装配式混凝土建筑装配率指标的计算方法研究

作者:钟春玲 杨东澎 张梦情 武金宝 刘喆
单位:吉林建筑大学经济与管理学院
摘要:根据国家和地方标准,对装配式建筑评价指标应用情况进行研究,剖析装配率指标的应用现状。研究发现,同一个项目按照不同的评价标准所得的装配率有所不同,主要受到主体结构计算、非承重墙计算、集成厨房和卫生间计算以及BIM应用等的影响。本研究可为各省市出台装配式建筑评价标准提供参考。
关键词:装配式建筑评价指标装配率预制率
作者简介:钟春玲,女,生于1973年,吉林长春人,教授,研究方向:建筑工程管理。
基金:吉林省科技厅项目(2019061070FG)

装配率指标作为装配式建筑评价体系中的重要一环,是实现建筑工业化的重要保障,同时也是政府对发展装配式建筑进行鼓励和支持的依据。为推动装配式建筑健康发展,住房和城乡建设部发布了《装配式建筑评价标准》(GB/T51129-2017,以下简称为《住建标准》),通过限制分值、装修和装配率来明确是否为装配式建筑,并通过装配率大小给出装配式建筑的评价等级。在《住建标准》的基础上,各地出台了相应的评价方法和评价指标。北京发布了《北京市发展装配式建筑2017年工作计划》(京政办发〔2017〕8号,以下简称《北京标准》),明确指出装配式混凝土结构单体建筑应同时满足预制率和装配率的要求;珠海发布了《关于印发珠海市装配式建筑单体预制率和装配率计算细则(试行)的通知》(珠规建质〔2017〕134号,以下简称《珠海标准》),使用装配率或者预制率进行装配式建筑的评价。

各地标准中装配率的计算方法不同,使得装配式建筑的评价较为混乱,在一定程度上制约了装配式建筑的发展。本文主要研究装配率的计算方法及其对装配式建筑的评价结果的影响,为各省市出台装配式建筑评价标准提供参考。

1 装配式建筑评价指标的一般要求

各地装配式建筑的评价手段和方法不尽相同,有的仅以装配率作为评价指标,有的以预制率作为评价指标,也有的以装配率和预制率共同作为评价指标。本文以《住建标准》、《北京标准》、《珠海标准》为例,研究装配式建筑的评价要求。本文中装配率是指计算范围内建筑采用预制部品部件的综合比例,预制率是指结构构件采用预制混凝土构件的混凝土用量占全部混凝土用量的体积比。装配式建筑评价的范围、所采用的指标、评价方法及一般规定如表1所示。

从表1可以看出,《住建标准》适用于民用建筑,将装配式建筑分成A、AA、AAA三种级别;《北京标准》适用于工业建筑、民用建筑和公共建筑,以装配率和预制率数值进行评价;《珠海标准》适用于所有建筑,以装配率数值进行评价。各标准对于装配率和预制率都有不同程度的最低要求。在具体工程中,由于采用的评价标准不同,装配率和预制率的计算方法存在差异,不能单以装配率或预制率来评价装配式建筑的发展。

2 装配率的计算及应用

2.1 《住建标准》及应用

住建标准装配率计算见式(1)。

 

式中P代表装配率;Q1、Q2、Q3分别代表主体结构、围护墙和内隔墙、装修和设备管线的得分值;Q4代表项目缺少的评价项总分值,注意,Q4是建筑不存在的功能,不是没做的评价项内容。如:在学校教学楼中,无厨房这种建筑功能,则Q4=6;卫生间没有采用干式工法地面,则该项评分为0,但不能在Q4中扣除该项分数。

《住建标准》将评分项分为3部分11项,如图1所示。主体结构分为2项,合计50分,最低要求20分,其中竖向构件占30分且其应用比例不低于35%,非竖向构件占20分且其应用比例不低于70%;围护结构分为4项,合计20分,最低要求10分,每项最高分5分;装修和设备管理分为5项,合计30分,必须全装修,每项最高分6分。通过预制部品应用比例计算各项得分值,汇总得出装配率,根据装配率数值大小将装配式建筑分为无级别、A级、AA级和AAA级,如表2所示。

分析表明,《住建标准》注重主体结构装配化,尤其是竖向构件装配化。按照评分规则,竖向承重构件装配化应用比例达到35%及以上时,可以获得最低20-30分。《住建标准》对于主体结构装配化的推动作用更明显。

2.2 《北京标准》及应用

《北京标准》装配率计算见式(2)。

 

式中:Qi、q分别代表各指标得分值、缺少的评价内容的总分值。

《北京标准》预制率:标高在±0.000以上,结构构件预制部分的混凝土使用量体积和全部混凝土用量的体积比。按式(3)计算。

 

表1 装配式建筑评价一般要求   

表1 装配式建筑评价一般要求
图1《住建标准》装配率计算各项分值分布

图1《住建标准》装配率计算各项分值分布

 

表2《住建标准》装配式建筑等级评定   

表2《住建标准》装配式建筑等级评定

式中:V1、V2分别代表标高在±0.000以上预制结构构件的体积、现浇结构构件的体积。

《北京标准》中将评分项分为8部分15项,如图2所示。《北京标准》未提及主体结构,以内外墙体、管线和装修作为评分依据。外围护墙分为2项,合计22分,且非砌筑比例≥80%;内隔墙分为2项,合计22分,且非砌筑比例≥50%;全装修占10分;干式工法分为公共区域、卫生间和厨房三个部位赋分,每个部位最高6分,即干式工法最高可达18分;集成管线和吊顶也分为公共区域、卫生间和厨房三个部位赋分,每个部位最高4分,即集成管线和吊顶最高可达12分;管线分离分为电、水、暖三个部位赋分,每个部位最高4分,即管线分离最高可达12分。

《北京标准》规定,装配式混凝土建筑不仅要满足装配率的要求,还要满足预制率的要求,且水平构件采用预制(叠合)构件或免支模的应用比例应≥70%。通过分析可以看出,《北京标准》强调水平构件装配化,同时着力推动墙体非砌筑和干法作业,对设计阶段的建筑信息技术(BIM)应用也给予了相应的赋分。

2.3 《珠海标准》及应用

《珠海标准》装配率计算见式(4)。

装配率=装配预制率+部品装配率+附加工业化技术(4)

(1)装配预制率

 

 

图2《北京标准》装配率计算各项分值分布

图2《北京标准》装配率计算各项分值分布

 

各预制构件所占系数分别为:飘窗1.2、空调板1.2、楼梯1.2、楼板1.2、阳台1.2、柱1.0、梁1.0、墙体(除非砌筑内隔墙)1.0、女儿墙1.0、其他预制构件1.0、预制非砌筑内隔墙0.5。

(2)部品装配率

部品装配率计算包含预制非砌筑内隔墙、集成式厨房、集成式卫生间、单元式幕墙、全装修五项。计算公式如下:

 

部品权重分别为:预制非砌筑内隔墙0.18、全装修0.12、单元式幕墙0.04、集成式厨房0.03、集成式卫生间0.03。

(3)附加工业化技术

包括结构与保温一体化等十二项工业化技术,其应用比例达到各自比例要求规定时,每项可直接加0.01分到0.04分不等。

《珠海标准》要求装配率或预制率中一个即可。《珠海标准》仅对结构构件中墙体、柱、梁、楼板、飘窗、空调板、阳台、女儿墙、走廊、花槽、休息平台等预制混凝土构件计算预制率,预制率必须大于15%。由预制非砌筑内隔墙、全装修、单元式幕墙、集成厨房和集成卫生间五项部品比例及各权重系数可得出建筑部品装配率,再叠加单体装配预制率从而得出建筑单体装配率。《珠海标准》对于推广预制飘窗、空调板、阳台、楼梯和楼板应用具有较大倾斜。

2.4 对比分析

各地标准是在《住建标准》基础上进行的细化和改进。采用不同的地方标准对装配式建筑进行评价存在较大差异。

2.4.1 适用范围及计算指标不同

适用范围上,《住建标准》适用于评价民用建筑的装配化程度,《北京标准》同时适用于工业建筑、民用建筑、公共建筑,《珠海标准》为通用标准。

计算指标上,《住建标准》仅采用装配率评价建筑的装配化程度,《北京标准》需要同时满足装配率和预制率的要求,《珠海标准》要求装配率或预制率中一个即可。

2.4.2 评价过程不同

《住建标准》中先通过预制部品应用比例来计算出得分值,再根据得分值整合出装配率,最后根据装配率将装配式建筑分成A、AA、AAA三种级别。

《北京标准》仅通过预制部品应用比例计算出得分值,再通过得分值整合出装配率。对于结构构件采用预制混凝土构件的装配式建筑直接用预制构件的混凝土用量和全部混凝土用量的体积比求出预制率即可。

《珠海标准》中预制率用乘以系数后的预制混凝土构件和全部混凝土构件的总体积之比即可求出。装配率则首先算出装配预制率,再求出部品装配率,最后令装配预制率与部品装配率和附加工业化技术相加得到装配率。

2.4.3 各评价项赋分的最低要求比较

各标准对于评价项中赋分的最低要求是不尽相同的,具体见表3。

从表3可以看出《珠海标准》对于各项没有详细明确的要求。《住建标准》和《北京标准》对于各个评价项的着重点基本相同,《住建标准》对于干式工法楼地面要求更为严格一些。

2.4.4 装修和设备管线评价项划分精度和对全装修的要求不同

《北京标准》将装修中的公共区域装配化装修、卫生间和厨房分别给出了干式工法地面、集成管线和吊顶作为评价项,即分成6小项;而《住建标准》则是将各个区域的楼地面放在一起进行评价,只有一个大项;《珠海标准》部品权重一共五大项,全装修、集成厨房、集成卫生间都是属于装修类项目,其中全装修占据较大比重。《北京标准》对于装配式建筑装修评价项的划分明显更为细致。

《住建标准》中规定装配式建筑应采用全装修,而《北京标准》和《珠海标准》并没有强制要求装配式建筑必须采用全装修。

2.5 算例分析

2.5.1 项目概况

某普通商品住宅楼,建筑面积约12000m2,建筑高度80米,地上27层,层高2.9m,装配整体式剪力墙结构,装配方案为外墙全装配,内墙部分装配。结构构件混凝土体积计算结果见表4。主体结构非竖向构件预制部分的水平投影面积为8072.915m2,外围护墙非砌筑的表面积比为100%,采用的预制夹心保温外墙板和预制外墙模板构件做法中的“保温”及“外装饰”已全部覆盖了建筑外墙外表面,集成厨房和卫生间的使用达到100%,厨房和卫生间干式工法使用达到100%。实施与结构分离的管线类别包括强电、弱电、通信、给水、排水和采暖,自集中管道井之外,所有竖向和水平布置的管线均实现了管线与结构(墙、板)、内隔墙分离,无“湿法”作业的地面垫层,管线分离实施率达到100%。

表3 装配式建筑评价项赋分最低标准比较   

表3 装配式建筑评价项赋分最低标准比较

2.5.2 采用《住建标准》计算装配率

(1)柱、支撑、承重墙等竖向构件:应用比例=V1a/V×100%=1420.6/2232.8=63.62%,实际分值。下面计算方法用内插法计算的与此方法相同。

梁、板、楼梯、阳台、空调板等构件:应用比例=V1b/V×100%=67.274%<70%实际分值Q1b=0分

(2)本项目非承重围护墙非砌筑的表面积比为100%,实得分值Q2a=5分。

围护墙与保温、隔热、装饰一体化:本项目采用的预制夹心保温外墙板和预制外墙模板构件做法中的“保温”及“外装饰”已全部覆盖了建筑外墙外表面,实际分值Q2b=5分。

内隔墙非砌筑:本项目内隔墙表面积见表5。应用比例=A2c/Aw3×100%=89.2%>50%,实得分值Q2c=5分。

内隔墙与管线、装修一体化:A2d/Aw4×100%=71.1%,实得分值Q2d=4.11分。

(3)本项目采用全装修,集成厨房和卫生间的使用达到100%,且干式工法楼地面应用达到100%,管线分离实施率达到100%。

将以上计算结果填入下表,则该建筑各项评分如表6所示。

表4 结构构件混凝土体积   

表4 结构构件混凝土体积

则该建筑装配率

根据计算结果,装配率符合76%~90%之间,该项目评价为AA级装配式建筑。

2.5.3 采用《北京标准》计算预制率及装配率

预制率计算:由表4可得预制率Q=V1/(V1+V2)×100%=57.3%

装配率计算:

(1)外围护墙非砌筑:本项目外围护墙非砌筑的表面积比为100%,实得分值Q1=11分。

(2)外围护墙采用墙体、保温(隔热)、装饰一体化:本项目采用的预制夹心保温外墙板和预制外墙模板构件做法中的“保温”及“外装饰”已全部覆盖了建筑外墙外表面,实得分值Q2=11分。

(3)内隔墙非砌筑:本项目内隔墙表面积见表5:应用比例=A3/AQ×100%=89.2%>50%,实得分值Q3=11分。

(4)内隔墙采用墙体、管线、装修一体化:应用比例=A4/AQ×100%=71.1%,实得分值Q4=9.2分。

(5)该项目采用“精装修交房”的标准,实得分值Q5=10分。且本项目集成厨房和卫生间的使用达到100%,厨房和卫生间干式工法使用达到100%,并在设计阶段采用BIM技术进行辅助设计。

(6)公共区域干式工法地面占比:A6/A×100%=79.3%,实际分值Q6=5分。

经过计算,该建筑各项评分如表7所示。

 

2.5.4 采用《珠海标准》计算单体预制率和装配率

由表4可得,建筑单体预制率1768.82/3532.7×100%=50.07%,建筑单体装配预制率=1396.82/2788.7×100%=50.08%。

由表5可得预制非砌筑内隔墙比例为(116.6+115.77)/260.4×100%=89.2%。该项目采用“精装修交房”的标准,集成厨房和集成卫生间的使用都达到100%。则可以求出部品装配率=(0.892×0.18+1×0.12+1×0.03+1×0.03)×100%=34.06%

表5 内隔墙类型及其表面积   

表5 内隔墙类型及其表面积

表6《住建标准》各项得分   

表6《住建标准》各项得分

则建筑单体装配率=50.08%+34.06%=84.14%

2.5.5 计算结果分析

由计算可知,同一个项目按照不同的评价标准所得的装配率有所不同,《住建标准》装配率为75.74%,《北京标准》装配率为97.2%,而《珠海标准》装配率为84.14%。

主体结构计算差异:《住建标准》要求比较高,其中梁、板、楼梯、阳台等主体结构非竖向构件应用比例须高于70%才给分;而《北京标准》虽不区分竖向构件和非竖向构件,仅由预制结构构件混凝土体积与总结构构件混凝土体积比计算出单体预制率,但其单独列出一项预制率作为主体结构的评价项,且要求建筑高度≤60米时单体预制率≥40;《珠海标准》只要求单体预制率≥20%,相比于《住建标准》和《北京标准》要求偏低。《北京标准》和《珠海标准》中加入了预制率控制指标,该项目《北京标准》预制率为57.3%,《珠海标准》预制率为50.07%。

非承重墙计算差异:《住建标准》用墙外表面积来计算,并且计算时不扣除预留洞口、门、窗等面积;《珠海标准》按照预制混凝土体积与总体积之比来计算。

集成厨房、卫生间计算差异:《住建标准》规定集成卫生间、厨房的应用比例用墙面、顶面和地面采用干式工法的面积进行计算;《珠海标准》采用集成厨房、集成卫生间数量的比例计算。《住建标准》更加能凸显出装配式建筑的特点,更具有针对性。《北京标准》没有明确各项的计算方法和依据。

《北京标准》鼓励BIM技术应用,在设计阶段采用BIM技术增加4分。

3 结 语

装配率计算可以因地制宜,各地根据产业链发展情况,制定适宜本地的装配率计算规则和评价标准并延长评价环节;但装配率数值应注明计算规则,目前国内各地计算规则不同,导致计算得出的装配率数值差异较大,在不注明计算规则的情况下容易产生混淆。尤其在建筑工程招投标活动中,须注明计算规则和验收的评价标准,避免产生纠纷。

表7《北京标准》各项得分   

表7《北京标准》各项得分

 

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Research on the Calculation Method of Assembly Rate Index of Prefabricated Concrete Building
ZHONG Chunling YANG Dongpeng ZHANG Mengqing WU Jinbao LIU Zhe
(School of Economics and Management,Jilin Jianzhu University)
Abstract: According to the national and local standards,this paper analyzes the present application situation of prefabricated construction evaluation index,and analyzes the present application situation of assembly rate index.The results show that the assembly rate calculated by different evaluation criterion varies for the same project,the reason of which mainly comes from the main structure calculation,the nonbearing wall calculation,integrated kitchen and toilet calculation and the other influence factors such as BIM application.Provides reference for the introduction of prefabricated building evaluation standards in other provinces and cities.
Keywords: prefabricated building; evaluation standards; prefabrication ratio; prefabricated rate
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