一、日本工业化住宅发展概述
早在1955年,日本为了推动产业化的发展,制订了一个住宅建设10年计划,并且在随后每过3~5年就作一些修正。这10年被称为战后复兴时期。
图5 日本住宅建设计划和相关产业政策
接下来的20年是其高速增长期。在这个阶段,其出台了一系列的法律和产业政策,对促进住宅的建设起到了重要的作用。政府在1965年制订的第一个住宅5年计划“新住宅建设5年计划”中指出,工业化住宅所占的比率(预制构件住宅建设户数/住宅建设总户数)要达到15%。结果公共资金住宅的工业化达到了8%,民间住宅率达到了4%。1971年再次制订的新住宅建设5年计划中规定,前者要达到28%,后者14%。
为了推动住宅产业的发展,政府建立了住宅产业的政府咨询机构—审议会。为推动标准化的工作,审议会建立了优良住宅部品的审定制度、合理的流通机构和住宅产业综合信息中心,发挥了行业协会的作用。此外,政府实行住宅技术方案竞赛制度,直接效果是使松下和三泽后来将参赛获奖的成果商品化,成为企业的支柱产品。此外,该竞赛还从整体上推动了日本预制住宅产业的发展,提高了住宅产品的质量。1975年后,政府又出台了《工业化住宅性能认定规程》以及《工业化住宅性能认定技术基准》。工业化住宅性能认定制度的设立指导了在住宅工业化产业中起带头作用的预制住宅事业的发展,提高了日本住宅建设事业的整体水平。两项规范的出台,对整个日本住宅工业化水平的提高具有决定性的作用。由此可见,该行业的大规模发展有赖于政策和标准的完善与推行。
二、日本工业化制法的分类
第一类是日本传统的办法,即木造轴组工法,多被大工工务店类的中小型建设企业所采用,是历史最悠久、应用最广泛的住宅施工方式。一般情况下,大工工务店的木制住宅现场由工务店的负责人统一指挥。住宅的木制主体结构多由本工务店的技术工人承担施工,屋顶、
装饰等工程则由外部的工人承担。采用该工法的住宅数量难以统计,原因是按照日本的法律规定,较小的建设工程(工程造价低于1500万日元,约90万元人民币)无需取得建设业许可证,是可以不用办手续的。
图6 日本的木造轴组工法住宅实例
第二类是2×4工法,它是日本传统工法和美国标准化的结合,以2in×4in的木材为骨材,结合墙面、地面、天井面等面形部件作为房屋的主体框架进行房屋建造。该工法较传统的轴线工法有更高的施工效率,且不需要技术较高的熟练工,适合中小企业进行房屋建造。
该工法不同于当时盛行的美国式的标准化、规格化工法,房屋构造形式多样、较高的抗震与耐火性能、西洋式的外观设计等是其特色。1988年日本采用该工法的新建住宅户为4.2万户,占全部新建住宅的2.5%。此后持续增长,2003年达到8.3万户,占全部住宅的7.2%。
图7 日本的2×4工法住宅实例
第三类是预制构造(Pre-fabricated)工法,它是大型住宅建设企业的主要施工方法。该工法是将住宅的主要部位构件,如墙壁、柱、楼板、天井、楼梯等,在工厂成批生产,现场组装。从目前的日本住宅市场来看,Pre-fabricated住宅并没有真正发挥其标准化生产而降低造价的优势。其主要原因是大部分消费者仍倾向于日本传统的木制结构住宅。其次,标准部件以外的非标准设计、加工所需要的费用使该工法建造的住宅总体造价上升,价格优势无法发挥。2003年使用该工法的新建住宅户数为15.8万户,占当时新建住宅的13.5%。历史最高水平是1992年,采用该工法建造的住宅为25.3万户,占当时新建住宅的17.8%。
图8 日本的预制构造工法住宅实例
三、日本住宅产业的参与主体
日本住宅产业的参与主体主要有三大类。
第一类是住宅工团,它是一个半政府、半民间的机构。其发展主要有如下几个阶段:第一阶段完成了不同系列的63种类型的住宅标准化设计,其中1973年完成的公有住宅建设量高达190万户;第二阶段完成了木结构、钢结构和混凝土结构的住宅试制,在1974年公有住宅建设量为130万户;第三阶段所有公营住宅普及标准化系列部品,逐渐发展成住宅单元标准化,该阶段期间,平均每年公有住宅建设量达110万户;第四阶段开发出大型预制混凝土板、H型钢和混凝土预制板组合施工法,该阶段内公有住宅的建设量占住宅总建设量的80%以上。
表1:日本住宅公团的住宅研发及应用情况 日本住宅公团的研发情况
标准化
完成不同系列的63种类型的住宅标准化设计
完成木结构、钢结构和砼结构的住宅试制所有公营住宅普及标准化系列部品,逐渐发展成住宅单元标准化
开发出大型预制砼板、H型钢和砼预制板组合施工法
日本住宅公团的应用情况 1973年公有住宅建设量达190万户
1974年公有住宅建设量130万户
该阶段期间,平均每年公有住宅建设量达110万户 该阶段内公有住宅的建设量占住宅总建设量的80%以上
试验楼
部品系列化
机械化施工法
第二类是都市机构,这也是一个半政府性的机构。2004年7月1日,旧都市基础整备团体和旧地域振兴整备团体的地方都市开发整备部门合二为一,成立了独立行政法人的都市再生机构(简称UR都市机构)。UR都市机构以人们的居住、生活为本,致力于创造环境优美、安全舒适的城市。
都市住宅技术研究所通过建设城市的实践,获取丰富的经验和知识,并对现有城市的状况进行切实的调查、掌握,开展必要的调查研究、技术开发及试验。UR都市机构对外公开其研究调查成果,回馈社会。
图9 日本UR都市机构的住宅实验塔是目前世界最高的住宅设备系统检测设施
表2 部分日本民间企业在住宅产业化方面的业务发展
机构名称
积水住宅
(Sekisui House)
研发情况
着重研究建筑的热工性能、老年住宅、结构体系和内装部品
住宅建设量 1989年住宅建设量达170万户
企业背景
1960年成立,1961年设立滋贺工厂,开始B型住宅的开发建设,1971年上市
大和房屋 (Daiwa House)
着重研究与环境共生住宅、老年住宅、建筑热工以及建筑工程研究和实验
2000年住宅建设总量为132万户
1955年成立,1957年建造日本首个工厂化住宅,1961年开始涉足钢结构住宅和厂房、仓库、体育馆等公建
三泽房屋
着重研究住宅耐久性、住
2001年住宅建设总量为
1962年成立集团,1964
(Misawa House) 区微气候环境、地球环境问题、老年住宅等
122万户 年大板系统开发,1965年设立预制构件工厂,1967年三泽房屋成立
大成建设(Taisei Corporation)
着重研究工厂化住宅施工工艺、工程管理、生态环保等
2002年住宅建设总量为115万户
1917年设立,1946年财阀解体,分离出大成建设,1960年开始建造大型酒店、大坝等公建,1969年进入住宅市场
在这种社会背景下,预制住宅企业尝试用新工法来改善这种局面。20世纪50年代后期开发了基础构造体系;70年代前期开发了大型板材构造法(松下住宅、三泽住宅)和住宅单位构造法(积水化学);进入90年代,根据市场需要展开了各种技术开发活动,比如解决VOC问题的健康住宅、无台阶住宅技术开发。
目前各企业的技术开发和设计体制重点基本都转移到顺应市场变化的轨道上。参与工业化住宅的企业比较多,既有比较大型的房屋供应商,如积水、大和、松下、三泽、丰田等,也有大型的建造商,如大成建设、前田建设等。
图10 日本大成建设建造的大型住宅项目
图11 日本民间企业参与住宅开发促生了住宅公园, 这是大阪千里住宅公园的平面图及住宅展示情形
四、日本PCa住宅技术的发展
1.1955年~1965年:预制住宅技术的开发期。1956年日本开发了2层的建筑壁式预制住宅,即预制大板式住宅。后来,技术逐步发展,最后可以做到5层。在这个经济高速成长期,5层以下的预制大板式住宅被大量建设。
2.1965年~1975年:预制住宅的最盛期。1970年,住宅公团HPC(预制混凝土高层结构)工法被应用到14层的高层住宅开发。但是,1973年的第一次石油危机以后,由于土地不足,导致住宅小区小型化,同时由于需求的多样化、高级化,预制混凝土工法建造的住宅急速减少。
3.1975年以后:预制住宅的再度发展期。1975年开始实施钢筋混凝土构造的PCa化,即从现浇混凝土向预制混凝土转变。在此期间,RPC(预制混凝土框架结构)施工工法被开发实施。因此,预制大板式工法也向RPC工法转化,而且RPC工法也逐渐从多层向高层、超高层的应用发展。为了解决超高层建筑预制柱断面过大的问题,高强混凝土及高强钢筋开始被应用到实际工程。
五、日本住宅产业的发展趋势
首先,独立住宅的比例越来越少,高层集合住宅逐渐增加。这是由土地价格的上涨、核家族化、面积狭窄而引起的。独户住宅的减少,导致集合住宅的占有比例逐渐增加,以房地产投资为目的的集合住宅购买力相对增大。
木结构的独立住宅是日本的传统建筑方式,而工业化住宅的历史较短,故日本人的居住观念仍然倾向于传统的木制结构。因早期的工业化住宅质量较差,Predicated住宅(预制住宅)成为劣质住宅的代名词,实践证明该意识的转变经历了30年。下图表明,在2002年的日本,集合公寓占到住宅总量的58.4%,已经超过了独户住宅的市场占有率。
图12 2002年日本全国预制独户和集合住宅的比例
严格来说,目前日本只有20%~25%的住宅属于预制住宅,该比例之所以如此小,主要是因为预制住宅是按照日本建筑中心对工厂化住宅的认定标准来认定的。该认定标准是:全套住宅建造过程中的2/3或以上在工厂完成,及主要结构部分(墙、柱、地板、梁、屋面、楼梯等,不包括隔断墙、辅助柱、底层地板、局部楼梯、室外楼梯等)均为工厂生产的规格化部件,并采用装配式工法施工的住宅。其实,在日本85%以上的高层集合住宅都不同程度地使用了预制构件。
从图13可以看出,在预制住宅里面,预制混凝土结构的住宅所占的比例较小,这主要是因为预制装配整体式住宅在施工现场的混凝土浇筑量较大,其工厂化率要达到日本建筑中心对工厂化住宅的认定标准—2/3以上的工厂化预制—是比较困难的。按照香港预制混凝土结构专家—香港理工大学李恒教授的观点,香港的预制混凝土住宅的预制比率在45%~50%。但如果按照日本建筑中心对工厂化住宅的认定标准,香港的预制住宅绝大多数都不能称之为预制住宅了。
图13 不同结构形式预制住宅(工厂化率达到2/3以上者)所占比例
上文曾提到的,高层集合住宅的市场占有率为58.40%,如果其中有85%的住宅不同程度地采用了预制混凝土构件,那么采用预制混凝土技术的住宅,市场总体占有比率接近50%。
项目最终选择怎样的工厂化率,取决于项目本身。在日本,建筑的层数越高,工厂化预制比例越高。9层以下的住宅,全部现浇,而不是用预制的方式来建造;层数在20层以下,会用半预制;如果超过20层的话,包括梁、柱在内的会全部预制。这样做的主要原因有两个:一是考虑模板的利用率和成本摊销;二是建筑的层数越高,泵送商品混凝土的难度越大,高空养护的难度和工作量也越大,所以减少现浇量对施工效率的提升是有价值的。
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