李元齐 沈祖炎：建筑工业化建造产业发展的技术政策思考
毕业于同济大学的李元齐博士现任同济大学建筑钢结构教育部工程研究中心副主任。2001年1月，李元齐从浙江大学空间结构研究中心博士后出站后，于2001年6月~2003年8月在日本东京工艺大学风工程研究中心担任特别研究员。多年来，李元齐一直从事大跨度钢结构稳定及抗风设计、冷弯型钢结构设计理论、钢结构检测与鉴定技术方面的研究工作，先后承担了国家自然科学基金等40余项纵横向课题研究，发表论文100余篇，并作为主要执笔人员完成编制上海地方标准《钢结构检测与鉴定技术规程》以及国家行业标准《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》、《复杂与高耸钢结构检测与评定技术标准》的编制工作。李元齐教授与中国工程院院士、同济大学教授沈祖炎撰写的《建筑工业化建造产业发展的技术政策思考》一文分析了当前我国发展工业化建造模式的重要性和必要性，回顾、比较了目前国内外建筑工业化建造的发展现状，讨论了目前国内在发展工业化建造方面存在的问题，并就建筑工业化建造产业发展需要的技术政策提出了相关建议。本报自今日起分3次连载该文，敬请关注。——编者
一、引言
工业化建造是指采用工业化的预制装配式技术，选用合理的可装配式建筑（结构）体系，其主要构件和部品的制备都在工厂按工业化产品模式预制完成，再将其运输到现场，经机械化安装后形成满足预定功能要求的各类建筑产品。工业化建造模式与传统的现场建造方式不同，其建造环节、产业链构成、甚至工程建设和市场运行模式也存在明显的差别。简而言之，工业化建造就是“像造汽车一样造房子”。此时，面对房屋使用者的承建商实际上是房屋的集成商和营销商。其工作和现在建筑设计院、施工单位或总承包商不同，它是采用公开的定型装配式工业化建筑体系、或自己研发装配式工业化建筑体系，根据用户的需求和建筑使用功能要求，基于模数化、标准化的组合设计，选用适应的标准化、商品化的各类预制构件和建筑部品，通过商品物流等模式运到现场，采用专业设备进行机械化的现场装配，并采用标准化的工艺处理好连接部位，最后形成预定功能的建筑产品，同时，集成商和营销商需要基于信息化的管理手段，为其提供的建筑产品提供像“汽车4S店”一样的运行维护和技术支撑。因此，在产业链上，材料供应商、部品制备商、房屋的集成商和营销商成为主角，而物流商、部品营销商、零配件商、授权的房屋营销商、维护商等都是其中的重要参与者。另外，还包含以科研院所为代表、承担可装配工业化建筑体系研发、标准化系列化各类部品研发、基础理论研究、设计标准制定、技术咨询和服务等的技术支撑产业。同时，工业化建造建筑产业的发展也会带动相关配套产业的发展。如保温隔热材料、防腐材料、防火材料、焊接材料、部品机械加工、机械化或智能型加工设备，等等。
二、建筑工业化建造的意义
发展装配式工业化建造技术是建筑业提高工业化水平、提高建造效率的必然趋势。与传统的以现场施工为主的建造方式相比，装配式工业化建造技术表现在建筑构配件生产工厂化、现场施工机械化、组织管理信息化，体现了工业化社会的建造方式和技术手段，是一种现代的高技术含量的建造方法，具有建造速度快、建设周期短的特点。根据欧洲的统计，传统建造方法每平方米建筑面积需2.25个工日，而预制装配式施工仅用1个工日，可节约人工25%~30%，降低造价约10%~15%，缩短工期30~50%左右。建造工业化是一个国家建筑业技术和管理水平的综合体现，而装配式工业化建造技术可以降低现场手工操作的劳动量。因此，装配式工业化建造水平从一定程度上体现了一个国家建筑工业化水平的高低。
发展装配式工业化建造技术是提高建筑业建造质量的重要手段。目前，国内建筑业发展迅速，但现有工程建设质量严重参差不齐，存在较大的安全和使用上的隐患，受人为因素影响较大的传统现场施工建造方式是造成这一问题的主要原因。采用装配式工业化建造技术，将绝大部分构件、部品甚至节点和连接件在工厂工业化预制，现场采用流程化、工法化的连接、安装技术，可以不受建造季节气候影响，大幅提高部品的制作质量，稳定结构的整体建造技术水平，保障结构的整体建造质量。
发展装配式工业化建造技术是建筑业实现“四节一环保”、低碳发展的有效途径。众所周知，建筑业是国民经济的支柱产业，其就业容量大、产业关联度高，全社会50％以上固定资产投资都要通过建筑业才能形成新的生产能力或使用价值，建筑业增加值约占国内生产总值的7%。但另一方面，中国的建筑能耗占到国家全部能耗的32%，已经成为国家最大的单项能耗行业。采用装配式工业化建造技术的建筑，可以节约资源和材料，减少现场施工对场地的需求，减少建筑垃圾、减少建筑施工对环境的不良影响。要实现国家和各地方政府目前既定的建筑节能减排目标，达到更高的节能减排水平、实现全寿命过程的低碳排放综合技术指标，发展装配式工业化建造建筑产业是一个有效途径。
三、建筑工业化建造的技术内涵
建筑工业化建造的技术内涵主要包括以下5个方面：
第一，适合我国国情及工业化建造方式的装配式建筑体系开发。合理的装配式工业化建筑体系是发展建筑装配式工业化建造产业的前提，其中，模数化、模块化、标准化是保障其工业化建造效率的核心，合理的预制装配式结构体系和高效便捷的围护体系开发是其关键。
第二，标准化、系列化、商品化部品技术。装配式工业化建造建筑体系设计的关键技术体现在如何保障预制部品结构性能的高效以及标准节点连接构造对保障结构整体性的能力和施工便捷性。因此，特别需要针对各类装配式工业化建筑体系的可集成化部品成套技术提供支撑。
第三，部品工业化制备和体系装配施工工艺及装备技术。部品工业化制备和体系装配施工工艺是保障装配式工业化建造建筑与工程结构质量和整体性能的关键步骤，也是目前制约我国装配式工业化建造建筑发展的瓶颈问题之一。同时，在装配式工业化建造建筑施工中，大量规格化预制部品的吊装、就位需要专用的安装机械装备，因此，专用安装装备开发与应用技术是提高现场安装工业化程度、提高装配效率的关键。
第四，模数化、标准化设计技术。采用模数化、标准化设计技术一方面可以使建筑中各类预制构件的规格系列化、标准化，这是实现预制部品工业化批量生产的基础；另一方面可以使建筑构件、部品、各类配件的尺寸保持协调，这是实现装配式施工的必要条件。先进的模数化、标准化技术不仅能使建筑满足工业化建造的标准和统一要求，也能满足市场的多样性需求，有利于提高建造效率，取得明显的经济效果。
第五，工业化建造全过程信息化管理技术。采用装配式工业化建造技术的建筑与传统建筑在各类构件（部品）制备、结构设计、装配施工、运营管理和后期拆去等全寿命不同阶段具有完全不同的特点，信息化管理在协调项目参与各方的技术和管理信息的需求、保障建筑使用和后期维护安全上显得尤为重要。
四、工业化建造钢结构建筑产业国内外发展现状
1.国外发展情况
国外的预制装配式建筑是从工业化住宅产品的研发开始的，至今已有近70年的历史。工业化建筑体系在部品制造和系统集成方面，严格遵守模数协调准则，按标准化思想进行设计和制造。以住宅为例，瑞典80%的住宅采用以通用部件为基础的住宅通用体系。法国在20世纪80年代编制了《构件逻辑系统》，20世纪90年代又编制了住宅通用软件G5软件系统，采用这套软件系统,可以把任何一个建筑设计“转变”成为用工业化建筑部件进行设计而又不改变原设计的特点,尤其是建筑艺术方面的特点。丹麦是世界上第一个将模数法制化的国家，以发展产品目录设计为中心推动通用体系发展。荷兰在SAR理论实践中，住宅虽形态各异，体现了个性化，但一直采取标准化的支撑体来形成住宅结构骨架，结构体的标准化设计在开放住宅的发展中一直受到重视。美国住宅用构件和部品的标准化、系列化及其专业化、商品化、社会化程度很高，几乎达到100%。美国住宅工业化的特点是采用标准化、系列化的构件部品在现场进行机械化施工。自20世纪60年代以来，世界经济发达国家普遍推行住宅产品认证模式。北美、欧洲的大部分国家（地区），亚洲的部分国家（地区）都建立了建筑产品（部品）的认证模式。
在装配式工业化建造建筑体系方面，发达国家结合各自的资源特点和历史条件，在预制装配式混凝土建筑体系、预制装配式木结构建筑体系、预制装配式钢结构建筑体系等方面都有各具特色的发展，但都有一个共同的前提，就是能发展到现在的企业都是具有自己自主知识产权的装配式工业化建造体系。
此外，在部品制备和装配式施工工艺和装备方面，由于各体系的部品规格化、工艺标准化，使得现代化的专用装备技术发展迅速。同时，美国国家建筑科学协会制定的国家BIM标准及国际协同工作联盟制定的IFC标准为这类建筑体系全过程信息化管理也提供了技术基础。
在装配式工业化建造建筑体系市场发展机制方面，日本的经验具有很好的启示。日本的住房问题始于第二次世界大战后极度的住房短缺。20世纪50年代，房产公司和民间私人企业试验性地大规模生产木结构房屋，但没有达到合理的价格。多年后一些企业靠独自研发运行设计系统的预制工业住房在市场上幸存下来。1963年，预制工业化住宅制造厂家成立了工业化住宅建筑协会，随后制定了优良工厂认证制度与工业化住宅性能认证制度,优良住宅部品认证模式等，为工业化住宅发展提供了有力保障。可见，要发展装配式工业化建造建筑产业，必须建设适合于这种建造模式和市场模式的合理技术政策和机制。
2.国内发展情况
早在新中国成立初期，我国就把部品的模数协调工作放在重要的位置。自1963年起，我国已经建立一系列的有关模数的标准，但在实践应用方面与国外先进水平相比有较大的差距。
在装配式工业化建造建筑体系方面，目前国内工业化建造发展最好的是预制门式刚架轻钢厂房建筑体系。这主要得益于我国在经济快速发展中对施工工期短的门式刚架轻钢厂房建筑的巨大需求。此外，门式刚架轻钢厂房体系集成化的成套技术为其快速的工业化建造提供了支撑。目前，这类施工周期短且具有明显优势的综合经济技术指标的体系在我国、特别是经济发达地区已经完全取代了传统的钢筋混凝土厂房。近年来，各类预制装配式混凝土建筑体系（框架体系、剪力墙体系）、预制装配式木结构建筑体系、预制装配式钢结构建筑（低多层的轻钢龙骨体系、多层轻钢框架体系、高层框架———剪力墙/支撑体系等）都受到企业和高校关注，并出现一些工程实例和示范。但总体上体系的成熟度、工业化程度还不高，不能完全反映工业化建造中的模数化、标准化设计理念，还有很长的研发道路要走。
在部品工业化制备工艺及装备方面，目前一些大型混凝土部品制备商和钢构部件制备商已经开始注重投资建设现代的部品制备生产线，并具有很高的现代化水平。但就装配化施工工艺和装备而言，由于缺乏具备自主知识产权的装配式工业化建造建筑体系、部品规格化水平尚处在初级阶段，装配化施工工艺和装备的发展相当滞后。与此同时，全寿命过程信息化管理技术发展也相应处在初级水平，但已经受到相关科研单位和骨干企业的关注。
3.国内外对比引出的启示
近年来，我国在装配式工业化建造建筑产业、特别是工业化住宅产业方面也开展了一系列的技术研发和工程示范，但与国际发达国家相比还存在明显差距，主要表现在以下5个方面。
第一，目前我国的工业化建筑部品仍处在自发的发展阶段，距离高水平建筑部品及产业化的要求相差较远。尽管我国的建筑部品、住宅部品标准化工作已取得很大成绩，但市场适应性、通用性和配套性尚不充分，更缺乏工业化建筑典型部品信息化模型和全寿命过程信息化管理方面的相关研究和应用。
第二，装配式工业化建造建筑体系缺乏，研发工作不尽人意。尽管国内在预制装配式混凝土建筑体系、预制装配式木结构建筑、预制装配式钢结构建筑等方面都在开展体系研发和技术攻关，但尚处在初级阶段，行业内也没有形成供企业初期发展需要的公开体系。企业在研发过程中，往往注重的仅仅是装配化建造，而不是基于模数化、标准化的工业化建造。
第三，社会对装配式工业化建造建筑的认识还存在问题。由于传统的钢筋混凝土装配式体系的低水平、低质量，使该类体系的技术发展和工程实践几乎完全停滞。在美国、日本、台湾等地震高烈度国家和地区，现代的钢筋混凝土装配式工业化建造建筑仍然得到广泛应用，并在大震的情况下表现优异。在最适合采用预制装配式建造技术的钢结构建筑和工程结构方面，钢结构还仅仅在高层、超高层建筑、大空间公共建筑与工业建筑中应用，在民用建筑方面尚未普及。
第四，装配式工业化建造建筑产业发展机制不尽合理。装配式工业化建造建筑体系研发需要巨大投入，导致企业望而生畏。一些企业在付出极大热情和经济投入后，不得不铩羽而归。少数企业全靠自己在市场上不断摸索，才找到适合自己发展的模式。笔者认为，发展装配式工业化建造建筑产业，不能仅仅是几家企业的事情，必须形成社会合力，才能加速发展。
第五，工程建设监管及其运行模式与装配式工业化建造建筑的工程应用推广不适应。现行工程建设审批、监管、责任分配等监管及其运行模式不适合工业化建造发展的最终要求。
五、我国发展工业化建造钢结构建筑产业的技术政策思考
1.通过技术政策扶持，解决装配式工业化建造建筑推广前期造价相对较高问题。
在国内，装配式工业化建造建筑产业发展尚处在发展初期，由于传统现场施工建造模式在人力成本方面的优势和装配式工业化建造处在相对较低的工业化水平阶段，采用装配式工业化建造的建筑一般较现场施工为主建造的建筑单位造价会高出15%～20%，而建造效率高、品质保障、节能环保等装配式工业化建造建筑的优势在现行的市场机制上不能得到体现，这必然会给有志于装配式工业化建造建筑产业的企业带来困难。因此，国家和地方政府要发展装配式工业化建造建筑产业，必须在技术和经济政策上给予充分的支撑。
目前，也有一些城市开始了这方面的尝试。2012年6月27日，上海市发布《市政府办公厅转发市建设交通委等关于推进住宅产业化若干意见》（沪府办发〔2011〕33号），意见提出：“力争2015年整体式住宅当年装配面积占全市住宅开工总量的20%左右；同时，单体住宅结构的预制装配率达30%以上。意见还制定了土地、规划、金融、财政和税收等方面的配套鼓励政策体系。
2.加大政府前期投入，建立技术开发与技术创新高效机制。
在发展初期，国家和有条件的地方政府应该加大公共研发投入，在行业协会的统一组织和指导下，着力研发公开的装配式工业化建造建筑体系及成套技术，形成相应的技术标准体系，并以此为前提，健全部品制备、流通、施工工艺和装备、集成技术与集成商培育、人才培养和公共研发平台建设等产业链发展环节，形成高效的技术研发合作与创新模式，为企业进入装配式工业化建造建筑产业保障建造基本安全的同时，降低门槛、减小初期投入。在此基础上，鼓励有实力、有条件的企业走自主创新之路，开展具备自主知识产权的装配式工业化建造建筑体系研发，进一步寻求高效的产学研合作研发模式，形成自主品牌。
3.建立适合装配式工业化建造建筑产业发展的市场监管及运行机制，应该改变传统的用于以现场施工为主建造方式的工程建设市场监管及其运行机制。
第一，尽快建立工业化建造建筑部品认证和市场管理制度，为部品研发、部品品质保障、商品化流通提供保障。
第二，着手讨论、制定装配式工业化建造建筑集成商、生产商的市场准入认证制度。由集成商、生产商提供给业主的装配式工业化建造建筑的品质保证可以完全由集成商、生产商自己负责、保险公司保障，政府像对汽车制造商一样，只需要对装配式工业化建造建筑集成商、生产商的能力和资质进行认定即可。也只有这样，才能激发企业参与装配式工业化建造建筑产业发展、开展自主创新的热情。
第三，对真正意义上的装配化建筑产品的推广应用，可以尝试按工业化产品一样的市场监管、销售、售后服务模式推广，政府负责保障让真正有能力的企业准入和产品质量监管，销售、质量和售后由房屋集成商、销售商负责、商业保险机制跟进。在前期市场推广方面，可以参考家电下乡的政策模式给予优惠。
4.以保障房建设为契机，推进装配式工业化建造建筑产业发展。
保障性住房包括廉租住房、经济适用住房、政策性租赁住房等，由政府主导建设。在我国，保障性住房建设具有如下特点：一是以小高层（10层～14层）为主；二是小户型，如，廉租房以35平方米、45平方米、55平方米为主，经济适用住房以60平方米～80平方米为主；三是建造速度要求高、品质必须得到保障，是具有政府指令性的民生工程；四是设计和建造需具有前瞻性，必须考虑50年期间的可能组合变化，以延长使用寿命。
综上所述，采用装配式工业化建造模式非常适合于保障性住房户型标准、建造速度快、品质保障要求高、户型及平面布置可灵活变化的特点。因此，以装配式工业化建造技术建造目前量大、迫切的保障房建设为契机，推进装配式工业化建造建筑产业发展，具有可行性和科学性。
作者系同济大学教授、博士生导师 李元齐 ；中国工程院院士、同济大学教授沈祖炎 摘自中国建设
