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香港公共房屋預制裝配建筑方法的演進

2016年09月02日

打印專業人士:麥耀榮   來源:混凝土世界

編者按:亞洲混凝土學會建筑工業化委員會主席陳振基教授于2011年受深圳市住房和建設局、亞洲混凝土學會的委托,主編了《國外工業化建筑經驗文集》。這本文集作為內部資料,印刷數量較少,讀者范圍有限。經與陳振基教授商議,本刊將在“他山之石”欄目中連續刊登該文集中的有關文章,供大家學習借鑒國外工業化建筑的經驗。

香港理工大學 麥耀榮

摘 要:預制裝配化是更清潔、更具成效和更安全的施工方法,能夠為可持續的房屋發展計劃帶來很大好處,其效益主要體現在節約建筑物料、減少整體資源和能源的消耗、減少建筑廢料產生、營造清潔和健康的施工環境,以及縮短整體施工時間。與傳統的設計和施工方法相比,以預制構件建造的樓宇具有更長的生命周期。


香港房屋委員會(簡稱房委會)是香港首先倡導預制裝配建筑方法的先驅。早于上世紀80年代初期,房委會已通過國際知名的承建商鼓勵業界采用預制構件和機械化施工技術。到80年代后期,房委會根據香港的環境,進一步推動本地主要承建商開發其本身的預制混凝土構件系統。其后,房委會相應制訂一系列的合約、采購和質量保證措施,納入建筑合約條款,予以實施。同時,嶄新的技術措施亦相繼出臺,發展出一套完整的住宅大廈預制構件施工系統。


本文就公共房屋(簡稱公屋)發展工程預制構件建筑方法的演進,與讀者分享所得的經驗,以期整個建造業界從中受益,推動行業的可持續發展。


引言

上世紀60年代中期,大量人口從內地移居香港,其中不少人只能聚居于寮屋或非常殘破的舊樓,因此政府需要迅速興建大量單位,應付龐大的房屋需求。同時,香港工業迅速興起,市民開始擁有穩定的收入,對改善居住環境抱有較高的期望。另一方面,香港早年的建造業仍然相對落后,只能倚靠低技術和勞工密集的方式作業。當時建造的公屋大廈,只能應付一些功能性的需求,在耐用和可持續發展方面均乏善足陳(如圖1~圖2所示)。



一、早期公屋的可持續發展

自上世紀70年代初起,香港人口不斷增加,市民一般居住在以鋼筋混凝土建造的中等高度樓宇,公屋居民尤其如此。當時業界采用混凝土,主要是因為中港兩地的石礦場均可開采大量的花崗石材,無需從海外進口較為昂貴的結構鋼材。而且,在香港的亞熱帶潮濕天氣下,混凝土亦更為堅固耐用(如圖3所示)。



然而,以上世紀70年代~80年代的技術水平來說,其建筑工程質量有一些缺點:


(1)仍采用傳統的方式,在現場拼裝木模板進行建筑工程。樓宇落成后的外觀,特別是保護鋼筋免受銹蝕的混凝土外層表面,在很大程度上受施工木匠的技術水平影響。


(2)在其他造工方面,例如扎筋、澆灌混凝土、混凝土工程飾面等,均為高度勞工密集,須在狹窄的現場環境下進行,而且對工人的技術要求不高,這對混凝土內鋼筋的銹蝕防護功能構成不利影響。


(3)至于部件連接位置(例如窗口)的滲水、樓面(例如天臺、懸臂式走廊)的積水,以及水管接駁位(例如廚房和浴室外墻)漏水等因素間接造成的損壞,也使樓宇結構構架的耐用程度降低。


在上世紀70年代~80年代期間,香港超過250幢的公屋是在上述情況下建造而成,這些樓宇的高度在7層~20層不等。多年來,政府需為這些樓宇進行全面維修,以處理混凝土剝落的問題或重澆混凝土,以及進行大型的加固工程。在過去不同時期所建造的公屋,其維修開支趨勢見表1。



早期住宅樓宇的生命周期一般在40年~50年之間,但維修開支卻不斷增加。香港土地有限,若要增加住房以提升公屋居民的生活水平,只能向高空發展,興建更高樓層的住宅大廈。因此,房委會把大部分舊式公屋納入整體重建計劃,分階段拆除,以便重新發展。從可持續發展的角度看,其他建筑物如橋梁等,其生命周期超過100年,相比之下,上述舊式公屋對社會造成沉重的經濟負擔,這種情況必須加以改善。


據表1所示,舊式公屋的維修開支明顯較大。此外,1980年的維修開支已大幅下降,這是因為房委會當時已經引入機械化的建筑方法。


二、1980年~1990年期間采用機械化建筑系統

房屋署是負責建造公屋的政府部門,一直致力于提升結構工程的質量和施工水平,于上世紀80年代中期強制在建筑結構墻中采用大型鋼模板,并引入相關的機械化建筑系統(如圖4所示)。



這不但是減低耗用木材的環保創舉,同時可確保結構部件的線位和規格準確無誤。脫模后的混凝土結構墻面層造工已大大有所改善,不再凹凸不平,而且改用鋼模板后,亦再沒有木材碎屑留在混凝土中。


上世紀90年代初期,房委會開創出另一項公屋建筑工程的新舉措,率先采用預制外墻(主要是在生產工廠預先制造形狀復雜的混凝土外墻),無須在現場拼裝模板和澆灌混凝土,并在制造外墻時一并鑲嵌窗框,以防止窗框/外墻的接駁位出現漏水現象(如圖5所示)。


從可持續發展的角度來看,預制裝配式混凝土構件建筑方法具有以下優點:

(1)大大減少耗用木材作為模板;

(2)鋼筋的混凝土保護層是對抗銹蝕的第一道防線,而有關的建筑方法可確?;炷帘Wo層的造工質量;

(3)鋼模板/鋼模更為堅固,可重復使用,使混凝土得以更好地搗固。

(4)混凝土的面層造工更為光滑,可大大減少利用修補物料進行修飾的情況(長期而言,修補物料或會剝落)。


三、機械化和預制構件的綜合建筑方法

我們從世界各地的承建商學習了各種建筑技術,如隧道模板、提升和爬升模板、泵送混凝土建筑方法、小型鋁模板、在預制構件工廠配合鋼模使用翻轉臺、建造樓板時使用大型臺座等只是其中一部分。


雖然上述技術大部分均屬可行,但對承建商的管理和統籌能力有很高的要求,而且系統的建設費用也十分昂貴??紤]到我們的建屋預算不多,而且不必追求私人商業發展項目的建筑速度,最終采用較中庸的方式,就是使用大型鋼模板配合預制構件的建筑方法。


機械化和預制構件建筑方法已屬房委會強制執行的政策,承建商不得自行使用傳統的建筑方法。工程須使用長達7.5米的大型鋼模板,且當中不能有接縫。此舉令構件表面大大改善,不再出現凸起的接駁痕跡。此外,我們強制要求承建商使用塔式起重機、混凝土斗,以及預拌混凝土,這在當時亦屬創舉。在預制構件方面,我們強制使用預制外墻板和樓梯,以大量減少窗邊滲水的情況發生,從而改善這類構件出現的施工質量問題。


四、優化預制構件的設計

預制外墻的設計過程經歷了若干階段的發展。最初階段,我們采用承建商的設計,在結構框架建成后才將預制外墻板整塊裝上,再在托架上用無收縮薄漿予以固定(即事后固定法)。然而,現場攪拌的無收縮薄漿質量成疑,高層大廈在受循環風影響搖擺時,可能令薄漿開裂,從而導致滲水。因此,這個設計方案不久即被棄用,取而代之的是將預制外墻整塊裝入相連的剪力墻模板,然后澆灌混凝土(即預先固定法),該方法取得成效,獲得了肯定。上世紀90年代初期,這些設計方案由不同承建商聘請顧問公司提供設計;90年代中期,房委會決定將預制外墻板設計改為采用標準設計方案,以節省承建商重復設計的時間和資源。這項安排亦在其他預制構件的設計中采用。


五、預制工廠遷移到境外

在推行預制構件建筑方法初期,由于香港低價高、人工貴,很少有預制混凝土構件的工廠,許多預制程序須在現場進行。承建商須在現場劃出特別的施工區,以便設置澆灌場地和操作用的龍門架。同時,香港一些原本生產預應力梁或混凝土管的預制工廠,均改用作建造公屋構件的預制工廠。另外,有些承建商提出采用蒸氣養護方法加快預制過程,以盡量節省在現場占用的工作空間。


上述方法沿用數年后,由于上世紀90年代后期建造公屋需求不斷增加,我們作出政策性的決定,接受在境外(即內地珠江一帶)預制的構件。初時,主要的承建商紛紛在該地區購置土地,開設預制工廠,并以陸路或水路進行跨境運輸。后來,因水路運輸必須在碼頭重復裝卸,陸路運輸遂成為主流。此外,雖然不少承建商致力開設預制工廠,但部分因管理不善而很快結業,最后僅有數家規模較大和高質量的工廠得以成功經營。


六、大量生產預制構件

預制外墻板的設計面世后,有更多不同的建筑構件隨之研發生產。這些預制構件形形色色,均為配合不同位置和組合的功能而制造(如圖6~圖14所示),詳情如下:



(1)半預制樓板

我們強制采用半預制樓板,原因如下:


1)半預制樓板的底面光滑,為木材模制所不能及。以往,我們曾規定承建商限制重復使用夾板的次數,但即使如此,樓板底面的質量仍然欠佳。


2)采用半預制構件可大幅度減少建造樓板所需的臨時支架,從而減少可能出現的造工和安全問題。


(2)預制樓梯和連系梁

在現場建造樓梯,工人須在半封閉的空間工作,并可能要上落樓梯,構成造工質量和工人上落安全的問題。采用預制樓梯便可避免上述顧慮。此外,在高空建造連系梁,須使用穩固的大型工作臺,若采用預制梁,只須將其吊到所需位置安放,工程簡便得多。


(3)間隔墻

間隔墻分結構墻和非結構墻兩種。結構性的間隔墻以厚度為150mm或100mm的鋼筋混凝土墻建造,用作分隔各個單位的防火墻。非結構性的間隔墻則以空心或加氣混凝土墻板建造。


(4)立體預制浴室/廚房

這是一種箱形的構筑物,預制后可安裝到各個單位。由于是立體設計,構件預裝多條入墻暗管和有關配件、磁磚和防水膜等。此外,構件內加設預埋管套,以取代容易引致滲漏的預留箱形凹位。大量的濕作業均可移往管理較佳的工廠進行。根據經驗,在樓宇的生命周期內,浴室和廚房范圍所需的維修保養較多。如以上造工能妥善提升質量,日后的維修會大大減少。


七、采用預制構件建筑方法建造高層大廈

預制及單元組合式建筑方法已為法國、英國、瑞典,以及其他多個歐洲國家普遍采用,但通常只用于建造平房或樓高約20層的中等高度建筑物,因為這些國家不像香港須興建高層住宅大廈。雖然香港也曾參考新加坡的作法,但香港仍須自行開發本身獨特的預制構件式建筑技術。新加坡樓宇的高度在過去都不超過30層,以梁柱體系作為主流結構形式。反觀香港,其住宅大廈往往高于40層或以上,結構形式則以剪力墻為主。


因此,就香港情況而言,采用預制裝配構件建筑方法建造高層大廈,需要特別考慮建造效益等多項因素:


(1)對稱式的大廈布局

大廈采用對稱式布局,使不同類型的建筑構件可重復使用,方便塔式起重機回旋吊運建材。


(2)單元組合單位

大廈不同單位(包括一睡房、二睡房和三睡房單位)均采用單元組合式設計,可統一各單位的建筑和結構構件,有利于相關構件重復使用,提升建筑效益。


(3)預制構件的重量

預制構件的重量至關重要,因為較重的構件須以較大型的塔式起重機吊運,令建筑成本大幅提升。而且,立體預制構件的擺放布局,亦須小心規劃,以確保在建筑過程中塔式起重機的起吊能力足以應付構件的重量。


(4)尺寸偏差

在建筑高層大廈時,各類預制構件須與剪力墻和立柱等結構互相連接,因此各部分尺寸必須十分精確,裝配時只容許出現非常輕微的尺寸偏差,否則整個建造工程便會延誤。


八、裝配建筑方法的質量保證

我們采用預制裝配構件建筑方法,主要考慮在遠離現場生產的預制構件質量得到保證。為此,房委會訂立了一系列質量保證措施,詳情如下:


(1)聘請獨立結構工程顧問,負責監督預制場的生產過程,并調派全職人員常駐。有關人員通常是內地的大學畢業生,受聘后擔任常駐工廠的督導人員。


(2)每個工廠均須定期進行內部稽核,而獨立顧問須按月進行外部稽核。此外,房委會會定期審核獨立顧問的工作表現。


(3)我們就有關工廠實施“承建商表現評分制”,評核重點以產品的造工水平為主。有關工廠透過“承建商表現評分制”所得的評分,關系到聘用預制構件供應商的總承包商表現,因此會影響總承包商的投標資格。


(4)預制工廠在開設初期,須取得國際標準化組織的ISO 9001認證資格。而且,供應商在獲得批準生產預制構件之前,亦須進行投產試驗,以展示其生產技術水平。房委會近期更規定有關工廠須取得國際標準化組織的ISO14001認證資格。


結語

預制裝配化是更清潔、更具成效和更安全的施工方法,能為可持續的房屋發展計劃帶來莫大好處,其效益主要體現在節約使用建筑物料、減少整體資源和能源的消耗、減少建筑廢料產生、營造清潔和健康的施工環境,以及縮短整體建筑時間。此外,與傳統的設計和建筑方法比較,預制構件建筑方法能提高有關項目的生命周期成本效益。


房委會在預制構件建筑方法上所取得的經驗,可以說碩果累累。香港的私營機構相繼仿效,由于私營發展商可以負擔較為昂貴的構件,他們更能將這種建筑方法發揚光大,無論在縱度和深度均有所提高。與香港早年的住宅樓宇相比,以預制裝配建筑方法建造的房屋更加持久耐用,可讓我們的下一代繼續作為安居之所。


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[責任編輯:Susan]

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