装配式在集合住宅实践中的路径选择*——基于北京典型案例的调查和比对分析

张博为 张 琼

西方发达国家在第二次世界大战以后，由于住宅短缺和劳动力资源紧缺的双重问题，促使许多国家大规模建造预制混凝土工业化住宅，在不同程度上实现了建筑工业化的转型[1]。20世纪80年代以后，随着建筑业存量时代的到来，预制技术也由大规模标准化向多样化、地域化转变。我国建筑工业化发展的起步较晚，且发展道路一直不平坦[2]。20世纪70到80年代引进国外技术在国内盛行的PCa大板工业化工法住宅，由于当时体制和生产力低的影响，并没有得到很好的本土化吸收，出现了很多质量问题[3]。20世纪90年代以后，现浇混凝土的兴起也使得建筑工业化的研究与实践一度停滞，导致我国建筑产业提升失去了大规模住宅建设的发展时期。

“十二五”以来我国重提建筑工业化，进入了一个新的发展时期。2016年国务院提出“大力推广装配式建筑”，明确了发展装配式建筑是建筑业建造方式的重大变革[4]。2022年建筑节能与绿色建筑发展规划通知中指出，“2025年装配式建筑占当年城镇新建建筑的比例达到30%”。在国家政策的引导下，近几年我国装配式建筑的发展取得显著成绩（图1）。专家指出[5]，建筑工业化是未来长期发展的创新过程，也是我国建筑行业由粗放型向精细化转型、迈向高质量发展的最佳时机。

图1 2016-2020年我国装配式建筑增长趋势（新开工面积、占新建建筑面积比例）Fig.1 growth of prefabricated buildings in China from 2016 to 2020

在建筑工业化发展如火如荼的今天，我国装配式集合住宅如何在借鉴国外先进技术的基础上实现本土化转化，进而向多样化技术研发发展，如何在政策体系、标准体系、技术体系等方面进行逐步探索，在设计中如何应对和实施，有哪些经验和教训，从而形成相对成熟的规模化发展路径。带着这样的问题，本文以北京市装配式集合住宅的实践为例展开调查研究。

2.1 北京装配式住宅相关政策演变

装配式建筑的发展离不开政策和评价标准的推动。自2007年推广住宅产业化以来，北京装配式集合住宅的发展经历了研发阶段、稳步推进阶段和规模化发展阶段三个时期（表1）。可以看出，北京推广装配式建筑的政策，由最初以保障房为试点进行推广，逐渐延伸到商品住房、以及酒店、公寓、学校、医院等各类公共建筑。集合住宅（包含公共性质各类住宅和商品住宅等）由于建设量大、标准化程度高，仍然是主要的实施对象和领域。从技术推广的角度看，研发初期由于标准和规范都不完善，学习和借鉴日本经验进行本土化转化，通过专家论证确立了“等同现浇”的技术路径[6]，2016年之前北京的装配式住宅主要采用钢筋套筒灌浆的链接方式。之后经过不断的研发，EVE预制圆孔墙板、装配式纵肋叠合混凝土剪力墙、SPCS等通过钢筋搭接方式连接的项目逐渐增多。此外，集合住宅中采用装配式建造的评价标准，从单一结构预制率转变为关注整个装配式四大系统装配率的综合评价[7-8]。

表1 北京市发展装配式建筑主要政策及居住建筑相关规定Tab.1 main policies for the development of prefabricated buildings and regulations on housing in Beijing

2.2 案例调查

装配式建筑是从设计、建造、以及使用过程的运行维护等整个过程设计，包含建筑、结构、产品等各个环节的专业和产业[9]。本文以设计阶段为主，调查了北京市从2009年至2021年期间设计和建设的18个装配式集合住宅案例（表2、图2）。案例的选取包含了北京市装配式住宅从研发、稳步推进、到规模化发展三个时期，一方面反映了北京推广住宅产业化以来的政策和标准的变化，另一方面体现了政策和标准推广下如何具体的实施，案例具有较强的代表性，能够为未来路径的选择提供指导意义。

通过设计院和建设单位等获取一手资料，结合实地调研，梳理各个案例中装配式技术的应用情况。在此基础上，通过统计、比对等方式，分析北京市装配式集合住宅在实践中主要的装配式路径选择和应用。从信息概况、装配式技术应用、预制构件主要部位、标准化设计应用、以及BIM信息化应用几个方面对18个案例进行了梳理和信息整合（表2、图2）。

图2 部分案例实景Fig.2 photos of some cases

北京装配式建筑最先在保障房建设中展开试点，经过十余年的发展，已经逐渐扩展到商品住房、公寓、酒店、医院、学校等各类建筑。由表2的统计可以看出，在集合住宅中推广装配式建筑，其中公共性质的住房①[10]仍然是主要的对象。在本文调研的18个集合住宅案例中，有11个公共性质的住房（包括公租房、安置房、周转房等）和7个商品住房（图3）。

表2 案例调查与信息整合Tab.2 the cases and information

图3 案例住宅类型的比例Fig.3 proportion of housing types from cases

3.1 装配式技术应用

根据调研的案例分析不难看出，目前在装配式集合住宅的建设中，装配式技术的主要应用体现在结构、外墙、管线和内装几个部分，具体的应用路径如下：

3.1.1 结构选型

在上述18个案例中，有14个(占比78%)在结构选型中采用装配整体式剪力墙结构体系（图4），主体结构采用装配式剪力墙，在重点区域（地下、底部二层至四层、节点部位等）进行现浇加强结构整体性。另外有2个案例采用钢框架+钢板剪力墙（防屈曲）结构，1个案例采用全钢结构，1个案例采用低多层装配式墙板结构。可以看出，装配整体式剪力墙结构占据了主要的结构形式，一方面由于其结构形式符合国内传统住宅设计，另一方面，北京市在装配式住宅试点研发初期，确立了“等同现浇”的技术路线，得到了推广。钢结构在集合住宅中的使用还较少，但也出现了一些试点案例。另外低多层住宅可以选择采用墙板结构，该结构体系简化了预制墙板的设计及预制墙板水平和竖向接缝的构造，但是对层高有一定的限制，例如在8度抗震区只适用于10层以内不超过30 m的建筑。

图4 案例结构选型的比例Fig.4 proportion of structure selection from cases

整体上，基于“等同现浇”混凝土结构的设计理念，这一时期内主要还是采用钢筋套筒灌浆的链接方式，但是通过钢筋搭接方式连接的项目也逐渐增多（图5-6），技术的发展从引进国外经验到本土化的转变、再向多样化技术研发发展。

图5 钢框架-防屈曲钢板剪力墙结构Fig.5 Steel frame- Buckling restrained steel plate shear wall structure

图6 EVE装配式混凝土剪力墙结构体系Fig.6 EVE prefabricated concrete shear wall structure system

3.1.2 预制构件主要部位

装配式技术应用的另一个主要体现是预制混凝土构件的使用，本文统计了18个案例中主要的预制混凝土构件，由图7可以看出，外墙、内墙、楼梯、楼板、空调板、阳台板等几个部位，是预制混凝土构件应用较为成熟的部位，其中最多的是外墙。在使用“预制率”评价装配式住宅时，对于高层和超高层住宅而言，由于外墙面积较大，在很多项目中单是外墙板采用预制构件即能达到预制率的要求。北京市在2021年出台的地方标准中，对于装配式建筑的评价转变为只评价装配率，也代表着装配式建筑从关注主体结构的工业化水平（预制率），向全面关注结构、外围护、内装、设备管线的系统化水平（装配率）转变。

图7 预制构件主要使用部位Fig.7 main parts using prefabricated components

3.1.3 管线分离

在我国传统集合住宅的建造中，由于预埋管线造成住宅在使用过程中管线检修、维护、更换等十分困难[11]，也增加了住宅维护过程中的现场湿作业。因此实现住宅管线分离，增加住宅检修和维护的便捷性也是装配式住宅建造的一个目标。目前在装配式集合住宅中，管线分离的普及程度还不是很高，在上述统计的18个案例中，仅有6个案例（占比33%）实现了管线分离（图8），解决了管线和主体结构寿命不同的问题。

图8 管线分离设计示意图Fig.8 the example of pipeline separation design

3.1.4 内装修一体化

北京市在2017年以前的装配式住宅建设中，主要的装配式技术应用考量在主体结构部分，之后在内装体系逐渐开始普及装配式装修。目前在装配式装修中，主要是通过设计提高厨房和卫生间的标准化程度，对装饰面板的材料规格进行优化，提高板材的利用率。另外主要是采用集成部品，包含隔墙、集成地面、集成吊顶等，其中使用较多的部位是集成厨房和卫浴系统（图9-10）。

图9 采用集成部品的厨房装修示例Fig.9 the example of kitchen decoration with integrated components

内装工业化不仅在建设过程中减少了湿作业，缩短了工期，对住宅后期在使用过程中进行检修和维护等提供了较多的便利，因此目前不仅在装配式住宅建设，也是在集合住宅改造等研究中探索的主要领域[12-14]。

3.2 标准化设计

标准化设计是装配式建筑的核心[15]，由表2可以看出，在集合住宅的标准化设计中最主要的途径是通过户型优化来减少开间、进深的尺寸，从而达到减少预制构件种类的目标。

通过案例分析不难看出，在所有的案例中都有相应的模数化、标准化设计，但是同时也在调研中发现，目前在集合住宅的模数化设计中，各个项目方案的模数化协调是在自身方案设计的基础上去协调，整体上缺乏通用的标准化设计模数。例如，50%以上的案例中均提到厨卫空间及家具部品的标准化、模数化设计，有的案例将项目中厨卫模块的设计减少到3—4种，甚至在整个项目数十栋住宅楼中90%的户型采用相同的卫生间模块，这使得单个项目本身的标准化程度得到了很大提高，但是在不同的方案之间尚未形成相对的通用部品模数体系。

图10 采用集成部品的卫生间装修示例Fig.10 the example of toilet decoration with integrated components

另外，相比较在设计之初就考量建筑模数的通用性，目前我国装配式集合住宅的设计通常是在传统设计的基础上进行模数协调，而不是在设计之初就结合构件、连接方式等进行协同设计，也体现了集合住宅标准化设计的程度尚且较低。

3.3 信息化管理

由表3的统计可以看出，目前北京市在推广装配式住宅的过程中，关于BIM技术的应用也相对比较普及，在18个案例中，有9个（占比50%）在项目实施阶段采用了BIM信息化的技术，其中有5个是从预制构件生产、存储、运输和安装施工的全过程中进行信息化的全过程管理。预制技术和信息化管理有效的减少了施工周期，在上述案例中，工期最短的案例达到了5天半一层的施工速度。另外在一些案例中，在设计阶段应用了BIM技术，还有50%的案例中未提及信息化技术的使用。

BIM技术由于其信息化的设计与管理平台，与装配式技术的匹配程度较高[16]，因此，装配式技术的推广大都伴随着BIM信息技术的推广，当下我国装配式集合住宅的实践中，各个阶段、不同工种都对BIM技术有一定的实践应用，但是距离全方位的构件信息平台和协同设计应用还有一定的距离，也是未来装配式住宅信息化建设和管理的发展路径之一[17-18]。

回顾建筑产业化的发展，西方发达国家在20世纪50年代至70年代推行工业化住宅，在解决住房短缺问题的同时不同程度上完成了住宅产业化的转型。我国在上世纪70年代至80年代也出现过工业化工法建造住宅的盛行时期，但是由于生产各环节的不健全，失去了一次产业化提升的机会。在建筑工业化发展如火如荼的今天，再一次面临建筑产业化转型的重要时期。本文通过上述的调查与研究，提出以下几个方面的方策与讨论。

第一，政策路径。装配式建筑的发展首先是政策和评价标准的推动，由北京的发展经验不难看出，政策的导向起到了至关重要的作用。2007年以来北京装配式建筑的政策中对于装配式应用的场景不断提出要求，从最初在保障房中进行试点到发展商品住房、以及逐渐涉及公共建筑、工业建筑等各个领域，从而促进了装配式建筑的多样化发展。另外通过评价体系不断提高对于装配式住宅的品质要求。

第二，技术路径。从引进国外技术的本土化转化到多样化技术研发的发展。结构技术方面，基于“等同现浇”混凝土结构的设计理念，以主要采用钢筋套筒灌浆的链接方式（日本技术的本土化转化）到逐渐采用EVE预制圆孔墙板、装配式纵肋叠合混凝土剪力墙、SPCS等通过钢筋搭接的连接方式，逐步多样化发展。内装技术方面，2018年前北京地区保障房大量使用“龙骨体系+硅酸钙板基层+装饰面层”的整套专用体系（也是日本技术的本土化转化），之后逐渐形成通用体系，不再是由一家完成，而是由不同部品厂家共同完成。住宅工业化的发展一方面面向新建住宅市场，另一方面也应探寻面向庞大的存量市场的发展路径[19]。例如目前在存量住宅改造方面对于内装工业化的研究，尚处于研发的阶段，以及在部分住宅改造中采用预制构件等，都有待更进一步的适应我国存量住宅类型与市场的研究和推广。

第三，管理路径。当下集合住宅的实践中，各个阶段、不同工种都对BIM技术有一定的实践应用，但是距离全方位的构件信息平台和协同设计应用还有一定的距离。装配式集合住宅的管理应与新型建筑工业化、智能建造、以及BIM信息化建设紧密结合，实现从数字设计、智慧工厂、智慧工地等结合在一起的全流程管理路径。

第四，产业化路径。装配式建筑的发展应从关注单个建筑项目的工业化技术水平，向关注建筑全产业链的产业化转变[20]。如果说建筑工业化更强调技术的主导作用，建筑产业化则增加了技术与经济和市场的结合。建筑工业化应向前端的产品开发、以及下游的建筑材料、建筑能源甚至建筑产品的销售延伸，使整个行业在产业链条内实现资源的更优化配置。

（致谢：感谢北京市建筑设计研究院有限公司、中国建筑设计研究院有限公司、华通设计顾问工程有限公司、北京首钢国际工程技术有限公司提供相关资料。）

注释：

① 公共住房：具有公共性质的住房，与商品房区别。本文中公共住房包含了保障房、公租房、安置房、周转房等概念。

图表来源：

图1：摘自住房和城乡建设部统计数据

图2、5、6、8-10：设计单位提供

图3-4、7：作者绘制

表1-2：作者绘制