装配式建筑深度研究报告

装配式建筑深度研究报告装配式建筑的核心：部件预制化，施工拼接装配式建筑是指用由工厂生产的预制构件在工地装配而成的建筑。装配式建造模式采用标准化设计、工厂化生产、装配化施工，把传统建造方式中大量的现场作业转移到工厂进行。是一种可实现建筑产品节能、环保、全生命周期价值最大化的可持续发展的新型建筑生产方式。装配式建筑的主要特征（来源：布赫、郑一军《浅议住宅设计及住宅产业现代化》）装配式建筑工业化产业链装配式建筑主要有三种技术模式：装配式预制混凝土结构（PC，PrecastConcrete）、钢结构和木结构，三大技术自成体系，各有优势。装配式预制混凝土结构：是以预制构件为主要受力构件经组装而成的混凝土结构。大致可以分成工厂预制和现场装配两个阶段。钢结构：是由钢制材料组成的结构。主要由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成，各构件或部件之间通常采用焊缝、螺栓或铆钉连接。木结构：是指结构承重构件主要使用木材的一种建筑方式。现代木结构构件是将木材经过层压、胶合、金属连接等工艺处理，形成性能远超原木的建筑结构。技术模式之一：装配式预制混凝土-成本相对较低，应用最为广阔装配式预制混凝土（PC）是指在工厂中标准化加工生产的混凝土制品。具有结构性能好、产品质量高、施工速度快等特点，适用于各类工业化建筑，具有良好的灵活性和适用性，主要包括预制PC墙板、折叠楼板、楼梯和叠合梁等产品。由于与传统应用较广的现浇混凝土结构一脉相承，因此也是目前装配式建筑三大结构体系中推广最顺利，覆盖范围最大的一种。从住建部认定的首批64个装配式建筑示范项目来看，混凝土结构占比最大达64%，共41项（钢结构19项，木结构4项）。混凝土产业发展较早且成本方面具备优势，但PC构件领域成本竞争激烈，且优化空间有限，短期之内难以对传统现浇混凝土形成替代。与预制钢结构相比，预制混凝土装配式建筑虽然占据成本优势，但难以满足抗风、抗震及超高度、跨度等设计要求。装配式混凝土结构建造成本较低，适合量大面广的多层、小高层办公楼、住宅建筑。装配式混凝土结构在传统技术框架基础上侧重于外墙板、内墙板、楼板等构件的部品化，部品化率为40%～50%，如果延伸至现场装修一体化，成本可进一步压缩至接近传统技术成本，并能实现约5天建一层的高效率。在量大面广的多层建筑，尤其是住宅领域有广泛的应用场景。64个装配式建筑示范项目（来源：住建部官网）技术模式之二：装配式钢结构-抗震性良好，适合高层建筑装配式钢结构主要由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成，各构件或部件之间通常采用焊缝、螺栓或铆钉连接。广泛应用于大型厂房、场馆、超高层等领域。目前国内钢结构行业市场化程度高，行业集中度低，同质化竞争严重。根据工艺和用途，钢结构行业又可分为轻钢结构、多高层钢结构、空间钢结构三个子行业。以厂房为代表的轻钢领域，应用广泛，技术相对成熟，进入壁垒相对较低，市场分散且竞争最为激烈；多高层钢结构领域，由于钢结构工程技术含量高，制作安装难度较大，产品质量及精度要求高，竞争较轻钢市场缓和；而空间结构主要运用于大型体育场馆、剧院、机场、火车站等大跨度公共建筑，对资金资质、产品质量和精度有着严格要求，进入门槛高，在三者中竞争最为和缓。钢结构应用场景技术模式之三：装配式木结构-成本最高，国情决定应用场景受限装配式木结构以木材为主要受力体系。由于木材本身具有抗震、隔热保温、节能、隔声、舒适性等优点，加之经济性和材料的随处可取，在国外特别是美国，木结构是一种常见并被广泛采用的建筑形式。然而，由于我国人口众多，房屋需求量大，人均森林资源和木材贮备稀缺，木结构并不适合我国的建筑发展需要。此外，我国《木结构设计规范》明确规定木结构建筑层数不能超过3层，并且对最大长度和面积做出了限制。近年来出现的木结构大多为低密度高档次的木结构别墅，主要是为了迎合一定层面的消费者对木材这种传统天然建材的偏爱，行业整体体量较小。木结构受规范限制较大（来源：《木结构设计规范》几种建筑工业化模式对比）（来源：《装配式建筑概论》）我国混凝土技术发展较早，有良好的工业基础，且预制混凝土有成本优势，可广泛应用于多层、小高层建筑。钢结构因良好的抗震性广泛应用于超高层以及大跨度建筑。国家对钢结构的补贴较多，一定程度上弥补了成本高昂的劣势。目前我国已形成装配式混凝土结构份额最大，钢结构次之的格局。装配式建筑相较传统建筑模式：节能环保、省工期装配式建筑与传统浇灌式建筑相比，在施工周期、资源消耗、节能环保等方面占据先天优势。作业方式来看，传统建筑方式采用半手工操作，施工现场进行混凝土现浇，易产生大量废水、噪声与粉尘，造成水污染与粉尘污染。从浇灌定型到安装，耗时较长，严重影响施工速率。由于材料采购或进场验收环节把关不严、不同工人熟练度差别较大、施工现场管理不善等原因，建筑质量无法得到保证。浇灌过程中水泥、钢筋、木板等辅材消耗浪费严重，安装过程中人工作业量较大，因而存在着较高安全事故隐患。装配式建筑构件多在工厂依靠模具规模化生产，可控的工厂环境能较好的保证构件和部品质量，节约建筑材料，质量稳定可靠；运输至施工现场后，由专业化施工团队直接进行吊装与安装，人工作业量少、工程耗时短，相应的事故率也较低，因而装配式建筑拥有着先天优势。用工量减少30%-50%装配式建筑比传统的现浇建筑用工量明显减少30%~50%（与预制率有关），在用工量上明显有优势，装配式建筑在施工现场的钢筋绑扎、模板支设等方面用工量明显降低，现场大量的预制构件均采用干法施工，大大减少了现场湿作业。装配式建筑与传统建筑用工量分析（来源：中信证券研究部）工期大幅缩短对于精装交房的项目，装配式建筑的部品和构件均在工厂加工、现场组装，水电及内装修均可以在主体施工阶段穿插进行，这将明显降低了装配式建筑的总工期。同时，随着国内的装配式建筑工艺不断成熟，工期将进一步缩短。以30层精装房项目对比现浇与装配式工期来源：山东绿地泉技发部用钢量、混凝土量略增，工程用水、用电、建筑垃圾大幅减少装配式建筑相较于现浇结构在水、电、模板和垃圾的损耗上降低20%~40%，装配式建筑在四节一环保上明显优势。装配式建筑环保优势来源：山东绿地泉技发部建筑工业化与传统建筑模式比较来源：中信证券研究部国际经验：政府主导，由量变到质变各主要国家：依照国情选择发展路径，目前建筑工业化率远高于国内。二战后欧洲已经开始迅速推进建筑工业化。建筑工业化，暨装配式建筑，最早可以追溯到20世纪初英国工程师JohnAlexanderBrodie提出的装配式公寓设想，但他的想法并没有被太多人接受。直至二战后，建筑工业化才随着英国、法国等战争重灾区大力推广装配式建筑迎来高峰。其发展背景主要基于三个条件：工业基础较好、劳动力短缺、建筑需求大。1903年采用PC模式建造的房子二战后欧洲广泛使用的装配式建筑来源：《纵观建筑工业化百年历史》20世纪90年代开始，发达国家建筑工业化步入成熟阶段。发达国家的工业化大致经历了起步期，发展期和成熟期。经过近一个世纪的发展，发达国家建筑工业化已经步入成熟期：有完善的“工厂生产，现场装配”的建造体系，注重产品质量和性价比的同时，进一步降低物耗和环境负荷，发展资源循环型绿色住宅。帝国大厦使用PC楼板和PC幕墙等来源：帝国大厦官网悉尼歌剧院使用预制钢构梁和PC楼板来源：悉尼歌剧院官网多数发达国家建筑工业化程度达70%以上。日本和英国建筑工业率在70%左右，美国75%，法国和瑞典更是高达80%。相比之下，我国当前的建筑业工业化率仅有5%。发达国家建筑工业化进程主要发达国家与中国建筑工业化率对比来源：经济观察报、中信证券研究部结合国情，我国将以预制混凝土结构为主，钢结构、木结构为辅。美国主要大城市以装配式混凝土结构和钢结构为主，小城市以木结构和轻钢结构为主；法国主要使用混凝土装配式框架结构，兼顾钢结构和木结构；英国的建筑工业化则是建立在钢结构大体积模块化体系之上；而在邻国日本，因地震频发，新增装配式建筑中钢结构占比高，钢结构、木结构和混凝土结构分别占87.3%，9.9%和2.8%。主要发达国家装配式工业化特色来源：前瞻产业研究院最优路径：政府主导，量变引发质变纵观发达国家的建筑工业化历史，虽然各国因地形地貌、工业基础、人口结构和历史文化等差异选择了不同的工业化模式，但整个工业化进程有许多共同特点。政府主导作用明显。英国政府曾明确建筑生产领域需要通过新产品开发、集约化组织、工业化生产以实现“成本降低10%，时间缩短10%，缺陷率降低20%，事故发生率降低20%，劳动生产率提高10%，最终实现产值利润率提高10%”的具体目标；日本通过政府主导专题研究、财政补贴、技术引导、贷款支持等手段支持建筑工业化的推进。日本建筑工业化政府主导作用明显来源：中国建筑标准设计研究院行业标准规范体系完善，通用性强，执行严格。美国国会在1976通过了国家工业化住宅建造及安全法案。同年，美国联邦政府住房和城市发展部（HUD）颁布了美国工业化住宅建设和安全标准（简称为HUD标准），对设计、施工、强度和持久性、耐火等方面进行了规范。随后又出台了联邦工业化住宅安装标准，用于审核所有生产商的安装手册和州立安装标准；日本建立了优良住宅部品（BL）认定制度、住宅性能认定制度，日本预制协会还出版了各种工业化模式的详细设计规范；以严谨著称的德国更是制定了全面详细的规范体系，所有的产品必须出具满足相关规范要求的检测报告或产品质量声明。德国庞大全面的装配式建筑规范体系来源：中国建筑标准设计研究院经历了从追求数量到注重质量的过程。工业化初期各国为了满足大量的房屋需求纷纷快速大量地建造住宅。随着经济水平的提升，质量和功能愈发受到重视，结合环保意识的不断增强，新型绿色节能、资源循环型建筑成为主流。德国建筑工业化进程来源：城市资源智库我国已进入装配式建筑快速发展阶段过去3年CAGR超过55%。我国建筑业工业化历程大致可分为四个阶段：建筑工业化最早期、建筑工业化起伏期、建筑工业化提升期、建筑工业化快速发展期。在20世纪50年代建筑工业化最早期阶段，我国开始学习苏联的多层砖混经验。从1950年至1975年，我国全面学习苏联，包括各式建筑设计规范全部译自俄文。期间国务院印发了《关于加强和发展建筑工业的决定》，强调建筑业必须积极地往“设计标准化、构件生产工业化、施工机械化”方向发展。在国家推动下，一度几乎所有的建筑都有“预制装配元素”。从1976年到1995年，我国建筑业工业化步入了20年漫长的起伏期，经历了停滞、发展、再停滞的波折发展。1976年唐山大地震调查表明，按照当时规范而建造的预制装配式建筑抗震性能差，倒塌严重。震后全国划分了抗震烈度区，颁布了新的建筑抗震设计规范，现浇板成为主流；随后，提出了“四化、三改、两加强”，建筑工业化迎来一轮高峰，标准化设计体系快速建立，大批大板建筑、砌块建筑纷纷落地。80年代末，因防水、冷桥、隔声等一系列问题的出现，加之现浇混凝土机械化的出现，装配式建筑的发展再次骤然止步。从1996年到2015年，我国建筑工业化进入了发展提升期。1999年发布了《关于推进住宅产业现代化提高住宅质量的若干意见》，明确了住宅产业现代化的发展目标、任务、措施等。但住房的商品化、多样化要求，大量廉价劳动力进城就业等因素致使现浇体系大规模发展，此阶段装配式建筑占比依旧较低，发展缓慢。从2016年开始我国建筑业工业化步入快速发展期。进入“十三五”以来，国务院发布《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》后，装配式建筑市场规模呈显著的加速发展态势，我国建筑工业化正式步入快速发展期。构配件生产企业数量在快速增加，截止2016年底，全国共有156家生产企业，较2015年增长20%。行业产值方面，2018年全国装配式建筑约2亿平方米，产业规模达5234亿元，过去3年复合增长率达55%。2011-2018我国装配式建筑市场规模来源：结合智研咨询、中信证券研究部我国装配式构配件生产企业数量来源：前瞻产业研究院、中信证券研究部我国13个五年计划建筑工业化发展特点来源：《浅议住宅设计与住宅产业现代化》多维