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智能建造

装配式钢结构建筑是未来建筑结构的发展趋势

2020-08-21 00:00:00 来源：点击：1044 喜欢：0

根据结构体系划分，装配式建筑大致可分为预制混凝土结构（PC）、钢结构（PS）和木结构三大类，目前主流结构仍以PC为主，根据住房城乡建设部数据，2019年新开工的装配式建筑中，PC结构占比65%，钢结构占比30%，木结构占比1%左右。钢结构作为正在兴起的装配式建筑，与预制混凝土结构区别在于其主要承重构件全部采用钢材制作，由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成，各部件之间通常在现场采用焊缝、螺栓或铆钉连接。目前钢结构建筑80%以上部件均可在工厂加工，同时易拆除，部分产品和材料可循环利用，且可以覆盖绝大多数现场作业方式对应的下游，是绿色建筑的重要代表。

钢结构建筑性能优越，是传统混凝土类建筑结构的替代品。与传统混凝土结构建筑形式比，钢结构建筑具有“高、大、轻”三大特征，容易实现设计标准化、构配件生产工业化、施工机械化和装配化，钢结构建筑是传统混凝土结构建筑的替代品。此外，钢结构具有良好的性能特点：一是钢结构自重轻，只有传统钢筋混凝土建筑的30%~50%左右，而且强度很大；二是钢结构占有面积小，空间利用率高，得房率较传统钢筋混凝土住宅增加5%~8%；三是钢结构延展性好，抗震性能优越；四是钢结构施工效率高，可提高4倍，建设周期短，只有传统建筑的三分之一，30~50层的钢结构工程可以缩短施工工期8~12个月左右；五是钢结构节能环保，能够有效降低建筑垃圾数量，可实现节能三分之一以上，钢材100%可回收，碳排放可减少35%以上，契合可持续发展理念。

新冠肺炎疫情等突发事件进一步凸显钢结构建筑的优势。武汉火神山、雷神山医院作为面对新型冠状病毒而临时搭建的医院，轻钢结构作为主体，采用钢结构箱式房装配化施工方式，由于两座医院均采用标准化、模块化设计，最大限度地采用成熟的拼装式工业化成品，大幅减少现场作业工作量，实现了效率最大化，如火神山医院在开工第4天就可进行安装，从开工到交付历时仅约10天左右。除武汉外，全国多地区也启动防疫医院改扩建等工程，进一步凸显钢结构建筑施工效率高和建设周期短的性能优势。

武汉火神山医院

钢结构下游需求仍主要集中于商业地产及场馆等领域，非住宅类钢结构建筑未来仍有望取得不低于GDP的增长速度。根据2017年我国一定规模钢结构工程项目中不同建筑类型占比分析，钢结构的下游需求中商业地产占比33%，场馆占比24%，厂房占比18%，而住宅在整个钢结构工程中占比仅约4%，学校和医院等领域仅1%，学校、医院和住宅领域占比仍较低，我们保守预计2019年占比情况基本与2017年类似。目前钢结构的下游需求分散，大部分板块与工业、房地产、建筑业、交通运输业息息相关，我们预计全国非住宅类建筑钢结构产量未来年增长率有望保持不低于实际GDP的增速。

根据测算，商业地产和场馆中钢结构建筑的渗透率接近58%，厂房类建筑钢结构渗透率接近40%，而科研、学校、医院和住宅领域中钢结构渗透率仍低。我们认为，目前钢结构在商业地产和场馆中运用已经较为成熟，住宅、学校和医院等领域或成为钢结构建筑下一个发展的“主战场”。

黄岛区第一幼儿园，为山东省十佳幼儿园。

采用轻钢装配式建筑体系建造，建成于2015年，项目占地面积11858平米，建筑面积8000多平米。该项目是目前为止国内单体面积最大轻钢校舍建筑。

二、住宅领域钢结构渗透率低，未来有望为行业产量贡献增量

目前住房和城乡建设部大力推进的装配式建筑，实际上主要是指装配式住宅，即提升装配式住宅占新建住宅的比例。根据国家统计局房屋新开工面积的口径计算，2019年底房屋新开工面积中住宅的占比超过70%，因此我们认为各省市制定的关于装配式建筑规划中“新建装配式建筑面积/当年新开工建筑面积”的比值一定程度可以表征各地装配式住宅的渗透率情况，政策层面大力推进的装配式建筑实际上是提升装配式住宅占新建住宅的比例。

民众接受程度相对更低，钢结构住宅渗透率仅1%左右，未来有望为行业贡献增量需求。目前消费者对钢结构住宅的接受度较低，主要原因集中在两个方面：
一是对钢结构住宅的性能优势认识不足。目前，我国传统建筑设计院的建筑设计师对钢结构住宅布置灵活、开间大、房型丰富等特点缺乏深入的认识，容易基于传统混凝土结构住宅的设计观念，简单地用钢构件替代钢筋混凝土构件，使得钢结构住宅的优势不能充分发挥。而结构设计师对钢结构住宅的耐火性能、防腐性能存在直观上的误解，难以接受钢结构在住宅建筑中的应用，往往在确定住宅方案阶段就否定了钢结构住宅方案而更愿意选择传统混凝土结构住宅方案。
二是对钢结构住宅的综合效益认识不足。工程造价是最直观的经济指标，也是开发商在项目运作中最注重的方面。消费者在购房时，主要关注的也是房价。开发商和消费者更愿意接受直接成本较低的传统混凝土结构住宅和砖混结构住宅，对钢结构住宅全寿命周期综合成本，包括设计成本、采购成本、人工成本、废弃处置成本、资金周转成本、得房率、环境生态效益等成本要素缺乏分析和认识，从而限制了钢结构住宅的市场推广。
在提高装配化率环境背景下，钢结构优势未来有望逐步显现，住宅领域渗透率提升空间则更大（部分省份2022年目标渗透率达到10%）。我们测算，2025年住宅钢结构用量相比2019年的增量有望达1741万吨，为行业产量增速每年平均贡献3.3百分点左右，钢结构住宅或将成为装配式建筑下一阶段的重要市场。

三、政策倾斜叠加成本弥合，钢结构住宅进入行业发展的快速上升期

进入2019年，钢结构住宅相关政策强化，政策倾斜是行业层面的一大变化。复盘我国的装配式建筑相关政策，我们认为在2019年之前，住宅领域对于预制混凝土（PC）和钢结构（PS）并没有明显的侧重。2019年3月，住房城乡建设部首次单独提出推进钢结构住宅试点工作，随后山东、浙江、湖南等地陆续出台试点方案，浙江提出“到2020年，钢结构装配式住宅占新建装配式住宅面积的比例力争达到12%以上”，江西提出“到2022年，全省新开工钢结构装配式住宅占新建住宅比例达到10%以上”，试点方案更加定量。6月住房城乡建设部发布《装配式钢结构住宅建筑技术标准》行业标准，并于10月开始实施，在钢结构住宅的集成设计、部品部件生产、施工安装与质量验收、使用维护及管理等方面做了细致的规范，推动行业相关标准逐渐形成体系。12月全国住房和城乡建设工作会议上，再次强调2020年大力推进钢结构装配式住宅建设试点，任务目标进一步细化，钢结构试点住宅建设打开钢结构应用空间。
我们认为未来5年，装配式建筑的渗透率仍有望处于快速上升的过程中。但另一个同样值得重视的趋势在于，各地未来或进一步规范和严格装配式建筑的评价标准，5月25日青岛住房城乡建设局印发《关于进一步规范青岛市装配式建筑评价工作的通知》，我们认为未来装配化率及是否达到装配式建筑标准的判定或趋于严格，装配式建筑同样有望进入高质量发展阶段，钢结构这种能够切实提高装配化率的建造方法渗透率有望提升。

行业的另一个层面的变化在于混凝土价格及人力成本持续上涨情况下，钢结构相对于混凝土结构的成本劣势明显收窄。根据住房城乡建设部2017年《装配式建筑工程消耗量定额》中数据，材料费和人工费是装配式住宅建安费用中最主要的组成部分，两者在建安费用中占比超过80%。预制混凝土结构中材料费随预制率的升高而升高，而人工费随预制率的升高而降低。在人工成本处于上行通道且招工难度加大的状况下，装配式钢结构的成本优势将逐渐显现，混凝土结构和钢结构的成本差距有望逐渐缩小。2017年以来混凝土价格随着水泥、砂石价格快速攀升，混凝土市场目前因砂石骨料紧缺而供应紧张，而钢材价格在2017、2018年后高位回落，混凝土结构相对于钢结构的成本优势已逐步收窄，价格劣势有望明显改善。
考虑政府补贴因素，我们测算，钢结构住宅有望在2024~2025年与传统现浇成本持平。通常住宅的造价成本分为直接成本（人工费、材料费、机械费）、间接成本（组织措施费、管理费、规费）、利润和税金四大类，由于《装配式建筑工程消耗量定额》发布于2017年，保守计算假设2019年现浇和钢结构住宅的各项成本仍保持2017年的水平（实际上2017年后混凝土价格上涨明显，而钢材价格高位回落），两者单位造价成本打平时间或早于我们的测算。

随着钢结构与现浇建筑成本的不断弥合，钢结构施工周期短、得房率高等进一步凸显钢结构建筑优势。由于材料费是影响建造成本最关键的因素，我们假设钢结构住宅材料费的变动幅度为-4%~0%，现浇混凝土材料费的变动幅度为1%~5%，通过敏感性分析，我们判断钢结构住宅和混凝土住宅的建造成本最早于2022年两者即可打平，最晚则需在2031年。

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