“空中造樓機(jī)” 新型建造方式的一朵奇葩

童悅仲

  “發(fā)展新型建造方式”是2016年2月中共中央、國(guó)務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見(jiàn)》中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，目的是提高建筑施工的勞動(dòng)生產(chǎn)率、縮短工期、節(jié)約材料、減少環(huán)境污染。

  深圳市卓越工業(yè)化智能建造開(kāi)發(fā)有限公司（以下簡(jiǎn)稱深圳卓越）歷時(shí)8年、累計(jì)投資8000萬(wàn)元人民幣研制成功的“空中造樓機(jī)”，能夠全面滿足上述要求?！翱罩性鞓菣C(jī)”是一套能夠?qū)崿F(xiàn)智能控制的大型組合式機(jī)械設(shè)備平臺(tái)，通過(guò)系統(tǒng)地整合工具式模板、工具式腳手架、預(yù)制鋼筋骨架、商品混凝土、泵送混凝土等一系列成套技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高層或超高層鋼筋混凝土住宅的整體現(xiàn)澆施工。采用該設(shè)備平臺(tái)，一幢近百米高的鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)住宅樓，全部施工可在一年內(nèi)完成，比常規(guī)建造方式至少縮短工期1/3。

  深圳卓越在研制“空中造樓機(jī)”的過(guò)程中得到了住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部相關(guān)司局領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)心和支持，國(guó)家住宅與居住環(huán)境工程技術(shù)研究中心為其提供了長(zhǎng)期幫助和技術(shù)指導(dǎo)。該項(xiàng)目承擔(dān)的住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科研課題《現(xiàn)澆混凝土高層住宅工業(yè)化智能建造技術(shù)研究與裝備開(kāi)發(fā)》，目前已經(jīng)完成并通過(guò)了預(yù)驗(yàn)收?！翱罩性鞓菣C(jī)”設(shè)備系統(tǒng)由北京北起意歐替起重機(jī)有限公司制造，具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。目前，“空中造樓機(jī)”設(shè)備平臺(tái)已在位于北京市順義區(qū)馬坡鎮(zhèn)的國(guó)家住宅聯(lián)盟試驗(yàn)示范基地成功進(jìn)行了建造示范。

  “空中造樓機(jī)”的突出優(yōu)點(diǎn)有四點(diǎn)：

  第一，用“空中造樓機(jī)”建造的房屋質(zhì)量可靠。由于采用現(xiàn)澆混凝土施工工藝，房屋結(jié)構(gòu)整體性好，有利于在地震等自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，有效保證結(jié)構(gòu)安全。同時(shí)，由于施工采用工廠精密制造的模板系統(tǒng)，利用機(jī)械操作、程序控制和自密實(shí)免振搗混凝土施工技術(shù)，能夠精準(zhǔn)地控制主體結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量，為保證裝飾裝修等后續(xù)工序的施工質(zhì)量打下良好基礎(chǔ)。

  第二，綜合建造成本低、經(jīng)濟(jì)效益顯著。“空中造樓機(jī)”由于采用工業(yè)化智能建造技術(shù)，用工量約為常規(guī)施工方法的1/10，大幅減少了人工成本。同時(shí)，“空中造樓機(jī)”每完成一幢高層建筑的主體結(jié)構(gòu)澆筑后，可多次轉(zhuǎn)場(chǎng)重復(fù)使用，從而迅速攤薄設(shè)備使用成本。根據(jù)測(cè)算，“空中造樓機(jī)”循環(huán)使用3次后，建安成本即可與目前現(xiàn)澆混凝土常規(guī)施工方法基本持平。而一臺(tái)“空中造樓機(jī)”的使用年限在10年以上，因此在人工成本逐年上升的大背景下，其潛在的經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

  第三，能夠提供多種住宅建設(shè)方案供開(kāi)發(fā)商選擇。為了滿足不同使用對(duì)象的需求，“空中造樓機(jī)”在研制階段就以模數(shù)化為基礎(chǔ)，將標(biāo)準(zhǔn)化與多樣化有機(jī)結(jié)合，編制出一套完整的系列產(chǎn)品圖集。在房屋類(lèi)型方面，既可用于建造政府主導(dǎo)的保障性住房，也可用于建造面向市場(chǎng)開(kāi)發(fā)的普通商品住宅。在單元平面組合方面，可以根據(jù)建設(shè)場(chǎng)地不同的地形地貌和平面尺度，提供一字型、T字形、十字形、凹字形、回字形等各種不同的單元平面組合方案。在住宅建筑高度方面，“空中造樓機(jī)”不必像裝配式混凝土建筑那樣，在地震區(qū)受不得超過(guò)80米規(guī)定的限制，其可用于建造80米～180米的高層或超高層住宅。

  第四，社會(huì)效益和環(huán)境效益突出。“空中造樓機(jī)”相當(dāng)于把一座移動(dòng)造樓工廠開(kāi)進(jìn)了建筑工地，把建筑工地的農(nóng)民工轉(zhuǎn)變?yōu)椴倏卮笮凸I(yè)化智能建造平臺(tái)的技術(shù)工人，改善了他們的工作條件，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。這種更加體面的工作環(huán)境增強(qiáng)了勞動(dòng)者的尊嚴(yán)，有利于促進(jìn)社會(huì)平等與和諧。

  “空中造樓機(jī)”是將單一功能的機(jī)械部件，包括液壓傳動(dòng)機(jī)組、自動(dòng)開(kāi)合模機(jī)構(gòu)、門(mén)式起重機(jī)、雙梁橋式起重機(jī)、施工電梯、鋼管桁架升降柱、過(guò)渡連接機(jī)構(gòu)、附墻水平穩(wěn)定支撐、混凝土現(xiàn)澆與養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)等，通過(guò)7道鋼構(gòu)桁架操作平臺(tái)高度集成，用程序控制手段實(shí)現(xiàn)工作連續(xù)、功能互補(bǔ)、相互協(xié)調(diào)，采用沿高度方向從下往上的逐層建造工藝，并在中央控制室內(nèi)監(jiān)控與記錄建造全過(guò)程。根據(jù)該項(xiàng)目研究工作的需要，課題組開(kāi)發(fā)了“空中造樓機(jī)”整體空間運(yùn)行受力分析計(jì)算軟件。該項(xiàng)目在研制的過(guò)程中，課題組攻克了13項(xiàng)部件標(biāo)準(zhǔn)化配置方式及相關(guān)技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)，包括：“空中造樓機(jī)”鋼平臺(tái)空中基站定位技術(shù)，“空中造樓機(jī)”整體同步升降動(dòng)態(tài)與靜態(tài)誤差和壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)，鋼管桁架升降柱自動(dòng)對(duì)接技術(shù)，憎水性蜂窩狀PP工程塑料模具模板開(kāi)發(fā)及壓注成型技術(shù)，混凝土初凝強(qiáng)度以溫度控制方式啟動(dòng)自動(dòng)開(kāi)合模裝置及相關(guān)技術(shù)，高強(qiáng)、高流動(dòng)性、免振搗、自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)，外墻保溫飾面一體化板材與主體結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆同步建造技術(shù)，門(mén)式起重機(jī)、雙梁行車(chē)高空運(yùn)行安全鎖定裝置及相關(guān)技術(shù)，“空中造樓機(jī)”附墻水平穩(wěn)定支撐沿軌道運(yùn)行瞬間自鎖裝置及相關(guān)技術(shù)，“空中造樓機(jī)”設(shè)置7道安全作業(yè)平臺(tái)研制及相關(guān)技術(shù)，與建筑形體相配套的“空中造樓機(jī)”，與“空中造樓機(jī)”使用相關(guān)的房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)、建造全過(guò)程成本控制技術(shù)。

  此外，課題組還編制了《現(xiàn)澆鋼筋混凝土高層住宅工業(yè)化建造技術(shù)規(guī)程》、《現(xiàn)澆鋼筋混凝土高層住宅工業(yè)化建造施工指南》、《空中造樓機(jī)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》等企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及應(yīng)用“空中造樓機(jī)”建造保障性住房、普通商品房的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化方案圖集，并形成了配套的15種模塊化施工圖；利用BIM技術(shù)自動(dòng)生成工程量分類(lèi)清單及匯總表，構(gòu)建產(chǎn)業(yè)鏈部品標(biāo)準(zhǔn)化庫(kù)，以便為部品規(guī)模化生產(chǎn)和批量采購(gòu)、安排合理的建造工序奠定基礎(chǔ)。

  “空中造樓機(jī)”現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)澆工業(yè)化智能建造技術(shù)的成功探索，生動(dòng)地說(shuō)明應(yīng)全面正確理解中共中央國(guó)務(wù)院文件“關(guān)于大力發(fā)展新型建造方式”的政策內(nèi)涵、工業(yè)化建造方式可能有多種技術(shù)路徑選擇，并不是只有預(yù)制裝配一條路。

  “空中造樓機(jī)”技術(shù)研制總負(fù)責(zé)人、專利技術(shù)發(fā)明者董善白今年已經(jīng)75歲高齡。這位1965年畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)的資深專家，目前仍擔(dān)任卓越置業(yè)集團(tuán)有限公司總顧問(wèn)一職。見(jiàn)證了我國(guó)半個(gè)多世紀(jì)建筑工業(yè)化的風(fēng)風(fēng)雨雨的董善白對(duì)該項(xiàng)目廣闊的市場(chǎng)前景充滿信心。這也是8年來(lái)支持他鍥而不舍、刻苦鉆研的力量源泉。因?yàn)楣ぷ?，董善白與他的合作伙伴、“空中造樓機(jī)”制造總承包商、北京北起意歐替起重機(jī)有限公司董事長(zhǎng)孫誠(chéng)已成為忘年交?，F(xiàn)在他們的科研團(tuán)隊(duì)可以自豪地向業(yè)界宣布，通過(guò)“空中造樓機(jī)”整體現(xiàn)澆技術(shù)路徑實(shí)現(xiàn)“工程質(zhì)量可控、建安成本可控、建設(shè)周期可控、減少建筑垃圾排放、減少施工現(xiàn)場(chǎng)用工”的研發(fā)目標(biāo)已經(jīng)有了充分把握。（作者系中國(guó)房地產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)名譽(yù)副會(huì)長(zhǎng)）

  ● “空中造樓機(jī)”造樓更安全

  在北京市順義區(qū)參觀“空中造樓機(jī)”工程試驗(yàn)場(chǎng)，令人震撼的是足有5層高的龐大金屬架構(gòu)頂在4層混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的住宅上空。經(jīng)了解，這就是能建造高層住宅的“空中造樓機(jī)”?！翱罩性鞓菣C(jī)”能將全部的建造工藝安排在金屬架構(gòu)內(nèi)完成，也就是將建造工廠從地面、從預(yù)制工廠搬到現(xiàn)場(chǎng)的空中，讓工地更加安全、文明。

  “空中造樓機(jī)”是全現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)項(xiàng)目。整體模板整層現(xiàn)場(chǎng)吊裝拆模，泵送混凝土自流式灌注，具有強(qiáng)度高、表面光滑平整等特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理即可進(jìn)入裝修工序，整層施工工期（含內(nèi)裝）只要7天，體現(xiàn)出工業(yè)化施工工藝的突出優(yōu)點(diǎn)。這也是建筑行業(yè)在提升質(zhì)量、加快工期、節(jié)約成本、減少垃圾量、綠色減排等方面的目標(biāo)、是幾十年來(lái)提倡住宅產(chǎn)業(yè)化的目標(biāo)。

  但是，近期以提倡預(yù)制全裝配整體住宅的工業(yè)化建造模式（簡(jiǎn)稱PC），被提到了“壓倒一切建造工藝”的位置，似乎“只有PC才是惟一可行的工業(yè)化的道路，現(xiàn)澆工藝是落后工藝、是要被取締的”，這完全是個(gè)誤解。

  ● 現(xiàn)澆工藝造樓好處多

  我國(guó)的住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展起步于上世紀(jì)60年代末70年代初。1968~1978年，中國(guó)建筑業(yè)掀起了一場(chǎng)全國(guó)范圍的建筑工業(yè)化運(yùn)動(dòng)，提出了“三化一改”的方針，即“設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)配件工廠化、施工機(jī)械化”和“墻體改革”的產(chǎn)業(yè)化行動(dòng)。用裝配式大板、大模板現(xiàn)澆、框架輕板、大型砌塊4種體系替代磚混結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)方式建造住宅。中國(guó)的建筑工業(yè)化從此進(jìn)入了“啟動(dòng)”發(fā)展的黃金時(shí)期。工業(yè)化是當(dāng)時(shí)住宅建筑行業(yè)的整體發(fā)展方向。

  進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)的建設(shè)規(guī)模和建造技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，建造工藝與世界水平不相上下，尤其是現(xiàn)澆混凝土模板制造技術(shù)、工廠混凝土攪拌技術(shù)、泵送混凝土技術(shù)等都達(dá)到了極高水準(zhǔn)，工業(yè)化建造方法已經(jīng)成熟，能夠適應(yīng)現(xiàn)代住宅的建設(shè)需要。尤其是在當(dāng)代商品住宅多樣化、功能需求多元化的時(shí)代要求靈活多變、快速施工，而綠色減排的現(xiàn)澆工藝能較好地滿足這種需要。

  相反，過(guò)度強(qiáng)調(diào)全裝配PC工藝的使用已經(jīng)脫離了時(shí)代需求。PC需要規(guī)模超大的后勤預(yù)制工廠、大型運(yùn)輸車(chē)輛和吊裝設(shè)備，并占用較大的施工場(chǎng)地，實(shí)際上并不適應(yīng)現(xiàn)代建筑業(yè)的發(fā)展和越來(lái)越緊張的施工條件以及城市道路交通擁堵的狀況。雖然PC工藝可較好地滿足保障房及公租房建設(shè)要求，但若以此為由大規(guī)模發(fā)展并不可取。

  ● 住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)

  回顧住宅產(chǎn)業(yè)化歷史發(fā)展不難看出，導(dǎo)致我國(guó)住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展緩慢的重要原因有三個(gè)：

  一是對(duì)住宅產(chǎn)業(yè)化的概念認(rèn)識(shí)不清。很多人把工業(yè)化等同于產(chǎn)業(yè)化，以為實(shí)現(xiàn)了PC就實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。住宅產(chǎn)業(yè)化是一種與生產(chǎn)方式相關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈，強(qiáng)調(diào)的是生產(chǎn)全過(guò)程；是包括規(guī)劃設(shè)計(jì)、部品設(shè)備、物流供應(yīng)、施工工藝、交付管理、維修保養(yǎng)全過(guò)程的產(chǎn)業(yè)化過(guò)程，是建設(shè)全行業(yè)生產(chǎn)水平的提高。日本的產(chǎn)業(yè)化過(guò)程為我國(guó)樹(shù)立了明確的榜樣。

  工業(yè)化是一個(gè)施工工藝。工業(yè)化方法是多樣化和多技術(shù)發(fā)展的，只要是機(jī)械化、集成化、標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化的生產(chǎn)工藝都可稱為工業(yè)化。所以，除裝配建筑PC工藝以外，現(xiàn)澆模板工藝、鋼結(jié)構(gòu)工藝、砌塊工藝、木結(jié)構(gòu)工藝等均為工業(yè)化施工法。近年來(lái)發(fā)展的內(nèi)裝工業(yè)化的集成工藝、模塊工藝、定制裝配工藝也屬于這一范疇。

  二是工作推進(jìn)的重點(diǎn)不明。多年來(lái)，我國(guó)的住宅建設(shè)只側(cè)重于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)體系的進(jìn)步，而忽視了內(nèi)裝部品與精裝修交付，粗制濫造與毛坯房大量存在，不重視居住性能和功能、不注重居住健康與舒適性，跑冒滴漏等現(xiàn)象成為常態(tài)甚至逐步演變?yōu)樯鐣?huì)問(wèn)題。

  當(dāng)前建筑材料豐富多樣，住宅產(chǎn)業(yè)化更多應(yīng)體現(xiàn)在內(nèi)裝部品的產(chǎn)業(yè)化上。國(guó)際上通行的“SI體系”主張支撐體和內(nèi)裝體互為模數(shù)協(xié)調(diào)，用標(biāo)準(zhǔn)化的原則要求支撐體提供的模數(shù)空間為內(nèi)裝部品的后序安裝工藝提供全集成裝配的可能。因此，從內(nèi)裝集成化入手，并以此推進(jìn)行業(yè)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)體系研究和開(kāi)發(fā)建設(shè)更具重要意義。

  三是主管部品標(biāo)準(zhǔn)化部門(mén)缺位。影響我國(guó)住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵是產(chǎn)業(yè)鏈問(wèn)題，其建設(shè)離不開(kāi)規(guī)格化、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，急需行業(yè)整合。政府牽頭是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，當(dāng)前我國(guó)部品種類(lèi)繁多、規(guī)格不一，急需得到理順，走向規(guī)格化、系列化和目錄化發(fā)展，但至今尚無(wú)相應(yīng)舉措和行動(dòng)綱領(lǐng)。

  當(dāng)前，我國(guó)房地產(chǎn)業(yè)正進(jìn)入轉(zhuǎn)型和調(diào)整的關(guān)鍵時(shí)期。希望藉助“空中造樓機(jī)”之推廣糾正單一PC工藝偏向，真正推動(dòng)我國(guó)住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化事業(yè)的健康發(fā)展，推動(dòng)建筑部品生產(chǎn)鏈的形成。

  （作者系住房城鄉(xiāng)建設(shè)部住宅建設(shè)及住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化專家委員會(huì)專家、中國(guó)房地產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)人居環(huán)境委員會(huì)專家組長(zhǎng)、北京梁開(kāi)建筑設(shè)計(jì)事務(wù)所創(chuàng)建人）

“空中造樓機(jī)”裝備標(biāo)準(zhǔn)化率>95%

仲繼壽

  “空中造樓機(jī)”是住宅科技產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟開(kāi)展的重大課題“北京市公租房標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)與現(xiàn)澆鋼筋混凝土工業(yè)化建造研究與示范工程”課題成果之一。

  我認(rèn)為，可以將“空中造樓機(jī)”理解為一座現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)方式的移動(dòng)造樓工廠。由于該技術(shù)裝備標(biāo)準(zhǔn)化率>95%，因此，可實(shí)現(xiàn)在不同工地與建筑間的轉(zhuǎn)移、安裝、拆卸，實(shí)現(xiàn)高層建筑的建造過(guò)程。“空中造樓機(jī)”的關(guān)鍵技術(shù)有四個(gè)：

  一是基于通用住宅建筑體系的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)。通過(guò)系列化、規(guī)格化的標(biāo)準(zhǔn)居住單元和標(biāo)準(zhǔn)化的交通核單元模塊化組合以及工廠化的部品部件，滿足不同樓棟平面和建筑立面的要求。

  二是將傳統(tǒng)的人工支模拆模過(guò)程轉(zhuǎn)化為智能化的合模、開(kāi)模過(guò)程。

  三是采用免振搗自密實(shí)混凝土、混凝土泵送、點(diǎn)陣式澆筑、自動(dòng)噴淋技術(shù)完成混凝土的澆筑、養(yǎng)護(hù)。

  四是采用全自動(dòng)液壓升降系統(tǒng)和插接式升降柱結(jié)構(gòu)，總重量約2000噸的造樓機(jī)，可在1小時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)整層樓模板的開(kāi)合模和整體升降的過(guò)程。

  “空中造樓機(jī)”建造技術(shù)符合“工程質(zhì)量可控、建安成本可控、建造周期可控和減少建筑垃圾排放”的建筑工業(yè)化目標(biāo)，滿足施工現(xiàn)場(chǎng)節(jié)地、節(jié)能、降噪、減少建筑揚(yáng)塵的要求。

  與裝配式混凝土建筑建造過(guò)程的區(qū)別在于：“空中造樓機(jī)”沿建筑高度方向運(yùn)動(dòng)，自密實(shí)商品混凝土通過(guò)造樓機(jī)建造平臺(tái)實(shí)現(xiàn)剪力墻或柱子的現(xiàn)場(chǎng)澆筑。在完成整棟建筑建造后，“空中造樓機(jī)”在不同工地間轉(zhuǎn)移。

  相同的是，預(yù)制和現(xiàn)澆都需要格構(gòu)鋼筋樓承板或混凝土疊合板、樓梯等水平構(gòu)件以及剪力墻鋼筋網(wǎng)籠和門(mén)窗洞口等配套部品在工廠生產(chǎn)并被運(yùn)輸?shù)浇ㄖさ剡M(jìn)行裝配。顯然，“空中造樓機(jī)”工業(yè)化現(xiàn)澆體系，符合混凝土材料的基本特性，能夠生產(chǎn)出抗震性能好、性價(jià)比高、適應(yīng)高層和超高層住宅市場(chǎng)需求的高質(zhì)量產(chǎn)品，符合國(guó)家現(xiàn)行鋼筋混凝土設(shè)計(jì)與驗(yàn)收相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并符合綠色施工要求。“空中造樓機(jī)”建造技術(shù)適宜高度為80～180米,與裝配式混凝土建造技術(shù)的適用高度可以形成互補(bǔ)，并將在大中城市棚戶區(qū)改造中發(fā)揮更大優(yōu)勢(shì)。

  （作者系住宅科技產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書(shū)長(zhǎng)、國(guó)家住宅與居住環(huán)境工程技術(shù)研究中心主任）