复盘世界装配式建筑发展:我国PC结构建筑占主导地位 未来有望在商品房中规模应用

阅读量:9898 9月9日
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天风证券 天风证券最新研报及观点。

本文来自“天风证券”,作者唐笑、岳恒宇

核心观点

近年来,在政策大力支持下,我国装配式建筑得到快速发展。其实,海外发达国家和地区装配式建筑的发展已较为成熟。我们选取日本、新加坡、香港地区、美国和德国进行研究,并为我国的装配式建筑发展提供一定的借鉴。

1、从发展进程来看,发达经济体的装配式建筑大致经历了起步阶段、发展阶段和成熟阶段,目前我国处于发展阶段。2020年08月28日,住建部等部门联合发布《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》,明确提出大力发展钢结构建筑,并推广装配式混凝土建筑。可见我国PC结构已发展较为成熟,进入到推广阶段。我们认为伴随国家政策的不断加码以及产业链的迅速崛起,在我国庞大的建筑市场下,装配式建筑有望继续加速发展。

2、从发展动力来看,装配式建筑发展的深层次原因均是由于劳动力紧缺、人工成本上升等因素导致的,如新加坡自1980年以来建筑业劳动力成本逐渐上升,全职工作居民月收入在近20年接近翻倍,香港地区2019年建筑业工人月收入接近3万元人民币,是我国的6倍多。通过工厂化的生产,人力成本可以显著降低,如新加坡预制混凝土结构采用PPVC(模块化建筑)在人力成本上可节约40-70%。我国也同样适用,以长春市为例,构件厂用300人可以生产出10万预制件,同样的量若是传统混凝土现浇结构则需要3000人。

3、从发展机制来看,主要分为政府推动和市场化发展。其中,日本、新加坡、香港地区以政府推动为主;美国、德国则以市场化发展、社会化发展为主。考虑到我国装配式成本、技术、社会认知度等因素,主要采用的是政府推动机制,通过政策鼓励、财税支持、技术保障等手段推进装配式建筑的发展与成熟。从日本、新加坡、香港地区的发展速度来看,我们认为通过政府推动装配式建筑发展的进程将明显快于市场化、社会化发展。

4、从结构体系看,发达经济体依据各自国情地区等特点,出现差异化发展。我国现阶段装配式建筑的应用场景主要在经济发达的城市,人口密度大,与新加坡和香港地区类似,且成本相比钢结构、木结构更低,因此PC结构建筑占据主导地位;钢结构在超高层建筑以及部分试点的保障住房领域正在拓展。随着装配式建筑在我国的快速发展,我们认为未来有机会渗透到三四线城市以及乡村等欠发达地区,此时钢结构或将出现一定比例的增长。

5、从装配式建筑占比来看,日本、美国、德国的整体装配式占比并不高,在12-14%。其实,海外国家的装配式占比不等于渗透率,比如日本要求全套住宅建造过程中的2/3或以上在工厂完成才能统计为装配式建筑,定义非常严格。我国《装配式建筑评价标准》中规定装配式建筑的装配率应不低于50%,与日本的预制率2/3的指标相差较大。我们认为,目前各地区应因地制宜地确定装配式率和预制率指标要求,这样有利于装配式建筑的大面积推广。在一二线城市,较高的房价可以消化因装配式建造方式带来的成本增量,但对于三四线城市,装配式成本增量压缩了开发商的利润,开发商的接受度较低,前期可采取相对灵活的考核办法。

6、整体来看,经过半个多世纪的发展,海外发达经济体已在各自的装配式领域发展成熟。目前我国处于发展阶段,由于政府的大力推动,以及海外成熟的经验参考,近年来装配式建筑实现了高速发展。目前我国主要装配式建筑主要在保障性住房领域试行,在技术体系成熟后,再行推广应用,从而带动商品房的发展。从《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》中可以看出,该意见明确提出推广装配式混凝土建筑。我们认为这预示着我国PC技术已发展较为成熟,可以进入到大规模推广阶段。预计未来PC结构占比将会进一步提升,并有望增加在商品房中的应用。

风险提示:政策落地不及预期;装配式建筑成本下降幅度低于预期;消费者对于装配式建筑认可度不及预期。

近年来,装配式建筑受到市场的广泛关注。在劳动力紧缺、环保趋严的背景下,2016年以来中央及地方政府持续出台相关政策大力推广装配式建筑;考虑到居住舒适度、建造成本等因素,我国形成了以装配式混凝土(PC)结构为主、钢结构为辅的市场格局;加之装配式技术的不断成熟,我国装配式建筑行业迎来快速发展新阶段。

其实,很多发达国家和地区在上世纪就已开始推行装配式建筑,经历了几十年甚至上百年的发展,已经发展到了相对成熟的阶段。代表性的国家和地区有日本、新加坡、香港地区、美国和德国,其按照各自的特点因地制宜形成了合适的建造体系。本文将针对上述5个国家和地区的装配式建筑发展现状进行对比分析,并为我国的装配式建筑发展提供一定的借鉴。

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1. 日本:借保障性住房契机,规模化推进装配式发展

1.1. 发展历程:战后住房短缺,装配式建筑迎发展契机

日本装配式建筑的发展起源于二战后,20 世纪的50 年代是日本战后的混乱期,大量的城市住宅在战火中烧毁,住宅不足成为严重的社会问题。为了解决“房荒”问题,日本政府开始采用工业化、装配施工方式进行大规模的住宅建造,不仅生产效率高,住宅内部结构也可以适应多样化的需求。经过近几十年的发展,日本已形成一套较完整装配式建筑的技术体系,是装配式建筑发展最为成熟的国家之一。

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日本根据每五年都颁布住宅建设五年计划,每一个五年计划都有明确的促进住宅产业发展和性能品质提高方面的政策和措施。政府强有力的干预和支持对住宅产业的发展起到了重要作用:坚持技术创新,制定了一系列住宅建设工业化的方针、政策,建立统一的模数标准,解决了标准化、大批量生产和住宅多样化之间的矛盾。

1.2. 保障房带动装配式建筑发展

日本借保障性住房大规模发展契机,率先在保障房中采用装配式建造技术,并迅速形成产业规模,在技术体系成熟后,带动商品房项目跟进学习采用。60-70年代是日本装配式建筑的发展期,期间形成几家大规模的装配式住宅公司,住宅结构由单一的轻钢结构、钢结构发展到木结构。同时为确保产品质量,政府通过成立日本建筑中心来主导推行“住宅部品认证制度”。经过多年的发展,90年代迎来成熟期。根据日本国土交通省数据,从历史上看,1992年新建装配式住宅25.24万户,占比达到18%,均为历史最高,随后由于房地产泡沫的破裂、人口老龄化等影响,新建装配式住宅总量和占比均呈下滑趋势,2009年以后开始平稳下来,到2019年日本新建装配式住宅12.71万户,占比为14.05%。

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装配式住宅占比不等于渗透率。目前日本装配式住宅占比仅有14.05%,而我国在《“十三五”装配式建筑行动方案》中提出,到2025年新建装配式建筑占比应不小于30%,两者相差甚多。主要是因为日本建筑中心对装配式住宅的认定标准非常严格,要求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)均为工厂生产的规格化部件,并采用装配式工法施工。

事实上,日本普遍使用预制构件和住宅部品。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,但由于预制化程度达不到装配式住宅的认定要求,因此并不纳入统计口径。

1.3. 早期标准体系的建立使得钢结构为装配式主流

自1994年不同装配式住宅结构体系统计以来,钢结构占比远高于木结构和PC结构。钢结构占比从1994年的77%上升到2019年的88%,而PC结构占比从6.4%下降到3%,木结构占比从17%下降到9%。我们认为主要有以下原因:1)在地震频发的日本,钢结构因其优良的抗震性能得到了广泛的应用。早期标准体系的建立使得钢结构产业逐渐发展成熟;2)PC结构在抗震性能、部品部件的可变性上不如钢结构。另外,由于建筑自重的影响,PC结构住宅的物流半径(100km以下)远小于钢结构(300km以下);3)木结构受日本政策影响早期没有被重视。1959年日本伊势湾沿岸遭遇特大台风,木结构民宅遭受严重损害。次年,日本建筑学会宣布放弃对木结构的研究。此后长达约30年的时间里,日本严格限制木材的结构利用,排斥、轻视木结构的思想占据主导。直到80年代后期,在北美强烈要求日本开放木质建材市场的外压下,木结构才有了一定的发展。

2019年非装配式住宅中木结构、钢筋混凝土结构、钢结构占比分别为66%、30%、3%。木结构远高于PC结构,主要原因有:1)日本的森林覆盖率高达66.8%,日本民族自古就有喜爱木建筑的传统;2)传统木结构从外观和功能来看相对简陋,建造成本更低,较PC结构低32.7%;3)日本受多地震、多台风等影响,加之传统的居住习惯,住宅以低层独栋住宅为主,多高层公寓为辅。木结构主要应用于低层独栋住宅,钢筋混凝土结构主要应用于多高层公寓。

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从成本角度来看,装配式木结构建造成本较传统方式高出28.8%,而装配式钢结构、装配式混凝土结构基本与传统方式持平。目前日本装配式住宅占比仅有14.05%,主因装配式建筑定义严格所致。实际上,日本普遍使用预制构件和住宅部品,装配式渗透率要高于统计占比情况。日本根据住宅功能、居住条件等因素因地制宜地选择装配程度,并不刻意追求指标。

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2019年装配式住宅中公寓占比62.4%。主要原因是公寓类产品标准化程度高,更适合企业规模化生产。非装配式住宅整体来看分布较为平均,2019年独栋住宅占非装配式全部新建住宅约50.95%,其中木结构独栋住宅占比高达46.2%。

住宅建筑方面,日本装配式更多应用于共同住宅(公寓或高层住宅),一户建(类似独栋别墅)、长屋建(类似联排房屋)则应用较少。2019年装配式住宅中有48.7%为共同住宅,37.6%为一户建,13.7%为长屋建。在占比最高的共同住宅中钢结构占比高达95.2%,木结构、混凝土结构分别仅占1.8%、3.0%。而一户建中钢结构占比78.7%,木结构、混凝土结构分别占20.5%、0.8%。

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分地区来看,装配式住宅和非装配式住宅分布情况类似,集中分布在首都圈。2019年新建装配式住宅中首都圈占比超一半,主要原因是以东京为首的大都市圈人口多,密度高,住房市场需求大,而偏远地区人口分布较为稀疏,市场较小,难以形成较强的规模优势。

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1.4. 代表企业

日本的装配式住宅产业经过约60年的发展,形成了以大和集团集团、积水集团为龙头,—条工务店、丰田房屋、TAMA房屋、松下房屋、旭化成房屋等数十家装配式住宅公司及几十万家相应的部品部件提供商这样—个庞大的产业链。大和集团、积水集团在2019年实现营业总额分别为2871亿元、1515亿元。

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大和集团是日本最大的住宅建筑商,公司从事房屋、商业设施和城市开发业务。公司的分部包括单户住宅业务、租赁房屋业务、公寓业务、家庭业务、商业设施业务等。此外还从事工厂,商场,医疗保健设施建设,以及管理和运营度假酒店,高尔夫球场和健身俱乐部。

公司在2010年以后加大拓展海外市场,比如在美国购入租赁住宅“885 Woodside”,在越南参与开发“隆德(Long Duc)工业园区”等。目前集团子公司数量已拓展至360家,其中海外子公司数量有194家,而2010年集团子公司数量只有74家。10年间业绩实现翻倍,营业收入从2010年的1333亿元增长至2019年的2871亿元。

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积水集团是日本最大最专的同时拥有轻钢、重钢和木结构住宅工厂化生产的综合性集团,该集团在装配式住宅领域内的抗震、节能、健康、舒适性、人性化等方面拥有许多国际领先的技术,并拥有日本顶级的住宅综合研究所进行新技术的研发。

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2.新加坡:组屋建设助PC建筑快速发展

2.1发展历程:组屋制度下装配式建筑迎发展契机

20世纪60年代初期,新加坡刚刚从英殖民统治下脱离成立自治机构,当时整体社会发展落后,民众住房条件比较差。为改善住房条件,70年代开始采用装配式建造方式。到了20世纪80年代早期,将装配式建筑理念引入住宅工程,开始将房屋预制组件用于组屋(类似我国保障性住房)建设。20世纪90年代初,装配式住宅已颇具规模,全国有12家预制企业,年生产总额1.5亿新币,占建筑业总额的5%。目前新加坡开发出15层到30层的单元AA化的装配式住宅,占全国总住宅数量的80%以上。通过平面布局,部件尺寸和安装节点的重复性来实现标准化,以设计为核心实现施工过程的工业化,相互之间配套融合,装配率达到70%。

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2.2. 多因素影响驱动装配式建筑发展

新加坡的组屋制度始于1960年。当时新加坡整个社会发展落后,民众住房条件较差。因此,总理李光耀提出了“居者有其屋”的口号,将解决住房问题作为一项基本国策,并于1960年成立了建屋发展局(HDB)主导组屋建设。不过由于新加坡的本国工人短缺,外籍劳工雇佣价格上涨与供应不足,半熟练和低成本的外劳导致建筑业生产率过低,工程质量也难以保证。同时,劳动力资源的缺口也带来了人力成本的上涨。根据新加坡统计局数据,自2001年以来,新加坡全职工作居民月收入持续攀升,由2001年的2387美元上涨到2019年的4563美元;1980年以来建筑业劳动力成本指数也呈上升趋势,因此我们推断建筑业劳动成本也呈现上升趋势。

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为了以较低的成本为市场快速提供大量的组屋,建屋局于20世纪80年代开始将装配式建筑理念引入住宅工程。在1981~1983年,3家外国承建商标得了HDB的5个重点工程。他们开始向新加坡引进预制技术,在这些工程中,采用预制工法的构件主要有框架梁、墙体、楼板、垃圾槽以及楼梯。根据新加坡国立大学研究学者Mahinur Hossain的一项针对于新加坡盛港地区政府组屋建设的案例研究,装配式住宅节省了现场成本与时间支出,提高了质量控制与一致性水平。与传统方式相对,该项目整体成本下降了20%,其中人力成本下降较为明显,分项来看结构工程、建筑工程、管道工程的人力成本分别下降10%、30%、30%;同时该项目的施工周期缩短了超50%,建筑垃圾减少70%。

同时,2000年开始,新加坡政府决定以法规的方法对所有新的建筑项目实行“建筑物易建性评分”规范。易建性评分设计中主要规定了不同建筑物的易建性的最低计分要求以及送审程序和易建性计分方法。其目的是为了使建筑物相对容易施工,并且能减少工人的数目,提高生产效率。此外,该规范鼓励使用预制浴室、预制厕所(如MIC厕所)等立体构件,这样可以得到加分。分值越高,其易建性越强,建筑质量和劳动生产率也越高。

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另外,新加坡政府投入的组屋制度也使得预制装配技术实现了较高的使用率、增长率。截至2019年3月,新加坡建屋发展局(HDB)总共建设了约100万户的组屋,有81%的新加坡人居住在政府建设的装配式组屋中,基本实现了“居者有其屋”的住房计划。

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2.3. PC建筑广泛普及,推动DfMA(为制造和装配而设计)方法

由于土地资源稀缺、人口密度大等特点,新加坡装配式建筑主要采用预制混凝土(PC)结构的多高层建筑。经历半个世纪的发展,PC建筑已广泛普及,但新加坡并未止步于此。2017年,建设局推出行业转型蓝图,推动DfMA(Design for Manufacturing & Assembly,为制造和装配而设计)方法。计划于2019年将DfMA在新项目中采用率提高至40%,2025年提高至70%。建屋局将带头在组屋中采用DfMA进行建设,在其所有2020年推出的组屋中,将有75%采用DfMA方法。DfMA包含除单体预制构件(Prefab Component)外的装配式装修、管线预装、PPVC等多种技术。

在政府的政策导向和资金配置的有效支持下,制造与装配设计(DfMA)在新加坡呈现稳步增长的状态。截止2018年底,大约有60个DfMA项目正在筹划中,与2013年不到十个的招标形成鲜明对比。2019年DfMA的采用率提高到31%,并提出2020年DfMA达到采用率40%的目标。其中,预制混凝土在新加坡公共住宅建设中的市场份额已从1996年的30%,增加到2001年的60%,2017年达到70%。

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2.4. 代表企业

1)海峡建设(StraitsConstruction)

新加坡领先的建筑商之一,其项目涵盖公共和私营部门,从住宅到商业项目。公司于2014年5月获得建设局的合同,以建造和运营综合建筑和预制中心(ICPH)。这是政府采用高效技术和自动化提升建筑业生产力的关键举措之一。海峡建设公司建造的Greyform工厂于2017年完工,年产能超过6万立方米的预制构件,远远超过传统预制厂可以在同一工厂空间生产的产能。

2)中建南洋

中国建筑工程总公司1992年在新加坡设立的全资子公司。经过二十年的快速稳健发展,目前公司已成为新加坡经营规模最大、综合实力最强的大型建筑承包企业之一。2018年的5月公司中标新加坡淡滨尼政府组屋项目N6C13&14(Tampines N6C13&14),合同额1.77亿新元,约合1.31亿美元。该项目是新加坡首个纯住宅类政府组屋项目,项目全部采用PPVC(预制模块化装配式)建筑技术。

3)东方预筑企业

新加坡最具有市场竞争力的装配式建筑生产企业,在新加坡、马来西亚、芬兰、迪拜等地共有七个工厂,主要生产PC预制构件以及3D整体浴室。Google、微软、三星等企业在新加坡的数据中心、总部基地都有东方预筑的产品身影。同时该公司也与中建南洋合作多年,共同完成中建南洋在新加坡、马来西亚等地承建的大量典型装配式建筑,而新加坡知名建筑设计所更是他们长期的合作伙伴。

3. 香港地区:公屋建设带动PC建筑发展

3.1. 发展历程:公共住房率先发力,带动私人住房发展

香港地区装配式建筑开始于80年代中期,为了改善旧式的公共房屋环境质量,以及满足人口增长对房屋的需求,香港地区加快兴建大量住宅建筑。香港地区房屋委员会在设计及兴建公共房屋时首先开始应用预制件混凝土外墙。此后,预制装配式混凝土技术便大量应用于公共工程建设、公屋建设(保障性住房)与私人高层住宅建设。

据2016年人口普查,香港地区有45%人口居住在公共住房(包括租住公屋及政府补贴销售的公共住房),53%居住在私人永久性住房,而剩下2%居住在临时及非住宅用住房。

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3.2. 政策优惠、劳动力成本上升等推动PC建筑发展

不同于美国、日本以及欧洲大部分国家的土地私有制,香港地区实行土地公有制。面对稀缺的土地资源与庞大的人口压力,政府垄断土地供给有利于土地的统一规划与集约利用。同新加坡类似,在开展住宅建设的过程中,香港地区采用了高层装配式混凝土(PC)的结构形式。

虽然从80年代中后期起,政府投资的公共房屋使用预制混凝土外墙已有近10个年头,但私人开发商开发的项目仍然不愿意采用PC技术,主要原因是发展初期装配式建筑建造成本高于传统现浇。

为了推动整个装配式建筑的发展,除了在政府项目中强制性采用装配式技术,更重要的是调动整个建筑开发商的积极性。基于此,香港地区政府出台的相关激励政策,包括建筑面积豁免、容积率奖励等都发挥了重要作用。此外,随着香港地区劳动工人减少、劳动力成本的不断增加,将大量的现场施工作业工序转移到预制构件工厂制作,可以明显降低建筑成本。加之装配式建筑能节省工期,间接提高了开发商的资金周转效率。

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早期香港地区的PC建筑应用于政府主导的公屋房,随着政策推动、劳动力成本上升等因素影响,开发商开始将PC结构应用于私有住房领域。从预制构件使用情况来看,2000年以后PC建筑使用的预制构件(预制外墙、预制楼梯、预制楼板等)开始增加,PC预制率有了显著提升。我们认为,其主要原因是提高预制率可以节省工期,提高开发商资金周转效率,而增加预制构件带来的成本增量与香港地区的地价相比影响很小。

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此外,装配式建筑方法在香港地区被称之为MIC(组装合成建筑法),如预制厕所、预制外墙等都是立体构件,将预制组件在工厂完成饰面、装置及组装后,将独立组装合成产品运至工地通过装嵌成为建筑物,与大陆地区的装配式平面构件相比,其装配率更高,产品复杂程度更高,带来的附加值也更多。

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3.3. 代表企业

由于香港地区大部分施工场地没有足够的空间浇筑及存放预制构件,在缺少足够的浇筑预制构件的工场情况下,限制了装配式建筑的发展。随后预制构件厂陆续在内地设厂,以上问题均得以解决。

代表性的企业有深圳海龙。深圳海龙是中国建筑国际集团有限公司旗下公司,于1993年经深圳市人民政府批准注册成立,公司于1997年获得深圳市建设局颁发的混凝土预制构件专业最高级资质证书,并通过香港地区品质保证局ISO9000质量体系认证,被香港地区房屋署、屋宇署、渠务署、路政署等多个部门认定为香港地区工业化建筑产品的合格供应商,并于2012年被评为“深圳市住宅产业化示范基地”,2013年被授予“国家住宅产业化基地”和“国家高新技术企业”。

公司目前有6家生产基地,广东省有深圳基地和珠海基地,深圳工厂主要供应香港地区,珠海基地供应香港和澳门地区需求。深圳工厂目前有5条生产线,主要生产异形构件,按混凝土搅拌站产能衡量深圳工厂年设计产能为10万方,按构件产出设计产能为8万方,用于供给香港地区PC市场。一般在5-6月份旺季时,工厂面积使用率超过了90%,基本达到满产的状态。珠海工厂目前9条生产线,可以生产所有外墙、楼板、楼梯以及钢MIC和砼MIC,按混凝土产能计算,年设计产能在20万立方。

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4. 美国:市场化、社会化机制推动装配式建筑发展

4.1. 发展历程:起源于汽车房屋,带动装配式市场化发展

美国装配式建筑产业化和标准化起始于20世纪30年代的汽车房屋,当时主要用来野营,其特点是既能独成一个单元,也能互相连接起来。随着二战期间野营的人减少,这种房车也就作为一个分支业务而存在。在20世纪60年代,专业工人的缺失进一步促进了建筑构件的机械化生产,这也直接促进了美国集成装配建筑进入一个新阶段,其特点就是现浇集成体系和全装配体系。

新体系易生产、精度高、节点多样化的特点使得行业迫切需要统一标准与规范,并在20世纪70年代形成了以《国家产业化住宅建造及安全法案》、《制造装配住宅建造和安全标准》等基础的行业法规系统。

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4.2. 早期以中低收入人群为主,木结构为装配式主流

美国装配式建筑最先发展于在汽车房屋,当时主要用来野营。随后美国联邦政府将装配式活动住宅与汽车房屋作为解决房屋市场混乱和低收入居民住房问题的主要政策目标。因此,在低收入人群、无福利的购房者中,装配式住宅是住房的主要来源之一。政府对该住宅群的分布也有限制,多见于乡村或者郊区,无法进入主流市场。整体来看,在美国低收入人群的购房者中,23%来自于装配式住宅;在各地城市郊区的低收入家庭中,购买装配式住宅比例为35%;在农村地区,购买装配式住宅比例为63%。

从市场分布来看,美国装配式住宅在南方占比55%、西部19%、中西部18%、东北部9%;在全国沿海、半岛与岛屿地区占比高达75%,南部沿海地区占比超过80%。主要原因是这些地区的低收入家庭、移民和退休人员比例大。

从购买者年龄分布来看,呈现向两端分布的态势。年轻的人群比传统现浇住宅购买者更年轻,年长的则更年长。一般而言,这两类人相对于中间年龄段的人群,其经济状况也要差一些。

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为了摆脱装配式住宅低等、廉价的形象,美国住宅和城市发展部(HUD)与全国装配建筑界做出以下改变:1)在质量和美观上下功夫,使之符合房地产的普通标准,逐渐摆脱传统的火柴盒式的外观,与传统建造的住宅外观及特点非常相似;2)调整结构和品种,大力发展中高端装配住宅产品。至此,美国的低端装配式住宅从1998年的37.3万套,下降至2016年的1.5万套,而中高端装配住宅产量则由1998年的8000套增加到2016年的85万套;3)满足消费者多样化需求。中高端装配住宅一般为单层建筑,其面积、式样、外观和内部布局各不相同,消费者可以根据自己的爱好对设计进行修改。目前美国产业化建造的装配住宅,其用户对住宅的满意程度已经超过普通建设的住宅,2016年满意度超过了80%。

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从过去近30年历史来看,90年代美国预制房屋发货量稳定在30万套以上,装配式占比在40-50%,1998年预制房屋发货量达到37.31万套,达到近30年最高值。随后美国开始调结构,减少低端装配式房屋占比,此后预制房屋发货量和占比均呈下滑趋势,到2019年美国预制房屋发货量9.46万套,装配式占比为13.9%,主因前期低端装配式住宅总量较多所致。

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美国的装配式建筑中,大城市住宅的结构类型以混凝土装配式和钢结构装配式住宅为主,在小城镇多以轻钢结构、木结构住宅体系为主。其中,木结构占比达到80%以上。以1997年为例,美国新建住宅147.6万套,其中工业化住宅113万套,均为低层住宅,木结构达到99万套,占比87.6%,其余为钢结构住宅。

木结构是出现时间最早,技术也最成熟的一种,木材主要优点在于可再生和低能耗,且木材资源丰富,但是由于自身强度不够高,多见于乡村地区房屋建造。钢结构有着更快的建造速度,作为一种主流新技术,在美国建造市场上所占的比重越来越大,其结构体系主要有型钢、轻钢结构、钢-钢混凝土结构等。目前PC结构在美国装配式住宅领域领域较少,其主要用于大城市的公共建筑如办公楼、医院、机场等。

4.3. 代表企业

在部品构件生产企业方面,美国现有装配式建筑部品与构件产业化企业3000-4000家,所提供的通用梁、柱、板、桩等预制构件共八大类五十余种产品。在生产品种方面,该产业为了扩大销路,立足于品种的多样化,现有不同规格尺寸的统一标准模块3000多种,在建造建筑物时可不需砖或填充其它材料。

1)Clark Pacific

Clark Pacific是美国领先的预制构件生产商和装配式建筑服务商,创立于1963年,至今有50多年的发展历史,其承接项目均在加州地区。公司共有四个预制构件工厂,主要生产预制混合矩框架、垂直后张应力剪力墙、预先浇上木板、空心板、克拉克通道板等。四个工厂分别位于加州West Sacramento(总部所在地)、Woodland、Adelanto、">与传统预制构件厂不同的是,公司不仅仅生产构件,而是从设计-制造-施工全过程参与项目的单点责任源,业主或总包只需与其签约合同,减少了分包商和供应商的合同数量,更加便于管理。通过多专业协同设计,先进的制造工艺和高效的施工交付,公司的装配式建筑理念帮助业主降低了项目的成本,增加了进度计划的确定性,提供了更好的供应链控制,以上优势在很大程度上降低了项目的整体风险。

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2)Coreslab Structures

Coreslab Structures成立于1975年,是美国和加拿大预制混凝土制品的主要生产商,在北美拥有17个预制构件厂,分布地点贯穿整个美国,形成了一条完整的产业链,其产品广泛应用于停车场、学校、商场、体育馆、工业厂房、住宅等工程项目。公司生产的预制构件有横梁、承重墙板、绝缘墙板、空心板、阳台和自定义固体构件等。

公司是预制混凝土的领先制造商,坚持在建筑中用通过其固有的热效率和循环利用的材料(如可翻修预制混凝土板),减少浪费等从而实现可持续发展的企业目标。它的各项指标在Green Globe评分系统中排名前35%,也获得了美国能源之星的认证。

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5. 德国:从不同类型装配式建筑体系到通用体系

5.1. 发展历程:起始于大板建筑,广泛应用于轻型小住宅

德国的装配式建筑,走过了从大板建筑到模块化建筑再到轻型小住宅的一条道路。1)大板建筑,1926-1930年间起始于德国,以钢筋混凝土为主材料,集中预制混凝土构件并进行现场安装。由于尺寸和自重较大,目前已经很少采用该模式;2)模块化建筑,将卧室、客厅、厨房等按照设计需求并结合相关模数尺寸订制为一系列功能性模块,集中运到工地现场,通过预埋件的拼插焊接拼接成一栋建筑;3)轻型小住宅,目前,德国小住宅领域(独栋和双拼)是采用预制装配式建造形式最多的领域。这类轻型小住宅,多以钢结构、木结构作为主体结构。

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5.2. 战后城市重建驱动装配式发展,木结构为装配式主流

二战之后,德国很多城市在废墟上重建,工期紧张,同时也存在成本控制的问题,装配式大板建筑正是在这样的背景下发展起来的。随着欧洲国家迈入工业化和加快城市化进程阶段,农村人口大量流向城市,就需要在较短时间内建造大量住宅办公和厂房等建筑,通用建造体系应运而生。

在1972-1990年大规模住宅建设期间,东德地区新建、改造共计300万套住宅,其中180-190万套用混凝土大板建造,占比达60%以上;东柏林地区1963-1990年间共新建住宅27.3万套,其中大板住宅达到了93%。

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由于预制混凝土大板技术造价高,建筑缺少个性,难以满足今天的社会审美要求,1990年以后很少再使用。目前,德国的公共建筑、商业建筑、集合住宅项目大都因地制宜、根据项目特点,选择现浇与预制构件混合建造体系或钢混结构体系建设实施。装配式建筑是指建造中采用了大型预制构件的建筑,对装配率没有硬性规定。根据德国联邦统计局数据,1999-2014年,德国新建居住建筑中装配式占比在9.5%-11%;非居住建筑中装配式占比在42.7%-52.7%。

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目前,木结构在德国装配式建筑市场上是主流,钢结构则是相对应用较少的领域。主要是因为高层、超高层钢结构建筑在德国建造量有限,大规模批量生产的技术体系几乎没有应用市场。同时高层建筑多为商业或企业总部类建筑,业主对个性化和审美要求高,不接受同质化的装配式建筑。德国主要以低层住宅为主,木材资源较为丰富,且木结构标准体系发展最为完善,应用也最为广泛。

根据德国联邦统计局数据,2017年新建居住建筑中装配式占比11.91%,非居住建筑的装配式占比为50%。装配式建筑中木结构占比高达77.08%,钢筋混凝土结构占比16.52%,钢结构占比0.2%。

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5.3. 代表企业

根据德国国家统计局统计数据,2015年1-11月间,德国建筑企业共2817家,从业人数14.53万人,营业收入约257.7亿欧元。其中装配式建筑企业74家,从业人数7078人,营业收入13.84亿欧元,占总建筑业比例约5.37%。

其中,Bien-Zenker是德国著名的预制房屋建造商,以木结构为主,成立至今已有110多年的发展历史。1962年,公司开始预制房屋建设,目前生产和销售的预制房屋占总收入90%以上。其预制房屋产品类型丰富多样,涉及独立式、平层、多层、城市别墅等。2013年,Bien-Zenker集团的销售额为1.333亿欧元,净利润为510万欧元。2015年,公司在大型FOCUS MONEY预制房屋供应商测试中名列前茅,并被授予"最公平预制房屋供应商"奖项。

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6. 经验总结

分析总结海外装配式建筑的实践和发展规律,我国可多方面加以借鉴:

1)从发展进程来看,发达经济体的装配式建筑大致经历了三个阶段:

起步阶段:一般都是在某一细分领域试行装配式,如日本、新加坡、香港地区起初都是政府主导在保障房领域试行,美国起源于汽车房屋,德国早期先采用大板建筑。结合我国国情以及现状,也是在政府推动下先在保障房领域适用。

发展阶段:随着技术和体系的不断完善,装配式建筑也从适用阶段迈向推广阶段。目前我国处于装配式建筑的快速发展阶段。根据住建部统计数据,2019年新开工装配式建筑面积开达到4.2亿平米,近4年复合增长率达到55%。2020年08月28日,住建部等部门联合发布《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》,明确提出大力发展钢结构建筑,并推广装配式混凝土建筑。可见我国PC结构已发展较为成熟,进入到推广阶段。我们认为伴随国家政策的不断加码以及产业链的迅速崛起,在我国庞大的建筑市场下,装配式建筑有望继续加速发展。

成熟阶段:经过半个多世纪的发展,发达经济体的建筑工业化已经步入成熟期,有完善的“工厂生产,现场装配”的建造体系,注重产品质量和性价比的同时,进一步降低物耗和环境负荷,发展资源循环型绿色住宅。

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2)从发展动力来看,装配式建筑发展的深层次原因均是由于劳动力紧缺、人工成本上升等因素导致的,如新加坡自1980年以来建筑业劳动力成本逐渐上升,全职工作居民月收入在近20年接近翻倍,香港地区2019年建筑业工人月收入接近3万元人民币,是我国的6倍多。通过工厂化的生产,人力成本可以显著降低,如新加坡预制混凝土结构采用PPVC(模块化建筑)在人力成本上可节约40-70%。我国也同样适用,以长春市为例,构件厂用300人可以生产出10万预制件,同样的量若是传统混凝土现浇结构则需要3000人。

3)从发展机制来看,主要分为政府推动和市场化发展。其中,日本每五年都颁布住宅建设五年计划,都有明确的政策和措施;新加坡组屋中强制推行装配式混凝土建筑;香港地区政府出台装配式激励政策(建筑面积豁免、容积率奖励等)。美国、德国则以市场化发展、社会化发展为主,不过美国为了摆脱装配式住宅低等、廉价的形象,也通过相关部分采取一系列努力措施。考虑到我国装配式成本、技术、社会认知度等因素,主要采用的是政府推动机制,通过政策鼓励、财税支持、技术保障等手段推进装配式建筑的发展与成熟。从日本、新加坡、香港地区的发展速度来看,我们认为通过政府推动装配式建筑发展的进程将明显快于市场化、社会化发展。

4)从结构体系看,发达经济体依据各自国情地区等特点,出现差异化发展。日本、美国、德国实行土地私有制且大部分地区人口密度较低,且成本相比钢结构、木结构更低,因此在建筑结构上更多地选择低层建筑,多采用质量较轻、工期较短且建造更为方便的轻钢结构住宅和木结构住宅。新加坡、香港地区实行土地公有制,且人口密度大,因此采用的是多高层PC建筑。

我国现阶段装配式建筑的应用场景主要在经济发达的城市,人口密度大,与新加坡和香港地区类似,因此PC结构建筑占据主导地位;钢结构在超高层建筑以及部分试点的保障住房领域正在拓展。考虑到钢结构建造速度快、节能环保等特点,我们认为未来在人口密度较低的地区低层钢结构住宅有较大的发展空间。木结构在我国应用很少,主要受大众接受度低、建造成本高等影响,预计未来应用比例将保持低位。

2019年我国新建装配式建筑中PC结构占比65%,钢结构占比30%。其中,考虑到成本、居住舒适度等因素,民用住宅多采用PC结构。随着装配式建筑在我国的快速发展,我们认为未来有机会渗透到三四线城市以及乡村等欠发达地区,此时钢结构或将出现一定比例的增长。

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5)从装配式建筑占比来看,日本、美国、德国的整体装配式占比并不高,在12-14%。而我国在《“十三五”装配式建筑行动方案》中提出,到2025年新建装配式建筑占比应不小于30%,与海外发达国家的指标相差较多。其实,海外国家的装配式占比不等于渗透率,比如日本要求全套住宅建造过程中的2/3或以上在工厂完成才能统计为装配式建筑,定义非常严格。而日本85%以上的高层集合住宅,都不同程度地使用了预制构件,但由于预制化程度达不到装配式住宅的认定要求,因此并不纳入统计口径。

我国《装配式建筑评价标准》中规定装配式建筑的装配率应不低于50%,与日本的预制率2/3的指标相差较大。另外,我国在较发达的城市对装配式指标要求更为严格一些,像上海要求预制率达到40%以上。并且装配率或预制率与成本增量呈正相关关系。我们认为,目前各地区应因地制宜地确定装配式率和预制率指标要求,这样有利于装配式建筑的大面积推广。在一二线城市,较高的房价可以消化因装配式建造方式带来的成本增量,但对于三四线城市,装配式成本增量压缩了开发商的利润,开发商的接受度较低,前期可采取相对灵活的考核办法。

6)整体来看,经过半个多世纪的发展,海外发达经济体已在各自的装配式领域发展成熟。目前我国处于第二阶段的发展期,由于政府的大力推动,以及海外成熟的经验参考,近年来装配式建筑实现了高速发展。目前我国主要装配式建筑主要在保障性住房领域试行,在技术体系成熟后,再行推广应用,从而带动商品房的发展。从《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》中可以看出,该意见明确提出推广装配式混凝土建筑。我们认为这预示着我国PC技术已发展较为成熟,可以进入到大规模推广阶段。预计未来PC结构占比将会进一步提升,并有望增加在商品房中的应用。

7. 风险提示

1、政策落地不及预期。目前我国装配式建造成本仍高于传统现浇,为了提高开发商采用装配式建筑的积极性,政府通过一系列优惠政策来支持其发展推广,如果后续政府配套政策落地不及预期,短期可能会阻碍装配式建筑的推广。

2、装配式建筑成本下降幅度低于预期。目前装配式建造成本高于传统现浇,未来随着规模效应、技术进步等影响,装配式成本预计将呈现下降态势。如果后续上游原材料价格超预期上涨,将会拖累装配式成本的下降。

3、消费者对于装配式建筑认可度不及预期。目前我国装配式住宅主要应用在保障性住房领域,商品房领域占比不高,居民对装配式建筑技术认识程度有待提升。若因工程施工管理不当使得装配式建筑出现渗漏等质量问题,将导致居民不愿购买装配式住宅,对其推广产生不利影响。

(本文编辑:孙健一)

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