绿色装配式复合结构居住建筑体系关键技术与产业化应用
二、项目简介
1）立项背景
长期以来，传统建筑行业发展缓慢，分散的、低水平的、低效率的传统粗放手工业生产方式仍占据主导地位，这同中国的现代化进程和文明建设极不相称，传统的生产方式已到了不得不进行变革的时刻。住宅建筑工业化是传统生产方式向现代工业化生产方式转变的过程，在建筑全过程中采用标准化、工厂化、装配化和信息化的工业化生产方式，从而实现社会化的大生产，可实现建筑的高效率、高品质、低资源消耗和低环境影响，将对建筑产业带来系统性、根本性的重大变革，是可持续发展的必然选择。
2）主要技术内容
针对我国尤其是西部地区城乡住宅面临的“抗震能力差、工业化水平低、资源消耗高、土地浪费严重”以及建筑工业化技术体系发展迟缓、标准化设计理论不够完善、部品一体化关键技术研究滞后、高效连接技术研发不足、工业化建造安装技术水平低下、跨学科的集成技术不够成熟等技术难题，联合团队适应我国墙体材料革新、建筑节能及住宅产业化的要求，以土木工程、材料工程、建筑技术等相关学科交叉为研究特色，以试验研究、工业化技术提升、中试生产线及示范工程建设为研究手段，创建了适应我国新型城镇化建设的绿色装配式复合结构体系成套技术，为我国尤其西部地区的新型城镇化建设提供重要技术支撑和示范依据。主要技术内容包括：
(1) 绿色混凝土部品材料与基本力学性能；
(2) 绿色装配式复合结构关键部品性能与标准化；
(3) 绿色装配式复合结构新型连接技术与多道防线控制的抗震设计方法；
(4) 绿色装配式复合结构体系工业化建造集成技术。
3）技术经济指标
(1)标准化设计、工业化制造、专业化配送、装配化施工、信息化管理，速度快、效率高，装配化率达80%～85%，建造工期极大缩短，两层民居主体结构7天封顶；
(2)采用居住建筑被动式设计理念，围护结构保温、承重一体化技术，房屋节能率达65%以上；
(3)结构自重轻，较传统剪力墙结构减轻30%；耐震性能优、整体性好，具有明确多道抗震防线；
(4)部品构件工业化生产（精度达到毫米级，误差0.005m），品质高、节能环保、低碳减排；
(5)部品构件水、电管线一体化设计、预埋，提高装配化率，显著减少内装工期（有效降低安装成本10%以上；缩短工期2倍以上）；
(6)特色民居建筑风格与装配式结构深度融合，实现建筑设计多样性与标准化的有效统一；
(7)建筑节能设备技术优化集成（如地板辐射供暖技术、空气源热泵制冷采暖系统、污水收集系统、智能家居系统等），有效实现住宅建筑的高品质、低资源消耗和低环境影响；
(8)综合成本低，性价比高（比砖混结构、装配式框架结构、装配式剪力墙结构分别降低0%～5%、15%～20%及20%以上），具有广阔的市场前景。
4）促进行业科技进步作用及应用推广
项目依托国家自然科学基金6项（包括在研）、国家科技支撑计划项目参加单位课题、陕西省13115项目等多项重大课题，在绿色装配式复合结构居住建筑体系关键技术与产业化应用方面取得了丰硕成果，先后主编地方规程2部、工法5部、专著1部；授权发明专利9项，实用新型专利10项；发表学术论文120余篇，SCI、EI检索40余篇；培养博士8名、硕士30名；并获2018年陕西高等学校科学技术奖一等奖。
项目成果全面提高我国城乡住宅建筑的安全性及耐久性，提升住宅建筑的品质和功能，使其具有构件质量高、装配施工速度快、劳动强度大幅降低、绿色节能、集成化程度高、综合成本低等优点。2018 年3月，陕西省土木建筑学会组织专家对其进行科学评审，评价结论：“项目研究工作全面、针对性强、难度高，在装配式建筑体系及集成技术方面的成果具有创造性，取得了突破性进展，为我国西部地区的新型城镇化建设提供重要的技术支撑和应用示范。本项目总体达到国际先进水平，部分成果达到国际领先水平，具有很好的推广应用前景。鉴定委员会一致通过成果鉴定。”
结合产学研联合模式，项目以“移民安置”、“美丽乡村”、“特色小镇”、“精准扶贫”等新型城镇化建筑和村镇特色民居自建房为对象，在陕西、河南、青海、四川等省市大力推广应用，建成绿色装配式复合结构住宅建筑 50 余万平方米，特色民居工程 50 余处，与传统混凝土现浇结构技术比较，项目合计节约造价1.164 亿元，取得显著的经济、社会及环境效益。
三、客观评价
1. 科技成果鉴定（或验收意见）
客观评价之一：科学技术成果鉴定（3项）
1）2018 年3月，陕西省土木建筑学会组织专家对西安建筑科技大学等单位联合完成的“绿色装配式复合结构居住建筑体系关键技术与产业化应用研究”成果进行了科学评审，形成评审意见：
“本项目适应我国建筑建造技术革新、建筑节能及住宅产业化的要求，创建了适应我国新型城镇化建设的绿色装配式复合结构体系成套技术。研究内容系统、全面，其成果对我国尤其西部地区的新型城镇化建设具有重大的理论意义和实用价值。”
综上所述：“本项目研究工作全面、针对性强、难度高，在装配式建筑体系及集成技术方面的成果具有创造性，取得了突破性进展，为我国西部地区的新型城镇化建设提供重要的技术支撑和应用示范。本项目总体达到国际先进水平，部分成果达到国际领先水平，具有很好的推广应用前景。鉴定委员会一致通过成果鉴定。”
2）2017 年9月，中国中铁股份有限公司组织专家对西安建筑科技大学、中铁一局完成的“绿色装配式建筑关键技术及产业化应用研究”成果进行了科学评审，形成评审意见：
“提交的技术资料基本齐全，符合科技成果评审要求。该项目主要针对纤维增强混凝土材料、复合生态墙结构体系、装配式结构体系性能与设计理论、装配式产品建造技术及产业化基地建设等四个方面进行了研究。装配式建筑的绿色材料应用、复合墙结构应用具有较好的推广价值。主要的创新点是复合生态墙的研究以及预制混凝土叠合楼板的材料比对和结构形式比对试验。”
综上所述：“绿色装配式建筑关键技术及产业化应用研究”成果专家组通过评审，认为其整体技术达到国际先进水平。
3）2017年8月16日，中铁一局集团有限公司在西安组织召开了“绿色装配式结构体系成套技术研发及产业化项目”科技成果评审会，专家经质询和讨论，形成以下意见：
“针对绿色材料研制、关键部品研发、结构体系设计、工业化建造集成技术及产业化基地建设五个方面对绿色装配式结构的住宅建筑的工业化关键技术开展了系统的探索和研究，已累计完成40万米建筑项目，为我国城乡住宅建筑工业化、节能一体化提供一定的技术理论与工程示范依据。研发了不同性能要求的多种纤维增强绿色混凝土材料，对其基本关系、力学、建筑物理性能等进行了深入分析。新型绿色材料的研制与应用取得了良好的技术、经济、社会效益，申请国家专利2项。对装配式复合墙体、保温承重一体化复合墙体、绿色混凝土叠合楼板进行了系统的研究，提出结构关键部品基本力学性能指标的实用设计方法和连接件的设计方法及构造措施，编制了陕西省地方标准《装配式复合结构技术规程》DBJ61/T 94-2015。建成了陕西省绿色装配式结构部品产业化示范基地，形成了关键部品的生产方式及工艺，项目推广前景广阔。”
综上所述，该成果整体达到国际先进水平。
客观评价之二：规程审查意见（2项）
1）2014 年12月，陕西省省住房和城乡建设厅和陕西省质量技术监督局组织设计、科研等单位的专家专家对陕西省工程建设标准《装配式复合墙结构技术规程》进行技术审查，意见如下：
“《规程》编制内容齐全，可确保装配式复合墙结构在设计、施工及验收中做到安全适用、节能环保、经济合理，通过审查。”
2）2017 年9月，陕西省省住房和城乡建设厅和陕西省质量技术监督局组织设计、科研等单位的专家专家对陕西省工程建设标准《村镇装配式承重复合墙结构居住建筑设计规程》进行技术审查，意见如下：
“《规程》编制内容齐全，引用标准准确，提出的设计参数和方法等符合村镇实际，适宜可行，创新性强，一致通过审查。”
客观评价之三：院士评价（3人）
周锡元院士、沈世钊院士、张锦秋院士对项目核心技术的评价：“研究成果在提高住宅结构安全性、实现快速建造、节能环保等方面发挥了重要作用，对建筑行业的科技进步有很大的推动作用”。
客观评价之四：支撑项目验收评价（3项）
1）国家“十二五”科技支撑计划课题：保障性住房新型工业化设计集成技术研究与示范（2012BAJ16B02）；2012～2015年。项目验收评价如下：
“课题验收材料完整、规范，符合验收要求。课题针对我国保障性住房的建设特点，开展了保障性住房工业化设计套型标准化、部品标准化、厨卫标准化方面的研究与示范，构建了适用于保障性住房的标准化套型、部品模块和适用于公共租赁住房的厨卫模块，形成了配套技术体系和一整套工业化集成应用方面的成果(标准图集、导则等)，并进行了集成示范，培养了该领域技术研究与应用的人才队伍。在理论研究的基础上，完成了3项示范工程建设，达到了课题示范的目的。课题厨究成果己在示范工程及其它工程中得到应用。”
综上所述，课题圆满完成了立项批复的任务内容，成果具有显著的创新性和推广应用价值，达到了国际先进水平，专家一致同意该课题通过验收。
2）国家自然科学基金项目：生态复合墙结构非线性行为与分灾优化设计方法研究（50908188）；2010～2012年。项目验收评价如下：
项目按有关规定已审核完毕，准予结题。与本项目资助有关的后续成果，请您继续即使报送。
3）陕西省13115项目：生态节能复合墙结构设计方法与应用关键技术研究（2008ZDKG-76），2009～2011年。项目验收评价如下：
“项目紧密结合我国墙体材料的革新与建筑节能的需要，提出了生态节能复合墙结构体系，配置并研发了不同品种的生态墙体填充块材，开发了生态节能复合墙结构，取代传统粘土砖结构，解决墙体集承重、节能、环保、围护为一体的技术难题。项目在生态墙体材料、结构体系分灾抗震设计方法、新型节能复合墙板的施工工艺及结构的装配整体式施工技术等方面进行了大量的研究与探讨，编制了技术规程、标准图集，提出了结构体系的实用设计方法，获得国家专利6项，推广3处示范工程，达到了实用化及产业化目标。”
验收委员会同意通过项目验收。
客观评价之五：论文学术性评价
项目组成员陶毅教授“关于FRP与混凝土粘结界面的模拟工作”受到国内外学者的广泛关注和引用。西班牙瓦伦西亚理工大学Jose R. Marti Vargas教授专门就这一成果发表了评论文章 “The authors should be complimented for producing this detailed paper of interest to provide a simple but robust FE model for capturing the bond behavior in the entire debonding process for the single shear test.（鉴于此文作者提出了一个简单但高效的有限元模型完整重现了整个剥离破坏过程，他们应该得到赞许。）”
2.工程应用评价
本项目经济效益体现在同等品质条件下结构主体直接建造成本的降低：
l 经济效益
1）低层、多层、小高层绿色装配式复合结构（52万平米）：
平均造价 1180 元/平米；若采用传统混凝土现浇结构建造，平均造价约为 1400 元/平米；每平米节约造价 220 元，节约造价 1.144 亿元。
2）村镇绿色装配式复合结构特色民居自建房（50*200平米=1万平米）：
平均造价 1080 元/平米；若采用传统混凝土现浇结构建造，平均造价约为 1280 元/平米；每平米节约造价 200 元，节约造价 200 万元。
3）与传统混凝土现浇结构技术比较，本项目合计节约造价1.164 亿元。
l 社会效益
通过绿色装配式复合结构体系工业化集成技术攻关与产业化应用，将有效解决我国当前城乡住宅面临的“抗震能力差、工业化水平低、资源消耗高、土地浪费严重”技术难题，全面提高我国城乡住宅建筑的安全性及耐久性，提升住宅建筑的品质和功能，使其具有构件质量高、装配施工速度快、劳动强度大幅降低、绿色节能、集成化程度高、综合成本低等优点，对传统城乡建筑行业带来系统性、根本性的重大变革，为我国尤其西部地区的新型城镇化建设提供重要技术支撑和示范依据，有助于构建低碳型社会，实现社会、经济、环境的可持续发展。
(1)建造方式的根本变化
“像造汽车一样造房子”，运用现代工业化的生产方式来代替和改造传统的手工劳动及湿作业的生产方式，减少了人工操作和劳动强度，提高了工程建设效率和劳动生产率，提高了施工机械装备水平和施工水平，从而促进建筑产业的集聚和集约发展，实现包容性增长，提升产业的核心竞争力。
(2)建筑质量水平大幅度提升
将绝大部分构件、部品、节点在工厂工业化预制，现场采用流程化、工法化的连接、安装技术，其工业化建造方式大幅提高产品质量和整体质量，基本消除了建筑工程中常见的渗漏、开裂、空鼓、房间尺寸偏差等质量通病，实现了主体结构精度偏差以毫米计算；结构自重轻，较传统剪力墙结构减轻30%；结构耐震性能优、整体性好，具有明确多道抗震防线。
(3)缩短建设工期，提高生产效率
标准化设计、工业化制造、专业化配送、装配化施工、信息化管理，使得部品生产与建筑主体施工科学统筹、受时间及季节影响小、施工速度快、建造工期极大缩短，提高了工程建设效率和劳动生产率；部品构件水、电管线一体化设计、预埋，提高装配化率，显著减少内装工期，缩短内装工期2倍以上。
(4)节能环保、低碳减排，实现可持续性发展
节水约60%，湿作业显著减少；采用居住建筑被动式设计理念，围护结构保温、承重一体化技术，房屋节能率达65%以上；节约现场湿作业时间约1/3；节材约20%，无水平构件模板或少外架；节地约20%，提升空间和土地使用率。
施工工地整洁干净，减少事故率；工厂工地无污水污染； 施工无焊接光照，噪声大大减少；无扬尘，减少建筑垃圾。
(5)转变建筑工人身份，解决劳动力短缺、缓解劳动成本过高的问题
通过建筑产业化，加快促进新型城镇化建设的进程，实现农民工向产业工人身份的转变，降低工人们的劳动强度和安全事故的发生率，提高工人的素质，加快工业化建设；同时，部品构件均在工厂集中机械化生产，可以大量减少现场作业工人的数量，降低企业的劳务费支出，提高企业的经济效益。
(6)综合成本低，性价比高
新型城镇化绿色装配式复合结构居住建筑：多层、低层绿色装配式复合结构，在不明显提高造价的基础上，可完全取代传统砖混结构；小高层绿色装配式复合结构，可比传统混凝土结构造价显著降低。
村镇绿色装配式复合结构特色民居自建房：技术集成度高、品质优、施工速度快、综合成本低，性价比高。
l 应用前景
住宅建筑工业化是传统生产方式向现代工业化生产方式转变的过程，可实现建筑的高效率、高品质、低资源消耗和低环境影响，同时，也是我国推进供给侧结构性改革和新型城镇化发展的重要举措。2016年9月《关于大力发展装配式建筑的指导意见》指出：2025年装配式建筑占新建建筑面积的比例达到30%。目前，全国31个省（区、市）全部出台推进装配式建筑发展相关政策文件。
依据“十三五”规划纲要，我国将建成6000个美丽乡村、培育1000个特色小镇、确保7000 多万人如期脱贫，新型城镇化建设规模十分巨大；另外，仅陕西农村每年的自建房市场规模将超过500亿元，未来5年，中国农村自建房市场规模将累计达到2.5万亿元，以绿色工业化生产方式建造村镇房屋，拥有巨大的产业前景，在全国范围内还处于初级阶段，未来空间十分巨大。
3.重要科技奖励
2018..03获得“绿色装配式复合结构体系关键技术与产业化应用研究”陕西高等学校科学技术奖一等。
