目前,发展装配式建筑已经上升为国家战略,但是,装配式建筑在我国尚处于发展初期,在设计和管理上还存在一些认识不足和误区。
1.装配式优点会自动实现
有些人误以为只要搞了装配式,装配式建筑的优点就会自动实现。实际上,装配式建筑需要更精细的设计、更严谨的计划、更有效的管理,装配式的优点只有基于这几个“更”才能实现。否则,就会出现各种问题、麻烦和隐患。
2.盲目追求高速度与高指标
根据国家规划目标,到2025年我国装配式建筑占新建建筑的比例将达到30%,已经是很高的速度了,是世界建筑工业化进程中前所未有的速度、前所未有的规模、前所未有的跨度和前所未有的难度。但一些地方还要加速,全区域100%新建项目都要求采用装配式建造,出现了一些不太适合实施装配建造的项目,也勉强硬做装配式的情况。在实践经验积累还不多,技术完善度不够,尤其是人才匮乏、产业链发展还不成熟的情况下,高速度可能带来一些不良后果。
装配式建筑指标(预制率和装配率)高低受结构体系、项目类型、区域产业链发展水平等各方面因素制约,有的地方对装配式建筑认识还不足,产业链发展水平还不够,盲目跟进,追求高指标,甲方和设计单位只是被动地完成规定的指标要求,没有对实现装配式的效率与效益进行深入分析和多方案经济比较,因地制宜地发展装配式建筑,为了装配率而装配,不仅影响建设效率、增加成本,还会带来质量问题,包括影响结构安全的质量问题。
3.标准化设计与标准设计概念混淆
装配式建筑设计应遵循模数化和标准化原则。但是,装配式建筑设计并非标准设计和千篇一律,而是在尊重个性化和多样化基础上的标准化设计。例如,乐高建筑,采用了大量的标准件和少量的非标准零件,组合成个性化、多样化、造型丰富的乐高建筑(图3-1),乐高建筑的标准件设计就是遵循模数化原则下的标准化设计,通过乐高建筑的理念可以帮助我们正确理解和区分“标准设计”和“标准化设计”之间的差别。再如,欧美、日本等国家预制构件的标准化程度很高,如应用于各类建筑的标准化预应力楼板,构件是标准化的,但建筑则是千差万别个性化的。
▲图3-1 乐高建筑模型
有的设计人员误把照搬标准图当作标准化,或没有针对具体项目建立标准化模式。实现装配式建筑的标准化设计,需要针对不同建筑类型和部品部件的特点,结合建筑功能需求,划分标准化模块,进行部品部件以及结构、内外围护、内装和设备管线的模数协调及接口标准化研究,建立标准化技术体系。深圳市针对保障房进行的装配式标准化设计研究成果,就是基于标准化设计理念的,值得借鉴。
4.预制率和装配率指标混淆
很多地方实施细则对预制率有比较明确的定义和计算方法,一般是指单体建筑地上结构中预制混凝土体积占全楼混凝土体积的比例,反映的是装配式建筑结构系统预制比例高低的一个指标,是装配式建筑装配率的一个组成部分。
按《装配式建筑评价标准》GB/T51129—2017的定义,装配率是由结构系统、内外围护系统、装修与设备管线系统三大类装配评价指标构成,是比较完整的装配式建筑评价体系。
指标的混淆和认识偏差,导致一些地方的装配式建筑的设计和研究,包括指标认定、实施细则都是按照装配式结构的思路在做,存在过分重视主体结构而忽视整体建筑装配的认识误区。
5.装配式住宅就是装配式剪力墙住宅
在我国,剪力墙结构是我国目前高层住宅建筑的主要结构形式,当国家大力推行装配式建筑时,装配式经验不多、技术不成熟的剪力墙结构也仓促上马,大规模搞起了装配式。但剪力墙结构采用装配式,就目前的技术、经验和规范规定而言,很难达到实现经济效益、环境效益和社会效益的初衷,效率难提高、工期难缩短,成本却增加不少。
既然剪力墙结构体系目前还不大适宜大规模采用装配式,为什么不换一个思路换一种结构体系尝试一下、而非要在剪力墙结构体系上做文章呢?
我国建筑界似乎有一个心理定势:只要建住宅,就非剪力墙结构不可。
日本住宅就很少采用剪力墙结构,高层住宅更不用。他们把包括框架结构、筒体结构的柱梁结构体系统称为“拉面”结构,认为柔性对抗震更加有利。剪力墙结构比框架结构混凝土用量大,自重荷载大,导致地震作用也随之增大。日本设计人员还不认可剪力墙结构对空间的刚性分隔。
笔者认为,既然装配式建筑是非做不可的事情,在剪力墙装配式技术目前还不够成熟的情况下,应打破心理定势,对最终采用什么结构体系进行定量的对比分析,找到适宜的方式。而不是习惯性地又不无勉强地在不大适宜的结构体系上“为了装配式而装配式”。
现在很多人一提到框架结构,就强调柱梁占用室内空间的缺点,这也是一种心理定势。
一方面,现在的框架和筒体结构体系柱网越来越大,柱梁占用室内空间的影响其实很小。更重要的是,装配式建筑提倡管线分离,剪力墙结构占用室内空间少的优势是建立在管线埋设在墙体内这一落后做法上的。如果要实现管线分离,剪力墙是实体墙,无处埋设管线,就需要做架空层,如此剪力墙结构体系比柱梁结构体系占用的室内空间就更大。框架结构、筒体结构采用轻质隔墙,管线可以布置在墙体里。
笔者并不断言,剪力墙结构体系做装配式就一定不如柱梁结构体系,而是建议项目的决策者和设计者首先应破除心理定势,在定量细致的分析后再做决定,找到最适宜的装配式结构体系。不能因为简单的一句柱梁占用空间就直接否定在国外用于住宅建筑非常普遍、非常成熟的装配式结构体系。
6.对装配式建筑风格认识不足
北欧是最先大规模搞装配式混凝土建筑的地区,日本是高层建筑采用装配式最多的国家。北欧人和日本人都喜欢简洁的建筑风格,比较适合装配式,经济性好。如:目前世界上最高的装配式超高层住宅——日本大阪的北浜大厦(图3-2),其高度达到208m,建筑风格简洁,很适合采用装配式建造,除核心筒剪力墙现浇外,框架部分都采用预制装配。还有一些国家和地区,装配式建筑大都是保障房,建筑风格也比较简洁。中国目前是在商品房领域推广装配式建筑,中国消费者大都喜欢富丽豪华一些的建筑风格,简洁的住宅觉得档次不够、不好卖,而这些变化多、缺乏标准化设计的复杂建筑做装配式适应性差,实施的难度也比较大。
▲图3-2 日本大阪北浜大厦
7.将装配式结构误等同为装配式建筑
根据国家标准的定义,装配式建筑是由结构系统、外围护系统、内装系统、设备与管线系统四个系统集合而成,而不仅仅是结构系统预制装配。在我国推广装配式建筑之初,确实是以结构预制作为抓手,推动了预制构件工厂等上下游产业链的发展,以至于现在很多人认为装配式建筑就是混凝土预制构件装配,形成了装配式就是混凝土构件预制的片面认识。
在实际项目设计中,很多建筑师,包括甲方设计管理部的建筑师也会简单地认为,装配式建筑主要是结构专业的事情,跟建筑专业、机电设备专业关系不大,只要结构专业做好就可以了,而未能全面地从四个系统之间寻求更加合理化的技术路线,综合地看待装配式建筑,从源头上控制建筑方案的设计、平衡好装配内容和成本之间的关系。甚至有的地方政策和实施细则也是完全偏向于结构系统预制,以结构系统预制率作为是否是装配式建筑的考核指标进行判定,其导向的结果就是装配式建筑只是做结构系统预制,而不是四个系统的综合集成平衡。
8.管线系统暗埋
国内习惯于管线暗埋于结构体内,尤其是住宅,凿墙开槽是装修工程不可缺少的“大工程”,锯断钢筋、破坏结构的事情常有发生。这与装配化装修的思路背道而驰,是装配式建筑实施的主要障碍之一。管线暗埋是导致目前装配式建筑(尤其是住宅)实现困难、效率低、成本高的一个非常重要的因素,具体见本书第14章第14.1.2节内容。
9.把复杂的工作留给现场
现行《装配式混凝土结构技术规程》JGJ1—2014(以下简称《装规》)、《装配式混凝土建筑技术标准》GB/T51231—2016(以下简称《装标》),以及标准图集等,主要倾向于平板形及线形构件预制,节点进行现场后浇连接,比如,剪力墙结构中剪力墙墙身预制,三边出筋与后浇带连接,一边埋设灌浆套筒;框架结构中梁柱预制,而在最为复杂和质量要求最高的梁柱节点域采用现场后浇连接(图3-3),除了节点域钢筋密集构造复杂外,还存在着柱节点域混凝土强度等级与梁板叠合层混凝土等级差异问题,大面积的梁板混凝土连续浇筑作业被点状的柱节点域高等级混凝土浇筑作业打断,施工效率受到影响,措施费用也会随之增加。
▲图3-3 复杂而困难的梁柱节点域现场连接
也就是说:目前规范和图集的预制装配思路主要倾向于简单的构件在工厂预制,复杂的连接和构造留给现场。在装配式结构设计过程中,是否应该反过来想想,把最为复杂的节点放在最容易控制质量的工厂来预制,而在作业条件差的现场只进行简单部位的连接装配,图3-4为日本某项目在工厂里制作的多节莲藕梁,大大减轻了现场连接安装的困难和压力,保证了整体结构质量,也提高了安装效率。
▲图3-4 日本某预制多节莲藕梁
10.采用外墙外保温
在外墙的节能保温设计上,长期以来习惯于采用外保温设计,在一些地方还存在外保温厚度可以不计入容积率的“优惠”政策,这和长期以来都是毛坯房交付的建筑标准也是有关系的,毛坯房交付的产品,采用内保温时,容易被二次装修破坏,为回避这个问题,退而求其次,通过采用外保温来实现外墙节能保温设计。
外墙外保温的弊端已日益显现,高层建筑外保温着火后施救困难、成片漫延,还有粘结不牢产生脱落(图3-5),以及其他耐久性问题等。而目前外墙外保温在装配式建筑里仍然习惯性地沿用,造成老的防火和耐久性问题没解决,还带来了新的问题:在预制装配外墙上实施外保温,由于外墙面相对更光滑,铺贴外保温更困难,粘结强度问题更为突出。
▲图3-5 外保温脱落
国外采用外墙外保温是非常慎重的,尤其是高层建筑,消防扑救能力达不到时,更是不可能采用。在日本,以采用外墙内保温为主(图3-6),从保温节能和分户计量角度来说,采用内保温更有利于形成分户小单元的保温封闭空间;从消防角度来说,采用内保温更有利于防火分区分隔;从建筑外墙艺术表达角度来说,采用内保温,对建筑外立面的艺术表达的限制更少,立面可以更灵活地处理,结合现在强制性成品房标准交付的政策要求,在装配式建筑住宅领域可以适时地转向实施内保温或夹芯保温,但夹芯保温应用目前还不够成熟,采用夹芯保温时,应进行合理的构造设计。
▲图3-6 日本内保温住宅
11.单一维度考核装配式建筑成本
在建设成本考核上,长期以来形成以建成交付所完成的投资额作为建设投资成本考核的最终目标。在装配式建筑上,由于工业化生产制作、安装带来建筑的质量和功能提升,未能计入建筑成本考核的影响因素,或者说装配式建筑质量和功能的提升,还不被消费者接受和认可,从消费者角度来说,在装配式建筑上的“获得感”还很差,甚至排斥装配式建筑,质量和功能增量部分还不能获得销售溢价。
日本装配式建筑很多外立面采用石材反打的外挂预制混凝土幕墙,历经几十年风吹雨淋日晒,看上去就像是新的一样,建成交付以后运营维护成本极低,加上采用管线分离等,大大增加了建筑的寿命,减少了后期装修升级改造的成本,如此由装配式带来的建筑功能增量,便能从时间维度上大大拉低建筑的运营维护难度和成本。
在上海等城市,项目开发建设,政策规定逐步增加了自持运营的建筑比例要求,在自持产品的项目开发建设上,尤其要平衡由于采用装配式产生的功能增量和成本增量的关系,多维度考虑装配式建筑的成本,打破单一维度考核装配式建筑成本的问题,纠正认为装配式建筑成本就是高的片面认识。
12.装配式建筑就应当工期长、成本高
国内近些年的装配式建筑实践,似乎留给大家的印象都是成本高、工期长,既没有经济效益,也缺乏社会效益。
发达国家几十年的装配式建筑发展经验证明,装配式不但可以解决施工中的一些问题,还可以带来效益,世界各地不乏一些非常经典的装配式建筑案例(详见本书第1章1.4节),有的是从实际需求出发解决工程中出现的实际问题,如:现场无法支模现浇的悉尼歌剧院,转而采用预制装配解决了施工难题;为了节约工期,尽快将新研发的芯片推向市场,采用装配式结构体系(图3-7)、管线分离的大连英特尔芯片厂房,将工期缩短到只有现浇的1/3左右,采用装配式建造节约了工期,赢得了市场。诸如此类的装配式建筑,从建设实际需求出发,精细策划设计,不为装配指标要求而实行装配,采用先进、适合的装配技术,实现其项目本身所追求的效益目标,是装配式建筑特有的魅力所在。
▲图3-7 大连英特尔装配式芯片厂房