图②:山东通发实业有限公司生产车间内,工人启动全自动钢筋桁架焊接机器人。
图③:在中建绿色建筑产业园机房,设计人员依托BIM技术设计装配式建筑图纸。
地下2层、地上5层,总建筑面积约20万平方米,可同时容纳6000辆汽车——建造这样一栋大型停车楼,需要多长时间?
“若按传统现场浇筑方式,工期在1年以上,实际仅用了3个多月。”作为济南融创文旅城停车楼项目施工方,中建八局第一建设有限公司项目负责人介绍。
秘诀在于采用了装配式建造方式:依托标准化设计、工厂化生产、装配化施工等先进技术,将建筑的部品部件在工厂内预制生产,然后运输到施工现场,通过可靠的连接方式完成拼装。
中办、国办2021年印发的《关于推动城乡建设绿色发展的意见》提出,“大力发展装配式建筑”。住房城乡建设部编制的《“十四五”建筑业发展规划》明确,“十四五”时期,装配式建筑占新建建筑的比例达到30%以上。
2017年11月,住房城乡建设部办公厅认定第一批30个装配式建筑示范城市,山东有济南等五市上榜DB真人网站。“十四五”以来,济南新开工装配式建筑面积,连续3年突破千万平方米,占新建建筑比例过半。目前,全市有国家级装配式建筑产业基地10家、省级装配式建筑产业基地29家,数量均居山东省首位。
党的二十届三中全会《决定》提出,“发展绿色低碳产业”。近日,中央、国务院印发的《关于加快经济社会发展全面绿色转型的意见》提出,“大力发展绿色低碳建筑。”
建筑领域是我国能源消耗和碳排放的主要领域之一。大力发展装配式建筑,是推动建筑领域节能降碳的重要举措。装配式建筑有哪些特点?怎样确保建筑质量?如何发展推广?请看记者发自济南的报道。
走进位于济南市章丘区的中建绿色建筑产业园,装配式建筑构件生产车间内,一条条全自动生产线高效运转:经钢筋绑扎、桁架焊接、混凝土浇筑等工序,重达1吨的预制叠合板生产下线。仓储区内,还垒着一层层预制楼梯、预制墙板。
以前,这类构件在工地上制作,施工人员露天作业,遇上刮风下雨,就会影响施工;如今,生产环节进工厂,流水线上预制构件,避开了天气因素等影响,提升了作业效率。
这个产业园由中国建筑集团有限公司投资建设,是山东省目前规模最大的装配式建筑产业园,主要开展装配式建筑研发设计、构件生产、产学研合作等。
在车间的生产线末端,记者看到,一块块叠合板“搭乘”流水线,有序“住”进蒸汽养护窑。
“叠合板也需要‘养生’。”车间负责人曾庆弥形象地说,混凝土浇筑后,经过高温蒸养,能使构件尽快达到设计标准强度。养护作业如果在室外工地进行,养护期超过28天;现在,养护窑智能控制温湿度,6至8个小时就能达到同样效果。
养护完成,预制构件被分批装车,运往建筑工地。工人按照安装说明书,将一个个构件拼装组合、吊装搭建,直至成型。
一栋楼房由成千上万个构件组成,如何确保这些构件严丝合缝?规范、精准设计是关键。
在中建绿色建筑产业园机房,设计人员正在电脑前“沉浸式建房”:屏幕上一间立体小屋,轻移鼠标,便可看见每个构件的内部构造——框架纵横交错,材质清晰标注。这得益于建筑信息模型(BIM技术)。
“通过BIM技术,每个构件的规格、安装说明等信息一目了然,相当于为建房画了张‘立体说明书’。”中建八局第一建设有限公司绿色建筑发展公司总工程师张爱军说,有了“立体说明书”,在后续生产、施工过程中,施工人员能轻松掌握相关流程。
会!不但影响工效,还增加成本。中建八局第一建设有限公司项目经理齐开春举例说,前期设计时,如未考虑到常规塔吊的最大起重量问题,等到构件运到施工现场,才发现重量过大、吊不起来,不仅增加来回运输成本,还会延长工期。
能!以BIM技术为基础,借助相关计算机应用技术,构件制作可以精确到毫米级,还有大数据算法帮助模拟生产、施工流程。一旦系统发现设计不符合后续生产、施工要求,会及时报错。
“纠错环节前移,能有效缩短工期、降低成本。”济南市城乡建设发展服务中心主任李善坤表示。
2024年3月,济南市住房和城乡建设局等15个部门联合印发《关于进一步推进装配式建筑产业发展的实施意见》,提出到“十四五”末,建立基于BIM技术的装配式建筑一体化综合应用平台,提高标准化、数字化、智能化水平。
“工厂生产预制构件,工地现场组装连接,省时省力省事。”济南市住房和城乡建设局二级巡视员张庆华介绍,济南市新建民用建筑已全面采用预制楼梯、楼板等装配式建筑部品部件。
过去,高楼大厦由一砖一瓦砌成,如今装配式建筑施工如同搭积木,质量有保证吗?
在济南市济阳区崔寨街道一处住宅楼施工现场,施工人员刘玉才正专注地向构件连接处灌浆,并用灌浆饱满度监测器实时观察灌浆量。
搭好“积木”不容易,里面藏着大学问。刘玉才说,施工前,工地专门组织培训,讲解装配式构件安装和灌浆,通过培训考核的施工人员方能上岗。
干了大半辈子建筑工,刘玉才一开始对培训不以为意。随着培训老师的深入讲解,他才逐渐认识到,装配式建筑和以往现场浇筑的施工方式大不相同。
就拿灌浆这道工序来说,刘玉才起初认为只要浆料够了就行;但培训老师指出,灌浆还得饱满、均匀,否则构件间留了缝隙,将影响建筑的稳定性。
“传统建造方式的精确度是厘米级,装配式建筑施工要精确到毫米。”通过考核,刘玉才顺利取得灌浆培训合格证,还掌握了注浆机、灌浆饱满度监测器等设备的操作方法,能精准控制灌浆量,体力活变成了技术活。
中央、国务院2023年印发的《质量强国建设纲要》提出,“鼓励企业建立装配式建筑部品部件生产、施工、安装全生命周期质量控制体系”。
工地入口处,一辆满载预制叠合板的货车缓缓驶来。要进场,预制件先要“过安检”——几名身穿绿马甲的检验人员走近货车,有人手持检验仪器,有人负责记录;册子记录详细,预制件的外观、尺寸等信息被一一标注。
在这片工地,记者看到有趣的一幕:一处施工点旁,验收人员拿出一块牌子,写下验收内容、结论、参与人员等信息后,把牌子抱于胸前,拍照“留念”……
“从入场开始,每一个构件、每一项操作步骤都要被严格验收;未经验收或验收不合格的,不得进入下一道工序。”济南市工程质量与安全中心主任张健介绍,对施工关键节点和关键部位实行举牌验收,以确保工程质量责任可追溯。
为全面提升装配式建筑工程质量,济南市出台系列文件,对施工全过程质量控制作出具体要求。制度有了,建设单位能否严格落实?
工地上,记者遇到一名与其他人员着装不同、戴着红色安全帽的工作人员,蹲在地上,手握仪器,小心翼翼地将探头探入已装好的墙体中。一打听,他是济南市工程质量与安全中心派来的监督员,正用内窥镜检查灌浆饱满度。如果随机抽查的钻孔位置没有浆料或浆料不均匀,则判定饱满度不达标。
严把重要施工节点质量关,监督人员定期深入工地。“一是规范审查,看装配式结构各项性能报告;二是随机抽查,倒逼建设单位规范施工、履职尽责。”张健说。
“在生产环节,我们力推标准化、智能化生产,确保构件产品质量稳定。”以混凝土振捣工序为例,张庆华告诉记者,为保证构件受力强度,浇筑混凝土后,要对混凝土进行振捣。以前,这项工序靠人工完成。如今,施工人员只需在设备控制系统中设定好振捣频率、时长等参数,机器自动振捣,避免了人工操作可能出现的振捣不均等问题。
翻看一张造价表,山东通发实业有限公司一项在建工程的两组报价一目了然:装配式建造,每平方米费用约1101.1元;现场浇筑建造,每平方米费用约1170.3元。
“低成本,是装配式建筑推广普及的关键。”身为山东通发实业有限公司总经理,张铎把账算得仔细:钢筋工程、混凝土工程、模板工程,采用装配式建造技术后,现浇部分的材料用量大幅减少,每平方米造价分别由传统模式的290.54元、235.93元、195.31元降至161.61元、127.58元、66.7元。
低成本优势并非一蹴而就。张铎坦言,企业试点装配式建造技术之初,综合成本一度高于现场浇筑方式。例如,在灌浆套筒连接工序,施工人员将钢筋插入灌浆套筒拧紧时,对用多大力把握不准,导致一些构件报废,增加了成本。
如何为装配式建筑降成本?2016年,济南市启动编制装配式建筑部品部件目录库,并持续更新,为相关建设、设计、施工单位提供指引,推广应用装配式建筑新产品、新技术、新设备等。
同时,济南市城乡建设发展服务中心牵头组建技术咨询专家团队,把新技术、新理念送到工地。
灌浆套筒连接时,关键部位如何操作?该用多大力?……每个细节,专家都讲得清楚明白,施工人员很快便掌握技术要领,有效减少了报废件的产生。
在专家指导下,施工技术得到优化,工程成本随之下降。例如,一位专家实地考察后,建议企业使用钢筋弯箍机代替人工作业。单箍机价格26万元,企业购置两台,花费52万元,设备可使用约10年,年均增加开支约5.2万元,但一年节省的人工费则在60万元左右。
“计算装配式建筑成本,不能孤立地看账面数字和单项成本,还要从全生命周期算账。”张爱军以济南融创文旅城停车楼项目为例解释:
生产一根预制柱,企业要建厂房、造模具,后期要运输、安装,综合造价约1500元,而现场浇筑一根柱子只需约1000元。如果只算构件费,装配式建筑成本的确有增加。
但从全流程看,成本实际下降了。采用装配式建造技术,得益于流水线规模化生产,节约了抹灰、砌体、搭建脚手架等开支;工期缩短半年多,节省了材料周转、设备租赁等费用,企业还能接新的工程项目。生产每根柱子多花的500元钱,早就省出来了。
“大幅降低的,还有用人成本。”张爱军感慨,由于构件提前生产,工地施工由原先动辄上百人的“大会战”压缩为10余人的“班组攻关”。即便施工高峰期,现场最多也不到30人。
提起建筑工地,人们难免想起不绝于耳的噪声、遍地堆放的垃圾。但在中建八局第一建设有限公司一处装配式建筑施工现场,记者绕工地转了一圈,基本上看不到建筑垃圾,听不到刺耳噪声。
究其原因,现场浇筑使用的模板,大多由木质材料制成,易出现跑浆、漏浆等问题,可循环利用次数少,从而产生大量建筑垃圾。装配式建筑构件的工厂化生产、钢模具的循环利用等,有效减少了碳排放和建筑废弃物,安装过程中产生的噪声也明显降低。
据测算,与现场浇筑相比,装配式建筑在建造阶段可减少20%的碳排放,全生命周期可减少碳排放近四成。
没有课桌,无需黑板,预制件生产车间被全景还原,做成了三维数字模型,“纤毫毕现”地呈于屏幕上;机器前,学生轻摇电钮,一条虚拟流水线动了起来,备料、浇筑、蒸养……经过层层工序,破解种种问题,最终“制成”一块块预制墙板。
眼前这个数字孪生场景,与真实生产车间几乎一模一样,由山东新之筑信息科技有限公司研发,主要用于装配式建筑教学。目前,这套教学设备已在全国100余所高校推广应用。
2016年7月,山东万斯达集团有限公司专门成立子公司——山东新之筑信息科技有限公司,与院校合作,共同培育装配式建筑人才。
“专业人才是装配式建筑推广普及的基础。”万斯达集团董事长张波打开话匣,“装配式建筑推广之初,老师傅看不懂图纸、不会用新机器,监理人员也不能用以前的办法监督管理,整个产业链各环节都人才紧缺。”
2015年6月,万斯达集团与济南工DB真人网站程职业技术学院达成校企合作意向,共同设立相关专业,提升从业人员素质。
第一堂课就是张波讲授的。“80多名学生坐在台下,听到装配式建筑这个词,大家都很新奇。”张波说,那堂课以后,他决定牵头研发系列教材,让学生更好地了解这一领域。
济南市住房和城乡建设局牵线家院校、设计研究院、行业协会等开展合作。2016年9月,由万斯达集团牵头组织编纂的装配式建筑系列教材第一册《建筑产业现代化概论》付印发行,总结了装配式建筑的生产实践经验。
学好理论,还得联系实际。企业与多所学校共建产学研基地,问题也随之而来:学生经验不足,一旦操作失误,就会出现报废件,成本太高;学校也有顾虑,毕竟每一块预制件都是大物件,学生直接进工地,若防范不到位,可能出现安全问题。
能否做一套仿真软件,专门用于装配式建筑实训?山东新之筑信息科技有限公司成立后,尝试引入数字孪生技术,最终研发出装配式建筑系列实训软件,从认知、实训到实习,实现递进式教学。近几年,一些全国层面的装配式建筑技能大赛也采用了这款软件。
产学研深度融合,数智化创新赋能,济南正着力打造装配式建筑产业集聚区,为产业未来发展蓄势助力。
2022年7月,中建八局第一建设有限公司与DB真人网站河北一所高校联合研发了智能钢筋绑扎机器人,能自动识别、精准高效绑扎钢筋,绑扎速度是传统人工绑扎的两倍。
不只有智能钢筋绑扎机器人,还有钢筋桁架焊接机器人、钢筋网片焊接机器人……这几年,中建八局第一建设有限公司还与山东大学DB真人网站、山东建筑大学等合作,探索智能制造,给自动化生产线装上“聪明大脑”。
“装配式建筑修补空间小,对施工质量要求高,每一个构件都要精确到毫米,才能严丝合缝地装到一起。机器人可以更好地把控精准度。”张爱军说,在智能机器人辅助DB真人网站下,公司可生产上百种不同尺寸的预制混凝土构件。
“目前,济南市已有19家混凝土构件生产企业实现自动化生产。”济南市住房和城乡建设局局长亓伟和同事并不满足于此,而是瞄准未来:坚持以群众安居宜居为出发点和落脚点,支持更多装配式建筑企业高质量发展,以建造方式变革带动建筑业整体水平提升。