裝配式木結構建築指的是木結構構件、部品部件在工廠預製，現場裝配而成的木結構建築。其最主要的特點是：大量現場施工轉移到工廠生產；設計、生產全流程採用計算機輔助技術；構件、部品部件及房屋的質量控制由工地遷移至工廠；能規模化生產，並能滿足嚴格的質量認證管理的要求。工廠的生產效率遠高於手工作業，同時不受惡劣天氣等自然環境的影響，工期更為可控，施工裝配機械化程度高，提高勞動生產效率。
裝配式木結構在北美地區廣泛應用於低層住宅建築、公共建築等，既適用於新建建築，也適用於既有建築改造。根據加拿大工廠預製房屋協會的不完全統計，2015年裝配式木結構建築的產值超過16億加元，裝配式木結構房屋佔新建獨戶式木結構住宅的15.6%。預製房屋工廠提供了25500個工作崗位。在瑞典，約有95%的新建低層住宅採用裝配式板式組件，而採用空間模塊組件的僅佔5%；在芬蘭，60%的住宅採用裝配式木結構。
相關技術標準
2017年6月實施的《裝配式木結構建築技術標準》中指出：現代木結構建築的建造過程都是使用工廠按一定規格加工製作的木材、木構件或組件，通過在施工現場安裝而構成完整的木結構建築。因此，現代木結構建築都可列入裝配式木結構的定義範圍。
2018年2月實施的《裝配式建築評價標準》中指出：裝配式木結構建築主體結構豎向構件評價項得分可為30分（總分50分，最低20分），當樓（屋蓋）蓋構件中預製木部品部件的應用比例大於80%時，可得20分，當採用木骨架組合牆體作為圍護牆和內隔牆時，也可以獲得相應的分值（表1）。
裝配式木結構的組件
預製樑柱式構件與木桁架
預製樑柱構件（圖1）與木桁架是裝配式木結構建築中最靈活的組件，儘管它需要在現場進行二次加工。在歐洲和日本，樑柱構件在各種結構體系中得到廣泛使用，而在北美，木桁架則更受歡迎。目前，國內的預製構件以方木、原木和膠合木樑柱為主，一般應用於方木原木結構和膠合木結構中。
預製板式組件（牆體，樓蓋、屋蓋）
板式預製是通過結構分解，將整棟建築的牆體（圖2）、樓面和屋面分解成不同功能的平面板塊，也就是分解成預製板式組件，並在工廠預製完成後運輸到現場吊裝組合而成。預製板式組件的尺寸大小是根據整棟建築的平面、立面尺寸和標準化設計要求而定。常用的預製二維板式組件的結構形式有：釘接膠合木(NLT), 正交膠合木(CLT)，輕型木結構牆體，輕型木擱柵樓（屋）蓋。
預製空間模塊式組件
空間模塊式組件（圖3）一般都是三維單元，其中包括牆、樓蓋和屋蓋。它是預製程度最高的組件，包括防水保溫、外飾內裝和水電穿管。加拿大的模塊化組件供應商能提供85%完成度的模塊化組件，並能保證其運輸半徑達到800km。
圖1 預製樑柱式構件
圖2 預製板式組件
圖3 預製空間模塊式組件
組件生產加工
近幾年在加拿大，預製組件得到了廣泛應用。許多製造商投資更新了生產設備，以此來順應裝配式建築的潮流。在歐洲，特別是德國瑞典，裝配式木結構技術非常先進，例如瑞典的Randek Bau Techd和德國的Hundegger與Weinmann的全自動生產線（圖4），正在世界範圍內應用。
圖4 全自動預製牆體生產線
預製工廠中最常用的板式組件的生產效率最高，這些組件一般都是工廠預製生產，在現場組裝。這就需要特定BIM和CAD/CAM工具來保證牆體、樓蓋和屋蓋的精確性。目前有許多CAD軟件，可以根據建造地相應的地方規範，來進行牆體拆分。同時深化團隊也會對原有建築結構設計，進行一定程度的優化。所有組件的幾何、材料等信息都會輸入相應的BIM模型中，進行模擬拼裝、碰撞分析等，從而能避免設計中無法發現的問題。預製木結構建築的設計深化流程為：繪製施工圖→建立BIM模型→組件拆分→模擬預拼裝，並優化組件→生成加工圖紙→BIM信息導入CNC設備(圖5)→組件加工生產。
圖5 BIM深化模型與加工圖
預製板式組件
通常，預製板式組件（牆體）可以由手動、半自動或全自動生產線加工完成，其成品包括：龍骨，保溫防水，覆面板，門窗等必要組件。這種預製牆體可以分為兩種，一種是開放式牆體，另一種是封閉式牆體。
開放式牆體是一種半預製的牆體，其木構架的一面覆板在工廠預製完成並組裝門窗，運輸到現場進行主體結構安裝，然後填充保溫材料和安裝建築設備，再完成另一側覆面板安裝及牆體施工。出產這種牆體對生產線投入、場地要求均較小，在加拿大，開放式牆體一般在工地附近的臨時工廠內加工生產的。而封閉式牆體在工廠完成預製，並整合保溫、 防水、門窗、建築設備和管線，運輸到現場以後吊裝構件，並完成組裝，進行部分內外裝施工即可。這種牆體通常採用半自動或全自動生產線加工完成。
預製空間模塊式組件
空間模塊式組件作為預製程度最高的組件，其基本生產加工工序與預製板式組件類似。由於該組件體量相對較大，對整體精度要求較高，所以對前期深化設計的要求相對較高。在加拿大，模塊組件供應商能在15天內完成一棟模塊屋的組件生產加工，這些加工完成的模塊式組件在安裝之前，需要妥善堆放，做好包裝、防雨措施，避免堆放及轉運過程中組件的損壞。
組件運輸
預製構件在存儲、運輸、吊裝等環節發生損壞將會很難修復，既耽誤工期又造成經濟損失，因此預製構件的儲存工具與物流組織十分重要。我國預製構件物流運輸企業普遍存在著信息化程度低的問題，大多數委託專業運輸單位。放置和裝運不合理，道路環境和運輸安全等問題，使運輸過程中構件質量無法保障。裝卸車等待時間過長，運輸車空駛率較高，信息化管理不成熟等問題導致運輸成本較高，同時造成運輸能耗浪費和環境汙染。國外預製構件運輸通常採用“箱式”掛車。
根據歐美國家的預製牆體工程經驗，預製木牆體的運輸半徑一般在350~600km（圖6），而預製混凝土牆板的運輸半徑則在200km以內。單元預製木牆體的面積一般在10~33m2，其最大牆體面積可達55m2，最長可以達到12m（圖7）。由於預製木牆體自重約為40kg/m2，約為其他砌塊牆體自重的1/5，所以能提高牆體運輸效率，同時對現場施工起重設備的要求較小。
圖6 預製牆體面積與運輸半徑的關係
現場安裝施工
預製組件在工地現場吊裝、安裝需要現場各工種之間有效的協調。當遭遇惡劣天氣時，預製組件的堆放、安裝須有必要的防護措施。作為最為常用的板式組件（牆體）吊裝後，應緊接著進行連接件施工，固定牆體，同時儘可能縮短牆體在工地現場的堆放時間，避免牆體受損或受潮。當單元牆體面積超過36m2或自重超過1.5t時，應在吊裝過程中，進行相應樓層標高的風速測量，當風速大於10m/s時，應停止牆體吊裝施工。一般情況下，預製牆體施工應在主體結構腳手架拆除後進行。針對預製非承重木骨架組合牆體應注意以下要點：
- 底層應先設置防腐木底（地）梁板
- 預製牆體安裝順序為：自下而上
- 對於低層建築（4層及以下），且採用自立式腳手架，腳手架與主體結構之間，須有至少0.5m以上空隙，以便牆體吊裝
- 預製牆體可以層為單元劃分，也可以2層為單元劃分
展望
2017年3月，住房城鄉建設部印發《“十三五”裝配式建築行動方案》提出“制定全國木結構建築發展規劃，明確發展目標和任務，確定重點發展地區，開展試點示範。具備木結構建築發展條件的地區可編制專項規劃”。裝配式木結構將會在在文化、旅遊、醫療、養老等“文旅康養”領域有著良好的應用前景。
參考文獻
[1] 住房和城鄉建設部住宅產業化促進中心. 中國裝配式建築發展報告（2017）[M].北京：中國建築工業出版社，2017.
[2] 住房和城鄉建設部住宅產業化促進中心. 大力推廣裝配式建築必讀[M].北京：中國建築工業出版社，2016.
[3] 中國建築標準設計研究院. 裝配式建築系列標準應用實施指南（木結構建築）[M].北京：中國計劃出版社，2016.
[4] 楊學兵，歐加加. 我國裝配式木結構建築體系發展趨勢[J].建設科技，2018(05):6-11.
[5] 張海燕. 北美地區裝配式木結構的應用[J].建設科技，2018(05):12-13.
[6] 朱亞鼎. 預製木骨架組合牆體的發展與應用[J].建設科技，2018(05):20-21.
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