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学术前沿

保障性住房的工业化设计建造工程实践

发布日期:2012-10-20 23:18

保障性住房的工业化设计建造工程实践
 
引子
      我国大力推进保障性住房的大政方针业已明确。将于5年之内建设3600万套保障性住房,在去年完成开工建设的1000万套基础上,今年将建设700万套保障性住房。但是,我国传统住房供给处于初级的粗放型阶段,从保障性住房作为政府的一项重要的民生工程建设来看,建设过程中却呈现出高品质质量需求与落后生产方式的矛盾,其工业化技术低、住宅的综合质量低、资源利用水平低,粗放型的住宅生产方式既不适合可持续发展,也不适应改善居民住宅质量的需要。
      与传统建设方式相比,工业化建造的优势主要有三点:量产化优势、品质化优势和环保化优势,完全可以为公共租赁住房建设提供产业化建设的技术支撑。当前,全国许多城市和企业已开始尝试工业化方式建设保障性住房,如何利用好这一契机,创新发展结合技术转型,积极地推进装配式公共租赁住房,促进住宅工业化发展和住宅产业升级,是摆在我们面前的极其重要课题。
      将保障性住房的大规模建设与我国住宅工业化设计建造技术的推进相结合的举动,已成为行业共识,同时也是难得的历史性发展机遇。本文结合实际工程,对保障性住房建设中的工业化设计建造技术进行探讨,并提出问题及建议。
 
1.项目概况
      沈阳地铁丽水新城项目,为沈阳地铁房地产公司开发建设的公共租赁住房项目。项目位于沈阳市浑南新区,邻近桃仙机场。用地东侧和北侧紧邻304国道,西侧为规划安顺路,南为规划沈丹高速辅路。项目总占地约为20公顷,项目分两期开发。一期工程总用地约13公顷,分为两块,场地东侧约70米宽长条用地(A地块)和场地西北角地铁停车库(B地块);B地块占地约68900平米,地上总建筑面积约8万平米,A地块占地61379平米,地上总建筑面积约20万平米,共计总建筑面积约28万平米(图1)。

      沈阳地铁丽水新城项目是在地方政府的大力支持与推动、大型产业集团的充分参与、设计单位标准设计的统领以及施工企业的大力配合下展开的。项目着眼于大规模公共租赁住房建设的契机,在建设中推广产业化方式,主体结构采用装配整体式混凝土结构体系,内装采用装配式工法体系,以整体建筑装配方法施工。沈阳地铁丽水新城项目以工业化生产方式制造装配式住宅的理念、运用先进的装配式集成技术建设公共租赁住房,从而提高住宅使用功能和质量、推进节能减排降低建造成本,力求实现公共租赁住房工业化的“建筑体系化、设计标准化、生产工厂化、施工装配化”的住宅产业现代化集成技术的新突破。
 
2.以装配整体式的工业化主体结构体系为支撑
      装配式住宅是把需要大量建造的住宅,采用标准化系列化的住宅部品,按照工业化生产住宅部品,通过机械化施工及科学的组织管理,使之形成具有优良品质的住宅的产业化全过程。装配式住宅具有生产系统之分割的特质,即结构体系统与内装体应分开的前提下,再进行进一步的分割,使其确保生产的独立性,从而满足工业化生产的组织专业化、施工工业化、部品预制化的要求。
      丽水新城项目的设计瞄准国家住宅产业化的战略机遇,结合以发展新型工业化住宅建立工业化住宅技术体系为目标的远大住工集成技术,进行公共租赁住房装配式住宅的主体结构和内装部品的系统集成技术研发,以公共租赁住房装配式住宅的优化集成能力,探索运用住宅工业化技术体系建造的全装修成品住宅,大批量高速度工业化建造低价高品质公共租赁住房。
 
3.丽水新城项目装配整体式的钢筋混凝土主体结构技术集成
      建筑主体结构采用了远大住工集成建筑的装配整体式钢筋混凝土主体结构技术体系。该体系在充分吸纳国外先进理念与技术的基础上,自主创新,解决新技术与高成本的矛盾,创新研发出符合中国国情的、集多项专利与核心技术为一体的、基于装配式剪力墙体系的多层和基于现浇剪力墙体系的结构体系,可大幅度缩短施工周期、提升建筑质量、控制建筑成本、节能环保低碳。
      远大集成住宅结构体系一是一种等效现浇跨框架—剪力墙结构体系。该体系的竖向承重结构体系如柱、剪力墙(短肢剪力墙)采用现浇方式,水平结构体系则采用由叠合梁和叠合板组成的叠合现浇楼盖体系。内部预制轻质填充墙采用与叠合梁下悬拉接方式。外围护墙体全部采用了预制钢筋混凝土外挂板,上部设拉接筋与叠合楼板现浇部分整体现浇,下部仅设螺栓固定点作为自由活动端,其受力独立于与主体之外,完全不起承重作用。按照这种方式建造的集成住宅结构体系,本质上是一种等效现浇跨框架—剪力墙结构体系,可以按照现行规范进行受力计算(图2-图4)

      这种装配整体式住宅技术体系的主要特点有,适应建筑主体的传统体系和新型结构体系;以模数协调、模块集成、技术优化为基础;以大工厂流水线生产、大装备成批量制造、大规模市场定制为工业化手段;以机械化作业和装配施工为作业方式;以功能完备、节能环保、价廉物美为产品特性。同时,没有一味追求不切实际的预制化率,而是基于国内相关技术与现行规范的实际情况,开展切实可行的工业化技术的研究与实际应用。
 
4.以标准化设计为基础与统领
      (1)实施贯穿全过程的标准化设计和模数化控制工业化建筑设计除了需要关注专业之间协作之外,尤其需要重视工业化建造全过程各环节的要求。比如,相比传统建筑,需要考虑构件和部品的生产环节和运输环节、施工条件(如吊装机械和场地等)、土建装修装修一体化设计以及相应的对内装部品的选择与设计、设备与管线设计等。设计除了应能够施工顺利安装并保证品质外,很重要的一个考量因素即是成本的降低,这也是工业化建筑的生命力所在。
      国内外经验证明,在工业化住宅设计中,以模数控制为基础,以标准化设计为主体,才能统领上下游各环节,实现构件部品的工厂化制作和现场的装配式安装,达成工业化建造。在标准化模数化基础上,进而实现规模化和量产化,才能充分发挥工业化大生产的优势,保证品质降低成本。因此实现标准化和模数化是工业化住宅设计的核心和基础,统领着全过程。
      本项目的标准化设计实施过程为:以满足公共租赁住房需求的单体建筑平面与户型设计为基础,进行结构与各设备专业深化设计,同时展开与之协调的内装修标准化设计与部品定型化,最终与构件生产厂落实、与建造工艺和施工条件相协调,审核并提供用于构件生产的配套工艺图纸。
      本项目在规划、建筑、户型以及门窗和内装部品等方面均实行标准化设计,即构件标准化、部品标准化、户型标准化、单元标准化、楼体标准化等。在总体规划中,尽可能采用数量少的户型和单元平面。通过楼栋成组群布置、划分中央广场区、局部设置大型商业配套、不同的外墙色彩以及景观设计等综合手法,打破了整体规划的单调感。18层住宅主要单元平面采用对称的十字型平面布局,有利于结构受力,同时仅采用35和70平米左右的两种标准户型,在满足公共租赁住房要求的前提下尽量减少户型,减少构件种类。采用两种整体卫生间、两种标准化厨房设计,同时考虑洗衣机、冰箱定位及尺寸,各设备管线满足功能和规范的前提下尽量减少型号,实现标准化。预制楼梯、电梯、内外门窗等部分也是压缩到尽可能少的种类,采用标准化设计与选型促进规模化采购,降低成本(图5)。
 
      设计均在统一模数下规范各部尺寸。层高统一为3米,按照此要求深化内外墙板和预制楼梯图;建筑物开间和进深均按照300mm模数设置,如开间统一为3300mm、3600mm和3900mm三种等。户型设计时可以对各功能空间的尺寸分别进行模数统一,同时要考虑内装各部品的尺寸与安装。
      (2)土建装修一体化设计
      丽水新城项目以建设高品质公共租赁住房全装修成品住宅为目标,着力以“装修与建筑和部品、设计和施工相结合的一体化”的方法、研发整体性的家居解决方案。由于使用功能的要求和环保的要求,公共租赁住房一般要求实现住宅内装全装修,有别于传统的主体完工之后再进行二次装修。而工业化预制装配式建造由于构件精度高,有利于实现一体化装修,同时将传统内装分解为部品化的集成设计与组装,实际上仅在现场完成工业化部品的组装。本项目建筑单体设计实行土建装修一体化协调设计,从内装部品标准化要求向土建逆向提出要求,进行一体化协调设计,避免各部品之间出现矛盾冲突无法就位,保证了内装各部安装到位。
 
5.以部品化生产采购和装配式干式工法为特征
      运用工业化的理念,采用标准化设计基础之上的部品化建造的住宅工业化为主线,应该是系统的、且有完整的生产产品架构;在建立标准体系基础上,把住宅部品化,即将住宅分成不同的模块,然后组成一个系统,最后形成架构。从工业化、标准化、耐久化、环保化四大主题来打造公租房住宅,力求在住宅筑全生命周期中实现持续高效的利用资源、最低限度地影响环境,积极推动住宅工业化体系的形成和住宅产业化的发展。本项目即是在结构体系统与内装体分开的前提下,具体实施部品化制造安装和装配式干式工法施工。
      (1)主体部品体系与现浇叠合式施工方法
      本项目结构标准化部品主要包括:预制梁柱、预制外挂板、预制叠合楼板、预制楼梯等部品。钢筋混凝土结构部品全部采用工厂预制生产提供。远大住工为配合本项目需要和拓展东北市场,在最短的时间内在沈阳建设了专门构件生产厂,并利用湖南长沙原有成熟四条生产线现有设备,调配出一条全新的生产线,快速上马,在沈阳投产生产,供应本项目的结构预制构件部品。
      预制构件运至现场后,住宅主体主要施工流程为:首先完成单层地下室的钢筋混凝土现浇结构施工,之后开始首层核心筒剪力墙和周边短肢剪力墙的现浇工作,然后进行预制梁、预制叠合楼板及外挂墙板等构件的吊装工序并支撑到位,最后是叠合梁、楼板叠合层的整体一次现浇完成。然后再进行上一层作业,形成循环。楼板设计总厚度为160mm,其中叠合板80mm,现浇层80mm,在实际施工中叠合板起到底部模板作用,省去了常规所需的支模。同时外挂板也起到模板作用,对于内部隔墙和管线的施工起到基层支持作用,方便施工。由于构件大量预制、现场吊装,仅有核心筒剪力墙和叠合部分很少的混凝土现浇量,且都是预制构件甩筋无需进行现场钢筋绑扎,因此大大减少现场的劳动力用量(图6)。

      按照传统方式建造同等规模的工程,高峰期每栋楼需投入劳动力约150人左右,平均七天完成一层楼,而本工程采用装配式结构施工体系,由于模板、钢筋及混凝土等施工材料的减少,从而使得木工、钢筋工及混凝土工的用量大大减少,每层基本只需要工人30~40人左右,平均五天一层楼,形成典型的“空间换时间”方式,劳动力大大减少。
      (2)内装部品化干式工法
      本项目内装标准化部品主要有:整体卫浴、整体厨房、轻钢龙骨硅钙板内隔墙体系、门窗标准化部品、电梯标准化部品,以及地板与瓷砖等部件和必要的建材等。内装部品全部为市场公开招标采购,按照设计提出的各项指标和要求订货、制作和安装。标准化、规模化的需求量在一定程度上在控制较低价格的基础上,也保证生产厂家合理的利润空间。需要说明的是,远大住工原有内隔墙也采用预制混凝土板,在本项目中,我们根据整体结构受力分析以及施工安装的合理组织,改变为更为有利的轻钢龙骨硅钙板内隔墙体系,一方面可以减轻自重、方便施工,同时也体现出大空间灵活隔断的优势,为将来的户内套型可改性留有余地,符合全生命周期设计理念。
      主要内装部品采用拼装式干式工法,将传统内装分解为部品化的集成设计与组装,大大提高了效率和品质。比如:整体卫浴采用干法施工,底部及墙面可不需做防水,现场不需进行砌筑、抹灰、贴砖等施工工序,避免了水泥砂浆湿法作业造成的材料浪费等缺点,且大大减少了现场作业量,可当天安装,当天使用,大大缩短了施工周期(图7、图8)。

6.工业化建造的初步效应
      虽然本工程尚在施工建设中,整体的效益尚未完全体现出来,但已经在许多方面取得了较好的成效。
      (1)速度快
      施工周期是传统建筑建造方式的三分之一左右,大幅节约开发建设周期。沈阳市政府对公租房建设速度要求高,工业化装配式建造方式大大加快了建设进度,尤其是率先将主体建筑快速搭建,在下部进行内装的提早介入,进行交叉作业,提高效率和速度。
      (2)品质好
      工业化生产方式解决传统建造方式普遍存在的质量通病,在构件的精细度、产品的全链条供应和建筑装修一体化方面,提供高品质、全方位的服务,同时考虑了长期维护和管理的方便。
      (3)成本低
      综合成本降低,实现成本可控。由于在设计阶段就充分注意了标准化和模数化,标准化产品控制和规模化采购,可有效降低成本。随着技术成熟,将来规模进一步扩大时,预期成本将进一步降低。同时,由于现场实现大部分装配式安装施工,改变传统大量现浇湿作业为主,大大减少工人劳动力,节约了人力成本,从目前劳动力供应短缺情况和长远发展趋势来看,更有意义。
      (4)环保
      低碳环保的建造方式,充分实现节能、节材、节水和节地,符合节能减排要求,真正促进住宅产业的实现可持续发展。构件实行工厂化制造,减少了现场作业带来的粉尘、噪音及污水污染等;内装一次装修到位,无二次装修大量建筑垃圾的产生;不用建筑木模板,减少森林与土地的破坏;产品部品全面采用环保材料。绿色健康。根据远大住工的系列工程统计数据,本体系可实现节能70%、节水80%、节材20%、节地20%,以及节省时间达70%。
      本工程为沈阳乃至全国目前采用装配式结构形式面积最大的公租房工程,本工程在建设过程中受到各级领导重视和各方关注。引起很大的反响。2011年7月3日,国务院总理温家宝来到沈阳丽水新城公租房建设工地考察工作,对于本项目将产业化住宅技术应用于保障性住房建设的做法表示肯定并盛赞:用先进技术建设保障房,使中国建筑业向新标准迈进一大步。
 
7.问题与建议
      从本项目实践来看,虽然在保障性住房的工业化设计建造方面做出了实践探索,并取得阶段性成果,但也发现了一些亟需解决的问题和需要深入推进的工作。从具体的工业化住宅生产关键集成技术攻关方面来看,一些工业化关键技术比如先进可靠的保温技术体系、防水技术、外挂板专门技术等,是工业化住宅解决住宅功能需求的基本前提,在这些方面仍需进行扎实认真的科技攻关。
      从研发模式来看,设计科研单位与产业集团应展开紧密联合。设计单位应结合实践尤其是工业化结构技术研发,促进先进技术与理念的落地生根;而产业集团也因该更具有开放性和接纳性,把新的理念结合到自己的实践开发中去,发挥各自资源,实现优势互补,促进产业发展。
      从行业层面来看,国内远大、万科、宇辉、金隅等产业集团均已各自发展自己的工业化研究和实践,并建成产业化示范基地等,但是本质上都可视为某种工业化专用体系,实乃独家的工厂化生产,距离全社会产工业化通用体系的建设尚有相当距离,这还有赖于政府推动、行业主导制定体系化的标准为企业提供规则,加以规范和引导。