三、美国装配建筑产业化发展特点与优势
美国的装配式建筑和其他发达国家有很大区别，那么，其定义、理念、特点与优势是什么？
1.美国装配建筑的产业化定义
装配式建筑就是工厂化预制部品构件、在现场精准装配而成的住宅与建筑。关于装配建筑产业，美国国家制造者联盟（NAHB）的定义如下：
（1）生产的连续性，是指装配建筑部品与构件的工厂预制生产线的实现；
（2）生产物的标准统一，是指装配建筑标准设计以及生产装配建筑部品与构件统一标准的实现；
（3）技术与工艺，装配建筑的全部生产过程各阶段的工艺的集约与技术的集成；
（4）施工组织与工程管理，从工厂预制到现场施工的全过程具有高度组织化并实行科学管理；
（5）替代手工与体力劳动的全程机械力量，是在装配建筑材料的准备、制造、组装与设置的全部工程中发展起来的机械力量；
（6）与装配生产活动构成一体的有组织的研究和实验。
关于美国发展中的装配建筑产业，美国国家制造者联盟（NAHB）主席达纳·博诺姆有如下定义：所谓“装配建筑产业”，就是美国建筑界通过现代经营理念和工作周密安排的准备为保证的，来寻找到合适的技术进步的建筑施工的最佳条件。当然在产业化的发展中，包括全程使用机械力量、现场科学管理以及更为先进的装配程序、全程调查、装配实施、产品出厂、调研开发等是必不可少的；同时，不论设计人员、技术人员、企业家或业主，对于任何有关人员都要合理地把必要的装配功能组织起来。美国在这方面无疑代表了目前世界的最先进的水平。
2.装配建筑产业化生产的结构范式
装配建筑结构范式主要包含了适用于产业化生产的结构体系，目的是实现预制构件的工厂批量生产以及施工现场装配式组装，特点是高效、快速以及节能。因此，其核心技术及构造方式是关乎装配住宅产业化体系是否成熟的关键及核心。美国装配建筑产业化生产的结构范式不断与时代科技相融合发展，其结构范式主要采用以下几种：
（1）木构范式：木材与混凝土相较，主要优点在于可再生和低能耗。19世纪30年代的芝加哥，出现了集成装配背景下Balloon预制木构架。有人认为没有Balloon木构架，芝加哥和旧金山就难以发展为今天的大都市。由于适应了当时社会需要条件，不断发展的技术革命与更有效的建造方法将使木构架在当今美国装配式建筑中有着更广泛的应用，并已形成了技术成熟的结构体系。
（2）PC结构范式：最早提出PC结构装配建筑产业化行为的是以美国为代表的欧美国家，多年来美国建筑界致力于发展标准化的功能块、设计上统一模数，这样易于统一又富于变化，方便了装配建筑的生产和施工，目前美国产业化装配住宅的PC结构范式的体系主要有：
①嵌板式结构：在工厂生产房屋的各个板面和房顶，然后在建房地组装。此类建筑比模块式建筑需要更多的工地劳动。
②预切割结构。预切割组装住宅是另一种类型的工厂制造装配住宅，根据设计规格，在工厂里把建筑材料切割成恰当的尺寸后运送到工地组装。预切割组装住宅包括成套装配住宅、圆屋顶装配住宅等。此类装配需要的工地劳动最多。
③剪力墙结构：该结构主要受力构件剪力墙、梁、板部分或全部由预制混凝土构件（预制墙板、叠合梁、叠合板）组成的装配式混凝土结构。特点是产业化程度高，预制比例可达70％，适用于中、高层建筑。
④框架-剪力墙结构：该结构是在框架结构中，设置部分剪力墙，使框架和剪力墙两者结合起来，取长补短，共同抵抗水平荷载。特点是产业化程度高，施工难度高，成本较高，室内柱外露，内部空间自由度较好，适用于高层、超高层建筑。
（3）钢结构范式：钢结构装配式建筑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。其结构范式的体系主要有：
①型钢、轻钢结构：该结构是以部分型钢与镀锌轻钢作为房屋的支承和围护，是在木结构的基础上的新发展，它具有极强健坚实性、防风、防震性以及更好的防虫性、防潮性、防火性、防腐性，随心所欲的可塑性，并具有很强健绿色环保概念。
②钢-钢混凝土结构：主要有柱钢-钢筋混凝土体系；预制钢管混凝土体系等。该结构主要用低合金型钢在工厂预制，运到施工现场组装。按美国通用的钢结构规范设计，最大能承受193KM/H的风速、7320N/平方米的雪荷载以及规范要求达到的地震荷载，吊车荷载可达50吨，无内柱跨度为24~91M，有内柱时，柱网可达61M/24M，适用于高层、超高层建筑。
（4）模数集成结构范式：该结构范式是指利用模数协调新技术集成装配整个建筑或者建筑群，在基地现场进行组装，它们所特有的系统赐予其足够的结构强度。在建造过程中，集成材料被直接运送到场地、组装到位、接上水电管网系统，相互搭接后加以密封，将现场的步骤简单化。这意味着尽可能使用集成装配式模式高精度的建筑材料和配件，最大程度的保证质量和精度。由美国皮博迪信托公司首创完成的默里的格罗夫项目非常具有代表性，此项目包含一栋五层楼30套公寓。
3.美国装配建筑产业链的发展模式
美国装配建筑界的产业链模式，主要是基于各个地区客观存在的区域差异，着眼发挥区域比较优势，借助区域科技优势与市场协调全美国各地区间专业化分工和多维性需求的矛盾，以产业合作作为实现装配建筑产业化形式和内容的区域合作载体。
第一个环节：研发方面
该环节主体是州专科大学与应用技术大学、专业研究机构、学会与协会研究组织、企业与公司研发部门和实验室。
美国在装配式建筑领域的技术和产品研发方面一直是走在前沿的先进国家。美国有很多大学和应用技术大学都与相关产品和技术研发需求的企业或者企业的研发部门保持着紧密合作的关系，企业根据自身产品和技术革新所需的要求，向大学提出联合或者委托研究，大学在理论和验证性实验方面具备完整的科研体系，能科学地完成相关科研设定目标。而其他专业独立于大学之外的商企研究机构，则在技术与产品革新等方面有着深厚的实用性研究积累，大大促进了装配建筑产业新技术新产品的发展。
目前美国装配建筑产业技术研发动向有：美国德克萨斯州立技术大学的装配式门窗构件性能试验；美国密歇根州立大学研究的住宅装配建筑物能效设计和建筑技术；美国弗吉尼亚技术学校研发的板式装配设计系统；美国采暖制冷与空调工程师学会（有限）公司研发的低层装配住宅建筑物墙骨架因素的特性描述；美国土木工程研究基金（CERF）研究的绿色装配建筑技术；美国全国建造商协会研究中心（NAHBRC）（有限）公司的全国绿色装配建筑项目的开发；美国德克萨斯州立技术大学和风科学和工程研究中心研发的未来模块化装配住宅试验；美国佛罗里达大学与西门伯格中心合作开发的可选择的装配建筑系统技术；美国维吉尼亚技术学校住宅研究中心研发的住宅建造现场阶段I、阶段II和阶段III装配产业化。
第二个环节：生产建造方面
在装配式住宅与建筑的生产建造方面，美国的企业大多数是以往主要生产休闲的交通设备，后来拓展业务开始生产装配建筑的部品构件。此类企业的特点有：①由于运输成本的关系，这类企业的地区化特点比较明显；②市场份额向大型的专业化的跨区域经营的装配建筑公司集中；③大型企业在每个区域设立生产点。在产业化发展中，美国装配式住宅与建筑的生产建造企业还有以下特点：
（1）部品构件生产企业：全美国现有装配建筑部品与构件产业化企业3 ~4千家，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，其中应用最广的是单T 板、双T 板、空心板和槽形板。这些构件的特点是结构性能好、用途多，有很大通用性，也易于机械化生产。美国模块工程制造业从设计到制作已成为独立的制造行业，并已走上体系化道路。在生产品种方面，该产业为了竞争、扩大销路，立足于品种的多样化；全美国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。
（2）现场建造与施工企业：在产业化现场施工方面，美国装配建筑分包商的专业化程度很高。据《美国统计摘要》资料，2016年统计的全美国装配建筑总承包商为9.76万家，大型工程承包商0.49万家，而专业承包商则为3.20万家。这些装配建筑承包商的专业分工很细：混凝土工程0.84万家，钢结构安装0.40万家，装配工程1.33万家，建筑设备安装0.13万家，楼面铺设和其它楼板安装0.52万家，屋面、护墙、金属板工程1.38万家，其它装配建筑承包商1.47万家；为在装配建筑业实现高效灵活的“总/分包体制”提供了保证。
（3）生产与建造企业分类：美国装配式住宅与建筑的生产建造主要由5类企业完成：
①大板住宅生产商：用工厂生产的预制构配件，包括墙板、屋架和楼板体系等建造的房屋，为大板住宅，分通用和专用墙板体系两种。建房者可购买整套预制构配件，并按当地建筑法规建造安装。大板住宅制造商占美国住房生产商最大的份额并且具有相当典型性。2016年，全美国2100家大板住宅制造商建造了近98.2万套装配式住宅与建筑。其中包括以下3种不同的类型：一是传统大板住宅生产商：通常通过建筑经销商来销售他们的产品；二是木结构住宅建造商：他们直接将产品出售给住户或者通过经销商来出售产品；三是其他结构体系住宅生产商：他们生产轻钢、轻混凝土、加气板材等产品。
②住宅组装营造商：这些公司通常在大都市中心的郊区建造独户住宅和公寓式住宅楼。美国4900多个大的建筑生产商中95％以上优先采用屋顶预制构架，同时使用其他工厂制造的零部件，例如预制地板构架和墙板等。美国住宅预制构件的迅速增长，一是因为劳动力成本高和现场建设花费大，二是因为一些较大的建筑生产商通常有自己的部件生产工厂。住宅组装营造商直接将他们的房屋出售给住户，不通过经销商等中间环节。2016年，住宅组装营造商营造了大约128.4万套装配式新旧房屋。
③住宅部件生产商：即独立生产住宅构件、住宅配件的工厂，美国约有3500个住宅部件生产商。他们将住宅部件、配件出售给住宅组装营造商。住宅部件生产商通常按照一定的流水线来生产屋顶构架、地板构架、墙板或者门窗等构配件，同时也生产楼梯、汽车库等其他住宅组成部分。
④特殊单元生产商：即生产安装住宅中各种类型特殊功能单元的生产商。美国约有570家特殊单元生产商，每年平均建造1400个特殊装配式单元，他们既可通过经销商也可采用直销的方式来销售产品。特殊单元不仅用于装配式住宅，还可用于技术要求更高的装配式公共建筑，如学校、办公、银行、医院等。
⑤多类型装配式住宅分包商：即活动住宅／模块住宅／大板住宅的分包商，这类分包商与多个生产商交易，主要承揽基地准备、基础设施配套、监理住宅施工。
（4）生产运营与建造流程：以上各类型企业或独立运营或相互配合，具有一套完善的装配住宅与建筑生产流程，其流程包括以下阶段：①合同洽谈及工程设计；②工厂生产及加工装配；③基础设施及避雷处理；④结构施工及屋面安装；⑤内外装饰及设备安装；⑥完工交接。
美国装配建筑界的整个生产建造周期在产业化程度方面十分成熟，不仅缩短了住宅生产周期，也使得装配式住宅与建筑的性能得以保证。
第三个环节：运输方面
美国各地装配建筑用料与材料的现场运输一般都外包，而且全部由专业公司承担。但是运输的过程受到高速公路相关条例的严格限制：对运输的时间、日期、每天运送的次数、运载房屋的大小、重量都有严格的限制。
另一方面，承担运输的公司同时兼营挖掘、搬运、清理现场垃圾等业务。在旧建筑拆除方面，有几百家小公司专门从事控制爆破拆除技术，同时兼营场地平整、托运等项目。
第四个环节：零售方面
在美国各地的市场上，关于装配式住宅与建筑的部品与构件样式齐全，而且轻质板材、装修制品以及设备组合构件、花色品种繁多，可供用户任意选择。用户可通过产品目录，买到所需的产品。这些装配式构件结构性能好，有很大通用性，也易于机械化生产。美国发展装配住宅与建筑材料的特点是基本上消除了现场湿作业，同时具有较为配套的施工机具。特别是厨房、卫生间、空调和电器等设备近年来逐渐趋向组件比，以提高工效、降低造价，便于非技术工人安装。
美国在产业化发展装配建筑产品的零售方面，其特点还有：①符合标准产品一般通过专业零售渠道进入市场；②消费者可以选购或个性化定制；③直销模式逐渐显露；④工厂生产商的产品有15％~25％的销售是直接针对建筑商；⑤大建筑商并购生产商或建立伙伴关系大量购买住宅组件，通过扩大规模，降低成本；⑥多类型装配式住宅分包商，与多个生产商进行活动住宅、模块住宅、大板住宅等交易的销售业务。
第五个环节：金融服务方面
美国是一个典型的以财团投资为主的商业经营型的产业金融服务市场，产业信贷成为产业发展机制和财团投资的中心，完善和发达的产业信贷系统，有力地支持了美国许多大中小装配建筑与建材企业拥有自己的发展。目前，美国产业金融服务市场已发展成为市场体系相对独立和完善的、政府调节的、多种信用交织成网络的、世界上规模最大的产业金融服务市场。但在装配建筑产业方面，金融服务的特点有：与其他房地产建筑的“不动产”贷款不同，对于装配建筑与建材企业的贷款方式更类似于汽车贷款的“动产贷款”；此类贷款一般利率较高而且条件苛刻。另一方面，零售商有时扮演借贷经纪人从中牟利，使消费者不能充分享受装配式住宅的低成本生产的优势。
第六个环节：安装方面
在美国，安装被认定是装配式住宅与建筑的最后一道工序。2000年，美国国会颁布的《装配式住宅改进法案》，就装配式住宅使用过程中的多项责任给安装企业及其主管部门界定了相关的法律依据。另一方面，美国的安装机械设备租赁业较发达。据《美国统计摘要》显示，在装配式住宅与建筑界，美国现有10多家年租金额达20亿美元的安装设备租赁公司。装配建筑机械租赁业的发展提高了机械的利用率，避免了企业资金积压，也推动了装配建筑界的产业化发展。
王志成/译 中国建筑金属结构杂志