空中造樓機全景
自動開合模機構
現澆剪力墻成品局部
建筑業、制造業的轉型升級，是全世界關注的熱點話題。建造產業工業化，中國制造2025，德國的“工業4.0”，美國的“工業互聯網”等，都成為業界的熱詞，正在改變著建筑業、制造業的競爭格局。近日，歷經八年研發，投入八千萬元，我國自主知識產權的一套機械操作、智能控制、大型組合式機械裝備——“空中造樓機”及建造技術研制成功，標志著建筑產業工業化將采用機器代替人，探索出一條創新的建造施工途徑。
近日筆者去北京市順義參觀“空中造樓機”工程試驗場，令人感慨的是足有五層高的龐大金屬架構頂在四層混凝土現澆結構的住宅上空。經了解，這就是能建造高層住宅的“空中造樓機”，它能將全部建造工藝安排在金屬架構內完成，也就是將建造工廠從地面、從預制工廠搬到現場的空中去完成，從而簡化了現場工地，使建筑工地更加安全文明。
這是個全現澆，整體模板整層現場吊裝拆模工藝，泵送混凝土自流式灌注，具有強度高，表面光滑平整，經過簡單的處理裝修即可進入，整層施工工期（含內裝）只要七天的工藝，體驗了工業化施工工藝的突出優點。
這也是我國建筑行業在提升質量、加快工期、節約成本、減少垃圾量，綠色減排等方面多年追求的夢想目標，是幾十年來提倡住宅產業化的追求目標。
八千萬投入 八年磨一劍
“歷經八年研發，投入八千萬元，研制成功的‘空中造樓機’及建造技術，是一項在國內國外都沒有的新型工業化建造技術，該項技術跨行業、跨部門、跨專業、涉及面廣溝通與協調難度大。”專利技術發明者卓越置業集團有限公司總顧問董善白先生介紹，空中造樓機及建造技術是以機械作業、智能控制方式，實現高層住宅現澆鋼筋混凝土的工業化智能建造。它的一個明顯特點是將全部的工藝過程，集中、逐層地在空中完成。因此，也稱作“空中造樓機”。
以現澆工藝為核心的工業化蓋房的試驗建筑——“空中造樓機”及建造技術施工現場，位于北京市順義區馬坡鎮的國家住宅聯盟示范基地。
“空中造樓機可實現‘工程質量可控、建安成本可控、建設周期可控、減少建筑垃圾排放’的目標，是我國住宅產業現代化較好的技術路線之一。” 空中造樓機制造總承包商、北京北起意歐替起重機有限公司董事長孫誠說，空中造樓機由升降傳動機組、升降柱、鋼結構平臺……等13項設備與部件高度集成，采用標準化設計，整套技術體系安全可靠。國家起重運輸機械質量監督檢驗中心技術總監陶天華說：“我們參與了各階段機械設備專家研討會，承擔了‘空中造樓機’足尺試驗建造設備性能檢測和建造過程安全與質量監控，認為這項技術先進，體系完善，高空作業安全可靠。”
今年4月17日，由國家住宅科技產業技術創新戰略聯盟組織專家，對2.0版空中造樓機第四層足尺示范建造成果進行預驗收。全體專家在聽取項目匯報和現場考察后一致認為：該項技術無需支模拆模，無需找平粉刷，從源頭上消除了建筑垃圾，是實現綠色建造的有效途徑。
據介紹，該項技術具有較大的成本優勢。研究測算與示范建造表明，建造工法用工量約為傳統現澆工法的十分之一；空中造樓機循環使用三次以上，建安成本可以實現與傳統工法基本持平。
“它的最大特點是用智能手段控制，使全部樓面房間的標準化模板，在澆筑20小時后，可以平行脫模，整體提升，并在45分鐘內升高一個樓層。接著就是利用疊合板的原理，現場澆注樓板！全部工期（包括裝修在內）七天就能完成！可以算是個奇跡了！”住建部住宅產業現代化專家委員會專家、中國房地產業協會人居環境委員會專家組長開彥，在國家住宅聯盟基地空中造樓機示范現場看后留言：你們的事業前途無量，一定會發揚光大。
董善白介紹，八年來，驗證了這項技術對建筑業轉型發展，建筑機械產品轉型升級，推動房地產業、建筑業、金融租賃業、裝備制造業，設計與科研、物聯網技術等跨行相互融合，共同可持續發展。促進商業運營模式，政府監管模式，轉型與創新。
技術創新助力建筑業轉型升級
從“空中造樓機”及建造技術的理念提出到2.0版的設備面世，前后經歷了8年時間，對探討我國建筑工業化發展路徑具有重要啟示意義。就國家政策層面，住宅科技產業技術創新戰略聯盟秘書長、國家住宅與居住環境工程技術研究中心主任仲繼壽認為，綠色建筑是實現建筑業綠色發展的載體，建筑工業化是實現綠色建筑的手段，而裝配式建筑只是建筑工業化的路徑之一，今天的裝配式建筑是狹義的裝配式建筑。
“空中造樓機”及建造技術的創新研發給建筑工業化發展路徑和建筑業轉型升級帶來更多的思考和啟示。通過產業鏈聯合創新改變今天的建筑業“包工頭”思維，包括碎片化政府管理、碎片化工程服務和單專業技術路徑，推行模數化、少規格、多組合、規模化的建筑工業化理念，開發以機器換人工的質量控制技術。
通過工業化、標準化、信息化，實現建筑業與制造業、服務業和信息業之間的產業融合，轉型傳統建筑業和制造業，形成面向終端用戶的成品交付模式的現代建筑服務業，部分消化鋼鐵等過剩產能,對接中國制造2025。通過產業轉型、能源價格、污染償還的市場規則和倒逼機制引導建筑工業化與住宅產業化、綠色建筑與生態城市的發展進程，并將安全、健康和綠色作為建筑的關鍵性能指標。
通過“成品住房”交付模式，從供給側改革和需求側引導兩方面，建立住宅產品單一責任主體負責制，優化企業結構和業務鏈條，打造集開發、設計、生產、施工、安裝、運維于一體的住宅工業化集團，從而銷售成品住房而不是中間產品。同時，利用“互聯網+”理念，促進“成品住房”產品生產與售后服務模式創新，建立部品部件生產與流通體系，專業化維修服務，實現“像造汽車一樣建造房子”。
“空中造樓機”技術創新亮點多
“空中造樓機”模擬一座現代化的移動造樓工廠。由于裝備標準化率大于95%，因此可在不同工地之間轉移，實現重復和循環建造。2013年，住宅科技產業技術創新戰略聯盟組織10多家產業鏈技術企業，開展了“北京市公租房標準化產品設計示范建造與空中造樓機成套機械裝備研發”的重大課題。
“空中造樓機”建造技術與裝配式建筑技術一樣，符合“工程質量可控、建安成本可控、建造周期可控和減少建筑垃圾排放”的建筑工業化目標，滿足綠色建造節地、節能、降噪、減少建筑揚塵的要求。預制和現澆都需要格構鋼筋樓承板或混凝土疊合板、樓梯等水平構件，剪力墻鋼筋網籠和門窗洞口等配套部品在工廠生產并被運輸到建筑工地進行裝配。
開彥介紹，與常規的預制構件廠相比，“空中造樓機”具有沿建筑高度方向運動、通過造樓機建造平臺實現剪力墻的現場澆筑，在整棟建筑建造完成后，“空中造樓機”在不同工地間轉移重復使用的優勢。“近期以提倡預制全裝配整體住宅的工業化的建造模式（簡稱PC），現澆工藝被視作現場濕作業的落后工藝，是要被取締的說法，這完全是個誤解。” 開彥說，“空中造樓機”現澆體系，符合混凝土材料的基本特性，能夠生產出抗震性能好、性價比高、適應高層住宅市場需求的高質量產品，符合國家現行鋼筋混凝土設計驗收規范，符合綠色施工要求。
“‘空中造樓機’技術適宜建造80—180米的高層住宅，與PC技術的適用高度互補，將在大中型城市棚戶區改造中發揮更大優勢。” 董善白說，這也是建筑行業在提升質量、加快工期、節約成本、綠色減排等方面多年追求的夢想目標，也是住宅產業化多年來的追求目標。“在80米以上高層與超高層建筑領域，能生產出抗震性能好、性價比高、競爭力強的標準化產品。為我國建筑機械行業大批中小企業產品轉型，提升和改造目前低端制造裝備與工藝水平，避免價格惡性競爭提供了良好生存契機。”北京北起意歐替起重機有限公司董事長孫誠說，“空中造樓機”現澆裝配式建造成功實踐，打破了只有PC才是建筑工業化方向的思維框框，證明現澆也是另一種方式的裝配式建造，而且更貼近建筑工業化的涵義。這項技術不僅是技術創新，更是一種產業創新。
董善白介紹，“空中造樓機”還將實現生產安全運行自動化、信息化、智能化的數字化系統，生產出抗震性能好、性價比高、適應高層住宅市場需求的高質量產品，實現有效供給。
現澆工藝造樓好處多
我國的住宅產業化發展起步于上世紀60年代末70年代初。從1968—1978年10年期間，中國建筑業掀起了一場全國范圍的建筑工業化運動，提出了“三化一改”的方針，即“設計標準化、構配件工廠化、施工機械化”和“墻體改革”的產業化行動。用裝配式大板、大模板現澆、框架輕板、大型砌塊4種體系替代磚混結構傳統方式建造住宅。中國工業化建筑從此進入了“啟動”發展的黃金時期。工業化是當時住宅建筑行業的整體發展方向。
進入21世紀，我國的建設量和建造技術已經有了突飛猛進的發展，我國的建造工藝與世界水平幾乎不相上下，尤其是現澆混凝土的模板制造技術，工廠混凝土攪拌技術，泵送混凝土技術都達到極高的水準，工業化的建造方法已經很成熟，已經能適應現代住宅的建設需要。尤其是在當代商品住宅的多樣化，功能需求多元化的需要的時代，靈活多變、快速施工，綠色減排的現澆工藝能較好的滿足這種需要。
理清發展思路 做好頂層設計
“當前，產能過剩、結構轉型、氣候變化和綠色發展均對我國建筑業發展提出了新的挑戰。質量、工期、成本及政策、技術、人才是整個建筑業發展不變的目標和約束條件。因此，研究發展現狀，理清發展思路、做好頂層設計顯得尤為重要。”仲繼壽介紹，中國房協委托國家住宅與居住環境工程技術研究中心牽頭針對高層住宅建筑工業化技術體系和部品產業鏈現狀開展調研。
由于剪力墻結構在高層住宅室內空間內無梁、柱外露等特點，適應居住功能要求，因此比裝配式混凝土框架結構得到廣泛認可，在北京、上海、深圳等諸多大城市中均有較大規模的應用。支撐裝配整體式剪力墻結構發展的關鍵技術為預制構件可靠的連接技術和“等同現澆”的設計概念。我國通過引進歐美、日本等國家的先進技術并不斷地消化、吸收，形成了預制剪力墻水平接縫豎向鋼筋套筒灌漿和漿錨搭接等鋼筋連接技術，這是影響結構安全的關鍵技術。
調研顯示工廠生產的構件質量和精度很高，但現場裝配質量尤其是豎向鋼筋連接與灌漿質量令人擔憂。技術工人嚴重缺乏導致大量現場裝配的連接節點質量和可靠性不高。施工質量還無法完全實現裝配整體式剪力墻結構的“等同現澆”設計原則，而我國大部分城市均屬于抗震設防地區，會給建筑抗震性能留下安全隱患。
進入21世紀，我國的建設量和建造技術已經有了突飛猛進的發展，建造工藝與世界水平幾乎不相上下。尤其是現澆混凝土模板制造技術，工廠混凝土攪拌技術，泵送混凝土技術都達到極高水準，工業化建造方法已經成熟，已經能適應現代住宅的建設需要。尤其能滿足商品住宅多樣化，功能需求多元化，靈活多變、快速施工，綠色減排的現澆工藝的需求。全預制裝配可以適當存在，以滿足多層保障房和公租房的要求，若是以此為理由大規模發展，不顧成本，不顧產能效能，大量建造預制廠，占用土地和設備就是十分不足取的。
值得注意的是，日本與美國沒有把裝配整體式剪力墻結構應用于高層及超高層住宅，原因是他們的住宅形態多以house和多層集合住宅為主，國情差異巨大。調查統計中還發現，目前裝配整體式剪力墻結構平均造價高出傳統建造方式的10%—15%，也是影響裝配式高層住宅應用規模的客觀因素。
目前，預制構件生產基本處于“自產自銷、定制生產”狀態，產量平均不到產能的20%。仲繼壽認為，在推行預制裝配式建筑時缺乏完整的技術路徑規劃和工業化通用建筑體系，是造成產能嚴重浪費的因素之一。因此，在我國發展預制裝配式建筑一定要從通用體系構建、建筑質量控制和技術工人資源的匹配度出發，在路徑頂層設計，市場機制建立方面發揮引導作用，避免僵硬的預制率指標誤導建筑工業化的發展方向。
住宅產業化是既定的發展方向
1980－1990年我國學習國外的產業化、工業化建造經驗，在建筑體系化編制、住宅部品化、模數尺寸協調、內裝部品集成、廚衛定型設計、功能設計理論等多方面進行了深入研究并取得多項成果，為推動住宅產業化發展奠定了堅實的理論基礎。1994年前后在建設部幾位部長和科技司、房地產司的倡導下，開展住宅產業現代化的全面規劃，編制發展計劃。1996年頒布《住宅產業現代化試點工作大綱》，選擇10個（省）市進行住宅產業化試點。
1999年國務院發布了《關于推進住宅產業現代化提高住宅質量的若干意見》（國辦發[1999]72號）文件，作為綱領性文件從完善集成化建筑體系、部品規格標準系列建設，實施性能評價、加強質量監督機制等方面著手，明確了推進住宅產業現代化的指導思想、主要目標、工作重點和階段實施要求，使我國住宅產業化政策達到了前所未有的水準，住宅產業化再次迎來發展的絕佳契機。令人遺憾的是，住宅產業化發展計劃始終未能形成，標準化、部品化、集成化、內裝化，房地產的建設始終在低水平重復，至今建筑業始終未能擺脫“粗放式”的生產模式。
回顧住宅產業化歷史發展，開彥認為，導致我國住宅產業化發展緩慢重要原因有三：一是對住宅產業化的概念認識不清，很多人把工業化等同于產業化，以為實現了PC，就實現了產業化。住宅產業化是一種與生產方式相關的產業鏈，強調的是生產的全過程。日本的產業化過程有我國可以借鑒的經驗。工業化只是施工工藝，除PC工藝外，現澆模板，鋼結構，砌塊，木結構等均為工業化施工工法。近來發展的內裝工業化的集成工藝，模塊工藝，定制裝配工藝也都是工業化的施工工法。產業化是產業鏈，是代表建筑業的整體生產水平，是否達到了標準化設計、流水線生產、社會化供應、集成化機械施工，建設項目是否達到工期短，成本低，質量高，低減排等標志性目標。個個都是生態綠色節能建筑，個個都是品質高，健康，舒適、方便，安全的建筑。
二是工作推進的重點不明。較長一段時間以來，我國的住宅建設發展，只側重于實現結構體系的進步，而忽視了內裝部品的發展，忽視了精裝修成品房的交付，粗制濫造普遍存在。大量毛坯房存在不注重居住功能、居住健康、居住舒適性的需要，大多存在著跑冒滴漏現象，居民自行裝修已經普遍的成為社會問題，到了非要改革的地步。內裝工業化、標準化對推進整個行業產業化具有更加現實和普遍的意義。
三是我國住宅產業鏈部品種類繁多，急需理順，規格化、系列化、目錄化發展與行業整合，應由政府部門牽頭，并在全行業開展“優良部品評選制度”。但是，至今尚無相應的舉措和行動綱領。
在日本，自上世紀50年代開始便制定有序的產業化發展步驟，建立了各種工業化建筑體系，在優良部品建設方面獨樹一幟，在質量、種類、功能和標準化方面取得了許多成就。
當前，我國房地產業發展正在進入轉型調整的關鍵時期，國家正在加大供應政策性住房和大量新城鎮建設，這將是工業化住宅快速發展的最佳切入點。開彥希望，“空中造樓機”的現澆工業化建造技術的推廣，糾正單一推廣PC工藝偏向，真正推動我國住宅產業現代化事業健康發展，推動部品產業鏈的形成，逐步趕上世界資源、品質、高效技術進步的潮流。
在制造業轉型升級的方面，中國可以說是“前有強敵，后有追兵”。新一輪制造業革命才開始不久，我們期待工業化智能建造新技術“空中造樓機”的面世，將帶給我們更多的驚喜。
