近年来, 伴随我国城镇化和城市现代化进程的快速发展, 能源与环境问题日益突出, 大力推广装配式建筑成为建筑业转型升级的重要抓手。住房和城乡建设部发布的《“十三五”装配式建筑行动方案》中指出:“到2020年, 全国装配式建筑占新建建筑的比例达到15%以上, 其中重点推进地区达到20%以上, 积极推进地区达到15%以上, 鼓励推进地区达到10%以上”。建立健全装配式建筑的标准体系, 对于全面提升装配式建筑质量、效益和品质, 实现装配式建筑全面发展具有重要意义。

装配式建筑的评价标准作为标准体系的重要组成部分, 是装配式建筑健康推动、质量把控的重要保障之一, 其中预制率、装配率是评价装配式建筑的重要指标, 也是政府制定装配式建筑扶持政策的主要依据。国家在2015年发布了GB/T51129—2015《工业化建筑评价标准》, 提出了预制率、装配率的计算方法, 各地方根据自身特点, 发布了相应的预制率、装配率等计算细则。为适应装配式建筑的发展, 国家在2017年发布了GB/T51129—2017《装配式建筑评价标准》, GB/T51129—2015《工业化建筑评价标准》同时废止, 新标准中将装配率作为最终的考核指标, 规范了全国各地对装配式建筑装配化程度不同的衡量标准, 如预制率、装配率、预制装配率等。

上海市在2016年7月发布了《关于本市装配式建筑单体预制率和装配率计算细则 (试行) 的通知》 (沪建建材[2016]601号) , 规范了上海市装配式建筑单体预制率和装配率的计算方法。

本文将对GB/T51129—2017《装配式建筑评价标准》 (以下简称“国家标准”) 和上海市《装配式建筑单体预制率和装配率计算细则 (试行) 》 (以下简称“上海计算细则”) 2种装配式建筑评价方法进行对比研究, 分析两者的异同点, 并提出装配式建筑评价体系构建的建议。

1) 适用范围适用于评价民用建筑的装配化程度, 以单体建筑作为计算和评价单元。

2) 评价内容采用装配率评价建筑的装配化程度。

3) 评级阶段设计阶段宜进行预评价, 项目评价应在项目竣工验收后进行, 并应按竣工验收资料计算装配率和确定评价等级。

4) 评价基本要求主体结构部分的评价分值≥20分, 围护墙和内隔墙部分的评价分值≥10分, 采用全装修, 装配率≥50%。

5) 评价范围主体结构、围护结构和内隔墙、装修和设备管线。

6) 评价等级A级 (60%~75%) , AA级 (76%~90%) , AAA级 (91%及以上) 。

装配率的计算公式如下:

式中:P为装配率;Q₁为主体结构指标实际得分值;Q₂为围护墙和内隔墙指标实际得分值;Q₃为装修和设备管线指标实际得分值;Q₄为评价项目中缺少的评价项分值总和。

各部分评分所占比例如图1所示。

上海计算细则中给出单体预制率和装配率的计算方法, 其中单体预制率是指混凝土结构、钢-混凝土组合结构、木结构等结构类型的装配式建筑±0.000以上主体结构和围护结构中预制构件部分的材料用量占对应构件材料总用量的比率, 单体装配率是指装配式建筑中预制构件、建筑部品的数量 (或面积) 占同类构件或部品总数量 (或面积) 的比率。

1) 适用范围包括混凝土结构、钢结构、钢-混凝土组合结构、竹木结构等结构类型, 涵盖剪力墙结构、框架结构、框架-剪力墙 (筒体) 结构等结构体系, 以单体建筑作为计算对象。

2) 计算内容计算单体预制率和装配率。

3) 计算阶段在建筑工程设计文件中详细列明。

4) 计算方法上海计算细则中给出2个计算单体预制率的方法, 其中混凝土结构可按照方法1或方法2进行计算, 钢结构、钢-混凝土组合结构、竹木结构可按方法2进行计算。

1) 方法1的计算公式如下:

2) 方法2的计算公式如下

上海计算细则中给出了不同结构体系的构件权重和修正系数, 具体权重系数分配如图2所示。

其中, 部品装配率包含以下7项:预制内隔墙、全装修、单元式幕墙、集成式厨房、集成式卫生间、集成管道井、集成排烟道。部品权重分布如图3所示。

其他类型中包括以下6项工业化技术:结构与保温一体化、墙体与窗框一体化、集成式墙体、集成式楼板、组合成型钢筋制品、定型模板。以上技术应用比例各自>70%, 每项即可直接加分0.01, 若同时采用以上若干技术则累计加分。

评价对象均以单体建筑作为计算单元, 国家标准在设计阶段进行预评价, 便于装配式建筑设计理念尽早融入项目的实施过程中, 在项目竣工验收后进行最终评价和定级;上海计算细则主要为设计阶段对单体建筑预制率和装配率的确定提供计算依据, 判定是否符合上海市相关政策文件的要求。

国家标准将全装修作为装配式建筑的基本要求, 强调土建与装修工程一体化设计、施工, 避免二次装修带来的污染、破坏等问题, 同时对主体结构、围护墙和内隔墙的得分给出最低限值, 装配率≥50%, 对装配式建筑的要求提高;上海计算细则中规定了建筑单体预制率≥40%或单体装配率≥60%, 其他指标没有特别规定。

国家标准将评价内容分为主体结构、围护墙和内隔墙、装修和设备管线3大类, 上海计算细则分为预制构件、建筑部品及其他3部分。国家标准中将非承重围护墙纳入围护墙和内隔墙中, 权重占比比较低;上海计算细则中非承重墙纳入预制构件体系, 权重占比高, 特别对于住宅中剪力墙结构, 墙体的权重系数达到0.60。不同的分类方法将导致计算结果存在差异, 2类评价体系涵盖内容的异同点如图4所示。

其中, 国家标准和上海计算细则中有9项评价内容相同, 国家标准中非承重墙非砌筑包含了上海计算细则中提出的单元式幕墙评分项;国家标准中提到的干式工法楼面、地面和管线分离2个评分项上海计算细则中没有考虑, 上海计算细则中提到的集成管道井、集成烟道、集成楼板、组合成型钢筋制品、定型模板评价内容在国家标准中没有涉及。

国家标准采用百分制, 根据预制构件、部品等的应用比例给出相应的分值, 分值分布如图5所示。从图5中可以看出, 主体结构的得分占比最大, 体现了主体结构在装配式建筑中的重要性, 其中竖向构件比水平构件的得分高, 对于柱、支撑、承重墙等竖向构件的应用比例达到35%及以上、水平构件应用比例达到70%才可得分, 且主体结构的最低分值要求是20分, 此次标准的要求比较高。

上海计算细则采用权重系数和修正系数的形式, 根据预制构件、部品的应用比例确定得分, 其中预制构件部分考虑到不同结构体系预制构件重要性的差异, 给出不同结构体系预制构件的权重系数, 同时考虑不同预制构件预制程度的不同, 给出相应的修正系数。不同类型结构形式的权重分布如图6所示。

从图6可以看出, 框架结构中梁、楼板、墙体的权重分布较高, 剪力墙结构中主要权重集中在墙体, 框架-剪力墙结构中梁、楼板的权重最高。

上海计算细则部品的权重分布中, 全装修的权重系数最大, 体现了对装配式建筑中开展全装修的鼓励, 这与国家标准对全装修的硬性要求初衷一致 (见图7) 。

国家标准和上海计算细则对预制构件、部品的应用比例计算方法均进行了相应简化, 只是在计算依据方面存在较大差异。

上海计算细则中预制内隔墙预制计入部品装配率, 不计入预制率, 另外考虑了钢筋制品、定型模板等工业技术, 国家标准中并未考虑。

国家标准中主体结构部分计算范围有所扩大, 如符合条件的主体结构竖向构件间连接部分的后浇混凝土可计入预制混凝土体积计算范围, 预制构件间宽度≤300mm的后浇混凝土带水平投影面积可计入预制装配式楼板、屋面板水平投影面积。

下面对国家标准和上海计算细则中主要预制构件、部品的计算依据进行对比分析。

1) 结构体系

上海计算细则中明确了不同结构体系, 包括剪力墙结构、框架结构、框架-剪力墙 (筒体) 结构等结构体系的构件权重和修正系数;国家标准未区分结构体系。

2) 柱、支撑、承重墙、延性墙板等竖向构件

国家标准中柱、支撑、承重墙、延性墙板等主体结构竖向构件的预制部品、部件应用比例采用预制混凝土体积之比, 反映实际工程预制的工作量。

上海计算细则中仅适用于混凝土结构的方法1采用预制部分和现浇部分的混凝土体积比;适用于混凝土结构、钢结构、木结构的方法2中对计算方法进行了简化, 墙体的应用比例采用长度比, 柱采用根数的比值, 在标准化程度比较高的情况下, 此种方法计算比较简便, 若存在不同类型的墙体、柱, 此种方法计算结果不能反映实际预制化程度, 同时预制墙体应用比例计算中将墙上的门、窗、预留洞口等均考虑在内, 计算结果存在偏差。

3) 梁、板、楼梯、阳台、空调板等构件

国家标准中梁、板、楼梯、阳台、空调板等构件的预制部品、部件应用比例采用水平投影面积进行计算, 便于水平预制部品、部件的总体应用量计算。

上海计算细则中预制梁应用比例按照长度计算, 预制楼板的应用比例采用面积计算, 预制楼梯、阳台、空调板采用数量比例。

国家标准中对于叠合梁、叠合柱并没有特别区分, 与全预制情况计算方法一致;而上海计算细则中针对叠合梁、叠合柱给出不同的修正系数, 体现与全预制情况的差别。

4) 非承重围护墙、内隔墙

国家标准将非承重围护墙、内隔墙的应用比例按照墙面外表面积计算, 不扣除门、窗、预留洞口等的面积;上海计算细则中按照墙线长度进行计算。

5) 集成厨房、卫生间

国家标准中集成厨房、卫生间的应用比例采用干式工法施工的面积计算, 而上海计算细则中采用数量比例。

以某征收安置房项目中的1栋建筑单体为例, 该建筑采用装配整体式剪力墙结构, 地上16层, 高46.15m, 建筑面积7 569m², 构件预制种类及分布情况如表1及图8, 9所示。

1) 全截面预制墙体比例=建筑单体预制墙体墙线总长度/建筑单体全部墙体墙线总长度=54.77%。

标准层除楼梯间、转角墙体现浇外, 共有12种规格预制外墙, 按照长度统计比例为54.77%, 按照混凝土用量统计为38.9% (见表2) 。

边缘构件区域:因为边缘构件区域受力较重要且内部钢筋较多, 楼梯间、电梯间处的墙体两侧均镂空, 若采用预制吊装风险比较大, 而且电梯间内部需要走设备, 对安装精度要求较高, 因此这些部位采用现浇方式。

2) 预制楼板比例=建筑单体预制免模楼板总面积/建筑单体全部楼板总面积=71.1%

除机房层、屋顶层外, 标准层共7种规格预制楼板, 叠合楼板厚60mm, 现浇部分厚70mm, 叠合楼板的现浇部分计入预制率。按面积计算比例为71.1%, 按混凝土用量计算为33.3% (见表3) 。

电梯间、前室等公共区域管线较多, 容易搞错, 若采用叠合板现浇层较薄, 现场不好走线;卫生间通常不规则、防水要求很高且也会有不少管线穿洞等, 因此这些部位楼板采用现浇方式。

3) 每层4个楼梯, 共64个楼梯全部预制;2~16层, 每层12个阳台、16个空调, 共180个阳台板、240个空调板全部预制。

4) 建筑单体预制率如表4所示。

根据上海计算细则方法2, 外墙、楼板、楼梯、阳台板和空调板采用预制, 建筑单体预制率40.3%。

5) 单体装配率。

为便于与国家标准做对比, 假设内隔墙非砌筑比例为50%, 采用全装修, 则内隔墙装配率为3%, 全装修为12%, 建筑单体装配率为55.2%。

1) 国家标准主体结构部分, 柱、支撑、承重墙、延性墙板等竖向构件q_1a, 预制墙板及后浇混凝土 (不包括外围护墙) 占整栋建筑总混凝土用量 (3 271m³) 的35.8%, 其中水平后浇带和竖向后浇带混凝土约占整栋建筑总混凝土用量的10.24%, 预制墙板及后浇混凝土 (不包括外围护墙) 占总竖向构件混凝土用量的比例为54.9%, 其中后浇带约占总竖向构件混凝土用量的15.7%, 国家标准中将外围护墙算在Q₂中, 直接按加5分计算 (占比>80%时) 。国家标准中将连接部位的后浇混凝土纳入预制部分;上海计算细则计算预制率时, 不包括这部分混凝土用量。上海计算细则计算预制墙体应用比例计算中将墙上的门、窗、预留洞口等均考虑在内 (方法2) , 按长度计算出的应用比例高于按混凝土用量。就分值而言, 国家标准是24.5分 (若含外围护墙则为29.5分) , 上海计算细则是29.6% (竖向构件比例) 。

2) 梁、板、楼梯、阳台、空调板等构件q_1b, 国家标准中将水平构件接缝的后浇混凝土纳入预制部分, 上海计算细则计算中不含此部分。国家标准中水平预制构件投影面积占建筑平面面积的79.4%, 分值为19.4分;上海计算细则中水平预制构件投影面积占建筑平面面积的71.1%, 权重为10.6%。国家标准中水平构件分值较大。

3) 采用国家标准计算主体结构分值为43.9分, 具体计算过程如表5所示, 国家标准中非承重围护墙可以按5分计算 (非承重围护墙非砌筑比例>80%) 。假设内隔墙非砌筑比例50%, 内隔墙与管线一体化程度80%, 采用全装修, 则该项目分值为64.9分, 考虑到上海市保障房项目普遍采用内保温系统, 保温隔热一体化一项作为Q₄, 取Q₄为5分。最终, 国家标准换算为装配率为68.3%。

同一个项目采取相同的技术措施, 采用国家标准计算出的装配率远大于上海计算细则计算出的装配率。其主要原因是国家标准中竖向构件分值加上外围护墙分值, 与上海计算细则预制墙体分值基本相同。但国家标准中将梁、板、楼梯、阳台、空调板等水平构件接缝的后浇混凝土纳入预制部分, 上海计算细则计算中不含此部分, 即水平构件分值, 国家标准高于上海计算细则。

GB/T51129—2017《装配式建筑评价标准》与上海市《装配式建筑单体预制率和装配率计算细则 (试行) 》较侧重于装配率、预制率指标, 而装配式建筑的建设是一项系统工程, 涵盖了工程设计、构件生产、施工安装、项目管理等多个环节, 装配式建筑的评价应以提升工效、提高质量、降低成本为目标, 可借鉴新加坡易建性标准, 构建一套综合的指标体系, 从而引导装配式建筑建设技术水平的整体提升。

通过分析可知, 上海计算细则与国家标准, 无论评价框架、具体计算方法以及由此得出的结果, 均存在较大差异。目前上海市DG/TJ08—2198—2016《工业化住宅建筑评价标准》正在修订, 修订过程中, 除将公共建筑和工业建筑纳入评价范围外, 还应综合考虑国家标准和新加坡易建性标准的编制思路, 结合上海地区装配式建筑的发展特点, 构建适合上海地区的装配式建筑评价体系。

目前, 许多装配式建筑构件拆分仍为个性化定制产品, 影响了后续构 (配) 件生产工厂化、施工机械化水平。预制构件生产效率行业平均约为0.5m³/ (人工·日) , 单个项目模具实际重复使用次数平均仅为50次 (钢模板通常可以周转使用200次) 。装配式建筑标准化、模数化体系有待进一步完善。装配式建筑评价应将标准化、模数化作为评价重点, 如各类部品构件的重复率、标准户型的占比等。

装配化程度是装配式建筑评价体系的重要组成部分, 在研究确定计算方法时, 应考虑不同结构体系、不同预制构件部品预制程度的差异性, 给出相应的修正系数;预制构件部品的应用比例计算应考虑实际预制混凝土用量、不同规格预制构件部品的协调统一, 给出相应的简化计算方法, 实现简单易操作。

装配式建筑施工由于工艺流程不统一、施工人员专业能力不足、缺少系统配套工具等因素, 易导致施工精度不够、灌浆时间滞后、灌浆密实度无法保证、防水处理不到位等问题。而当前的评价体系均以设计为主, 缺少对施工技术、施工方法、施工机具等的评价。因此, 装配式建筑评价应增加施工阶段评价内容, 如配套机具、支撑体系、定型模板、施工精度、干作业比例等指标, 引导装配式建筑施工质量和工效全面提升。

装配式建筑对产业链各环节相互配合的要求较高, 施工单位与设计单位、构件生产和运输单位沟通协调不明确, 很容易造成设计产品在生产、运输、安装过程中不配套、不经济、不适用等问题。目前装配式建筑还存在设计、构件生产、施工环节相互脱节的现象。针对这一问题, 装配式建筑评价应将项目管理纳入评价范围, 引导推进以产业链协同为核心的建设管理模式。

BIM技术是实现装配式建筑设计、建筑预拼装、构件预制和现场安装有效的信息化管理手段, 应加强BIM技术在装配式建筑建设全过程的应用。目前BIM技术应用深度还不够, 且多为“后BIM”, 不利于精细化、集成化, 设计效率低。因此, 装配式建筑评价应引入全过程BIM技术应用理念, 明确BIM技术应用深度, 实现数据共享, 提高协同管理效率。

装配式建筑评价体系有助于推动装配式建筑健康发展、把控装配式建筑建设水平, 研究不同评价方法之间的异同点, 对于构建适用的装配式建筑评价体系具有重要意义。通过GB/T51129—2017《装配式建筑评价标准》和上海市《装配式建筑单体预制率和装配率计算细则 (试行) 》评价方法的对比研究及上海市保障房案例计算分析, 可以得出以下结论。

1) 国家标准中竖向构件分值加上外围护墙分值, 与上海计算细则预制墙体分值基本相同

国家标准中将连接部位的后浇混凝土纳入预制部分, 上海计算细则计算预制率时不包括这部分混凝土用量。国家标准中预制墙体应用比例按混凝土用量, 不包括门、窗、预留洞口;上海计算细则预制墙体应用比例计算中将墙上的门、窗、预留洞口等均考虑在内。二者相互抵消后, 最终分值基本相同。

2) 梁、板、楼梯、阳台、空调板等水平构件分值比例, 上海计算细则低于国家标准

国家标准中将梁、板、楼梯、阳台、空调板等水平构件接缝的后浇混凝土纳入预制部分, 上海计算细则中不含此部分。国家标准中水平构件分值较大。

3) 采用国家标准计算得出的装配率远高于上海计算细则

以上海市保障房项目为例, 同一个项目, 主体结构和内隔墙采取相同技术措施, 且均采用全装修的情况下, 采用国家标准计算得出的装配率为68.3%, 采用上海计算细则得出的装配率为55.2%, 国家标准计算得出的装配率远高于上海计算细则。其主要原因是国家标准中水平构件分值较大。

装配化程度是装配式建筑评价体系的重要组成部分, 在研究确定计算方法时, 应注重装配化程度计算方法的合理性、易操作性。同时, 研究上海市装配式建筑评价体系时, 应涵盖工程设计、构件生产、施工安装、项目管理方面的内容, 借鉴新加坡易建性标准体系, 以提升工效、提高质量、降低成本为目标, 构建一套综合的指标体系, 从而引导装配式建筑建设技术水平的整体提升。