我国是传统的农业大国, 第六次全国人口普查结果显示乡村中居住的人口占全国总人口数的50.32%。2015年城乡建设统计公报^[1]中指出, 村镇建设中房屋建设占总建设投资的76.2%, 可见关注村镇建筑是必要的。但长期以来村镇建筑却一直缺少重视, 结构设计粗糙, 施工技术落后, 结构整体抗震性能较差, 历次地震后房屋受损现象严重^[2];同时在我国严寒地区, 由于严酷的环境因素, 对村镇建筑的保温要求较高, 稍差的建筑保温措施会严重影响居住者的舒适度和生活质量^[3], 因此, 针对适宜于严寒地区农村建筑的新型结构体系的研究是十分必要的。

　　 结合新型夹心保温技术的配筋砌块砌体结构体系实现了建筑材料、结构与节能一体化。具体来说, 配筋砌块砌体结构体系不仅保留了传统砌体结构取材方便、施工简单的特点, 而且其结构整体相当于利用砌块为模板成型的钢筋混凝土剪力墙结构, 极大地提高了结构的抗裂性能和整体性;新型夹心墙保温技术则在实现结构保温的基础上省去外墙的装饰装修功能, 实现了保温、防护和装饰一体化。本文将根据严寒地区村镇建设现状, 以配筋砌块砌体结构体系应用效果为研究对象, 假定房屋设计过程无误、不涉及投标过程等附加因素影响, 将全面质量管理的六要素, 即人、机、料、法、环、测, 作为结构体系推广的影响因素, 定性或定量地分析讨论单户及村落对该建筑结构体系的接受程度, 提出基于人、机、料、法、环、测的村镇配筋砌块砌体结构应用适宜度评估方法, 并依托“十二五”科技支撑示范项目 (严寒地区村镇建筑材料、结构与节能一体化技术 (2013BAJ12B03) ) , 采用上述方法进行试算, 给出评判标准, 为我国新农村住宅选型提供新的方案。

　　 随着国家发展改革委《“十二五”墙体材料革新指导意见》的推行, 新型墙体材料获得了快速的发展, 其中融合混凝土材料性能和砌体结构特点的混凝土小型空心砌块便应时而生, 而且众多的国内外实践证明, 混凝土小型空心砌块已经成为现代砌体结构中不可或缺的建筑材料^[4,5]。配筋砌块砌体结构是将混凝土小型空心砌块按照传统方式进行砌筑, 利用砌块自身的孔洞配置竖向钢筋, 利用块型凹槽或者水平砂浆层配置水平钢筋, 以砌块外壁为模板灌注混凝土芯柱而形成的新型承重结构体系。与传统砌体结构相比, 配筋砌块砌体结构由于其墙材特点而具有如下优势:施工速度快, 且节省人工, 降低工程造价;承重墙体平整度高, 室内空间分配灵活;结构整体性能更佳, 抗震性能得到大幅度的提高^[6,7]。通过理论研究和试验研究, 验证了配筋砌块砌体结构体系的可靠性和工程应用价值, 完成了如上海18层配筋砌块砌体剪力墙试点楼和哈尔滨科盛大厦办公楼等示范工程的建设, 截止目前, 在黑龙江省的建设量已突破千万平方米。配筋砌块砌体结构体系仍保留了传统砌体结构就地取材、施工简单等优点, 其在我国村镇化建设中具有广阔的应用前景。

　　 人、机、料、法、环、测是全面质量管理理论中六个影响产品质量的主要因素的简称^[8]。在配筋砌块砌体结构体系的应用过程中, 各部分所指的相应内容具体为:“人”指参与房屋建造工程的人员;“机”指房屋建造过程中所使用机器;“料”指房屋建造过程中所使用的原材料;“法”指房屋建造过程中的施工工法;“环”指房屋建造所处的周边环境;“测”指房屋建造过程中的测量工具和测量方法以及居住者的居住舒适度。上述六个因素都不同程度地影响配筋砌块砌体结构体系应用适宜度, 所以本文结合以上六个因素对配筋砌块砌体结构体系在严寒地区村镇中应用适宜度进行分析评价, 具体分析方法如图1所示。

　　 结合新型夹心保温技术的配筋砌块砌体结构体系属于新型节能结构体系, 其砌筑过程和砌筑要求与传统砌体结构存在差别, 在其结构体系推广应用过程中人员因素必须进行考虑。根据参与项目人员的角色进行分类, 在不考虑前期房屋设计者的情况下, 简单分为业主和施工方两类。

　　 业主是房屋建造的主导者, 业主的需要直接影响着房屋的建筑结构类型和建筑特点。配筋砌块砌体结构体系与传统砌体结构相比属于较新的结构体系, 其居住舒适度和结构安全性大幅提升, 但在其推广中需要得到业主的认可。通过实地调研发现:一般具有一定经济能力的村镇业主对生活舒适度的追求和房屋安全性能的要求较高, 对新事物的接受能力较强, 而收入状况较差的村镇业主则认知相对保守, 主要体现在业主对于房屋建筑成本C_construct的考虑。故本文以家庭年收入E_ann作为评估业主对应用配筋砌块砌体结构体系态度的量化指标, 定义能接受该体系的业主中最低年收入C_min为区分收入状况好坏的标准, 将家庭年收入E_ann高于C_min的人数与低于C_min的人数之比P_region作为评估村落对配筋砌块砌体结构体系推广影响的量化指标。

　　 施工方是房屋建造过程的主要实施者, 施工方直接影响着施工速度与施工质量, 而这两项直接影响着新型节能体系在村镇中的应用适宜度。本文将施工人员的状况量化为接受能力Q_construct、人员成分M_construct和总参与人数N_construct来进行评估。接受能力Q_construct影响建设初期施工速度和平均施工速度。对于城镇建筑或城市建筑, 由于单批建设房屋数量较多, 施工方有足够的时间熟悉配筋砌块砌体结构的砌筑方法, 其接受能力对平均施工速度、施工质量影响不大。但对于配筋砌体结构体系应用于村镇建筑, 施工人员更多机会接触的是独栋房屋建设, 其接受能力对平均施工速度、施工质量的影响就很明显了, 这会对业主的房屋结构体系选择造成影响。人员成分M_construct会影响平均施工速度和最佳施工时间。考虑村镇建筑的特殊性, 村镇中的施工人员中存在务农兼施工的人员, 该类人员的流动性较大。本文定义M_construct为务农兼施工的人员数目占总参与人数N_construct的比值, 其值越低越好。此外总参与人数N_construct直接影响施工速度和施工质量。实地调研发现, 瓦工的数量对砌筑速度的影响最大。熟练的瓦工砌筑速度快、砌筑质量高, 对配筋砌块砌体结构体系推广起促进作用。

　　 机械因素主要是指施工过程中所使用的各类机械设备。针对所研究项目并结合“十二五”科技支撑示范项目 (严寒地区村镇建筑材料、结构与节能一体化技术 (2013BAJ12B03) ) , 可大致将参与房屋建设的机械设备分为运输设备、施工设备和其他设备三类。

　　 通常, 村镇业主建设房屋时需要自行将建筑材料由建材生产地点运输至建设地点, 其运输方式受业主的收入水平和村镇交通环境的影响。运输设备按照种类可以分为专业运输设备 (如卡车等) 和非专业运输设备 (如拖拉机等) 。运输方式对建设速度、质量和单户适宜度的影响都不大, 但是运输方式与起吊设备、村落的交通环境三者的组合对施工方法与配筋砌块砌体结构体系在村落中的推广有直接影响。

　　 村镇中的起吊设备按照种类可以分为专业起吊设备 (如吊车等) 和非专业起吊设备 (如挖掘机、铲车等) 。起吊设备与运输方式、村落的交通环境三者的组合对混凝土构件的选用有相当的影响。混凝土构件的选用, 针对配筋砌块砌体结构体系而言, 就是梁、板现浇方法或预制安装方法, 混凝土构件的选择将在施工工法因素即2.2.4节中进行详细讨论。

　　 其他设备包括进行基础施工的打桩机、挖掘设备以及进行焊接操作的设备等, 其具体影响将在施工工法因素即2.2.4节中进行详细讨论。

　　 建筑材料的选择直接影响了建筑成本与施工质量。本文是对配筋砌块砌体结构体系在严寒地区村镇应用的推广进行研究, 故建筑最主要材料的选择基本按照就近原则, 影响建筑成本的主要因素是建筑材料的选型、价格和运输成本, 而以上因素与施工工法选择和周边环境关联较大, 故将其影响在施工工法因素即2.2.4节中考虑, 此处不设指标分析。

　　 施工工法直接关系到建筑施工时间和施工质量, 直接影响单户适宜度和村落适宜度。根据实际施工情况, 主要分墙体施工、混凝土构件施工和其他构件施工进行讨论。

　　 对于配筋砌块砌体结构房屋, 承重结构的施工方式比较固定, 而结构体系中如基础梁、圈梁、门窗过梁等混凝土构件, 其施工则可相对应地使用预制装配和现浇两种施工方案。混凝土预制构件应用优势十分明显, 如节省时间、减少模板使用量。该种施工方案在城镇建设中的应用效果受到广泛好评。但是预制构件的安装对于施工人员、设备、环境要求较高, 与村镇中较差的施工条件易发生冲突。综上所述, 混凝土构件的几何形状、尺寸的选择受村镇当地的施工方、运输设备、交通环境的综合影响。其他构件, 这里主要对基础施工、门窗施工、屋架施工进行讨论。基础施工方式的选择受自然环境、施工设备的影响, 需根据设计前期对地质条件、施工资质的勘察进行合理设计;门窗的施工成本、施工质量、施工速度受当地地理环境和社会环境的影响, 门窗材料的选型需要满足建筑保温的相关要求;屋架的施工成本、施工质量、施工速度受当地社会环境和建材时价的影响。目前, 主流屋架根据材料可分为木屋架和钢屋架, 其材料价格根据市场情况经常波动, 两者价格与当年经济背景有关。可根据具体价格进行选择。根据以上分析, 将施工工法因素的影响按整体影响定义为γ_m, 其直接影响配筋砌块砌体结构体系应用适宜度评价。

　　 影响配筋砌块砌体结构体系在村镇中推广的环境包括自然环境、社会环境和交通环境。

　　 自然环境直接决定着某些建筑构件的选择, 包括墙体保温板的厚度、窗玻璃层数等。这些参数可以在设计前期根据相关规范的规定确定, 本文将自然因素影响合并于施工工法因素即2.2.4节中考虑, 本节不设指标进行比较。

　　 社会环境影响了建筑建设时间与建筑选型。村镇房屋建设与城镇房屋建设的区别主要在于:建设时间受到农耕周期影响, 业主自行担当监理职责, 建设准备周期较长。受农耕周期的影响, 农忙时节村落中劳动力基本都忙于务农, 业主难以把控施工质量。严寒地区有其特有的施工周期限制, 每年施工时间需避开冬季。而秋冬交接时间正是农忙时节, 在进行施工组织设计时应加以综合考虑。此外, 目前严寒地区村镇房屋建筑体系仍以红砖配钢 (木) 屋架房、彩钢房、土坯房为主。配筋砌块砌体结构体系作为一种新型的结构体系进入村落, 势必受到村落的社会环境影响。一个相对闭塞的村落不会较好地接受新型建筑体系。村落的社会环境直接影响业主和村落对新事物的接受程度。本文以村落中最低家庭年收入E_ann^min作为衡量村落对新事物接受程度的量化指标, E_ann^min越高则可认为其对新事物接受程度越高。

　　 村镇的交通环境和设备因素的组合将对施工方法的选择产生重要的影响。以黑龙江省为例, 虽然省内公路建设大见成效, 但是部分村落之间以及村落内部的交通状况仍然好坏不齐。有些村落内部甚至没有砂土路。加上阴雨天气的影响, 村民步行出入尚且困难, 更不必论及运输建筑材料、施工设备。本文以道路状况S_trans作为评判村落交通环境的量化指标。

　　 测量因素主要是指在房屋建设过程中, 施工人员对房屋定位轴线测量以及施工误差的把控。测量因素直接影响房屋的施工质量, 过大的测量误差会对房屋的安全性造成影响。故在房屋建设过程中应该由具有经验的测量人员使用经检验合格的测量工具, 采用规范的测量方法进行测量, 以保证其所测得的数据误差最小, 并在建设过程中做好测量数据记录, 实现实时控制房屋质量, 该项措施也有助于配筋砌块砌体结构体系在村镇中的推广应用。

　　 我国严寒地区由于环境特点住宅的采暖期较长, 对住宅在冬季的居住舒适度提出了较高的要求, 因此在进行配筋砌块砌体结构体系应用适宜度评估时, 除关心配筋砌块砌体结构的施工建设应用适宜度外, 更需要对建筑建成后的居住者的居住舒适度进行调研分析。居住者的居住舒适度直接影响了配筋砌块砌体结构体系在当地的应用推广, 故本文将居住舒适度的测量因素定义为γ_e来进行分析。

　　 综合上述因素, 本文初步建立的配筋砌块砌体结构应用适宜度指标体系如表1所示。

　　 (1) 单户适宜度

　　 单户适宜度S_single主要受下列因素的影响:家庭年收入E_ann、建筑成本C_construct、施工人员接受能力Q_construct、最低家庭年收入E_ann^min、道路状况S_trans、施工工法γ_m和居住适宜度γ_e。

　　 单户适宜度的计算方法如下:

　　 式中:a_i为单户适宜度的各项影响因素量化指标的权重, 根据村落不同权重有所区别, 权重取值范围为1~9的正整数, 数值越大, 说明该项在计算过程中对适宜度计算结果影响越大;施工人员的接受能力Q_construct、道路状况S_trans均以0~10的自然数表示, 0表示接受能力最低或道路状况最差, 10表示接受能力最高或道路状况最佳。

　　 (2) 村落适宜度

　　 区别于单户适宜度计算方法, 村落适宜度S_village中人员影响的施工方更多地需要按整组施工人员考虑, 故计算村落适宜度时需考虑施工综合因素S_construct影响, 其受到施工人员的接受能力Q_construct、人员成分M_construct和总参与人数N_construct影响, 可按式 (2) 计算:

　　 式中:β_i为施工综合因素各项影响因素量化指标的权重, 根据村落不同权重有所区别, 权重取值范围为1~9的正整数, 数值越大, 说明该项在计算过程中对施工综合因素计算结果影响越大。

　　 因此, 村落适宜度S_village主要受下列因素影响:收入状况高于C_min的人数与收入状况低于C_min的人数之比P_region、施工综合因素S_construct、最低家庭年收入E_ann^min、道路状况S_trans、施工工法γ_m和居住适宜度γ_e。

　　 村落适宜度的计算方法如下:

　　 式中:γ_i为村落适宜度各项影响因素量化指标的权重, 根据村落不同权重有所区别, 权重取值范围为1~9的正整数, 数值越大, 说明该项在计算过程中对村落适宜度计算结果影响越大。

　　 目前统计数据尚未完善, 各评价公式 (式 (1) ~ (3) ) 仅根据本次示范工程建设过程中所接触的实际影响因素进行初步构建, 尚需进行大范围调查后, 方可确定各项权重值的选择和适宜度的量化评价标准。

　　 以“十二五”科技支撑示范项目 (严寒地区村镇建筑材料、结构与节能一体化技术 (2013BAJ12B03) ) 为例, 应用本文所提的评估方法测算配筋砌块砌体结构体系在黑龙江省齐齐哈尔市的应用效果。

　　 本次示范项目建设地点位于黑龙江省齐齐哈尔市某县, 该县属于国家级贫困县, 根据课题组现场调研发现, 该村基础道路建设较差, 村民居住点分布较散, 居住房屋类型多为传统砖砌体结构, 甚至部分贫困户仍居住于土坯房, 冬季基本为火炕自采暖方式, 能源利用率较低, 居民居住环境较差。本次示范项目总建筑面积为65.62m², 建筑为1层, 建筑设计使用年限为50年, 结构形式为配筋砌块砌体结构, 采用新型无空气层呼吸式夹心保温技术。内外叶墙体为现场砌筑, 基础梁、顶圈梁等混凝土构件采用工厂预制、现场装配施工的建造方法。该示范工程每栋建筑墙体的砌筑平均使用2.5个自然日;基础梁、顶圈梁等构件的安装和后浇带的浇筑分别平均使用0.5个自然日;不计入混凝土的养护时间, 每栋建筑的施工平均使用4.5个自然日, 夹心墙构造与该示范工程完成图见图2。课题组在建筑完工后进行了回访和调研, 居住者普遍反映建筑外型较为新颖, 且在整个采暖期室内环境较为稳定和舒适, 表明结合新型夹心保温技术的配筋砌块砌体结构体系于该村落应用适宜性较好。

　　 根据本次示范项目所在地的不完全统计, 初步假定年收入大于或等于5万元的村镇家庭为收入状况较好, 年收入在5万元以下的则为收入状况不佳, 收入状况较好的家庭大约占当地家庭总数的30%。即C_min=50 000元, P_region≈30%。则相应的村落适宜度计算如下:

　　 施工综合因素:

　　 村落适宜度:

　　 相对而言, 本次示范项目的推进难易度为中等, 暂无其他案例的情况下, 可以将其适宜度的计算值作为评估的中位数考虑。

　　 2018年是我国实现全面建成小康三年决胜期的第一年, 我国严寒地区新农村建设正在稳妥推进, 改善人居环境, 开发推广适宜于严寒地区村镇特点的抗震节能保温的新型结构体系显得非常重要。本文根据严寒地区村镇建筑现状, 并以“十二五”科技支撑示范项目 (严寒地区村镇建筑材料、结构与节能一体化技术 (2013BAJ12B03) ) 为例给出计算过程, 得到如下结论:

　　 (1) 从人、机、料、法、环、测六个要素分析讨论了配筋砌块砌体结构体系在村镇地区推广所需考虑的家庭年收入、建筑成本、施工人员、施工工法、道路状况和居住舒适度等因素影响, 给出了主要影响因素的定性评价指标。

　　 (2) 提出单户适宜度和村落适宜度的计算方法, 并对实际“十二五”科技支撑示范项目 (严寒地区村镇建筑材料、结构与节能一体化技术 (2013BAJ12B03) ) 进行分析计算。

　　 鉴于目前村镇研究资料的缺乏, 本文目前仅提出理论分析框架, 尚需根据实际情况搜集更多的数据, 进一步研究确定单户及村落适宜度的指标计算权重值和评估标准。