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学术前沿:《建筑学报》特集 - 建筑生产工业化与装配式住宅
 
发布时间: 2020-06-19 [特大 ]

2020年5月,《建筑学报》建筑生产工业化与装配式住宅特集正式出版发行。

在城市化加速、产业现代化发展及提升居住环境品质的背景下,摆脱对传统模式的依赖和束缚、寻求以住宅产业现代化为目标的工业化建造方式成为必然之路。住宅工业化建造方式转型升级不仅关系到建造方式及其技术革新、建筑工业化的先进水平,更是在提供具有长期优良性能的住宅、重视居民维修维护的便利和提高建筑的长久寿命及价值等方面意义重大。本刊于2012年4期、2014年7期两次推出住宅工业化的主题特集,集中介绍了住宅工业化建造的基本理论与实践、SI体系下的内装工业化等内容,均得到建筑界的积极响应与社会的高度关注。

本期特集以继续关注建筑业发展方式的转变为导向,由中国建设科技集团股份有限公司、中国房地产业协会、日本建筑中心、日本美好住宅中心、日中建筑住宅产业协议会联合主办的《2019北京·中日装配式建筑技术交流大会》为契机,邀请中国建筑标准设计研究院有限公司总建筑师刘东卫、同济大学建筑与城市规划学院教授周静敏作为学术主持人,汇集了中日两国专家学者及设计人员的近期学术论文。特集在涵盖了住宅工业化建造领域的理念、主体、技术、部品、实践等多方面研究成果的同时,也将中日装配式建筑技术交流大会的热点演讲——松村秀一先生的《日本住宅生产的预制化建筑构法理论变迁与技术演进》整理成文、一并收录,与更多的读者同享。

中国建筑标准设计研究院有限公司 在该研究领域的科研与实践方面积累丰富,本次是刘东卫总建筑师带领工作室团队继《建筑学报》2012年4期、2014年7期主题特集之后,第三次参与特集的策划组稿、质量把控和论文撰写工作,助力我国建筑新型建造方式转型升级。

 

2012.04期

特集《工业化建造与住宅的品质时代》

 

2014.07期

特集《内装工业化与住宅的品质时代》

 

2020.05期

特集《建筑生产工业化与装配式住宅》

 

本次特集组稿篇目

建筑产业转型进程中新型生产建造方式发展之路

[?刘东卫 周静敏?]

日本住宅生产的预制化建筑构法理论变迁与技术演进

[?松村秀一 / 伍止超 译?]

日本住宅建设产业的建筑生产系统及预制化技术—— 开放建筑理论与建筑构法

[?南一诚 / 马凌翔 译?]

集合住宅预制装配式建筑结构主体工业化技术研究

[?孙志坚?]

建筑长寿化发展方向的日本公共住宅建设体系

[?川崎直宏 / 金艺丽 译?]

KSI住宅设计及类型特点初探

[?苗青?]

可持续发展模式的住宅建筑系统集成与设计建造—— 中国百年住宅建设理论方法、体系技术研发与实践

[?秦姗 刘东卫 伍止超?]

装配式内装工业化系统在既有住宅改造中的应用与实验:设计篇

[?周静敏 陈静雯 伍曼琳?]

建筑产业转型进程中

新型生产建造方式发展之路

[ 刘东卫 ] LIU Dongwei 1

[ 周静敏 ] ZHOU Jingmin 2, 3

作者单位

1 中国建筑标准设计研究院有限公司( 北京,100044)

2 同济大学建筑与城市规划学院( 上海,200092)

3 高密度人居环境生态与节能教育部重点实验室( 上海,200092)

 

1

高质量发展时期对我国

新型生产建造方式的思考

目前我国正在进入社会经济转型、实现高质量发展的新阶段。这就要求整个住宅建设业尽快摆脱传统落后状态,通过加速建筑产业现代化建设,全面实现生产建造方式升级转型。

近年来,人们对当前建筑业发展中所出现的问题,有了越来越清醒的认识,加之政府相关装配式建筑政策的积极引导,装配式住宅与建筑工业化发展得到大力推进,相关技术呈现多样化态势并涌现出不少探索性的实践。但是,另一方面,也存在着基本认识与顶层设计较片面、可持续发展模式转型与市场能力不足、新型建筑设计与建造理论方法及其建筑通用体系不完善、装配式部品部件产业化水平落后和全产业链能力低下等一系列诸如发展绊脚石的现实问题。这些都促使我们必须探寻一种现代化的新型生产建造方式[1]。

新型生产建造方式应该满足以下特征:实现建筑主体及内装体的全方位设计标准化、生产工厂化、装修一体化、施工装配化、管理信息化和运维智能化,通过建筑体系的集成运用,体现绿色可持续发展;以高度灵活的空间构成为未来提供改变的可能,通过住宅的长寿化,为个人及社会创造优质资产,维持社会的可持续发展;以优良丰富的部品与部件为载体,造就强大的生产建造产业链并形成良性循环,为高品质住宅提供保障的同时,推动社会经济、产业的发展。

生产建造方式的转型升级不仅关系到装配式住宅发展及其技术革新本身,还事关我国转变社会经济发展方式、全面实现建设小康社会目标的全局。它涉及理念的转变、模式的转型和路径的创新,是一个战略性、全局性、系统性的变革。这一转型还可通过建设具有长期优良性能的住宅产品和社会资产来推动我国经济社会的可持续发展,其作用及意义显而易见。

追溯历史,在20 世纪中期,为了解决住宅建设数量极大短缺的问题,日本与中国几乎同步开启了装配式集合住宅(下文简称装配式住宅) 的建设之路。随后,由于国情、认知、技术发展路径等方面的影响,相比日本,中国在建筑生产工业化发展上落后许多,但同时也体现了一些共同之处。作为建筑产业现代化水平与建筑生产工业化建造技术全球领先的国家,日本装配式住宅发展与技术特色独树一帜,值得我们充分了解并学习,其发展经验对我们具有方向性的借鉴意义和启示作用。

 

2

日本装配式住宅

与工业化集成技术的演变

 

2.1

日本建筑生产工业化与装配式住宅的发展历程

20 世纪中期以来,日本政府制定了建筑产业化政策及建筑生产技术开发制度,其装配式住宅建设体系研发和集成技术成果得到了广泛普及。从数十年的历程来看,可分3 个阶段。

 

第一阶段

开端期(1950-1969)

以数量需求建设为中心、建筑标准化建造方式为主要特征的住宅工业化时期。

日本住宅工业化于1950 年代兴起。在战后亟需解决住房大量短缺的背景下,为了满足批量化的大规模公共住宅建设的需求,日本建设省开始推行公共住宅标准设计和装配式住宅技术。此时,住宅公团进行了公共住宅通用化内装部品(KJ 部品) 的开发与推广。同时,住宅公团与企事业机构合作,共同开发了以装配式住宅建筑主体为中心的预制混凝土PC 结构和HPC 结构等体系及其施工工法技术。这个时期开发的预制化结构部件和工厂化内装部品被大量应用于中高层集合住宅的建设中[2]。

 

第二阶段

发展期(1970-1989)

以质量性能建设为中心、建筑体系化建设方式为主要特征的建筑产业化时期。

日本住宅建设量在1973 年前后达到峰值并趋于饱和,住宅紧缺问题得到解决。新观念、新思想视角下的住宅设计引人注目,明显区别于以往那种采用类型化、系列化平面且以规模化建设为前提的设计,整个住宅市场从追求数量进入注重品质与多样化、个性化的时代[3]。

在此期间,日本建设省和日本通商产业省先后颁布了《住宅建设工业化的基本构想》和《住宅产业振兴五年计划》等来促进住宅的工业化。1972 年,日本的住宅开工总量达到了史上最大的185 万户,其中装配式住宅为15 万户,占总量的8.5%。这时,“装配式住宅”与“住宅产业”相关联的基本概念得以确立,日本在世界上首次推出了装配式住宅的产业化理念,并进行了各种相应的研发与实践。为了规范装配式住宅建设及保障质量,日本通商产业省和建设省相继发布了《工厂生产住宅等品质管理优良工厂认定制度》和《工业化住宅性能认定制度》,制定了公共住宅标准体系(SPH,Standard ofPublic Housing) 与新设计体系(NPS,NewPlan System),健全了制度与标准设计体系和方法[4]。接着,通过开发公团试验性住宅

项目(KEP,Kodan Experimental HousingProject),以先进的建筑体系推动了住宅生产合理化,整合了住宅部件部品生产链,因而KEP 住宅体系成为极具突破性的成果。更进一步,1980 年日本建设省提出百年住宅体系(CHS,Century Housing System),其在兼有建筑耐久性与适应居住的同时,具备维修管理性能,实现了住宅长寿化,引领了面向新世纪的高品质住宅建设与供给[5]。

在其他方面,日本全面推进住宅开放部品系统的发展,以社会性的BL 部品取代原来的公共住宅的KJ 部品;产学研联合研发的装配式住宅的框架剪力墙结构构法体系、框架结构构法体系等得到普及;重点研发的应用于高层集合住宅建设的预制混凝土结构、钢结构与混合结构体系、多样化复合性施工工法技术趋于成熟并得到推广。从此,日本的建筑生产工业化与装配式住宅成为独具特色的国际领军翘楚[3]。

 

第三阶段

成熟期(1990 年至今)

以追求长久品质为中心、建筑长寿化生产方式为主要特征的建设可持续化时期。

1990 年代,日本历经第二次石油危机和泡沫经济之后,环境资源与劳动力等可持续发展问题凸显。1993 年,空置房为448万户,约占住宅总数4594 万户的10%。从泡沫经济的崩溃和阪神大地震倒塌住宅的反思中,全社会的共识从 “经济快速发展”向“可持续发展”的低碳循环型社会建设转变,建设未来社会与家庭的优良资产成为目标与方向[6]。

此后,日本政府制定了《住宅质量确保法》和《关于促进长期优良住宅普及的法律》,接着,《新一代环保节能标准》《建筑物综合环境性能评价制度CASBEE》《环境共生住宅认定制度》及《住宅性能表示制度》等住宅可持续保障制度也相继出台,推动具有长久高品质住宅的建设与供给[7]。

随后,为了实现低碳循环型社会建设,日本着手推进建筑长寿化的实现,并为此制定了普及措施和标准。因而,基于建筑全寿命期的生产施工、维护管理的整个过程中,能对应多种多样的居住方式且容易维修的SI(Skeleton Infill) 住宅体系被研究和开发。1996 年,住宅公团开始进行高耐久性住宅技术的研究,将KSI 住宅体系广泛应用于住宅建设中[8]。

日本政府大力推广普及SI 住宅体系,其目的是实现新型建筑生产供给系统的开发,通过住宅生产合理化及建筑长寿化的方法确保居住的高质量、高品质。这种应对21 世纪社会、环境与资源可持续发展的举措,体现了社会对未来装配式住宅建设的共识,其环境友好型集成技术、高强度高耐久结构技术与长寿化技术体系等成为明确的发展方向[9]。

 

2.2

日本装配式住宅

与建筑系统集成技术

日本装配式住宅具有以下特征:1) 高品质的产品:在拥有新技术的工厂中,采用完备的品质管理方式进行生产,制造出品质均一、高精度的产品。2) 高质量的施工:将许多现场作业改在工厂进行,通过标准化与规格化的方法保障了施工的简易、高品质。3) 高效率的工期:采用避免受现场工人技能制约的工厂生产方法,既可减少现场作业,也可大幅度缩短工期。4) 高性价比的成本:通过工厂生产的成本管理方法,可准确地控制工程成本。5) 高附加值的技术及性能:采用特定预制工法技术,在工厂可实现现场难以实现的附加价值的技术和性能。这些都保证了其建筑系统集成技术的发展,成就了装配式住宅方式领先、建筑体系集约、装配建造独特、产业部品优越、生产体系领先以及供给长久优良的建设特色[10]。

日本装配式住宅以其优良的品质得到了全社会的认同,2015 年预制装配住宅的数量为143549 户,占新建住宅总数的15.8%,占长期优良住宅建设户数的40%以上,说明具有安全、耐久、节能等高品质性能的住宅产品更加受到居民的青睐。

例如,日本三井不动产的东京超高层装配式混凝土住宅Park Court(图1~3)即为代表性的项目之一。该住宅于2018 年竣工,地上44 层。项目采用大空间框架结构的SI住宅体系,主要建筑系统集成技术包括预制高强钢混凝土框架结构技术、可使用100 年之久的建筑结构体技术、减隔震技术、幕墙外围护结构与内外保温系统等。项目采用部品化集成装修,现场施工简便、效率和质量极高,整体卫浴部品均为工厂生产的批量化产品。在该项目中,隔墙系统形成了灵活可变的空间,管线分离技术方便检修维护。此外,SI 体系提供的多样化的平面也满足了不同住户对功能空间改变的需求。

 

日本住友不动产的东京高层装配式钢结构住宅六本木Roppongi(图4~7),地上27 层,采用了钢结构和局部预制混凝土的框架体系,外围护结构为幕墙系统,达到结构主体100 年的长寿命使用要求。项目也应用了SI 体系,内部为轻钢龙骨隔墙,同时也采用了管线分离等技术,以及高强混凝土和免震技术。

在建筑结构主体工业化构法上,日本住宅建筑生产的工业化方法通常体现为两大类型。一种是以“现场生产工业化施工方式”为中心,另一种则是“工厂预制工业化生产方式”为中心。在实际项目应用中,为达到现场建造技术合理化、建造效率最优化的目标,往往会根据项目具体情况采用复合式工法,即根据建筑类型、层数、结构体系、现场规模、工时长短以及施工难度等情况,经综合分析后制定两个类型并用的复合方案。

 

在建筑内装工业化构法上,内装部品装配化是日本实现住宅生产工业化的关键。通过整合住宅内装部品,使部品趋向单元化和集成化,更加方便了安装并减少了因接口产生的问题,提高了质量。部品均为工厂生产的通用部品,安装方式为干式施工。

日本装配式住宅中的多样性、建筑生产的高效省力、资源的节约等优势在住宅建设中处处可见、无所不在。传统施工技术逐渐被取代,而多样化的装配式集成技术与“现场生产工业化施工方法”技术相结合的运用已经成为当前的主要住宅建造方法。

从实例来看,在日本UR 都市机构建造的东京赤羽台公共住宅项目(图8、9) 中,其主体结构就运用了现场生产工业化与工厂预制工业化生产的楼梯、阳台等部位的预制混凝土部件相结合的方法。通过采用SI 住宅体系,实现了干作业方式的内装工业化装配,对包括建筑的楼梯与阳台、外围护栏杆、室内整体厨卫等部品进行了集成应用,同时实现了装修和管线分离技术及设备部品集成技术。新风换气、干式地暖、更新维护系统等大力提升了公共住宅的性能与居住品质。

 

 

3

我国住宅工业化与装配化

集成技术的过去与未来

3.1

住宅预制与装配化体系及其集成技术的演进

   我国自1950 年代开创住宅工业化建设以来,在不同的社会经济发展阶段,在不同的解决居住问题方针的影响下,住宅产业现代化和装配式建造技术的发展历经了漫长而曲折的道路。大致可分为2个阶段。

 

第一阶段

初创期(1950-1999)

以数量需求建设为中心、建筑标准化建造方式为主要特征的住宅工业化时期。

此时正值建国后的发展建设初期,城市住宅严重短缺,住宅建设全面复兴,呈现快速、经济的住宅建设研究与住宅工业化相结合的情形。这一时期,引入了苏联的住宅工业化经验,开展了设计标准化的普及工作,进行了多类型住宅结构工业化体系与技术的研发与实践。

到了1970 年代,在全国范围开展设计标准化、构配件生产工厂化、施工机械化的建筑工业化运动的推动下,以及墙体改革方针的指引下,大型砌块、楼板、墙板结构构件的施工技术得到发展,且涌现出系列化工业化住宅体系。其中砖混住宅、大型砌块住宅、大板装配式住宅、大模板( 内浇外挂式的住宅体系) 住宅和框架轻板住宅等工业化住宅体系均得到比较广泛的应用。1973 年,作为最早PC 体系高层住宅的北京前三门大街高层住宅建成竣工,全部26 栋住宅都采用了大模板现浇、内浇外板结构的工业化建造模式,引起轰动。

改革开放之后,国外住宅工业化“建筑体系” 的概念被关注。同时, 基于SAR(Stitching Architeten Research) 理论的标准化、系列化和多样性的研究与实践探索得以开展。“八五”重点研究课题“住宅建筑体系成套技术”进行了适应型住宅通用填充体的研究实践。在中日合作的JICA(Japan International Cooperation Agency) 住宅项目中,中国城市小康住宅WHOS(Well Housing Open System) 通用体系展现了住宅工业化的空间灵活性和适应性。

此阶段,住宅工业化及技术的探索以大量建设及解决居住问题为目标,重点创立了住宅工业化的住宅结构体系和标准设计技术,也推动了早期的建筑体系技术的研发。由于住宅建设速度过快,工程施工质量问题不断出现,此阶段的任务之一,亦是解决施工质量问题,完善监督制度。

随后,国家制定了住宅技术发展的相关政策,加快科技进步的步伐。1985-2000 年,开展了城市住宅小区建设试点和小康示范工程工作。1996 年颁布的《住宅产业现代化试点工作大纲》和《住宅产业现代化试点技术发展要点》,在住宅产业化的新技术、新产品、新材料的集成推广应用方面取得了明显成效,同时进行了系统应用尝试。

 

第二阶段

发展时期(2000 年至今)

以质量转型为中心、建立建筑体系化的集成技术为主要特征的产业化时期。

为了加快住宅建设从粗放型向集约型转变、推进住宅产业化,一系列的措施与政策陆续出现:国务院于1999 年颁发了《关于推进住宅产业现代化提高住宅质量的若干意见》;在国家康居住宅示范工程成套技术的推广工程中,采用先进适用的成套技术;2006年建设部颁布《国家住宅产业化基地实施大纲》,要求建立产业化基地;建设部发布《关于推动住宅部品认证工作的通知》,提出推行住宅装修工业化就是要建立和健全住宅装修材料和部品的标准化体系;万科等企业结合住宅工业化生产,进行了中高层集合住宅建筑主体的PC 施工建造技术研发等探索。

2006 年,国家“十一五”“绿色建筑全生命周期设计关键技术研究”课题组提出了我国住宅工业化“百年住居”LC(LifecycleHousing System) 住宅体系。在2010 年编制的《CSI 住宅建设技术导则( 试行)》中,正式提出了CSI(China Skeleton Infill) 住宅体系,整合了CHS、KSI 住宅体系中适合中国发展的模式。2010 年后,国家“十二五”“保障性住房工业化设计建造关键技术研究与示范”的新型工业化住宅通用体系研究的中日合作系列化成果—北京雅世合金公寓、北京众美光合原筑公租房、上海绿地崴廉公馆等示范项目落地建成,《装配式住宅建筑设计标准》《中国百年住宅标准》等标准编制和实施,这些聚焦我国绿色可持续理念的住宅建筑体系的诸多研发成果,推动了住宅建筑全寿命期的策划设计、施工建造、维护使用与再生改建等以新型工业化生产建造方式为核心的住宅体系与装配化集成技术的创新发展。

 

3.2

   面向未来的装配式住宅与新型生产建造方式的建议

经济增长由高速度向高质量转变,意味着发展模式将由粗放型增长转向集约型增长,从低效领域转向高质领域。推动住宅建设高质量发展,既是社会经济可持续发展的根本途径,也是开发建设转变的必然要求,更是满足广大居住者高品质生活与供给的重大变革。高质量发展不是片面强调经济和产业的发展,而是更加注重经济、社会、环境的协调发展和可持续发展的全新系统性推进。

日本建筑产业现代化与装配式建筑集成技术的发展及经验为我国探索未来的装配式住宅与新型生产建造方式提供了重要借鉴与启示,如何从顶层设计的角度全面认识并构建住宅产业现代化体系;如何利用装配式的系统集成技术去解决住宅建设中存在的建筑寿命问题、居住品质问题,乃至既有建筑改造的可持续发展问题;如何建立健全的住宅建筑生产产业链、统筹协调资源能源的利用等,这些既是亟待解决的问题,也是未来研究发展的方向。

从宏观层面的发展质量来看,仍需应对建设发展模式这一课题的挑战。我国建筑业的能源和资源消耗大、环境污染严重、建筑寿命短,建筑产业传统发展方式仍占据主导地位,建筑业模式积累的问题和矛盾日益突出。必须转变上述发展模式,从根本上改善资源能源利用效率,提高经济效益,提升城市化人居环境质量,重点转向低碳环保以及资源循环利用的绿色可持续发展模式。

从中观层面的建造质量来看,仍需应对新型生产建造方式这一课题的挑战。与国外同行业相比,我国建筑业主流仍然是传统生产建造方式,手工作业多、工业化程度低、劳动生产率低、工人工作条件差,建筑工程质量和安全问题时有发生。因而必须要摆脱对传统路径的依赖和束缚,发展生产建造产业链,通过系统集成的部品部件的装配化,为生产建造提供品质保障的同时,推动住宅产业现代化的发展。

从微观层面的建筑产品供给质量来看,仍需应对优良产品供给这一挑战。住宅产品消费需求已从满足数量转向追求品质。过去重视量的扩张、忽视质的提升的模式,已不能适应社会的变化。住宅建设必须提高建筑产品的长久性与高质量,并将这一原则贯穿建筑全寿命周期,提高建筑的综合性能,为个人及社会创造优质资产,并实现社会的可持续发展。

今后,我国的住宅建设应以转变建筑业发展模式为主线,借此推动新兴住宅产业的快速发展,加快建立适应我国国情的住宅产业现代化体系,创新管理体制和运行机制,着力提升自主创新能力,全面提高建筑工程质量、效率和效益水平,实现建设与供给模式的根本性转变,促进社会经济和资源环境的可持续发展。

 

本文改编自刘东卫,周静敏.建筑产业转型进程中新型生产建造方式发展之路.《建筑学报》2020.05.

参考文献

[1] 内田祥哉. 建筑工业化通用体系[M]. 姚国华,译. 上海: 上海科学技术出社, 1983.

[2] 東郷武. 日本の工業化住宅( プレハブ住宅)の産業と技術の変遷[R]. 国立科学博物館 技術の系統化調査報告, 2010.

[3] 国土交通省. プレハブ住宅の動向[OL].[2006].http://www.mlit.go.jp/toukeijouhou/toukei06/geturei/10/geturei06-10t.pdf

[4] 松村秀一. 箱の産業―プレハブ技術者たちの証言[M]// 日本の住宅産業とプレハブ住宅.东京: 彰国社, 2003.

[5] 哈布瑞肯. 变化: 大众住宅的系统设计[M]. 王明蘅, 译. 台北: 建筑与文化出版社有限公司,2008.

[6] 土木学会, 日本建築学会. 阪神· 淡路大震災調査報告[R]. 1996.

[7] プレハブ建築協会. プレハブ住宅完工戸数実績調査及び生産能力調査報告書2015 年度[R]. 2016.

[8] UR 都市机构. KSI—Kikou Skeleton andInfill Housing[M]. 日本: UR 都市机构, 2005.

[9] 彰国社. 集合住宅实用设计指南[M]. 刘东卫,译. 北京: 中国建筑工业出版社, 2001.

[10] KENDALL Stephen, TEICHER Jonathan.Residential Open Building[M]. London:E&FN spon, 2000.

图片来源

1: 日本《新建筑》杂志2018 年8 月刊

2: 三井不动产、日建设计、隈研吾建筑都市事务所、大成建设提供

4~7: 住友不动产、日建设计、大成建设提供

8, 9: UR 都市机构、市浦设计、五洋建设提供

其余图片为作者拍摄

 

 

 
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