项目中的最重要的环节,设计的深度直接决定了最终 工程的成本,而如何设计预制件、如何拆分预制件、组装、施工工艺都会直接导致施工难 度和成本的增加与否。传统的现浇结构,设计基础非常成熟,设计人员依据多年经验,可以极大程度的控制 成本,设计基准都有统一的标准。而预制装配式建筑的设计水平不高,广大设计人员基本 没有太多实际经验,而每个预制件都需要详细的图纸,预制件的生产制备还需要多角度的 视图,还要进行预埋件的设计、预留孔、管线设计、门窗和装修设计等,这些设计不光只 是简单的结构设计,还需要多个专业的相互配合,如水电、结构设计、力学等。由此可见,装配式建筑的前期设计
19、成本偏高,主要还是因为装配式预制件的结构需要 拆分深化预制,考虑的因素更多,设计更为繁复,设计深度相比现浇式结构更深,多专业 的汇总,也延长了设计阶段的时间。不过,在进行大规模生产后,对设计的不断优化设计, 可以设计出通用的模板和特殊的模板,这样随着设计经验的积累、标准化提高从而降低成 本。3. 1.2部件生产阶段(1)模具的设计和损耗预制件的成功预制离不开模具的精确性,首先要对模具进行严格设计,保证预制件的 外观、尺寸精确。模具在设计上可以采取拼接组合方式,增加模具的通用性,一次项目结 束后,通过不同的组合满足下一个项目使用。相对于现场模板现浇,在工厂内集约化生产 相对降低模具的损坏,从而降
20、低损耗率。(2)预制件的制作预制件通常具有多种种类,如预制墙、预制梁、装饰阳台等,生产技艺各不相同,合 理安排分类生产,提高生产效率,节省生产成本;工厂流水线的生产,大量的预制件被生 产出来,可以进行统一养护管理,提高质量的同时,降低成本。还有,预制件的集中统一 生产统一管理,水电的消耗很大程度上能够减小,而且还可以实现工业用水的循环处理, 节约成本。(3)预制件的堆放与运输对比传统建筑结构的材料堆放可以错开时间。装配式建筑预制件在存放管理上,需要 大量的存放场地,专业的堆放管理、合理的堆放顺序。在运输方面,预制工厂到工地一般 较远,预制件尺寸大小、结构形式不一、加上预制件笨重的特点,对运输的
21、能力也有很大 要求,特别是在大型城市中需要进行特殊的线路规划以及预制场的合理安排,这部分成本 占预制件成本也是很大一部分。3. 1.3施工阶段在装配式建筑的施工阶段,也会产生很多不同于传统施工的项目的费用。装配式建筑 的施工队需要接受培训,需要掌握临时支撑、安装顺序、连接方式等技术。另外吊装难度 大,吊装设备和吊具的损耗较大,不同于传统建筑的吊装,需要培训专业的人才才能熟练 的操作,并且作业人员初期操作不熟,很容易造成工期延误,施工周期变长。此外,专业 的大型吊装设备、机械使用费也有较高的成本。而且,吊装方案、吊装位置、吊装顺序的 选取会极大影响成本和施工周期,需要前期加大规划。初期成本投入比
22、较多,但装配式建 筑施工成本会随着经验的丰富和技术的成熟而降低。传统建筑采用现浇结构,对于材料的浪费较严重,结构表面经常凹凸不平,需要利用 后期抹灰找平。但是,装配式建筑预制件来说,采用预制厂生产,结构尺寸精确,表面工 整,不需要后期加工,节约材料,并且可减少自重将近百分之二十五,节约成本;此外, 传统结构的在现场装修,管线布置时经常需要挖孔、凿墙之类的工序,进一步浪费材料, 加大人工投入。而装配式建筑的预制件早己在生产时就制作完成,减少了后期装修的难度, 降低成本;还有现浇建筑施工现场,随处可见大量的脚手架、竹板、模板等附属设施,而 且随着楼层的增加,安装措施费也逐渐增加,但是对于装配式建筑
23、,只需少量的支撑杆件, 且易于周转直接降低了成本,降低了直接费和措施费。而且随着装配率的提高,现浇部分 越少,所使用的附属设备越少,成本也就更容易降低。传统施工项目,承包团队混乱,施工工序多,技术掌控差,从而增加了工程的管理费 用。但是,对于装配式建筑,很多流程就在预制件场就已完成,除吊装时间外,节约了大 量时间,管理费用也就相对来说变少了。整体来说,装配式建筑的采用的是设计一生产一吊装的模式,必然会带来很多施工工 艺与现浇式结构建筑的不同,有些会增加费用如设计、机械费、运输费等等,但也会加快 施工进度,节约安装费、材料费、管理费、措施费等。可以预见的是,即使目前由于很多 原因导致装配式建筑相
24、对传统施工项目成本更高,未来由于技术的完善、政治体制的完善、 市场环境的完善及标准化的提高,装配式建筑的成本必然降低,并随着预制率升高而降低。3. 2装配式建筑技术对进度控制的影响大型建设项目的结构和工程技术较为复杂,施工周期一般较长,参与单位较多,项目 进度受到很多风险因素的影响,这些因素很容易造成实际进度和计划进度的产生偏差,从 而影响项目的总进度。影响项目进度风险的因素有很多,如技术因素、人为因素、设备因 素、材料、部件因素、水文因素、气象因素、资本要素等自然和社会环境因素等方面。工 程项目不同,影响因素的重要程度有很大的不同,在实施进度时,项目经理需要充分考虑 影响进度的不确定性因素,
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