探寻中国、日本、新加坡的装配式建筑发展

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改革开放以来,中国建筑业产业规模不断扩大,带动了大量的关联产业,成长为国民经济支柱产业之一。

但目前,我国建筑业仍属劳动密集型产业,建造方式较为落后。随着能源紧缺、劳动力短缺等问题逐渐凸显,传统建筑业的生产方式已经不能适应时代发展需求,装配式建筑也进入了发展的快车道。

过去中国也向国外发达国家学习先进技术,日本和新加坡两国的装配式建筑发展相对成熟,将日本和新加坡的技术移植到中国是否具有可行性?虽然同为亚洲国家,但中国、日本和新加坡(以下简称“中日新”)的装配式技术体系及连接节点各不相同。本文从抗震设计、节能保温、施工管理、建筑胶使用和国家政策等方面,浅谈中日新装配式建筑发展差异。

一、抗震设计

1.地震情况

国家

地震情况

设计方法

中国

少数地区地震频发,一般震级较小

抗震设计

日本

多地震国家,震级较大

隔震、减震设计

新加坡

地震很少发生

基本不考虑地震作用

2.立面影响由于建筑抗震设计方法不同,使得中日新三国规范对建筑规则性要求不同,建筑立面风格差异也较大。

中国建筑立面多样

日本建筑立面规则

新加坡不规则建筑

3.结构体系在中日新三国装配式建筑中,中国和新加坡装配式剪力墙技术应用较为广泛,主要应用在住宅中;日本装配式框架、装配式剪力墙均有应用,公建和住宅都有采用。

4.钢筋连接形式中日新三国装配式建筑中,均有剪力墙住宅,预制竖向构件连接,虽然均采用套筒灌浆技术,但由于抗震设计方法不同,在装配式住宅实际应用中也有较大差异。

日本装配式剪力墙主要用在低多层建筑中,竖向钢筋普遍采用灌浆套筒连接,连接钢筋直径大、数量少,不易变形,在装配式框架结构中,框架柱的连接钢筋直径大、数量多,框架梁水平钢筋也有采用灌浆套筒连接。新加坡竖向钢筋也采用灌浆套筒连接,与日本类似,连接钢筋直径大、数量少。中国的装配式剪力墙竖向连接钢筋也采用灌浆套筒,但直径小、数量多,对于生产和施工工艺要求比较高。

由于中国的抗震设计和剪力墙住宅的结构形式,装配式“等同现浇”的原则要求节点构造符合现浇混凝土设计规范,导致竖向连接钢筋较多,钢筋容易偏位且对孔难度大,后浇节点部位钢筋绑扎复杂。未来应对现有技术体系及连接节点进行优化,可研究安全度高、现场施工高效的新工艺工法。

装配式建筑连接钢筋的直径和数量,直接影响现场施工精度和质量,目前在低多层建筑中已经有项目采用大直径、大间距的连接套筒及其他连接构造,后续在高层建筑中深入研究连接钢筋直径和数量,突破传统现浇混凝土规范的束缚,进而提高现场效率。

 

二、节能保温

新加坡全年高温多雨,建筑节能主要采取隔热的设计方法,建筑设计非常注重外遮阳设计,日本和中国华北地区纬度基本相同,节能设计均要求形成封闭空间,但日本建筑普遍采用内保温设计,而中国大部分建筑采用外保温设计,仅在南方夏热冬暖地区采用内保温设计。

节能保温形式对预制外墙的构件选型影响较大,新加坡地区普遍采用单层预制墙板,遮阳板随预制构件整体预制;日本外围护结构大量采用ALC条板和预制混凝土外挂墙板,采用内保温,并结合SI管线分离技术,大大降低预制构件生产和施工难度;而中国根据南北差异不同,分区域地选用预制夹心保温外墙板、预制单层墙板、内浇外挂墙板等,外保温给装配式建造带来一定的生产和施工难度,导致了中国比日本新加坡的预制构件更加复杂。

 

三、施工管理

在项目施工管理模式方面,日本和新加坡都是以EPC总承包模式建造,总承包商负责整个项目的实施过程,有利于项目统筹规划和协同运作,工作责任和界限更加清晰,能够使设计、施工最大限度发挥价值,进而有效提高项目建造质量,避免出现多单位配合的脱节现象,同时降低项目总体建造成本。同时,日本的施工管理,将人员安排、作业面施工内容、工序交接、机械设备安排等都做到精细化策划,施工效率高、质量优。中国大多数项目仍采用逐层分包的管理模式,有设计、生产、施工脱节现象存在。
    装配式建筑要求设计、生产、施工一体化,建筑、结构、机电设备一体化,技术、管理、市场一体化,中国近年来也提出加大力度推广EPC总承包模式,目前仍处于探索阶段,相关配套的管理制度尚未完善。未来随着EPC模式的推广,应能降低装配式建造成本、提高建造质量。

 

四、建筑胶使用

日本和新加坡的装配式建筑,广泛地使用建筑密封胶,并将预制构件拼缝外露,定时检修维护,已被百姓接受。中国的装配式建筑目前尚处于发展初期,建筑密封胶产品并未形成统一标准,质量参差不齐,产业工人匮乏,建筑密封胶施工质量不佳,中国老百姓对建筑密封胶的接受度不高。甚至有些项目在建筑密封胶部位采取砂浆封堵的错误做法,后期使用过程中有较多开裂。规范建筑密封胶产品质量,提高施工水平对装配式建筑发展也十分重要。

正是由于建筑密封胶施工质量不可控,中国的很多装配式项目设计时,对建筑密封胶有所顾忌,很多项目前期方案,设计师放弃预制构件拼缝外露,甚至将预制构件之间的接缝打胶后表面再覆盖砂浆,这种错误的设计方式,后期存在开裂风险。一方面设计人员要重视装配式项目预制构件间的拼缝设计,另一方面项目要严格控制密封胶产品质量和现场施工质量,从而使预制构件拼缝外露也能实现完美的实施效果。

 

五、国家政策

日本在上世纪60年代末开始大力发展装配式建筑,起初也是政府主导,在经济、技术、协会等方面给予大力支持,首先在集合住宅低矮房子中推广预制剪力墙,由于人工成本逐步增加,企业自主研发能力增强,逐步将预制构件应用到高层和超高层建筑中,降低整体建造成本。
   20世纪80年代,新加坡建屋发展局(HDB)开始大力发展装配式建筑,政策导向主要为了限制外国劳工数量,新加坡的组屋为政府投资,全部要求采用装配式方式建造,经过多年的发展,新加坡组屋已经形成高度标准化的套型、户型及施工工法。
    中国装配式建筑发展几经波折,2016年国务院再次提出大力发展装配式建筑的要求,各地方政府也出台了容积率奖励、提前预售、财政补贴等激励政策,近两年装配式建筑发展规模跨越式发展,但与此同时,装配式建筑也遇到了成本增量高、施工工期无优势、建造质量有待提升、配套制度不完善等问题。
政策推动不应是装配式发展的内在动力,切实提高效率、降低成本才是装配式能够发展的核心,国家政策、企业研究也都应该以“两提两减”为目的,才能使中国的装配式建筑健康发展。设计生产施工企业应加大研究投入,创新实践,突破现浇理论,从各方面提高装配式建造质量。

 

  语

虽然日本、新加坡等发达国家有很多成熟的装配式发展技术,近几年中国也有引进日本装配式框架体系和德国双面叠合剪力墙体系的项目案例,并未取得预期效果,照搬国外技术体系在中国不一定适用。我们应当借鉴发达国家的成功经验、学习其先进的发展理念和配套保障制度,结合中国设计习惯,探索符合中国国情的装配式建筑发展道路。

 


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