BIM与理论前沿 | 以新型建造生产方式推动实现建筑产品节能、环保、全生命周期价值最大化的可持续发展

编者按:日前,由住房装配式结构城乡建设部原总工程师、中国建筑业协会会长王铁宏,中国施工企业管理协会会长曹玉书分别作序,中国建筑股份有限公司毛志兵总工程师和他的科研团队凝心聚力撰写的“十三五”国家重点图书——《建筑工程新型建造方式》,已经由中国建筑工业出版社隆重推出。发行数月来,反响异常强烈,深受建筑业同仁欢迎。应读者要求,为扩大交流,促进行业持续健康发展,经出版社授权,本网将陆续重磅予以推介。敬请关注!

本期推介的是:以新型建造生产方式推动实现建筑产品节能、环保、全生命周期价值最大化的可持续发展!

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长期以来,建筑业的劳动生产率提高速度慢,与其他行业和国外同行业相比,大多数施工技术比较落后,科技含量低,施工效率差,劳动强度大,工程质量和安全事故居高不下,工程质量通病屡见不鲜,建设成本不断增大。究其原因是:建筑业目前存在着“四多”现象:手工操作多,现场制作多,材料浪费多,高空作业多。这“四多”现象一直影响着建筑业的形象,制约着建筑业的快速发展。

国际建筑业的发展趋势告诉我们,中国已到了加快推进建筑工业化的重要历史时期,当前,我国施工企业都把转型升级作为改革发展的主线。紧紧抓住建筑生产方式和建筑部品的变革、集成和创新等关键环节,努力实现由数量型向质量型、速度型向效益型、劳动密集型向科技密集型、粗放型向集约型的转变。实践建筑工程“以现场工厂化、预制装配式为生产方式,以设计标准化、构件部品化、施工机械化、管理信息化为特征,能够整合设计、生产、施工等整个产业链,实现建筑产品节能、环保、全生命周期价值最大化的可持续发展”的新型建造生产方式,达到减少建筑用工、缩短建设工期、降低劳动强度、确保工程质量、节能降耗、提高综合效益等各项预期目标。

1建造生产方式现状

现有建筑的建造方式仍以现场施工为主,多年来,我国建筑建设一直采用现场“浇灌式”的施工方式,生产的流动性差,工作环境差,手工操作多(尤其在广大农村,建房还是以手工砌筑的方式进行),体现为高度的分散生产和分散经营。带来的结果一是环境污染大,二是劳动生产效率低,三是质量缺陷问题多,品质保障难以有效控制,四是安全隐患多,保障措施费用高,损失浪费比较严重。

2新型建造生产方式发展趋势简述

目前,建筑业正在由传统的“粗放型”向“集约型”转变,建筑工程的建造生产方式也在发生改变,逐渐由传统的现场“浇灌式”转变为以制造为主的机械化生产,由手工建造的传统模式转向以工厂制造为主要手段的现代化工业生产模式。新型建造方式发展过程中,从建筑工程建造生产方式的演变上来看,工具化、预制化、模块化、集成化逐渐成为主流的生产方式发展方向。最终通过现场工厂化及预制装配式的方式,使建筑真正成为一种现代化的工业产品,像制造汽车一样制造房屋正成为现实。

3现场工厂化新型建造生产方式

在装配式高速发展的上海,现浇结构工业化长期处于胶着状态。来自《上海市建筑业行业发展报告(2016年)》的统计数据显示,截至2015年底,全市施工项目3314个,在建建筑面积1.765亿平方米,而2015年上海装配式建筑落实610万平方米,累计落实总量超过1000万平方米,按照《上海市装配式建筑2016~2020年发展规划》到2020年全市装配率达60%以上的要求,距离现场工厂化仍然有较大的空间。

如果说率先实现现浇结构现场工厂化是在30%装配式以外的现浇结构增量蛋糕和差异化道路上,进入2017年以后,这种市场量与质之间的不平衡,已经成为严重制约行业发展的突出短板。

如何全过程解决70%现浇工厂化,大幅度减少现场作业量、提高安装精度、节约工期、减少材料浪费、最大限度地减少垃圾、噪声以及对空气的污染,是推进现场工厂化建设进程中无法回避的重要课题。

1.工具化

为适应建筑工程新形式、新理念、新措施的变化,很多建筑企业都在积极探索和推广应用工具化、定型化、标准化的建造用品。

例如模板与脚手架是建筑工程中普遍使用的周转材料,其对于土建工程的施工效率、工程质量和工程成本产生最直接的影响。传统的竹木模板体系和扣件式钢管脚手架在我国模架体系应用中仍然处在主要地位。传统模板体系存在着周转次数少、应用效率低、质量控制难度大、资源浪费严重、安全可靠度偏低等缺点。围绕着可持续性发展和绿色建造理念,积极推进建筑科技进度,尤其是加大对模板体系等传统工艺的升级是建筑业的必经之路。

目前,我国建筑行业模架体系中,模板种类有竹木胶合板、铝钢框胶合板、钢模板、铝合金模板、塑料膜版;脚手架种类有扣件式、碗扣式钢管脚手架,轮扣式、圆盘式脚手架;还有一些特殊模架体系,如顶模模架体系、爬模模架体系、提模模架体系等。其中竹胶板在模板中还占有主导地位,扣件式、碗扣式钢管脚手架在脚手架中占主导地位,钢模板、铝合金模板周转次数较多。

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各类模板周转次数

新型模板发展过程中,出现了铝(钢)框胶合板、钢模板、铝合金模板、塑料模板。其中铝(钢)框胶合板模板间多采用专用夹具,胶合板多用维萨板等质量好的面板,模板体系整体刚度大、平整度好、质量可控、适应清水混凝土,外框不易损坏、可多次周转及回收使用,面板可更换、维护方便,配合早拆体系,能够实现快速施工。

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铝框木模配合早拆体系

基于模板的清理与涂刷脱模剂影响施工进度,木模板周转次数低、造成木材的大量浪费,脱模剂造成混凝土表面污染,影响后续装饰等因素,目前开展的嵌蜡长效自洁混凝土模板技术,采用蜡作为混凝土模板非消耗性脱膜材料,并通过改性提高蜡的强度、熔点,选择经济、耐久、便于加工的工艺制得一种长效免脱模剂混凝土模板。

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嵌蜡长效自洁混凝土模板技术

超高层领域方面,顶升模架体系发展迅速,与传统超高层施工模架相比,目前的顶模体系实现了施工电梯直达平台、卸料平台、混凝土布料机、临建设施、物料堆场等与模架的融合,实现了塔机与模架一体化的安装与爬升,突出解决了塔吊爬升与模架顶升相互影响、爬升占用时间长,爬升措施投入大等制约超高层建筑施工大的关键因素,显著提升了超高层建筑施工工效。随着国内超高层建设的发展,顶升模架体系也在不断融合各类施工装备、设施的集成,同时也引入智能监控系统,初步形成了智能化超高层建筑施工集成平台,使超高层建筑施工的工业化、智能化及绿色施工水平得到显著提升。

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超高层顶升模架

2.预制化


随着我国人口红利趋于消失,在未来必然会产生施工现场的用工荒。相比一般的施工现场而言,PC工厂BIM工作的劳动环境、工作待遇等都有改善,也不再是农民工,而是产业工人了,地地道道的技术工种。在工作效率、产品品质上更加会有大幅的提高,现场的预制化一定程度上解决了人工的问题。在建筑工程的各个分部的新型生产方式中都体现了预制化的思想,下面就以建筑工程分部来简述预制化的体现。

(1)桩基工程的预制化

随着我国建筑行业的高速发展,基础分部工程的现场预制化的应用越来越频繁和普遍,并向纵深化、高端化发展。

1)桩基工程的现场预制化

随着我国建筑工程项目的不断增多,桩基础施工技术已经得到广泛应用,目前,桩基工程正向低公害工法桩方向发展、向埋入式桩方向发展、向组合式工艺桩方向发展。

工法桩具有无污染、无噪音、无振动、压桩速度快、成桩质量高等显著特点。埋入式桩工法是将预制桩或钢管桩沉入到钻成的孔中后,采用某些手段增强桩承载力的工法。

由于承载力环境保护及工程地质与水文地质条件的限制等,采用单一工艺的桩型往往满足不了工程要求,实践中常常出现组合式工艺桩。如钻孔扩底灌注桩有成直孔和扩孔两种,桩端压力灌注桩有成孔成桩与成桩后向桩端地层注浆两种工艺,预钻孔打入式预制桩有钻孔、注浆、插桩及轻打等工艺。

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桩基钢筋笼机械制作

桩基施工机械中旋挖钻机的应用,成为近年来发展最快的一种新型桩孔施工方法,旋挖钻斗钻成孔灌注桩技术被誉为“绿色施工工艺”,此方法自动化程度和钻孔效率高,钻头可快速穿过各种复杂地层,在桩基施工特别是城市桩基施工中具有非常广阔的前景。

预压力混凝土灌注桩技术先进,结构合理,成功地解决了桩与土之间的关系,最大限度地开发并利用了土的抗剪强度。预压力混凝土灌注桩是桩基史上的一次变革,随着计算机技术的引入,使得桩基设计、施工和检测,大环节均发生了深刻的变化,也为桩基的工业化、自动化、规范化和标准化创造了必要的条件。

2)小型基础预制化

随着市政改造工程及民生工程的普及,如快速公交、道路照明、景观公园、群众活动广场小品建筑等大力发展,小型基础越来越受关注。

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小品建筑基础预制化

如快速公交站台基础均为混凝土独立基础,上部为钢结构候车棚,市区道路施工场地狭小,施工困难,由于站点数量多,导致周转次数较多,劳务队伍材料工具反复进退场,浪费大量人力物力。采用混凝土独立基础工厂化预制施工,将站台独立承台和柱,统一绑扎钢筋及支模,统一验收、统一浇筑混凝土,同时预制加工后运输至现场吊装。构件成品基础及预埋件位置精确,尺寸误差降低至毫米级,成品质量几乎不受天气及地质的不良影响,也解决了场地狭小、施工不连续的问题。

这种小型预制基础的发展适用了小型零星工程的现场需要,施工过程灵活高效节约,实现了中小型基础工程节约化、集中化、环保化、批量统一化的进步。

3)支护结构现场预制化

基坑支护工程正向大深度、大面积方向发展,水文地质条件的复杂性、不均匀性,往往造成勘察数据离散性很大,给基坑支护工程的设计和施工增加了难度,也造成造价较高,由于基坑支护工程是临时性工程,一般工程建设方不愿投入较多资金。寻求一种新的施工方式,降低成本成为参建企业致力研究的一个课题。

①型钢支护

随着基坑开挖深度的逐渐加深,型钢支护形式被越来越多的深基坑支护工程所采用。在桩-锚支护结构中,型钢腰梁作为预应力锚杆与护坡桩间水平力传递的联系梁以及预应力锚杆张拉锁定受力承台,是确保桩-锚支护体系的稳定、可靠的重要保证。

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型钢腰梁

②GFRP新型型材支护

GFRP材料即玻璃纤维增强复合材料,俗称玻璃钢。目前国内对GFRP材料的应用主要集中与混凝土结构加固方面,在基坑支护方面的应用较少。GFRP新型型材应用于基坑支护中,由于GFRP材料轻质高强的特点使其安装施工的过程非常方便,无需大型施工机械;传统的钢腰梁、混凝土腰梁等,在施工结束后回填时往往直接埋于地下,造成资源多的浪费,而新材料的腰梁可拆卸重复利用;GFRP型钢材料腰梁在张拉锁定时对应力损失有一定的补偿作用。

GFRP型材的生产工艺简单,可以一次成形,型材的生产可以在工厂进行加工制造,可以根据现场的实际情况进行选型生产。

GFRP型材

GFRP型材

(2)主体结构工程预制化

中国建筑施工业是市场化程度最高的行业之一,我国目前尚处于加速工业化和城市化的上升期,中国建筑施工行业现状调研及未来发展趋势分析报告(2017-2020)认为,建筑施工业增加值在国内生产总值中一直保持着5%~6%左右的份额,支柱产业的地位十分稳定。作为施工企业的重头戏,主体结构的施工份额约占70%,在施工企业面临转型升级的今天,针对主体结构的新型生产方式研究层出不穷。例如钢筋装配化等

成型钢筋骨架装配技术是一种高效率、低强度的生产方式。目前,很多发达国家已经实现成型钢筋骨架的加工、配送和安装等全产业链整合。新加坡钢筋市场,成型钢筋加工占比达到50%。

成型钢筋骨架自动化生产与装配技术,可实现钢筋数控加工,焊接成型或机械绑扎,现场整体装配。钢筋骨架成型时,可在成型钢筋骨架机上完成,骨架机具有定位骨架纵筋、方便箍筋套入并绑扎、制作中骨架不会产生变形、方便成型后骨架移动等功能。预制箍筋骨架制作安装技术,可有效解决梁柱节点箍筋不易绑扎的难题。

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成型钢筋骨架加工

成型钢筋的现场加工主要依靠人力或半机械化设备,所使用的钢筋加工机械技术性能、自动化程度和加工能力较低,使得钢筋加工劳动强度大,加工效率低。现场加工的小规模生产,导致钢筋加工后质量难以保证。如有些企业采用卷扬机和拖拉机拉直的方法代替钢筋调直,破坏了钢筋的机械性能,钢筋的弯曲、弯箍也采用简易方法,造成形式、尺寸不精准。这种粗糙的现场加工方式与加工质量使得我国的施工技术长期处在一个低层次水平。现场加工的设施基本上都是临时搭盖,钢筋加工工人一般都没有经过严格的培训,多是一些临时工,拥挤的施工场地中钢筋材料堆放杂乱,在这样的加工过程中难免会埋下许多安全隐患。成型钢筋加工配送避免了这些问题,使安全施工更有保障,比起现场加工,加工配送省去了经过钢材市场的环节,物流程序得到简化,而且把小规模现场加工集中起来,产生规模效益。

钢筋加工配送物流流程

成型钢筋加工配送在我国的发展刚刚起步,任何产业的良好发展,尤其是初期的良好发展都离不开优良的政策环境。我国建设部已经把成型钢筋加工配送列为“十一五”重点推广项目,极大地推进了成型钢筋加工配送的发展。在具体产业规划,实施细节上还应加大扶持力度,特别是政策上的支持。成型钢筋加工配送,把原来隶属于施工单位的税收,独立出来,增加税收环节,因而,应在税收上给予优惠;成型钢筋加工配送中心用地上给予支持,在地区发展规划上给予充分考虑;适当考虑发展成型钢筋加工配送的融资倾斜;鼓励有条件的企业发展成型钢筋加工配送;采用不同环节的补贴,如设备引进补贴等方式,保障企业初期发展。通过一系列的政策优惠措施,要给相关行业算一笔发展成型钢筋的经济账,让他们发现发展成型钢筋加工配送是有收益的,从而从根本上提升相关行业发展成型钢筋加工配送的热情。

(3)机电安装分部的预制化

机电安装分部的原材及半成品几乎都是工厂预制加工生产。在企业转型发展、全民提质增效的新形势下,机电工程工厂预制化生产,现场装配组装施工优势体现明显,实现了节约项目成本、加快施工速度、使质量安全得到有效保证。随着建筑工程机电安装工程的体量与规模扩大,除管线、桥架、设备等预制件外,开始进行整体的集成预制。例如预制机房的出现。

所谓预制化机房,从最直观的建设流程上看,是指机房的大部分建设工作在工厂完成,即部分基础设施按照实际物理摆放,在工厂预先做好生产安装,以集装箱的方式运输到现场;并在出厂前进行方案联调,到现场后就位安装。这一建设方式,具有工程量小,安装简单,建设周期大幅缩短等优势。

同时,相比传统机房,预制化机房更能适应特定项目的地理位置、气候、技术规范、应用及商业目标,同时可充分利用模块设计和预制的高效性和经济性。具体来看,预制化机房包括了以下优势:

一是部署速度优势。预制化机房可以节省近十个月的部署时间。部署速度优势主要体现在如下方面:1)对于有重复建设需求的客户,可以将机房设计标准化,从而可以节省新项目的设计时间;2)将机房的基建工作和基础设施建设由过去的串行改为并行,从而缩短建设周期;3)避免传统建设方式中因不同设备到货周期不同而造成工期延误的问题。

二是可扩展性优势。由于预制化机房是以模块化的方式来进行设计和预制的,可扩展性便成了其先天的属性。

三是可靠性。预制化机房践行的将工程产品化的设计原则,减少现场安装的工程量,弱化工程施工质量问题对系统可靠性带来的影响。

四是性能优势。由于预制化机房的所有系统是统一进行设计和配置的,这就产生了一种紧密集成的设备,而它能够满足可用性和效率的最高标准。同时,因为其在工厂可控的环境下进行组装,所以供应商在产品出厂前,可以更好地控制工艺的配合性、加工及质量,以支持更全面的预检验和最优化。

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预制机房

(4)装饰装修工程的预制化


大部分室内装饰工程处于分散的手工作坊式施工的阶段,按照现场已有条件“量身裁衣”,现场利用小型加工机具进行加工安装,主要依靠体力及手工进行施工,是典型的劳动密集型产业,装饰施工单位及其从业人员社会地位低下,社会认同度较低。现场加工、现场安装的方式使得装饰施工现场管理较为混乱,特别是工期较紧的项目更是如此,现场到处均是各种加工余料及水泥、砂等辅助安装材料,造成装饰施工垃圾众多,施工现场文明施工及环境保护无法得到充分保证,而油漆的现场施工对室内的空调管线及室内空气质量影响较大。

装修分部整体装配式施工通过近年的实践研究,随着各种装配连接技术和各种安装配件的开发,目前建筑装饰工程80%的饰面施工方式,只要稍作技术处理,便能实现总成预制装配化施工。

1)隔墙及墙面工程的装配式施工

墙面工程用的最多的是木饰面、石材饰面、金属饰面、软包饰面、壁纸裱糊饰面、涂料饰面、玻璃、面砖饰面等等。

①隔墙装配式施工:隔墙一般采用基层龙骨、基层填充物、基层板及面层板组成,根据现场测量放线结果,根据墙体结构,将墙体进行分解,在工厂内将连接构件、连接孔位、构件等在工厂内加工完成,现场进行组装。

②木作饰面板及造型:现阶段木饰面板成品加工已经应用较为成熟,技术上不会有任何问题,在此不再具体详述。而对于木作造型通过在工厂内加工更能减少现场的限制,需要解决的主要问题只是造型饰面加工的合理分割及运输问题。

③石材及金属板块墙面:现阶段,室外内石材墙面大量采用干挂施工技术,单元式石材幕墙在外墙的应用也已经非常成熟,而与室外的石材幕墙相比,室内石材墙面的结构形式更为简单,受力也较小,而室内墙面由于有吊顶的存在,给石材板块的吊装也留下了一定的安装空间,所以只需要对外墙单元式石材幕墙的安装技术稍作改进后利用与室内石材墙面是完全可行的。

将整个石材和金属结构系统完全按照精心设计的总成排版图在工厂加工并进行试行组装,全部安装完全按照总成施工程序设计进行,石材嵌缝条都经过专门设计,在工厂制成预制胶条,进行现场修饰安装。对于小板块分格石材,将图纸依据现场测量成果进行深化,将施工现场平面分成有若干个由小型块材拼接成的中间大型块体和周边一系列异型块体并编号,在工厂生产时,按编号将小型块材拼成相应的大板,在现场工人按深化设计预制进行安装。

金属板饰面总体上采用装配式施工的技术已比较成熟,在单元式金属幕墙的施工中已经得到广泛应用,推广到室内从技术上来说难度不大,金属饰面采用预制复合技术,通过干挂、镶接完全能实现彻底的装配式施工。

④瓷砖墙面:近年来,随着墙面瓷砖干挂施工技术的大量应用,为瓷砖墙面的装配式施工提供了坚实的基础,与石材墙面一样,将瓷砖基层龙骨与墙面面层瓷砖在工厂内加工制作成一个整体后运送至现场安装是完全可以实现的。墙面砖装配式施工的关键仍然在于精确的现场测量和有效的排版设计以及施工程序设计。只要做到测量精确、排版合理有效、施工程序设计得法,墙砖饰面完全有可能实现预制装配式施工

⑤玻璃、玻璃镜、软包饰面:由于玻璃、软包饰面等均安装有基层板,在工厂内将基层板与饰面组装成一个整体运送至现场安装非常容易,目前,这些饰面施工已基本采用预制装配式。不足之处在于某些局部未采取现场精确测量、排版设计,造成少量部件需要在现场加工。

2)吊顶工程的装配式施工

吊顶工程中最常用的是石膏板、矿棉板、木作饰面板、格栅吊顶、软膜天花以及金属饰面吊顶等。

①纸面石膏板吊顶,将副龙骨与面层石膏板基层及面层加工成一个整体吊装板块(1200*2400),通过现场精确测量、制作排版图、进行边端收头深化设计,即使是角部端头部位吊顶也完全有可能进行总成装配施工。整体效果的实现的难点也只是在于接缝处理上。

②矿棉板、硅钙板、饰面板施工大部分工作是骨架安装和饰面板安装,骨架片安装已有专业供应商成套供应,整体装配式施工时可以考虑增加基层板,将基层板、基层龙骨及饰面板制作成单元板块一起进行吊装。

③金属饰面吊顶由于面层饰面板强度较高,特别适合单元板块的加工制作,将金属饰面板块与基层龙骨在工厂内加工制作成一个整体,在现场进行吊装非常容易实现,在此不再详述。

④格栅类吊顶的安装方式历来就是采用半成品的安装方式,一般项目都是采用现场组装完成后进行吊装,现阶段只要稍作改进,将现场组装改为工厂化分块组装即可实现。

⑤造型吊顶的装配式施工:造型吊顶在随着GRG材料的发展,造型线条、灯槽的成品加工现场安装已经越来越普遍,而对于普通夹板基层板配合面层饰面板加工成的造型吊顶,通过深化设计,将整个吊顶分成多个组件在工厂生产完成,现场组装,而且工厂加工制作造型不受施工现场的场地局限的影响,加工质量更能得到保证,需要注意的主要是对造型的分割、各分块的连接及接缝处理以及结构连接点的设置。

在异型吊顶的施工过程中,深化设计的关键是组件的连接部位必须是隐形连接,否则,现场会发生二次油漆修补,造成不必要的污染。

3)地面工程的装配式施工

地面常用的实木地板、复合地板、抗静电地板、地毯、石材饰面、面砖饰面、涂料饰面等。

①复合地板、抗静电地板由于材料特性,本身采用成品装配,只要加强事先现场测量和排版,是完全能够做到彻底预制装配总成施工。

②石材饰面、地砖饰面安装可以考虑参考架空地板的安装方式,通过对石材板块的加工处理,在石材端面加工安装槽,配合基层龙骨上的安装卡件进行安装,安装调整时通过调节龙骨的支座连接件调整龙骨的平整度从而控制地面的平整度,通过基层龙骨上的安装卡件控制板块的水平位置,通过深化设计及加工工艺的改进,经过努力石材地面也是能够实现预制装配的,需要注意的主要是地面砖、地面石材的强度问题。

③实木地板饰面。随着新型膨胀螺栓固定“基层龙骨”技术的出现,通过对“地面基层龙骨”工厂预制,基本上能实现预制装配施工,同时随着各种不同形式的无膨胀螺栓固定“预制拼装龙骨”的出现,以及大量高强度的漆板面板的应用成熟,为实木地板预制装配施工创造了良好条件。

4)油漆及裱糊饰面的装配式施工

①墙体油漆及裱糊饰面中,受材料特性限制,涂料和壁纸裱糊类饰面较难实现预制装配式施工。

对于轻质隔墙饰面,可以考虑采用装配式隔墙进行施工,涂料和壁纸裱糊在工厂内与隔墙一道完成,现场组装完成后进行接缝延续性处理即可。施工时需注意运输及安装过程中的成品保护问题。

对于砌体隔墙,通过增加基层板,将涂料及裱糊与基层板加工完成后运送至工地进行安装,最后进行接缝处理的方案也是可行的。考虑到涂料及裱糊均含有基层的因素,装配式施工在施工成本上的增加也是有限的。

然而从目前的技术条件来看,实现涂料及裱糊的装饰式施工的难点在于接缝的处理对整体效果的实现的限制,但是随着各种密封胶、粘接剂、勾缝材料的发展,装配式涂料及裱糊的施工必将在近年实现。

②地面涂料饰面与墙体饰面部分一样,受材料特性限制,涂料地面和塑胶地面比较难于预制装配,但是通过增加防潮防水基层板,将涂料及塑胶地板与基层板加工成一个整体,进行现场安装,最后进行接缝处的防水防潮处理。考虑到地面使用的特性,对防水性、耐用性、耐磨性等要求较高,在使用过程中受力较为频繁,对于有防水要求的房间,实现装配式地面施工的难度较大。

通过上述分析,我们可以得到这样的初步结论:装配式施工已经在绝大多数装饰饰面上已经得到突破,只要增加现场精确测量、施工深化设计、包括连接方式设计、排版设计、安装调节设计、安装程序设计等,传统施工方法基本都能够转化为装配式施工。

3.模块化

随着市场竞争的日益激烈,市场需求的不断变化和不可预测,设备和产品的使用周期越来越短,为了使设备和产品能适应不同任务和功能要求,一方面通过增加功能来实现设备和产品的柔性;另一方面通过设备和产品的可重构。而模块化是产品可重构的基础。

目前,机电安装模块化施工技术已经成为机电安装工程现场工厂化的重要导向。经工程实践,建筑行业逐步形成了预制组合立管技术、管道支架设计技术、落地耦合式管道整体提升技术、组合式吊架应用技术、装饰模块拆分与安装技术等,通过BIM技术与工厂预制相结合,逐步实现机电安装部品模块化。

在设计阶段需要对整个产品进行初步设计,进行模块化可行性分析,通过系统化的模块设计;在实施阶段,工厂进行模块加工生产,通过检验验收,交付现场施工。由于主要的部件连接工作已经在制造阶段完成,使现场组焊工作最小化;单个模块拥有预设的自身精度控制体系,不必待所有部件都到场再进行装配;便捷的接口连接工作,简化工作流程,有时可以先就位多个模块,再进行连接作业,令施工更为集中,提高生产率,节约机械台班消耗。

模块化制造与传统的按零部件划分制造单元的方式相比,更具集成性,既方便管理,简化了最终整体组装的复杂流程,使制造工艺的选择多样化。通过模块化解决运输的限制,将大型的设备系统以模块进行制作和运输安装,将打破传统的市场格局,对持续发展有利。以模块化的理念,将技术密集或精度高的组合件,在工厂内完成,最小化现场的装配工作的同时,以标准的接口,简化施工工艺,进而提高质量,也缩短了安装周期。对大型设备进行模块化分解,有利于现场安排多点平行作业,在工期紧张的情况下,更容易安排赶工。

机电安装部品模块化

4.集成化

随着建筑工程集成化思维的逐步形成,新型的生产方式无不透露着组合式、整体化、集成化的影子,例如组合立管、整体厨房、集成卫生间等。

(1)组合立管

“预制组合立管技术”在机电设备安装工程中的应用,可大大提升工业化水平。预制组合立管技术是将一个管井内拟组合安装的管道作为一个单元,一个或几个楼层为一节,节内所有管道及管道支架预先在工厂制作并组合装配、运输至施工现场进行整体安装的成组管道,各种水平管线也在工厂预制,现场安装,此工艺大大提高了劳动生产率和机械化施工水平。预制组合立管技术适合超高层建筑施工,包括设计、制作、安装和验收,是机电设备工程施工中提高工业化施工水平的重要组成部分。

预制组合立管施工工艺特点:

1)设计施工一体化。预制组合立管从支架的设置形式、受力计算到制作加工的详图,再到现场的施工都由施工单位一体化管理。

2)现场作业工厂化。将在现场作业的大部分工作移到了加工厂内,将预制立管在工厂内制作成整体的组合单元管段,整体运至施工现场,与结构同时安装施工。

3)分散作业集中化、流水化。传统管井为单根管道施工,现场作业分散、条件差,预制组合立管将现在分散的作业集中到加工厂,实现了流水化作业,不受现场条件制约,保证了施工质量,整体组合吊装,减少高空作业次数,有效地降低了危险性。

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组合立管制作

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组合立管吊装

由于管道及配件的焊接、支架的安装等均在工厂内完成,现场接口少,工程质量有较大的保障对于管道集中布置的管井及现场施工作业面狭窄的高层钢结构建筑的机电工程施工,该工艺可大大节省塔吊作业时间并减少现场作业人员数量,提高工效。

组合立管技术成功解决了传统立管施工中涉及的安全性差、施工质量难以改善、功效低等方面的诸多难题,其施工难度几乎涵盖整个过程,包括设计计算、制作装配、运输、吊装组对,以及各相关方的协调施工等。

(2)整体厨房及集成卫生间

随着经济社会的发展,人们对住房的品质和个性化的要求越来越高,装修成品房无疑是产品升级和赢得市场的有效途径,通常的精装修设计是在原来毛坯房设计的基础上,做一些体现个性化的设计,而住宅内装的集成化则强调设计与内装整合的精细化,使土建、内装设计和施工一体化,在主体结构设计阶段统筹完成市内装修设计,且提倡采用内装与主体结构分离体系。

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整体厨房和集成卫生间

整体厨房和集成卫生间是住宅内装中很重要的组成部分,是内装中集成化程度最高的两个空间。

集成卫生间的概念最早应用与船舶行业,后来逐步应用到了移动板房中,其安装便捷的优点逐步吸引人们的眼球,随着行业的发展,集成卫生间的质量和观感也逐步提升,使得其在住宅项目中也不断得到应用,其设计一体化,生产工厂化,安装整体化的特点与住宅工业化的发展方向不谋而合,集成卫生间在住宅中的应用,可以进一步提升项目的施工效率,减少现场的湿作业,降低现场的组织管理压力,促进现场的绿色、环保。

整体厨房从一开始的平面设计就开始优化厨房的设计,设计更加合理地考虑了人体工程学,厨电的一体化设计,功能、模数的统一使得橱柜电器能够更人性化的匹配,整体厨房储物系统的细化,合理规划使用空间,充分利用厨房空间。整体厨房将厨房内的功能进行高度整合,橱柜和电器,墙面、顶棚和地面都得到了最大的优化,整体的设计和施工可以保证厨房在功能、艺术和科技上的统一,在橱柜和厨房设备以及部品结构细化配件上做到标准化生产。

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文章来源:《建筑工程新型建造方式》,题目为编者所加

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