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預制混凝土構件工廠全國重點區域規劃布局研究

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裝配式建筑是用預制部品部件在工地裝配而成的建筑。發展裝配式建筑是我國建造方式的重大變革,引導建筑行業部品部件生產企業合理布局是促進裝配式建筑發展的重要任務。

本文介紹了預制混凝土構件工廠的國內外調研情況,提出了我國裝配式建筑發展和預制混凝土構件工廠規劃布局的重點區域,研究建立了目標區域(城市)預制混凝土構件年市場需求量預測計算模型和典型預制構件廠模型,以及京津冀、長三角和珠三角三大城市群的預制構件廠規劃布局的建議。

默認標題_公眾號封面首圖_2019.09.10

 國內外研究現狀及趨勢 

 1.國外研究現狀及趨勢

國外發達國家預制裝配式混凝土結構建筑經歷了幾十年的發展,目前技術已經非常成熟,形成了比較完善的技術標準體系和政策體系,房屋建筑領域市場非常穩定。作為預制裝配式建筑構件的預制混凝土構件工廠(以下簡稱預制構件廠),國外早已經將規劃布局和規劃建設按市場要求配置完成。

20世紀80年代,充分考慮城市發展規劃、地方資源利用、本廠和其它專業廠的分工協作等問題基礎上,對工廠性質定位、生產規模、投資效益、建廠期限、產品供應范圍以及最終經濟效益進行了詳細分析和深入認證,尋求在一個地區一個城市的合理范圍內,形成產品種類齊全的生產系統,統籌生產和供應各類建筑構配件。

隨著各個國家對環境保護的日益重視,對預制構件廠的綠色生產提出了相應要求,要求采取嚴格措施處理污水、噪聲、粉塵等公害物質。原材料和成品供應的運輸問題也是預制構件廠重點考慮的問題,仔細考量預制構件的供應半徑、運輸工具和交通條件,控制構件運費與工程總造價的合理比例,盡可能節約運輸成本。

現階段,發達國家預制構件行業處于穩定發展期,建筑產業化市場供需平衡,新廠建設非常少,預制構件廠能夠長期穩定運行。

 2.國內研究現狀及發展趨勢

我國建筑工業化和住宅產業化是伴隨著國家建設事業同步發展的,在不同時期不同領域發展呈現明顯的不均衡性。目前,我國正在持續推進技術創新、產品升級,在全國全面鋪開和深化建筑產業化和住宅產業化工作,繼續走與新型建筑工業化相適應的道路。

近幾年,全國各地預制構件廠建設雖有遍地開花之勢,但大多受建筑工業化政策驅使和為了搶占行業制高點的目的而熱衷投資進入,有的地方已經出現了競爭加劇、產能過剩、資源浪費的不利局面,沒有全國性預制構件廠規劃布局作為指導和控制參考。

我國未來10年將是建筑產業化快速發展和定型的黃金時期,在這個時期內,全國預制工廠規劃布局和規劃建設急需深入研究的科技成果來支撐,以統籌規劃、科學布局、優化環境和資源配置、實現預制構件廠轉型升級、促進預制構件行業科技進步和環境友好、有力推進我國建筑產業化發展。

 重點區域范圍選擇 

按照國家宏觀政策方面要求,我國裝配式建筑發展區域劃分以京津冀、長三角、珠三角三大城市群為重點推進地區,常住人口超過300萬的其他城市為積極推進地區,其余城市為鼓勵推進地區;各區域因地制宜發展裝配式混凝土結構、鋼結構和現代木結構等裝配式建筑。

2020年,我國裝配式建筑占新建建筑的比例達到15%以上,其中重點推進地區裝配式建筑占新建建筑面積的比例達到20%以上,積極推進地區達到15%以上,鼓勵推進地區達到10%以上。

2025年,我國裝配式建筑占新建建筑的比例達到30%以上,其中重點推進地區裝配式建筑占新建建筑面積的比例達到40%以上,積極推進地區達到30%以上,鼓勵推進地區達到20%以上。

重點區域范圍選擇,課題組在重點及積極推進裝配式建筑發展的地區中,選擇了建設未來發展處于上升期,經濟條件較好,經濟發展緊密關聯,有示范作用的城市群和重點城市,見圖1。

預制PC構件工廠全國重點區域規劃布局研究_1

1、城市群選擇:京津冀(北京、天津、雄安)、長三角(上海、蘇州、無錫)、珠三角(廣州、深圳、東莞);

2、重點城市選擇:華東區(南京、杭州、濟南)、華中區(長沙、武漢、鄭州)、西南區(成都、重慶)。東北區(沈陽)和西北區(西安)。

 構件年需求量動態預測計算模型 

目標區域、城市預制構件年需求量需要預制構件廠產能與之匹配,年需求量的準確預測值是該區域、城市預制構件廠布局的關鍵參數,課題組通過研究,建立了以下兩種年需求量的動態預測計算模型。

 構件年需求量動態預測計算模型A型

構件年需求量N(萬m3)=年房屋建筑總新開工面積A(萬㎡)×年裝配式建筑規模參數β×年混凝土裝配式建筑比例θ×預制率λ×混凝土體積系數δ(m3/㎡)×動態修正系數K。

該模型以某區域、城市房屋建筑總量為主要對象進行預測,涵蓋了各種裝配式建筑項目類型取其總數,依據其各種平均參數直接計算得出總需求量,是一種相對粗略的預測計算方法。

預制PC構件工廠全國重點區域規劃布局研究_2

 構件年需求量動態預測計算模型S型

構件年需求量N(萬m3)=Σ(某類型裝配式房屋建筑年建設規模 S(萬㎡)×年混凝土裝配式建筑比例θ×預制率λ×混凝土體積系數δ(m3/㎡)×動態修正系數K。

其中,某類型裝配式房屋建筑年建設規模S=某類型房屋建筑年施工進展面積G×某類型裝配式建筑比例b。

該模型以某區域、城市裝配式房屋建筑具體項目類型為主要對象進行預測,裝配式建筑項目類型可分為:保障房項目、商品房項目、公共建筑項目、工業建筑項目、農村建筑項目等,分別依據不同的預制率、混凝土體積系數參數預測其構件需求量,再進行求和得出總需求量,是一種相對精確的預測方法(見圖2)。

 重點區域城市年構件需求量預測

由于各地區缺乏裝配式建筑體系化的實際統計數據,市場預制構件需求量測算遵循以下基本條件進行。

國家經濟發展態勢持續平穩,各地區“十三五”的發展規模與“十二五”的發展規;疽恢,因此可以用“十二五”的實際建筑業(開發、建設量)數據體系預測“十三五”的建筑業(開發、建設量)市場發展需求;實際需求應以當地規劃建設部門統計數據作為依據,市場需求測算期間選擇2018~2025年。

各地區裝配式建筑結構類型各有差異,預計重點區域和城市主要采用鋼筋混凝土結構,2018年占90%以上,逐年下降2025年達到75%以上,鋼結構2018年占10%以下,逐年上升2025年達到25%以上,木結構應用較少暫忽略不計;年裝配式建筑比例、預制率λ等參數,優先采用當地政府裝配式建筑發展規劃中有關指標要求。

按照以上基本條件,運用計算模型A型對于全國重點區域和城市預制構件市場需求(2018~2025年)進行測算,各城市預制構件市場需求分析見圖3。

預制PC構件工廠全國重點區域規劃布局研究_3

從圖3可以看出,北京、上海市場需求處于領先位置,各地市場需求量逐年增長;南京、杭州、成都、武漢市場需求增長較快;無錫、東莞、鄭州、沈陽需求量相對較低。各地裝配式建筑市場未來需求發展呈現不均衡態勢。

 典型預制構件廠

本研究中的預制構件廠特指以房屋建筑構件為主要產品的預制構件生產廠,是設施齊全的預制混凝土構件生產區域和廠房所在地,有明確定位的產品系列供應市場。

 工廠特征

典型預制構件廠規模見表1。根據預制構件廠調研情況,課題組提煉出“中型預制構件廠、大型預制構件廠”兩類工廠并稱之為典型預制構件廠,制定了其主要特征為:年設計產能規模為10萬㎡的大型預制構件廠,和年設計產能規模為5萬㎡中型預制構件廠,其產品、產能、生產線、生產車間、存放場、工廠用地等六大特征要素。

預制PC構件工廠全國重點區域規劃布局研究_4

 預制工廠年產能計算

混凝土預制構件年生產產能是預制構件廠重要的特征參數,也是預制構件廠規劃布局研究非常依賴的一個數據,該參數的準確性直接影響著預制構件廠規劃布局在數量上的準確度。通過對預制構件廠規劃設計研究分析,課題組認為“生產線養護模位,模臺尺寸、產品種類、產品平均板厚,年工作天數”決定了生產線以及該預制構件廠年生產產能,故預制構件廠主要生產線理論年產能計算如下:

1、疊合板生產線

養護工位42個,模臺尺寸4m×9m(模臺利用效率75%),疊合板平均厚度0.06m,年生產天數300d,疊合板生產線全年產能計算為:42×4×9×0.75×0.06×300=20412㎡。

2、外墻板生產線

養護工位36個,模臺尺寸4m×9m(模臺利用效率60%),外墻板平均厚度0.25m,年生產天數300d,外墻板生產線全年產能計算為:36×4×9×0.6×0.25×300=58 320㎡。

3、固定模生產線

養護工位20個,模臺尺寸4m×6m(模臺利用效率60%),構件平均厚度0.25m,年生產天數300 d,其他及異型構件生產線全年產能計算為:20×4×6×0.6×0.25×300=21600m3。

 預制構件廠規劃布局典型示例 

本文僅介紹課題組對京津冀、長三角和珠三角三大城市群的預制工廠規劃布局建議情況。值得說明的是,年預制構件需求預測、存量工廠和存量產能等參數由于信息收集時的局限性可能與如今的實際情況存在差異,需要使用者重新考慮設定。

 京津冀城市群

1、市場范圍選擇:

以北京、天津、雄安城市中心等距點為園心,120km為半徑形成的區域,包括了京津冀的中部核心功能區(北京、天津、雄安、廊坊、保定),也大部分覆蓋了京津、京保石、京唐秦三個城市發展軸方向,如圖4所示。這一范圍為京津冀區域未來建設需求量、預制構件生產需求量最大的城市群,因此,可作為京津冀的核心市場范圍。

2、建廠選址范圍:

按總體規劃一線國際城市用地的發展需求,盡量不在京津雄安等城市用地內規劃預制構件廠,可以考慮在城市周邊外圍區域,因此新建預制構件廠宜選址在圖5所示的蜂窩區域,包括涿州、固安、永清、霸州、文安、武清、三河、香河等地;【形成的區域為合理運輸半徑120km可覆蓋的范圍,實際預制構件廠布局可考慮選址以上地區的工業用地?梢员WC預制構件廠有合理的運距對于城市群進行協同供應。

預制PC構件工廠全國重點區域規劃布局研究_5

 京津冀區域存量預制構件廠情況:

原有存量工廠北京10家(C01~C10),天津5家(C11~C15),河北2家(C16~C17),合計產能為162.0萬m3,見表2。

預制PC構件工廠全國重點區域規劃布局研究_6

 京津冀區域產能需求情況:

經測算,京津冀(北京、天津)區域2020年產能需求為153.5萬m3,產能增量需求為-8.5萬m3;2025年產能需求為251.5萬m3,對比2020年存量產能,增量需求為89.5萬m3,見表3。

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 京津冀區域預制構件廠布局建議如下:

京津冀核心功能區(北京、天津、保定、廊坊),依據產能增量需求,大、中型預制構件廠按接近1:3大中型比例分別配置,可預測未來各節點年份預預制構件廠增量需求見表4,京津擬建預制構件廠見表5。

預制PC構件工廠全國重點區域規劃布局研究_8

圖6中E1~E6所示的預制構件廠布局組圖,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個預制構件廠,4家大型廠、10家中型廠,合計產能為90萬m3,見表5(未含雄安地區需求)。

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 長三角城市群

1、長三角城市群預制構件廠布局分析:

市場范圍:長三角城市群經濟發達,特別是上海為核心的城市群構件需求量最大,鑒于三城市距離相對較近,從上海城市周邊到蘇州和無錫距離小于120km,在合理運輸半徑以內,因此,可以把三城市預制構件市場需求作為一個整體的區域市場,應考慮預制構件廠能夠進行協同供應,如圖7所示。

預制PC構件工廠全國重點區域規劃布局研究_10

存量工廠:現有上海地區存量工廠較多,還有租賃場地、海路運輸、國際合作等多種商務經營模式,已經形成成熟穩定的市場供應量,可以對上海、蘇州、無錫等城市進行供應,新建預制構件廠要充分考慮存量工廠的市場份額,避免建設過剩。

工廠選址:依據上海市總體規劃要求,新建預制構件廠選址應避免占用對于城市建設和未來發展用地,因此,預制構件廠宜選址在上海城市周邊,如圖7所示城市周邊的圓環區域。

2、長三角城市群存量預制構件廠情況

上海市存量工廠共29家(C01~C29),蘇州、無錫存量工廠共23家(C30~C52),總產能為175.0萬m3,見表6。

3、長三角城市群產能需求情況

經測算,長三角(上海、蘇州、無錫)區域2020年產能需求為210.7萬m3,產能增量需求35.7萬m3;2025年產能需求為265.9萬m3,對比2020年存量產能,增量需求為90.9萬m3,見表7。

4、長三角城市群新建預制構件廠數量建議如下

長三角城市群(上海、蘇州、無錫),大、中型預制構件廠按接近1:3比例分別配置,依據產能增量需求,2020~2025年總計新建16個工廠,其中4個大型工廠,12個中型工廠,預測未來各節點年份預制構件廠增量需求如表8所示。

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 珠三角城市群

1、珠三角城市群預制構件廠布局分析

市場范圍:以東莞市為圓心的90km半徑的覆蓋范圍,包括大灣區的九大城市的大部分城區,廣州、深圳、東莞等地為珠三角區域構件生產需求量最大的城市群,因此,這一區域可作為大灣區未來發展的主要構件需求市場范圍;

選址用地:廣州、深圳、東莞城市群相互連接,可考慮協同供應,為保障城市群有較好的城市發展空間和城市用地,宜避免在城市內選址用地,可選擇在其周邊臨近城市如:江門、肇慶、惠州等地區選址建設預制構件廠,如圖8中蜂窩區所示:運輸半徑為60km,惠州與東莞相交區域為第一選址用地區域,運輸半徑為120km,江門、肇慶、惠州等環狀色塊為第二選址用地區域;

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存量工廠:現有預制構件廠經營穩定,滿足現階段大灣區構件市場需求,臨近口岸的工廠,可以利用水路進行遠距離運輸,一些工廠可通過轉型升級來擴大產能,因此,實際新建預制構件廠時,要充分考慮并調研存量產能。

2、珠三角城市群存量預制構件廠情況:

珠三角區域存量工廠共23家(C01~C23),總產能為113.0萬m3,見表9。

預制PC構件工廠全國重點區域規劃布局研究_13

3、珠三角城市群產能需求情況

經測算,珠三角(廣州、深圳、東莞)區域2020年產能需求為106.7萬m3,產能增量需求為-6.3萬m3;2025年產能需求為172.0萬m3,對比2020年存量產能,增量需求為59.0萬m3,見表10。

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4、珠三角城市群預制構件廠增量預測

珠三角城市群(廣州、深圳、東莞),依據產能增量需求,未來2020~2025年共新建9家工廠,三家大型,六家中型,大、中型預制構件廠按1:2比例分別配置;各節點年份預制構件廠增量需求見表11。

預制PC構件工廠全國重點區域規劃布局研究_15

 結語 

1、本研究形成了《預制工廠全國重點區域規劃布局指南》成果,該成果作為“十三五”國家重點研發計劃“預制裝配式混凝土結構建筑產業化關鍵技術”項目所屬“預制工廠全國重點區域規劃布局及典型工廠規劃建設研究”課題(編號2016YFC0701909)的核心成果之一已通過課題成果專家組評審。

2、由北京預制建筑工程研究院有限公司、重慶大學、北方工業大學組成的課題組,在國內外廣泛開展了預制構件廠調研,確定了我國裝配式建筑發展和預制構件廠規劃布局的重點區域,建立了目標區域(城市)預制混凝土構件年市場需求量預測計算模型,在對城市群和重點城市預制混凝土構件市場需求量目標進行了預測基礎上,以布置典型預制構件廠為例,提煉出了預制構件廠規劃布局的要求,形成了三大城市群和10個重點城市預制構件廠規劃布局示例成果。

3、課題成果評審專家組認為《預制工廠全國重點區域規劃布局指南》成果技術內容科學合理,指導性強,填補了我國預制構件廠規劃布局指南的空白,對我國預制構件廠規劃布局具有很好的指導作用。

4、《預制工廠全國重點區域規劃布局指南》成果的發布和應用,將有助于預制構件廠相關方統籌規劃、科學布局預制構件廠,有力推動我國預制建筑構件生產行業合理布局,避免區域出現預制構件廠建設無序、過度競爭、產能不匹配、資源浪費等問題,促進我國裝配式建筑產業化可持續發展。

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