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预制混凝土构件工厂全国重点区域规划布局研究

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装配式建筑是用预制部品部件在工地装配而成的建筑。发展装配式建筑是我国建造方式的重大变革,引导建筑行业部品部件生产企业合理布局是促进装配式建筑发展的重要任务。

本文介绍了预制混凝土构件工厂的国内外调研情况,提出了我国装配式建筑发展和预制混凝土构件工厂规划布局的重点区域,研究建立了目标区域(城市)预制混凝土构件年市场需求量预测计算模型和典型预制构件厂模型,以及京津冀、长三角和珠三角三大城市群的预制构件厂规划布局的建议。

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 国内外研究现状及趋势 

 1.国外研究现状及趋势

国外发达国家预制装配式混凝土结构建筑经历了几十年的发展,目前技术已经非常成熟,形成了比较完善的技术标准体系和政策体系,房屋建筑领域市场非常稳定。作为预制装配式建筑构件的预制混凝土构件工厂(以下简称预制构件厂),国外早已经将规划布局和规划建设按市场要求配置完成。

20世纪80年代,充分考虑城市发展规划、地方资源利用、本厂和其它专业厂的分工协作等问题基础上,对工厂性质定位、生产规模、投资效益、建厂期限、产品供应范围以及最终经济效益进行了详细分析和深入认证,寻求在一个地区一个城市的合理范围内,形成产品种类齐全的生产系统,统筹生产和供应各类建筑构配件。

随着各个国家对环境保护的日益重视,对预制构件厂的绿色生产提出了相应要求,要求采取严格措施处理污水、噪声、粉尘等公害物质。原材料和成品供应的运输问题也是预制构件厂重点考虑的问题,仔细考量预制构件的供应半径、运输工具和交通条件,控制构件运费与工程总造价的合理比例,尽可能节约运输成本。

现阶段,发达国家预制构件行业处于稳定发展期,建筑产业化市场供需平衡,新厂建设非常少,预制构件厂能够长期稳定运行。

 2.国内研究现状及发展趋势

我国建筑工业化和住宅产业化是伴随着国家建设事业同步发展的,在不同时期不同领域发展呈现明显的不均衡性。目前,我国正在持续推进技术创新、产品升级,在全国全面铺开和深化建筑产业化和住宅产业化工作,继续走与新型建筑工业化相适应的道路。

近几年,全国各地预制构件厂建设虽有遍地开花之势,但大多受建筑工业化政策驱使和为了抢占行业制高点的目的而热衷投资进入,有的地方已经出现了竞争加剧、产能过剩、资源浪费的不利局面,没有全国性预制构件厂规划布局作为指导和控制参考。

我国未来10年将是建筑产业化快速发展和定型的黄金时期,在这个时期内,全国预制工厂规划布局和规划建设急需深入研究的科技成果来支撑,以统筹规划、科学布局、优化环境和资源配置、实现预制构件厂转型升级、促进预制构件行业科技进步和环境友好、有力推进我国建筑产业化发展。

 重点区域范围选择 

按照国家宏观政策方面要求,我国装配式建筑发展区域划分以京津冀、长三角、珠三角三大城市群为重点推进地区,常住人口超过300万的其他城市为积极推进地区,其余城市为鼓励推进地区;各区域因地制宜发展装配式混凝土结构、钢结构和现代木结构等装配式建筑。

2020年,我国装配式建筑占新建建筑的比例达到15%以上,其中重点推进地区装配式建筑占新建建筑面积的比例达到20%以上,积极推进地区达到15%以上,鼓励推进地区达到10%以上。

2025年,我国装配式建筑占新建建筑的比例达到30%以上,其中重点推进地区装配式建筑占新建建筑面积的比例达到40%以上,积极推进地区达到30%以上,鼓励推进地区达到20%以上。

重点区域范围选择,课题组在重点及积极推进装配式建筑发展的地区中,选择了建设未来发展处于上升期,经济条件较好,经济发展紧密关联,有示范作用的城市群和重点城市,见图1。

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1、城市群选择:京津冀(北京、天津、雄安)、长三角(上海、苏州、无锡)、珠三角(广州、深圳、东莞);

2、重点城市选择:华东区(南京、杭州、济南)、华中区(长沙、武汉、郑州)、西南区(成都、重庆)。东北区(沈阳)和西北区(西安)。

 构件年需求量动态预测计算模型 

目标区域、城市预制构件年需求量需要预制构件厂产能与之匹配,年需求量的准确预测值是该区域、城市预制构件厂布局的关键参数,课题组通过研究,建立了以下两种年需求量的动态预测计算模型。

 构件年需求量动态预测计算模型A型

构件年需求量N(万m3)=年房屋建筑总新开工面积A(万㎡)×年装配式建筑规模参数β×年混凝土装配式建筑比例θ×预制率λ×混凝土体积系数δ(m3/㎡)×动态修正系数K。

该模型以某区域、城市房屋建筑总量为主要对象进行预测,涵盖了各种装配式建筑项目类型取其总数,依据其各种平均参数直接计算得出总需求量,是一种相对粗略的预测计算方法。

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 构件年需求量动态预测计算模型S型

构件年需求量N(万m3)=Σ(某类型装配式房屋建筑年建设规模 S(万㎡)×年混凝土装配式建筑比例θ×预制率λ×混凝土体积系数δ(m3/㎡)×动态修正系数K。

其中,某类型装配式房屋建筑年建设规模S=某类型房屋建筑年施工进展面积G×某类型装配式建筑比例b。

该模型以某区域、城市装配式房屋建筑具体项目类型为主要对象进行预测,装配式建筑项目类型可分为:保障房项目、商品房项目、公共建筑项目、工业建筑项目、农村建筑项目等,分别依据不同的预制率、混凝土体积系数参数预测其构件需求量,再进行求和得出总需求量,是一种相对精确的预测方法(见图2)。

 重点区域城市年构件需求量预测

由于各地区缺乏装配式建筑体系化的实际统计数据,市场预制构件需求量测算遵循以下基本条件进行。

国家经济发展态势持续平稳,各地区“十三五”的发展规模与“十二五”的发展规模基本一致,因此可以用“十二五”的实际建筑业(开发、建设量)数据体系预测“十三五”的建筑业(开发、建设量)市场发展需求;实际需求应以当地规划建设部门统计数据作为依据,市场需求测算期间选择2018~2025年。

各地区装配式建筑结构类型各有差异,预计重点区域和城市主要采用钢筋混凝土结构,2018年占90%以上,逐年下降2025年达到75%以上,钢结构2018年占10%以下,逐年上升2025年达到25%以上,木结构应用较少暂忽略不计;年装配式建筑比例、预制率λ等参数,优先采用当地政府装配式建筑发展规划中有关指标要求。

按照以上基本条件,运用计算模型A型对于全国重点区域和城市预制构件市场需求(2018~2025年)进行测算,各城市预制构件市场需求分析见图3。

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从图3可以看出,北京、上海市场需求处于领先位置,各地市场需求量逐年增长;南京、杭州、成都、武汉市场需求增长较快;无锡、东莞、郑州、沈阳需求量相对较低。各地装配式建筑市场未来需求发展呈现不均衡态势

 典型预制构件厂

本研究中的预制构件厂特指以房屋建筑构件为主要产品的预制构件生产厂,是设施齐全的预制混凝土构件生产区域和厂房所在地,有明确定位的产品系列供应市场。

 工厂特征

典型预制构件厂规模见表1。根据预制构件厂调研情况,课题组提炼出“中型预制构件厂、大型预制构件厂”两类工厂并称之为典型预制构件厂,制定了其主要特征为:年设计产能规模为10万㎡的大型预制构件厂,和年设计产能规模为5万㎡中型预制构件厂,其产品、产能、生产线、生产车间、存放场、工厂用地等六大特征要素。

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 预制工厂年产能计算

混凝土预制构件年生产产能是预制构件厂重要的特征参数,也是预制构件厂规划布局研究非常依赖的一个数据,该参数的准确性直接影响着预制构件厂规划布局在数量上的准确度。通过对预制构件厂规划设计研究分析,课题组认为“生产线养护模位,模台尺寸、产品种类、产品平均板厚,年工作天数”决定了生产线以及该预制构件厂年生产产能,故预制构件厂主要生产线理论年产能计算如下:

1、叠合板生产线

养护工位42个,模台尺寸4m×9m(模台利用效率75%),叠合板平均厚度0.06m,年生产天数300d,叠合板生产线全年产能计算为:42×4×9×0.75×0.06×300=20412㎡。

2、外墙板生产线

养护工位36个,模台尺寸4m×9m(模台利用效率60%),外墙板平均厚度0.25m,年生产天数300d,外墙板生产线全年产能计算为:36×4×9×0.6×0.25×300=58 320㎡。

3、固定模生产线

养护工位20个,模台尺寸4m×6m(模台利用效率60%),构件平均厚度0.25m,年生产天数300 d,其他及异型构件生产线全年产能计算为:20×4×6×0.6×0.25×300=21600m3。

 预制构件厂规划布局典型示例 

本文仅介绍课题组对京津冀、长三角和珠三角三大城市群的预制工厂规划布局建议情况。值得说明的是,年预制构件需求预测、存量工厂和存量产能等参数由于信息收集时的局限性可能与如今的实际情况存在差异,需要使用者重新考虑设定。

 京津冀城市群

1、市场范围选择:

以北京、天津、雄安城市中心等距点为园心,120km为半径形成的区域,包括了京津冀的中部核心功能区(北京、天津、雄安、廊坊、保定),也大部分覆盖了京津、京保石、京唐秦三个城市发展轴方向,如图4所示。这一范围为京津冀区域未来建设需求量、预制构件生产需求量最大的城市群,因此,可作为京津冀的核心市场范围。

2、建厂选址范围:

按总体规划一线国际城市用地的发展需求,尽量不在京津雄安等城市用地内规划预制构件厂,可以考虑在城市周边外围区域,因此新建预制构件厂宜选址在图5所示的蜂窝区域,包括涿州、固安、永清、霸州、文安、武清、三河、香河等地。弧线形成的区域为合理运输半径120km可覆盖的范围,实际预制构件厂布局可考虑选址以上地区的工业用地。可以保证预制构件厂有合理的运距对于城市群进行协同供应。

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 京津冀区域存量预制构件厂情况:

原有存量工厂北京10家(C01~C10),天津5家(C11~C15),河北2家(C16~C17),合计产能为162.0万m3,见表2。

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 京津冀区域产能需求情况:

经测算,京津冀(北京、天津)区域2020年产能需求为153.5万m3,产能增量需求为-8.5万m3;2025年产能需求为251.5万m3,对比2020年存量产能,增量需求为89.5万m3,见表3。

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 京津冀区域预制构件厂布局建议如下:

京津冀核心功能区(北京、天津、保定、廊坊),依据产能增量需求,大、中型预制构件厂按接近1:3大中型比例分别配置,可预测未来各节点年份预预制构件厂增量需求见表4,京津拟建预制构件厂见表5。

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图6中E1~E6所示的预制构件厂布局组图,包括河北的涿州、固安、文安、永清以及香河等地,2020~2025年宜建14个预制构件厂,4家大型厂、10家中型厂,合计产能为90万m3,见表5(未含雄安地区需求)。

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 长三角城市群

1、长三角城市群预制构件厂布局分析:

市场范围:长三角城市群经济发达,特别是上海为核心的城市群构件需求量最大,鉴于三城市距离相对较近,从上海城市周边到苏州和无锡距离小于120km,在合理运输半径以内,因此,可以把三城市预制构件市场需求作为一个整体的区域市场,应考虑预制构件厂能够进行协同供应,如图7所示。

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存量工厂:现有上海地区存量工厂较多,还有租赁场地、海路运输、国际合作等多种商务经营模式,已经形成成熟稳定的市场供应量,可以对上海、苏州、无锡等城市进行供应,新建预制构件厂要充分考虑存量工厂的市场份额,避免建设过剩。

工厂选址:依据上海市总体规划要求,新建预制构件厂选址应避免占用对于城市建设和未来发展用地,因此,预制构件厂宜选址在上海城市周边,如图7所示城市周边的圆环区域。

2、长三角城市群存量预制构件厂情况

上海市存量工厂共29家(C01~C29),苏州、无锡存量工厂共23家(C30~C52),总产能为175.0万m3,见表6。

3、长三角城市群产能需求情况

经测算,长三角(上海、苏州、无锡)区域2020年产能需求为210.7万m3,产能增量需求35.7万m3;2025年产能需求为265.9万m3,对比2020年存量产能,增量需求为90.9万m3,见表7。

4、长三角城市群新建预制构件厂数量建议如下

长三角城市群(上海、苏州、无锡),大、中型预制构件厂按接近1:3比例分别配置,依据产能增量需求,2020~2025年总计新建16个工厂,其中4个大型工厂,12个中型工厂,预测未来各节点年份预制构件厂增量需求如表8所示。

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 珠三角城市群

1、珠三角城市群预制构件厂布局分析

市场范围:以东莞市为圆心的90km半径的覆盖范围,包括大湾区的九大城市的大部分城区,广州、深圳、东莞等地为珠三角区域构件生产需求量最大的城市群,因此,这一区域可作为大湾区未来发展的主要构件需求市场范围;

选址用地:广州、深圳、东莞城市群相互连接,可考虑协同供应,为保障城市群有较好的城市发展空间和城市用地,宜避免在城市内选址用地,可选择在其周边临近城市如:江门、肇庆、惠州等地区选址建设预制构件厂,如图8中蜂窝区所示:运输半径为60km,惠州与东莞相交区域为第一选址用地区域,运输半径为120km,江门、肇庆、惠州等环状色块为第二选址用地区域;

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存量工厂:现有预制构件厂经营稳定,满足现阶段大湾区构件市场需求,临近口岸的工厂,可以利用水路进行远距离运输,一些工厂可通过转型升级来扩大产能,因此,实际新建预制构件厂时,要充分考虑并调研存量产能

2、珠三角城市群存量预制构件厂情况:

珠三角区域存量工厂共23家(C01~C23),总产能为113.0万m3,见表9。

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3、珠三角城市群产能需求情况

经测算,珠三角(广州、深圳、东莞)区域2020年产能需求为106.7万m3,产能增量需求为-6.3万m3;2025年产能需求为172.0万m3,对比2020年存量产能,增量需求为59.0万m3,见表10。

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4、珠三角城市群预制构件厂增量预测

珠三角城市群(广州、深圳、东莞),依据产能增量需求,未来2020~2025年共新建9家工厂,三家大型,六家中型,大、中型预制构件厂按1:2比例分别配置;各节点年份预制构件厂增量需求见表11。

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 结语 

1、本研究形成了《预制工厂全国重点区域规划布局指南》成果,该成果作为“十三五”国家重点研发计划“预制装配式混凝土结构建筑产业化关键技术”项目所属“预制工厂全国重点区域规划布局及典型工厂规划建设研究”课题(编号2016YFC0701909)的核心成果之一已通过课题成果专家组评审

2、由北京预制建筑工程研究院有限公司、重庆大学、北方工业大学组成的课题组,在国内外广泛开展了预制构件厂调研,确定了我国装配式建筑发展和预制构件厂规划布局的重点区域,建立了目标区域(城市)预制混凝土构件年市场需求量预测计算模型,在对城市群和重点城市预制混凝土构件市场需求量目标进行了预测基础上,以布置典型预制构件厂为例,提炼出了预制构件厂规划布局的要求,形成了三大城市群和10个重点城市预制构件厂规划布局示例成果。

3、课题成果评审专家组认为《预制工厂全国重点区域规划布局指南》成果技术内容科学合理,指导性强,填补了我国预制构件厂规划布局指南的空白,对我国预制构件厂规划布局具有很好的指导作用。

4、《预制工厂全国重点区域规划布局指南》成果的发布和应用,将有助于预制构件厂相关方统筹规划、科学布局预制构件厂,有力推动我国预制建筑构件生产行业合理布局,避免区域出现预制构件厂建设无序、过度竞争、产能不匹配、资源浪费等问题,促进我国装配式建筑产业化可持续发展。

中国装配式建筑产业联盟——专家智囊团

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