装配式混凝土结构建筑全产业链材料效益评价分析

 现阶段我国大力推广装配式建筑，但对其全产业链的材料效益却缺少一套完善的评价指标体系。本文以此为出发点，在装配式建筑的生产阶段、运输阶段、安装阶段以及后浇阶段选取了 13 个评价指标，对装配式建筑的材料效益进行量化处理，应用目标距离法和 SPA 理论建立了评价模型，通过建筑耗材节约参数和各材料效益等级划分，对比分析了两个装配式建筑实例的材料效益，并深入研究了工程案例 A 的全产业链材料效益情况，据此提出建议
第 1 章 绪论

1.1 研究背景及问题的提出

1.1.1 研究背景

  为了促进预制建筑的快速发展，我国近几年来出台了很多相关的政策及方案。2015 年财政部与住建部联合，计划全国在一年内增加 10 亿 m2 绿色建筑；2016年国务院也发布了相关的指导文件，《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》中指出，预制装配式建筑产生的建筑废弃物少，造成的尘土等悬浮颗粒物较少，并且可以节省工期，所以应该对其加以推广，另外该文件还指明要着重发展城市的能源节约项目，深入贯彻落实“实用，经济，绿色，美观”的方针，增加节能环保建筑材料的使用，并对建筑的环保性能进行更加严格的考核把关[1]。同年九月发布的文件《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》同样对预制装配式建筑的发展提出了具有指导性意义的具体建议。住房城乡建设部在 2017 年制定了《“十三五”装配式建筑行动方案》等文件，详尽阐述了各时期目标，鼓励各地建立健全装配式建筑体系，促进预制装配式建筑的进一步普及[2]。从以上相关政策可以看出，国家对于装配式建筑的推广建设给予了大力支持，将来装配式建筑在我国也将普及到全国各地。然而现阶段涉及到建筑材料效益定量评价的文献较少，若能够将材料效益量化，使其以一套科学合理的效益评价体系为标准，得出直观的效益评价结果就有了深刻的意义。另外，本文的研究方向选取及课题研究过程得到了国家十三五重点研发计划课题的支持。

1.2 研究目的及意义

1.2.1 研究目的

  本文主要通过对比装配式混凝土结构建筑和现浇结构建筑的材料消耗，一方面明确装配式结构建筑的优势，另一方面从全产业链的生产制作、运输、安装及后浇阶段着手，对预制混凝土构件及其连接部分的材料消耗进行分析并建立合理的分析评价体系。从现阶段全国各地预制建筑实际实施情况来看，需要一套完备的材料效益评价体系，来填补我国对于材料效益的对比及分析评价的空白，从而使我国装配式相关技术及房屋建设方式更好的向前推行。

1.2.2 研究意义

1.2.2.1 理论意义

（1）建立材料效益评价标准 该评价标准的建立有利于装配式建筑在整个建设过程中材料效益的准确测评，当前我国没有这方面的标准，根据装配式建筑建设所需的不同材料和不同阶段的各自特点，研究并建立装配式混凝土结构建筑全产业链材料效益评价标准，可填补我国的空白，促进我国装配式建筑的兴起及普及，具有较大的创新性。

（2）科学合理推广装配式建筑 一方面现阶段我国装配式技术尚未成熟，其建设过程中的平均成本比现浇建筑高，但另一方面预制装配式建筑具有工期较短，环境污染较小等优势，因此本文旨在通过对材料效益的定性分析和定量分析，提出一套完整的装配式建筑构件及其连接部分的材料效益的评价标准，并通过引入建筑耗材节约参数对各指标进行评价，从而有针对性的对各建筑材料的消耗提出合理化建议，提高装配式建筑的材料效益，为装配式建筑的普及增添科学力量
第 2 章 相关理论和方法

2.1 装配式混凝土建筑的内涵和特点

2.1.1 装配式混凝土建筑的内涵

  将工厂经过统一的标准化生产环节后制作而成的混凝土构件运输到建筑所在的施工场地，并将这部分预制混凝土构件用于建设该建筑，使其经过后期后浇阶段的施工形成完整的建筑实体，这一过程中形成的房屋建筑称为装配式混凝土建筑，混凝土预制构件则是指在工厂中加工生产的柱、梁或墙等混凝土制

品。区别于传统的现浇混凝土建筑，装配式建筑可以不按照建筑通常的施工顺序进行施工，在工厂中提前集中加工生产好建筑所需的主要预制构件，与此同时在施工现场完成其他基础性工作，将这些预制构件统一运往建筑施工现场后利用先进的装配式技术完成接下来的安装工作，并采用混凝土后浇以保障预制混凝土构件节点之间的稳定连接，这样就形成了一套完整的装配式混凝土结构建筑建设体系[45]。

2.1.2 装配式混凝土建筑的特点

（1）建筑质量要求高 我国传统现浇建筑对于施工工艺的要求并不高，这不仅导致水泥和钢筋等建筑材料的损耗量增多，还容易造成一系列的建筑质量问题，如墙体开裂渗漏等问题都是由于现浇的施工技术水平不高导致的。目前我国对于预制建筑的质量标准出台了明确的规定，随着我国装配式技术的不

断发展和成熟，预制建筑整体的抗震性有所提高，而且防水、隔音、密封等性能也都有所改善。此外预制构件大多采用蒸汽养护的方式，可保证养护的温度、湿度以及速度，提升了养护的质量，从而使混凝土的特性也明显提高；另外通过流水线生产方式生产还可避免因操作人员经验素质不同等原因而导致的尺寸偏差问题

2.2 预制建筑全产业链的阶段划分及材料效益的评价范围

2.2.1 全产业链的阶段划分

  高海洋在对我国地产公司的策略创新方向研究中初次把“微笑曲线”这一

概念引入，把具有装配式建筑建设能力的公司分别归纳成不同的环节，如科研、开发、生产等八项类别，使各个类别进行改进与革新，从而形成新型全产业链发展模式，进而达成公司战略层面的改革[48]。湖南省住建厅在介绍湖南预制建筑的产业基地时对预制装配式建筑的全产业链进行了解读，将其划分为 5 个方面，分别是科研、设计、检测、生产和综合。田培云指出上海城建预制构件有限公司推行的是一种全产业链模式，该模式包含了预制构件的相关咨询、生产规划、构件前期设计、构件制作、构件安装及后期的运营维护过程[49]。吴水根深入分析了预制建筑结构从预制构件生产、运输到安装施工阶段的节能减排效果。龚志起等人同样列举了钢筋、混凝土等资源从原材料的采集到生产加工完成的各个环节中的材料消耗情况，并分析了其对环境造成的影响[51]。综合各相关文献对全产业链的划分可以看出，预制装配式建筑的全产业链是包含前期的结构设计、构件的加工生产、构件运输、整个建筑的安装施工，直到建成后的运营维护这些阶段在内的全过程，也就是说预制装配式混凝土结构建筑的全产业链是指以预制装配式混凝土结构建筑为研究对象，针对其建设全过程中的不同阶段所形成的完整链条。若对装配式混凝土结构建筑全产业链材料效益进行研究，需要涵盖生产、运输、安装、后浇、运营维护以及拆除等阶段，但根据本文研究需要，并充分考虑数据获取可能性以及评价研究可实现性，需要对全产业链进行简化，考虑到前四个阶段所耗费的时间占比较小，评价数据更易获取和统计，且前四个阶段过程复杂，材料消耗占比高，对于评价结果的影响大，相比之下更为重要。因此本文将全产业链简化为生产、运输、安装和后浇四个阶段，具体包括预制混凝土结构建筑的构件生产制作、运输以及施工现场安装和构件间连接部分的后浇阶段直到建筑物完工的整个过程，如图 2-1 所示。

第 3 章 装配式混凝土结构建筑全产业链材料效益评价模型的构建

3.1 材料效益评价模型构建的总体思路

3.2 材料效益评价指标体系的构建 

3.3 材料效益评价指标的计量 

3.4 基于目标距离法的建筑耗材节约参数 

3.5 基于集对分析法的材料效益评价 

3.6 本章小结 

第 4 章 装配式混凝土结构建筑全产业链材料效益评价实证研究

4.1 项目概况

4.2 数据收集和整理 

4.3 装配式混凝土建筑材料效益评价

4.4 材料效益等级划分

结 论

  现阶段我国大力推广装配式建筑，但对其全产业链的材料效益却缺少一套完善的评价指标体系。本文以此为出发点，在装配式建筑的生产阶段、运输阶段、安装阶段以及后浇阶段选取了 13 个评价指标，对装配式建筑的材料效益进行量化处理，应用目标距离法和 SPA 理论建立了评价模型，通过建筑耗材节约参数和各材料效益等级划分，对比分析了两个装配式建筑实例的材料效益，并深入研究了工程案例 A 的全产业链材料效益情况，据此提出建议。论文研究成果如下：

（1）建立了装配式建筑材料效益评价体系。本文通过对国内装配式项目的调研，同时结合学术界对建筑业材料效益的研究以及相关的规范定额，充分考虑了全产业链的生产、运输、安装和后浇四个阶段，将材料效益评价指标分阶段进行细化，形成了一套完善的评价指标体系。

（2）构建了装配式建筑材料效益评价模型，并给出了各建筑材料以及建筑整体的评价等级划分方法。本文通过目标距离法对待评价建筑各指标进行赋权，选取近年来统计数据以避免因时效性导致的权重参考体系出现的问题，并通过计算建筑耗材节约参数对不同的装配式建筑材料效益之间的差距进行比较，此外还引入 SPA 理论，通过计算熵值对各材料、各阶段以及建筑整体的材料效益等级做出划分和判断。

（3）验证了装配式建筑材料效益评价模型的适用性。本文通过对两个工程案例各材料单位面积消耗量，建筑耗材节约参数以及各材料熵值的计算，对二者各材料效益之间的差距做出了衡量并加以分析。此外还以案例 A 为例，对其各阶段效益等级和整体建筑等级进行评定，由此给出针对性意见，通过工程实例验证了模型的实际意义。

本文虽然在装配式建筑材料效益评价方面取得了一定的研究成果，但仍存在一些不足，在后续的研究工作中可以进行改善。