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新加坡装配式建筑的发展给予我们哪些启示?

新加坡早早实现了装配式建筑的普及且建筑工业化水平很高,这其中有很多值得我们借鉴与学习的经验

早在20世纪70年代,新加坡就开始应用预制装配式结构体系,到20世纪90年代后期已进入全预制阶段。范围包括预制件剪力墙、楼板、梁、柱、卫生间、楼梯、垃圾槽等。预制装配式结构体系得到新加坡政府的积极推崇,政府出台文件鼓励促进其发展。而企业也不断尝试研究推广满足市场需求的预制结构体系,因此该国早早实现了装配式建筑的普及且建筑工业化水平很高。

2016年2月,在新加坡樟宜机场附近的皇冠假日酒店工地上,最后一个房间模块吊装完成。这是新加坡第一座使用PPVC——一种全装修模块化施工技术建成的五星级酒店,其房间模块全部来自于上海的一间预制工厂,在上海经制造、装修并组装测试后装船,经一个月的海运抵达新加坡,并于26天全部吊装完毕。

近几年,新加坡的PPVC项目如雨后春笋般涌现,在私人住宅、政府组屋、商业建筑中均有分布。在我国尚在普及预制构件之际,新加坡已迈过这一阶段并转向全装修预制和模块化安装。下面我们就来看看新加坡那些比较有名的装配式建筑吧。

那些有名的装配式建筑

(1)新加坡装配式“天空之城”

此天空之城包含80间公寓,每一户公寓都可共享带有遮挡的社区露台花园。其目的是促进居民的互动交流,使之成为日常生活的一部分。每个居民都可以从电梯到家门口的这段路上穿过或俯瞰花园以问候自己的邻居,或是和邻居在这里闲聊,小孩子们也可以把这里当做玩耍的游乐场。

公共外部区域和共享空间交织在一起在成群的塔楼中穿拆错落

每一户公寓都可共享带有遮挡的社区露台花园

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高层中的共享阳台——外部区域和共享空间交织在一起,在成群的塔楼中穿插错落的出现


其余的社区空间有沿着线性公共花园的广场,花园两侧是鳞次栉比的超市、咖啡店、小商店和儿童设施。社区公共客厅是一个双层阳台,坐在客厅中可以俯瞰公园的景观。婚葬礼堂、健身娱乐中心、草坪和一些小场地沿着一个150米长的沼泽池排列。屋顶天空花园24小时开放,光伏阵列的亭子下方有一条400米长的慢跑道。

线性公共花园的广场,花园两侧是鳞次栉比的超市、咖啡店、小商店和儿童设施

社区公共客厅是一个双层阳台,坐在客厅中可以俯瞰公园的景观

亭子

24小时开放的屋顶天空花园

场地的历史也表达了在这栋“艺术品”建筑中。一名当地艺术家曾记录了该社区的变化特点,这件绘画作品呈现在了建筑的预制墙上。建筑运用蓝色玻璃的设计元素,让人们回想起福建方言中的“Lam Po Lay”,意为蓝色玻璃区,是老一代公共住宅使用蓝色窗户的区域。参天的老榆树与景观有机结合。

记录了该社区的变化特点的绘画作品呈现在了建筑的预制墙上

建筑包含了不同尺寸的3种公寓户型。无柱无梁的空间使平面布置灵活多变,减少了空间浪费,并可适应多种家庭需求和不同的生活方式,如家庭办公或是阁楼客厅。也为未来的多样化发展提供了必要条件。

作为新加坡最高的第一栋公共住宅,建筑获得了白金绿色标志,其采用了被动式的设计策略,自然光照亮了大厅、台阶和入口步道,自然风也穿堂而过。通风的设计使所有公寓都有着极佳的自然通风,且大部分公寓都不用安装空调。屋顶上配备有光伏发电系统。该建筑完全采用预制装配式的建造方式,减少了浪费,避免了错误。该设计通过重新布置各个单元,创造了多种多样的布局,光影颜色也千变万化。

2)错位悬空12层的交织大楼

The Interlace(交织大楼)是新加坡新型的高尚公寓综合体,其理念是完美地利用空间与热带植被相结合,打造出一套与自然和谐相处的公寓式住宅。远远看去,这栋大楼好像小孩子搭成的积木。

这座大楼的概念设计出自大都会建筑事务所(OMA)合伙人奥雷·舍人(Ole Scheeren)。蜚声国际的 Ole Scheeren 是德国建筑界的神童。39岁时,他已经设计了数个前卫且振奋人心的建筑。

The Interlace(交织大楼)这片住宅区占地约8万平方米,整体成六角形,以横向分开错位的方式叠加,该区共有31栋住宅楼,每栋楼6层高,虽然楼层不高,但经过叠堆后,相当于悬空24层楼,楼与楼中间构成了一个巨大的通透庭院,交织出来的空间也成了空中花园、私人和公共屋顶,以便住户进行娱乐。

这栋高尚公寓的前卫设计也在建筑业激起两极化的评语,拥护者认为公寓设计充满科技化的几何美感,成功创造视觉上的新奇。但是有人说公寓设计所采用的层次叠砌架构手法,非常类似俄罗斯(Soviet Architects)传统建筑之风格与特色。然而,无可否认的是,这栋高尚公寓肯定会成为新加坡另一个独特的地标。

通过开阔的视野和雅致的建筑空间,保护公寓私密性的同时,The Interlace提供公共社交活动空间。配套居住设施交错分布在绿色景观中,满足居民们社交活动、休闲和娱乐的需求。

私人阳台为公寓提供了大型室外空间。通过开阔的屋顶花园、具有热带景观的天台和层叠的阳台,能够有效增加”绿色”。

树木、植物和花卉是组成住宅计划的一部分,为居民提供一个郁郁葱葱的热带环境,享受休闲活动的设施。

项目设计了7个预制重型脚手架分段套件,用以跟上每个构件的施工周期。与传统的脚手架系统相比,估计的生产率提高约为115%。同时,大量使用预制构件,包括民防门框、楼梯、种植箱和双层板。与现浇施工相比,使用预制构件令生产效率提高了约80%。另外,项目还采用各种生产模板,如水平工作台模板和立式钢模板,缩短了施工周期。与传统的木材模板相比,估计生产率提高了约80%。

(3)会呼吸的花园酒店

新加坡皮克林宾乐雅酒店( Parkroyal on Pickering Singapore )位于其中心商业区,是新加坡 WOHA 建筑事务所的杰作,负责景观设计的为 Tierra 事务所。  

皮克林宾乐雅采用花园酒店理念,贯彻节能,已获新加坡绿色建筑最高荣誉BCA绿色建筑白金奖,因其为首个使用太阳能酒店,获得太阳能先锋奖。 酒店楼高16层,12层高的塔楼坐落在5层高裙楼楼顶上,塔楼每隔三层悬挑一座空中花园。

预制混凝土承重柱如同整齐排列的士兵撑起巍然耸立的大楼,平台的底部借鉴了侵蚀岩石的横纹肌里,横向纹理缝隙间恰当的栽植了藤木和花草。

大部分客房都掩映在空中花园里,倚窗而望能看到北边的公园。晨光晚阳,鸟语花香,这个充满热带风情的酒店以卓尔不群的姿态回应着新加坡这个美丽的花园国家。


由“式微”到“盛行”

新加坡的建筑跟它自身一样,结合了它本身的历史变迁,并融合了不同国家和民族的文化,如今,新加坡已有越来越多的建筑项目采用新型建造技术和材料来完成,装配式建筑得到如此的发展,其实与新加坡的民生息息相关。

(1)响应“居者有其屋”政策,引进装配式住宅

新加坡的装配式建筑,始于政府多快好省地建设保障性住房的需求,亦因政府对“居者有其屋”这一住房保障政策数十年如一日的坚持而在全国彻底普及。

新加坡的组屋制度始于1960年。当时,新加坡刚刚从英殖民统治下脱离成立自治机构,整个社会发展落后,民众住房条件较差。为此,李光耀提出了“居者有其屋”的口号,自此将解决住房问题作为一项基本国策,并于1960年成立了建屋发展局(HDB)主导组屋建设。在最初的三年里,建屋局共规划并建成了21000个组屋单位。

20世纪70年代,新加坡政府规定只有月收入在1500新元以下者才可申请并在之后逐渐提高标准,基本上保证了80%以上的家庭能够得到廉价组屋。这一政策实施以来,新加坡境内各地纷纷兴建组屋,民众居住条件不断改善,本国入住组屋的人口占比快速攀升。

此时为了以较低的成本为市场快速提供大量的组屋,以早日实现“居者有其屋”政策,建屋局于20世纪80年始将装配式建筑理念引入住宅工程。在1981~1983年,3家外国承建商标得了HDB的5个重点工程。他们开始向新加坡引进预制技术,在这些工程中,采用预制工法的构件主要有框架梁、墙体、楼板、垃圾槽以及楼梯。

随着这5个工程项目的成功开展,新加坡一些本地公司也开始逐渐尝试起了这种新兴建筑理念,一座座预制工厂顺应潮流而建。20世纪90年代初,新加坡的装配式住宅已颇具规模,全国12家预制企业,年生产总额1.5亿新币,占建筑业总额的5%。至90年代后期,组屋建设已进入全构件预制阶段。

新加坡组屋预制构件

近几年,新建组屋的装配率已达到70%以上,部分组屋装配率达到90%以上。常见的组屋预制构件有预制混凝土梁柱、剪力墙、预应力叠合楼板、建筑外墙、楼梯、电梯墙、防空壕、空调板、垃圾槽、管道井、水箱等,已形成一套完整、可复用的预制构件系统。

仰赖于组屋作为保障性住房户型标准化程度高、建设量大(最高时可占全年建筑业产值总额的一半)的特点,项目的设计和建造时间得以压缩,预制构件厂模板生产的成本得以降低,装配式建筑的优势得到最大限度的发挥。

据统计,通过装配式建造的组屋,与现浇技术相比,现场建筑垃圾减少83%,材料损耗减少60%,建筑节能5%以上。住宅的施工质量可控性更高,误差精度精确到5毫米以内。与传统现浇模式相比,工效提升两倍之多,极大地降低了对外劳的依赖。

新加坡预制组屋建设成本优势

目前,为进一步提高生产力,建屋局正与南洋理工大学合作开发一套综合建筑信息系统(IBIS,Integrated Building InformationSystem),力求使项目信息可以在上下游企业间实时共享,进一步打通设计方、构建厂商和施工单位之间的信息壁垒,推动建工产业继续向模块化、信息化发展。在推动普及了装配式后,组屋建设依然站在产业升级的前沿。

新加坡建屋局IBIS项目示意

(2)指标引导+物质激励,推动行业体质增效

有了需求,装配式建筑的健康发展也离不开政府制定的标准化规范以及恰当的产业政策。

由于新加坡的本国工人短缺,严重依赖外劳,而半熟练和低成本的外劳导致建筑业生产率过低,工程质量也难以保证。因此政策的重点,便落在提升施工效率和质量的同时使施工过程尽可能简化,使劳动力供给不成为建筑工业化的短板。新加坡为此制定了易建性强制性规范和大量奖励性计划来推动企业节省劳动力、提质增效。

易建性是由英文Buildability翻译而来,由Build和ability组合而成,意思是“可建造性”,亦即在保证建筑物质量的前提下,使施工更快速、更有效和更经济。

2000年开始,新加坡建设局(BCA)决定以法规的方法对所有新的建筑项目实行“建筑物易建性评分”规范,并于2001年1月1日起正式执行。

该规范制定了易建设计评价体系,包括建筑设计易建性评分值的计算公式及计算方法。该体系对易建性定义为“建筑物容易建造的程度”,其目的是为了使建筑物相对容易施工,并且能减少工人的数目,提高生产效率。

新加坡的易建规范中主要规定了不同建筑物的易建性的最低计分要求以及送审程序和易建性计分方法。未达到易建性设计评分最低分要求的设计将不被BCA审核通过,以此推动预制技术的使用和建筑工业化的发展。

通过易建性计分方法可以客观计算出建筑设计的易建性分值,建筑设计的易建性分值由结构体系、墙体体系和其他易建性特征三部分的分值汇总求和得到的。

除此之外,如果使用预制浴室、预制厕所,可以得到加分。设计师可据此选择不同的结构形式,在比较中选择可行性最高的设计。建造承包商的管理模式和水平、施工质量等因素,也在评分的考量因素内。

而显著影响最终得分的分值系数主要来源于节约劳动力的指数,这个省工指数是通过长期的资料收集和经验积累而计算所得的数值,体现出了对预制结构较强的偏好。最终分值越高,其易建性越强,建筑质量和劳动生产率也越高。

近20年来,易建性制度对新加坡建筑业劳动生产率的提高起到了明显的作用,促进了新加坡住宅工业化的发展。预制部件生产能力稳步提升,同工效条件下的人力使用量稳步降低,建筑质量越来越有保证。

除强制性规范外,对采用新技术、新工艺的案例,政府给予经济补贴和奖励,大大促进了企业研究创新。如Mech-C和PIP计划的引入,便是建设局为了鼓励施工企业采用先进技术、先进施工设备和施工方案采取的奖励政策。

此外,建设局每年举办的BCAAwards每年都会对采用新预制技术并大大提高了生产力的建设项目颁奖。BCAAwards颁奖典礼可谓是当地建筑行业的年度盛典,获颁奖项对企业提升形象、扩大规模大有裨益。

在外劳日益紧缺的今天,建设局从施工方案到施工设备机械再到施工管理多方面鼓励施工企业进行改革创新,督促了企业在施工过程中,最大化地提高施工现场的生产效率,以达到工业化模式,降低对于人工的依赖。

(3) 从PC到PPVC,政企共筑产业升级合力

历经半个世纪的发展,PC建筑已彻底普及,但新加坡并未止步于此。在2010年和2014年,政府相继颁布两个建筑生产力路线图,分别提出综合模块化集成建设与预制厂建设规范、预制构件制造与装配设计的规范;2017年,建设局推出行业蓝图(IndustryTransformation Map),推动DfMA(Designfor Manufacturing &Assembly,为制造和装配而设计)方法。计划于2019年将DfMA在新项目中采用率提高至40%,2025年提高至70%。建屋局将带头在组屋中采用DfMA进行建设,在其所有2020年推出的组屋中,将有75%采用DfMA方法。DfMA包含除单体预制构件(PrefabComponent)外的装配式装修、管线预装、PPVC等多种技术。其中,PPVC技术属于DfMA这一转型计划的前沿。


PC到PPVC用工成本变化示意

PPVC指预先精装的箱体建筑模块化技术,又称“箱式预制系统”或“立体模块化建筑”,是将一个可运输尺度内的完整房间,在预制工厂进行组装加工、装修、安装固定设备,达到模块内精装修入住前的程度后再运到工地进行现场吊装。

PPVC技术更加彻底地将建筑业变成产品能在工厂内可控生产的制造业,可在单体预制构件的基础上继续提高建筑施工效率,使工地工作量大幅度降低,因而显著缩短施工周期并减少用工人数,但同时也提高了对施工用机械设备的要求。例如一个箱体常常重达几十吨,在新加坡的建筑工地现场就可见几台300t以上的履带吊车同时作业。

新加坡典型ppvc项目施工流程

PPVC技术的应用不仅利好预制构件生产企业,更与建筑行业的信息化密切关联。更大的建筑模块需要更高精度的设计,这将进一步促进BIM(BuildingInformationModel)的应用;预制构件的管理对物流提出了更高的要求,利用二维码等追踪构件行程等智慧物流技术已在部分新建项目落地。

技术积累丰厚的设计院、接地气的建筑软件商和适应能力强的总包龙头将在新加坡这一轮产业升级过程中具备更大的竞争优势,这其中不乏中资企业和中方技术人员的身影。中国建筑已在新加坡承建多个PPVC项目且有混凝土PPVC生产资质,中国青建除以上两项还于2018年获批钢结构PPVC生产资质,中集集团的模块化建筑系统亦获批钢结构PPVC生产资质,我国的PKPM等工程软件也已进入新加坡市场。

而从新加坡装配式建筑的发展历程和实践经验中,我们可以获得许多针对性的启示:

1.政策是第一推动力,提高效率、降低成本是装配式长久发展的核心;

2.劳动力素质不是装配式建筑的发展瓶颈;

3.行业培育需要政府更精细的规范和引导;

4.装配式建筑发展利好预制构件生产企业、龙头总包和设计院,但对私人开发商益处有限;

5.装配式建筑的发展将极大地推动建筑行业信息化。


素材来源:中国勘察设计杂志、CPS建造研学社等

此书籍为收费书籍

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编辑:ICY

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