河北雄威建筑工程有限公司
品质为上、精益求精、安全守信、永续创新

技术进步引领绿色、智慧、科技的新型建筑工业化建造方式

原创 建筑工业化装配式建筑网 2018-04-09

作者 樊则森

作者:樊则森

中建科技有限公司  总建筑师

一、建筑业 VS 制造业


先看建筑业


我国从解放以后就开始搞建筑工业化,搞装配式建筑,1959年就应用当时世界领先的预制框架+型钢连接节点的装配式建筑技术建成了我国第一栋装配式建筑——北京民族饭店。梁思成先生还在人民日报上发表了“从拖泥带水到干净利索”的文章宣传装配式工业化建造方式。但我国建筑工业化历经几十年风风雨雨,可以说是抓一抓,停一停,再抓一抓,再停一停,最终几个轮回之后,远远落后于先进的国家和地区,即便是新世纪以来,发展了很多新技术,建成了很多的质量好、性能优的装配式建筑,行业内的“争鸣”还停留在“装配式建筑安全吗、现浇好还是预制好、和装配式=转基因等本来就应该不是问题的问题层面。


反观制造业


今年3月份,广东省人民政府印发广东省深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的实施方案,大力推动互联网+先进制造业。                  


可以看到,制造业与建筑业非常不同,已经上升到发展先进制造业、系统之系统、工业机器人、工业互联网以及区块链等深度拥抱人工智能时代的高度。



再回头想想,建筑业发展到今天,大家花在购房上的钱是足够多的了,可是老百姓的“获得感“到底怎么样呢?我们可以引用另一条网上热议的话题:

可见,建筑业建造方式和建造标准,远远落后于其他工业化制造的商品,高价低质是普遍存在的痼疾。


而反观制造业,我们可以看看这张充满幽默感的网红图片——中美征税对比。


美国对中国增加税率的领域,几乎全是制造业,这就说明我们的制造业非常有市场竞争力,虽然现在还不能说我们的产品技术、性能、质量比美国强,但我们一定是物美价廉的,我们的性价比好,所以市场认可,也冲击了“美国制造”。所以他才加税。而中国的反制措施中加税的几乎全是农产品。这也从另一个侧面说明了中美制造业的一些比较微妙的变化。


总之,我国的制造业是持续发展,越来越强,而建筑业,是数量第一,质量还有很大提升空间,需要从大到强,要强必须靠科技引领。


二、建筑业面临的重大机遇与挑战


近年来,随着我国经济社会的快速发展,我国建筑业的产业规模不断扩大,建造能力不断增强,带动了大量关联产业,已成为国民经济的重要支柱产业,对经济社会发展、城乡建设和民生改善作出了重要贡献。

2016年,全国建筑业总产值达19.36万亿元。全年建筑业增加值达4.95万亿元,占国内生产总值的6.66%。据悉,我国建筑业增加值这个数字已超过美国,居全球第一




近年来,我国建筑业虽然取得巨大成就、积累了丰厚的经济实力和技术能力。但是,我们必须清醒地看到:我国建筑业目前仍是一个劳动密集型、建造方式相对落后的传统产业。


面临的问题主要表现在:

工程建设中的质量和安全问题还频有发生;

设计、施工脱节,工程建设难以高效组织;

现场手工湿作业为主,工人技能素质不高;

经营管理粗放,工程效率、效益较为偏低;

建造方式相对落后,企业核心竞争力不强;

工程建设资源浪费大,垃圾较多污染较大



当前,我国建筑业正处于转型升级和创新发展的重要历史节点。供给侧改革深入推进,改革新政密集出台,中央创新驱动战略为建筑业改革与发展注入了强大活力,建筑业发展的旧模式已经难以为继,新业态正在构建,为我国建筑业提出了严峻挑战。


建筑业面临的挑战:


1.增长方式转变的挑战。建筑业如何尽快改变传统落后的生产经营管理方式,调整产业结构,实现创新发展,开创新的局面,打造新形势下经济社会发展的新引擎,有效促进增长方式的转变,是当前建筑业面临的最大挑战。


2.建造方式变革的挑战。传统建造方式具有很强的路径依赖性,技术、利益、观念、体制等都顽固地存在保守性。尤其是“工地”向“工厂”转型、“分包”向“总包”转型面临的挑战。


3.创新能力不足的挑战。我国建筑业正处创新发展的起步阶段,企业主体在设计、生产、施工和管理方面的创新动力和能力都相对不足,这将为未来技术创新体系的建设带来挑战。


尤其在科技创新能力方面,我这里收集了一些数字:


表中关于建筑业的数据来自一位教授的文章:

建筑科技领域的挑战——《中国建筑行业增长和各增长要素关系的实证分析》


文章以中国建筑业1995201218年的数据为基础,采用SPSS分析工具分析了中国建筑业总产值在这段时间内的总体递增关系。同时,借助于柯布—道格拉斯生产函数和索洛方程计算分析出计算出劳动投入、资本投入和科学技术对建筑业产出增长的相对贡献率。通过数据分析最终得出建筑业产出增长的贡献主要来源于资本和劳动力的贡献,同时科技进步的作用相对不足。



从上式看出,在产值年平均增长率为9.39%,劳动投入贡献率、资本投入贡献率和科技进步贡献率分别36.09%61.99%1.92%

虽然这是2015年的测算,但大家都知道,建筑业这几年科技发挥的作用并没有太大的变化,主要靠投资和劳动力投入来推动发展的状况并没有太大改变。

从这组数字,不难解释为什么在整个社会都在追逐互联网金融、区块链、数字医疗、人工智能、无人驾驶、共享经济等新技术与新经济热潮的时候,却很少能看到建筑业的影子这个疑问了。

再次将建筑业和制造业二者对比:

我想大家对建筑缺科技这个结论应该是不再质疑的了。从发展前景的角度来看,未来中国建筑业必将迈上绿色化、工业化、社会化、信息化发展之路。绿色、智慧、装配的科技型建筑极其建造方式必将成为时代的优选。



三、几点倡议


1、空谈误国,实干兴邦


1)预制与现浇,孰优孰劣,不是你死我活的阶级斗争,不要陷入“主义之争”!“小平爷爷南巡讲话:计划多一点,还是市场多一点,不是社会主义的本质区别。同理,预制多一点,还是现浇多一点,也不是建筑工业化的本质区别。建筑工业化的本质,是“四个有利于”,即:是否有利于提高质量(命)、提高效率(钱)、减少人工(最大短板)、节能减排(基本国策)。”(岑岩)


2)不坐而论道,不酸腐空谈,不当标题党。而要到工厂去、到工地去、到生产的第一线去寻找答案。光靠“装配式建筑之风”、“装配式转基因”、“发改委”之类的吸引眼球的标题和以点盖面、以偏概全的臆想,帮不了建筑业科技进步和质量提升,给不了人民在建筑使用上的“获得感”。


3)行胜于言,做好做实才是硬道理。建筑工业化起起落落到今天,我国于先进国家和地区最大的不同就是“做一做,停一停,再做一做,再停一停”。科技进步需要围绕项目工程实践来开展,不能离开项目搞科研,同时也不能用项目思维来对待科研,不能干完了就完。科研是产品思维,有一个迭代的过程,以中建造楼机和装配式剪力墙体系的逐步完善为例。

2、未来已来,不进则退


1)人类社会的每一次重大的科技与产业革命,必将引起建筑业的新变革。未来已来,在大数据、人工智能、工业互联网的大背景下,还想维系既有的利益格局,还想用粗放落后的生产方式。是否感觉像晚清贵族害怕照相将自己魂儿勾了去,汽车刚出来时很多人笑话它还不如马车跑得快是一个道理。


2)无论预制与现浇,都要创新,都要进步,技术必须进步,不进则退!“大国重器”的中建造楼机,利用核心筒现浇工艺,支撑顶升平台,完成了大量内现浇外装配的框筒结构超高层建筑。

3、科技引领建筑未来



总之,建筑业需要变革才有未来,变革需要科技引领,新型建造方式要用+思维,+模式,我们要拥抱时代,要“+绿色”、“+智慧”、“+机器人”、“+系统”……


四、如何“+”


1、+“建筑系统”——装配式建筑一体化设计理论



装配式建筑的现状


装配式建筑有很多优点,没有得到很好发展的原因,在于各种技术要素均处于碎片化、割裂、离散状态,缺乏系统性。


系统集成的设计:建筑、结构、机电及内装有机结合


传统的建筑设计方式,在工程设计阶段,大部分是为满足规范而设计。与工程设计服务于工程建造过程的“初心”,渐行渐远!


仅仅为了满足规范的设计


装配式建筑要解决“三个一体化”的问题,其中装配式建筑设计要解决如下关键问题:



国家十三五重点研发计划项目《工业化建筑设计关键技术》协同其他关键项目解决的问题:

系统工程理论:


系统:是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成具有特定功能的有机整体。


系统工程:是实现系统最优化的管理工程技术。发端于二战之后,是二战后人类社会若干重大科技突破和革命性变革的基础性理论支撑和方法论。比如美国研制原子弹的曼哈顿计划和登月火箭阿波罗计划就是系统工程的杰作。我国两弹一星以及运载火箭等重大项目的成功,也是受惠于钱学森先生将系统工程的理论和方法引入并结合了我国国情的需要。


建筑系统工程:将装配式建筑作为一个整体的系统加以研究,并融合设计、生产、装配、管理及控制等要素手段,以总体最优为目标,实现建筑的提质增效和可持续发展。


装配式结构不等于装配式建筑,只有象动车一样,集成了建筑、结构、机电、内装,成为一个最优化系统,完整的建筑产品的性能质量可以媲美工业产品的建筑,才是我们要的“装配式建筑”。


装配式建筑设计,需要建立“建筑系统”“集成设计”的理论和方法!



集成创新的时代已经来临——“系统决定成败,集成者得天下__周济


可能技术不是最新的,但这些技术的组合是革命性的创新。


Google无人驾驶汽车,集成了各种先进的信息获取、传递、控制和应用技术,突出了新的智能技术和软件技术。


苹果系列产品,通过采用各种最新信息技术、管理技术与工具,对各个创新要素和创新内容进行选择、集成和优化,形成了优势互补的动态创新过程。



2、 +“绿色建筑”


山东建筑大学教学实验综合楼项目——国内首栋装配式钢结构被动式建筑:


山东建筑大学教学实验综合楼工程位于山东建筑大学新校区内图书信息楼南侧,紧邻雪山东麓,本次设计为教学实验综合楼主楼部分,是国内首个钢结构装配式超低能耗绿色建筑,结构形式为钢框架结构,外墙采用装配式ALC条板复合外保温及高效节能窗系统。



该项目为中德国际科技合作示范项目——被动式超低能耗建筑





建议方案一:气密层+岩棉保温+复合外墙板


建议方案二:气密层+ALC内嵌墙板+外保温


该项目的能耗指标均满足超低能耗建筑的目标值:





备注:

1、在该项目建设过程中,由山东建科院进行气密性检测,得到测试结果;

2N50是指在50Pa下监测的房屋内空气流量。



3、+“智能建造”




BIM是智能建造的基础,因此装配式建筑设计关键技术中,BIM协同平台非常重要:


(十三五国家重点研发计划项目6.2课题1、课题2的核心内容)要求2016年建成。



BIM一体化协同设计为基础,用BIM作为承载工具,向采购、生产、运输、施工全过程提供正确有效的信息并加以利用。



云端协同EPC模式:


应用于设计阶段、商务阶段、生产阶段、施工阶段和装修阶段的全流程。



建设了“基于企业云”的装配式建筑协同平台。我们编制了企业标准:《装配式建筑设计BIM协同规则》,设定了设计资源标准、设计行为标准和设计交付标准。以裕璟家园为开端,实现装配式建筑“全员、全专业、全过程”的三全BIM应用。



全员BIMBIM不只是三维画图,更要全员共用、共享;

全专业BIM:同一模型,一体设计;

全过程BIM:设计、加工、装配一体,EPC管理核心。



装配式建筑核心“信息库”—— 构件库


通过BIM构件库解析出本项目的所有构件信息。



通过每一个构件模型解读出该构件的用料清单信息并用于构件备料和钢筋的数控生产等。



路在脚下,我们的征程才刚刚起步,只有抬头看着清晰的远方,脚下迈着坚实的脚步,胸中满怀科技引领建筑未来的激情与梦想,才能在这个新时代,开启建筑业转型发展,从建造到智造的新篇章。


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