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1 建筑减隔震技术:以柔克刚,安全为王
建筑减隔震是建筑减震和隔震技术的统称。减隔震技术是对传统抗震技术的 一次革新,传统抗震设计理念是增强建筑本身的弹塑性,使其在地震后虽有变形却 不倒塌,以保护生命安全为核心。而减隔震技术能够在保障生命安全的同时,对建 筑功能也起到保护作用,即将建筑设计在弹性范围或较小的变形范围内,减少建筑 损坏。
减震原理及方法
建筑结构减震是指在房屋结构中设置消能装置,通过其局部变形提供附加阻 尼,以消耗输入上部结构的地震能量,达到预期设防要求。具体方法是将结构中的 某些构件(如支撑、剪力墙、连接件等)设计成消能杆件,在小风或小震下,这些 消能杆件或装置,和结构共同工作,使结构处于弹性状态并保持正常的使用功能; 在大震作用下,随着建筑的侧向变形增大,消能杆件或设备能够产生较大阻尼,将 输入到建筑的动能转化为热能等形式进行消耗,迅速衰减建筑结构的地震反应,避 免主体出现危及生命和丧失使用功能的损坏。减震消能部件根据不同形式可分为 消能支撑、消能剪力墙、消能节点和消能连接。
阻尼器是减震消能部件的核心单元之一。阻尼器根据不同的耗能机理可分为 速度相关型、位移相关型和复合型阻尼器。目前最常见的速度相关型阻尼器为黏滞(流体)阻尼器。黏滞阻尼器的基本原理是与结构共同工作的黏滞流体阻尼器的导 杆受力,推动活塞运动,活塞两边的高粘性阻尼介质产生压力差,使阻尼介质通过 阻尼孔,产生阻尼力。位移相关型阻尼器的耗能大小与位移有关,常见的有金属屈 服型阻尼器、摩擦型阻尼器。金属屈服型阻尼器可以通过累积塑性变形而消耗地震 能量,保护主体结构。而复合型阻尼器具有速度、位移两种阻尼器的特点。
消能减震技术适用于建筑结构的地震/风振控制。结构层数越多、高度越高、 变形越大、场地烈度越高,减震技术效果更加明显。减震技术适用场景包括:高层 及超高层建筑、高柔度结构、大跨度桥梁、生命线工程、旧有建筑加固及改造等。
隔震原理及方法
基地隔震结构通过在基础结构和上部结构之间设置隔震层,使上部主体结构 与地震动(注释:地震动是一个名词)的水平成分隔离。地震作用的破坏力主要来自水平 运动,而隔震层能大大减少上部结构受到的水平地震力。隔震层通常由隔震支座、 阻尼器和复位装置组成,隔震支座既承担了建筑物的重量,又因其中含有弹簧而使 建筑物具有一定的弹性恢复能力,阻尼器能吸收地震作用的能量,减少建筑位移。 复位装置能够使结构在微震或风荷载作用下,保持和普通结构相同的安全性。在建 筑物遭遇较小的地震时,隔震结构能够有效减少地震对上部建筑的影响,因此对建 筑本身的设计可以保持在弹性变形范围内,震后建筑物即可恢复到初始状态;在遭 遇特大地震时,隔震结构也能有效保护人员的生命安全以及建筑的使用功能。
常用的隔震支座包括天然夹层橡胶支座、铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座等。 其中,天然夹层橡胶支座阻尼较小,不具备足够的耗能能力,需要配合阻尼器使用; 而铅芯橡胶支座和高阻尼橡胶支座本身具有良好的阻尼效果,对阻尼器的需求相 对较小。
1.1 在高烈度区域具备经济性
相比于传统的结构抗震措施,减隔震技术是一种主动的抗震措施,能使建筑结 构对抗地震作用、风荷载的能力大幅提高。优点包括: (1)安全性:消能减震构件能在地震发生时迅速吸收地震能量,减小结构受 到的地震破坏,通常减震结构的地震反应能够比传统抗震结构降低 20-40%。隔震 技术可以降低建筑上部结构地震作用的 50-80%。 (2)经济性:分为造价经济性和长期经济性。造价方面,减隔震技术在抗震 烈度不低于 8 度的场地经济性明显。当建筑结构中设置有足够的减震消能装置时, 建筑对剪力墙、结构断面配筋的需求都会减少,可节约造价约 5%-10%,对于旧 建筑物的改造加固,和传统抗震加固方案对比,可节约材料造价 10%-60%。长期 经济性方面,以墨西哥 2003 年地震为例,地震中 2700 栋建筑倒塌或严重破坏, 13600 栋建筑不同程度损坏,而安装了 98 个液体黏滞阻尼器的墨西哥市长大楼, 在该地震中几乎没有任何损坏,大幅降低建筑修复成本。根据《隔震建筑的经济性 分析》数据,采用隔震措施后一般可减小震后损失维修费用的 8%-35%。
减隔震技术均能降低建筑物的钢筋混凝土用量,降低工程造价。云南日报数据 显示,在全国范围内 130 个项目、355 万平米的减隔震建筑工程的调查结果显示, 大幅提高建筑性能的情况下,9 度抗震设防区采用减隔震技术可节约造价 5%左右, 8 度设防地区采用减隔震技术造价略微降低或持平,7 设防地区造价约提高 100 元 /平米。 以一座处于 9 度区的高层建筑为例,该高层建筑高度 52.4 米,采用框架-核 心筒结构,耗能构件为屈曲约束支撑。场地条件为:II 类场地,场地特征周期 0.40s, 罕遇地震特征周期 0.45s。
消能减震方案、无减震设计方案的抗震效果和造价情况对比:减震消能设计下, 该项目的造价节约了 169.35 万元,而原设计方案总工程造价为 2363.01 万元,造 价节约比例 7.17%。
隔震技术同样能够节约工程造价,在抗震设防烈度较大的地区,隔震技术节约 的混凝土、钢材造价>隔震设备成本,形成经济效益。 我们梳理部分工程项目隔震与非隔震方案的造价测算,可以发现隔震技术在 8 度及以上抗震烈度地区的多数工程建设项目可节约造价约 1-3.5%。
(3)技术合理性:对于减震技术,结构高度越高、柔度越大,消能减震的效 果就越显著。隔震技术也同样可以确保“地震越大,隔震效果越好”。
1.2 上游材料成本占比超 6 成
减隔震产品的主要原材料包括:橡胶、钢材、胶黏剂、阻尼介质、涂料等,铅 芯隔震产品的原材料还包括铅锭。钢板、橡胶、铅锭等原材料是大宗商品,价格受 经济周期、市场需求、汇率影响,波动较大。以行业龙头震安科技为例,2020 年隔震、减震的原材料金额在营业成本中占比分别为 65.66%、68.07%,2021 年则 提高到 72.42%、75.54%。震安会采取钢材套期保值应对材料价格波动。最常见 的胶黏剂阻尼介质是聚二甲基硅氧烷。目前在技术标准较低的地区,减隔震产品价 格竞争较为激励,厂家的成本控制能力很重要。 根据 2019 年震安科技招股说明书,2018 年公司采购所有原材料中,钢材金 额占比 70.97%,其次是胶黏剂,占比 10.63%;隔震支座原材料成本中,钢材占 比为 73.28%,橡胶占比为 9.67%。
1.3 下游需求以学校医院为主
下游客户主要为建设项目施工方、以及少量业主单位。减隔震产品的市场主要 在重点设防类建筑、特殊设防类建筑,根据《建筑工程抗震设防分类标准》,按工 程类型下游需求主要为学校、医院、机场、贮气罐、电力建筑、通信建筑、科研试验建筑、大型场馆、部分工业建筑等。这类建筑通常具有人员密集、抗震设防要求 高的特点。
2 建筑减隔震市场:政策推进,百亿扩容
2.1 日本市场:研发起步早,受政策+事件催化
日本减隔震发展较早,作为地震高发国,早在 20 世纪 60 年代便开始与各国 开展叠层橡胶支座研究;1981 年,日本大幅修改抗震标准,将住宅抗震等级从旧 标准的震度5左右不倒提高到震度6强至震度7不倒;1985 年日本国内的几家建 筑公司开始研发免震构造系统,4 家制造厂商开始开发隔震装置生产,隔震行业从 研究阶段进入开发竞争阶段;2000 年日本发布隔震设计告示,对隔震建筑物的结 构安全及隔震材料制定了技术标准;2011 年东日本大地震发生后,新增 60 米以 上高层建筑 100%采用减隔震技术,并开始重视超高层建筑在长周期地震下的地 震反应研究,开发出一系列新型减震器。根据历史表现,日本隔震建筑数量的增长 会以地震事件及政策的更新为契机。 普利司通,日本唯一能提供所有类型产品的隔震橡胶制造商,最大可以制造直 径为 1800 毫米的隔震橡胶,隔震产品耐久性可达 60 年,同时拥有完备的隔震装 置测试与评估设备,代表产品为高阻尼橡胶隔震支座。
2.2 中国市场:进入《条例》强制落地阶段
2021 年 7 月 19 日,第 744 号国务院令公布《建设工程抗震管理条例》(简 称《条例》),自 2021 年 9 月 1 日起施行。
2.2.1 我国地震在局部地区高频发生
我国的地震数量多、损失大、分布广,采取有效的防震减灾意义重大。减隔震 产品能有效降低地震对建筑物的破坏、保障生命财产安全。 我国是个地震多发国家,东临太平洋地震带,南接欧亚地震带。国内主要地震带有 2 条:一条是南北地震带,自贺兰山至云南省东北;二是东西地震带,背面一 条沿陕西、山西至辽宁千山一带,南面一条自帕米尔高原至大别山地区。 我国大陆 7 级以上的地震占全球大陆 7 级以上地震的 1/3,因地震死亡人数 占全球的 1/2,全球有 7 次地震死亡人数超过 20 万,其中 4 次发生在我国;我国 有 41%的国土面积、一半以上的城市所在地区地震基本烈度为 7 度及以上,6 度 及以上地区占国土面积的 79%。 我国地震分布显示出西多东少的特征,地震活动水平最高的是台湾,7 级以上 地震发生率占全国总数的 40%以上,6 级以上占全国总数的 53%以上。西藏、新 疆、云南、四川、青海、河北、台湾等 7 个省份集中了新中国成立以来发生的绝大 多数强震,7 级以上地震占比 87%+,6 级以上占比 90%+。
2.2.2 中国减隔震政策进展
(一)从研发阶段进入标准指引阶段。中国的减隔震技术研究始于 20 世纪 70 年代;20 世纪 90 年代我国隔震支座在研究、开发及应用方面进步显著;1993 年,汕头建成我国第一座橡胶隔震支座建筑;2001 年,建筑的隔震与减震消能技术被 写入国标《建筑抗震设计规范》。 云南省是我国地震活动高发省份之一,对减隔震技术的研究走在全国前列, 1993 年 12 月,云南省科委下达省重点“八五”攻关项目“隔震橡胶支座开发研 究”,并由云南省地震工程研究院、云南省橡胶制品研究所、云南省设计院和云南 工业大学组成研究课题组,开发研究橡胶隔震支座和软件。1998 年 4 月,该项目 研究成果通过验收鉴定,成果达到国际先进水平。2006 年开始,国务院、住建部、 云南省以及其他地震高发省份出台了一系列政策法规,鼓励减隔震技术的应用与 创新,推动减隔震早期的技术进步。
(二)国家统筹规划,地方积极响应阶段。2014 年 2 月,住建部发布《关于 房屋建筑工程推广应用减隔震技术的若干意见(暂行)》,建议抗震设防烈度 8 度 (含)以上地震高烈度区、地震重点监视防御区或地震灾后重建阶段的相关建筑, 应优先采用减隔震技术进行设计;鼓励重点设防类、特殊设防类建筑和位于抗震设 防烈度 8 度(含)以上地震高烈度区的建筑采用减隔震技术。随后出台区域政策。
2014-2019年期间我国防震减灾统计与检查工作快节奏推进。其中,在2014- 2019 年的《住房和城乡建设部工程质量安全监管司工作要点》中均提到了减隔震 相关工作;在 2014 年-2017 年城乡建设抗震防灾有关统计数据的函以及 2017- 2019 年的《全国工程质量安全提升行动进展情况的通报》中对减隔震工程数量进 行了统计;2018 年 7 月-9 月,全国人大常委开展了防震减灾法执法检查,并指 出“地震监测预警、减震隔震等新技术近年来在实践中得到推广应用,但尚缺乏明 确的法律制度予以规范”。
(三)《条例》强制落地阶段。2021 年 7 月 19 日,第 744 号国务院令公布 《建设工程抗震管理条例》(以下简称《条例》),自 2021 年 9 月 1 日起施行。条 例对部分重要建筑类型减隔震技术的使用,从鼓励转变为强制,规定位于高烈度设 防地区、地震重点监视防御区的新建学校、幼儿园、医院、养老机构、儿童福利机 构、应急指挥中心、应急避难场所、广播电视等建筑应当按照国家有关规定采用隔 震减震等技术,保证发生本区域设防地震时能够满足正常使用要求;鼓励在除前款 规定以外的建设工程中,采用隔震减震等技术,提高抗震性能。
《条例》覆盖的高烈度设防地区范围(云南省为 7 度以上、其他省份为 8 度 以上)将由原 5 省 47 市的 287 个区县,增加至 23 省 126 市的 648 个区县,新 增 18 省 79 市的 361 个区县。扩大区域后,更多地方政府响应落实。例如河北省 住建厅成立建筑工程抗震设防专家委员会,推广减隔震新技术新产品。天津市地震 局出台 28 项措施落实《条例》,牵头承担工程抗震调查制度建立、抗震性能鉴定 制度建立、地震风险分类管理、抗震知识宣传普及等 12 项任务。贵州、南京市、 上海市、甘肃、安徽、山东等多地出台贯彻实施《条例》的相关举措。 根据云南住建局统计,全省 91.2%的国土面积处于 7 度以上地震高烈度区, 1500 万人居住在活动断层控制的盆地区域。全国 8 度以上高烈度地区面积占比为 18%,而云南 46.11%面积为 8 度以上的高烈度地区,远高于全国平均水平。
《条例》完善了建设工程抗震责任体系。其中,国务院标准化行政主管部门应 当推动减隔震相关技术标准的指定,明确通用技术要求;学校、幼儿园、医院、养 老机构等重要公共建筑的建设单位应当利用信息化手段,对隔震减震装置采购、勘 察、设计、进场检测、安装施工、竣工验收等全过程的信息资料进行采集和存储; 施工单位应当在隔震装置使用前进行取样送检。 《条例》对减隔震产品的质量、检测、使用、维护提出了规范化要求。例如: ①建立编码和产品检验合格印鉴制度,确保产品可追溯,②施工方或监理方应当在 减隔震产品使用前,进行抽样检查,向有资质的检测机构送样,③鼓励地方建立相 关标准,鼓励企业产品质量严于国家标准、行业标准。 《条例》明确了已建工程抗震设施的保护和处罚规定,建设工程所有权人应当 对建设工程抗震构件、隔震沟、隔震缝、隔震减震装置及隔震标识等进行检查、修 缮和维护,及时排查安全隐患,任何单位和个人不得擅自变动、损坏或者拆除;擅 自变动、损坏或者拆除建设工程抗震构件、隔震沟、隔震缝、隔震减震装置及隔震 标识的,责令停止违法行为,恢复原状或者采取其他补救措施,对个人处 5 万元 以上 10 万元以下的罚款,对单位处 10 万元以上 30 万元以下的罚款。 《条例》有望推动提高老旧建筑的抗震改造进程。规定了位于高烈度设防地区、 地震重点监视防御区的学校、幼儿园、医院、养老机构、儿童福利机构、应急指挥 中心、应急避难场所、广播电视等已经建成的建筑、进行抗震加固时,应当经充分 论证后采用隔震减震等技术,保证其抗震性能符合强制性标准。
2.3 国内减隔震行业竞争激烈,但隔震与大项目向龙头集中
国内减隔震行业代表企业包括:震安科技、海德科技、丰泽股份、天铁股份、 容大股份、路博科技、时代新材等。其中,震安科技、容大股份、路博科技以建筑 减隔震产品为核心主业,天铁股份、丰泽股份以基建类项目居多。 2017 年震安科技在建筑减隔震行业市占率(建筑栋数口径)为 30.12%,2018 年为 41.5%。(2018 年以后住建部未对外公布减隔震建筑情况)。 根据我们统计的 2021 年 9 月以后 24 个公开招标项目,其中 11 个由震安科 技中标;5 个千万级大项目中,震安中标 3 个、天铁 1 个。
2.3.1 行业壁垒:技术、设计服务、大项目经验
壁垒一:技术研发
减隔震行业具有一定技术壁垒。建筑隔震橡胶支座的生产主要包括钢板的切 割、清洗干燥、涂刷胶黏剂,橡胶的塑炼、配料、混炼,以及最后的硫化装配等工 艺流程。目前行业对隔震产品的质量要求越来越高,而影响产品质量的因素错综复 杂,橡胶的配方设计、钢板表面的处理、胶黏剂的喷涂工艺、硫化工艺等任何一个 细小环节问题都将导致橡胶垫力学失稳,从而失去隔震作用。重大市政工程项目往 往对减隔震产品性能要求较高,龙头企业凭借产品性能优势将在大型工程中取得 竞争优势。
地震多发的发达国家中,以美国和日本为例,减隔震技术已有较长的发展历史, 拥有成熟的技术积累。
日本普利司通依托于其在橡胶材料行业 80 多年的积累,较早地在橡胶隔 震支座领域布局,已形成 30 年以上的隔震橡胶支座实验数据,具有丰富 的研发经验。普利司通目前已经实现从橡胶原料的采购到混炼、加工、制 造、检验、出货的所有制造工序都在公司内部进行,能够稳定地提供品质 可靠的产品。
美国的泰勒(Taylor Devices)在 20 世纪 60 年代为 NASA 供应流体黏 滞阻尼器,并于 1980 年代开始探索减震阻尼器,具有超过 40 多年的减 震阻尼器研发经验。泰勒公司具有成熟的装置测试、分析建模、研究发展 体系。测试方面,泰勒为减震器、流体黏滞阻尼器和减震系统的测试设定 了世界标准;分析建模方面,泰勒在隔震、振动控制、悬架设计和其他耗 能领域拥有约 90 项美国专利;研发方面,泰勒作为美国国防承包商,除 了公司的内部研发计划外,还积极参与政府资助的研究。
国内减隔震行业虽起步晚于美国、日本,但行业参与者在近年来也迅速投入技 术研发,与国内外研究机构形成密切合作。近年来,减隔震行业竞争加剧,产品的 研发重心集中在生产环节的工艺优化,以降低生产成本并保证产品的高质量与高 稳定性。全国技术标准较低的地区减隔震产品以竞价为主,而重大项目则对产品的 技术指标要求更高。
壁垒二:设计服务能力
隔震产品具有非标准化的特点,国内多数设计院缺乏隔震专业设计人员,难以 独立完成隔震设计,而施工单位缺乏隔震设施的施工经验。如果减隔震产品的供应 商,具备产品的全套服务能力,兼顾产品的研发、生产、销售,和隔震咨询、设计、 安装指导、更换、维护等技术服务,将在市场竞争中处于优势地位。 龙头企业可以提供整体方案。例如,震安科技能为工程项目提供隔震技术咨询, 提供全产业链和全方位整体隔震解决方案;容大股份提供消能减震全套解决方案, 由优化设计、技术支持、性能评估、经济分析、产品提供、施工安装、监测维护等 系列服务构成。
壁垒三:大项目经验
减隔震产品主要应用于学校、医院、商业地产、大型场馆、生命线工程等建筑 工程项目中,项目的公共属性决定更倾向龙头供应商合作。在招投标要求中,会列 出供应方需要有相关项目经验。例如:云南建投第三建设有限公司、第九直管项目 部丽江师范高等专科学校橡胶支座招标项目中,要求投标人提供投标截止之日上 溯 3 年、相同规模建设工程的类似材料供应业绩证明材料;中铁一局沈阳市城区 动静态交通 PPP 项目元江街快速路项目摩擦摆式减隔震支座招标中,要求供应商 具有近 3 年(2020 年以来)含有摩擦摆减隔震支座的工程项目供货业绩。
2.3.2 从 24 个招标案例总结:重点项目、大项目向龙头企业集中
减隔震项目根据项目类型不同,竞争格局不同。机场、医院、数据中心、储气 罐等项目安全要求高,品牌效应较强;非重点工程的地方项目、施工单位总包项目 等倾向价格导向,低价竞争为主的地方企业具有一定优势。 我们梳理了 2021 年 9 月以来、24 个减隔震采购中标案例,总结如下特征: (1)从项目类型来看,我们统计的 24 个案例中,8 个学校项目、5 个医院项 目,合计 13 个,占比 54%。招标主体多为国央企性质的施工单位、地方城投等。 5 家医院项目中有 3 家是非低价中标。此外,数据中心、储气、机场项目是非低价 中标,预计这些领域对抗震产品要求高于学校,8 个学校项目中 6 个是低价中标。
(2)从中标主体角度,采购金额落在 100-1500 万区间,5 个 1000 万以上 的大项目(呼和浩特新机场航站区第一标段、澜沧县棚改项目一号地块、库尔勒巴 州医院项目、川藏铁路尼洋河特大桥、西昌鼎能天玺房地产),有 4 个为非低价中 标,中标人为震安科技(3 个)、天铁股份(1 个)为主,对应是规模较大的上市公 司。而 1000 万以下项目中,中标单位规模各异,部分情况下中小企业评标排名可 以出现在更靠前的位置。所有 24 个项目中,震安中标 11 个。 (3)从地区分布角度,24 个案例主要分布在云南(5 个)、山西(5 个)、四 川(2 个)、河北(2 个)、内蒙古(2 个)、新疆(1 个)等地震多发省份,或者北 京(2 个)这类抗震设防烈度较高的地区,其他还包括山东(2 个)、辽宁(1 个)、 广东(1 个)。(注:24 个案例为非完全统计) (4)从产品类别角度,14 个案例中减震、隔震的占比相近,但样本数量有限, 我们估计行业整体角度,减震产品数量占比更大、隔震产品金额占比更高。
2.4 《条例》预计推动减隔震市场需求扩容 10 倍+
结论:我们测算 2025 年减隔震市场空间达到 205 亿元,从不足 20 亿元到 205 亿元,减隔震市场迎来 10 倍以上扩容。 减隔震下游项目中,学校、医院占比大,而其他应用领域零散、不易量化,因 此我们首先测算学校、医院的市场空间,并按照学校、医院占比推算整体市场空间。 云南早于 2016 年规定,3 层以上、且单体建筑面积 1000 平方米以上学校、医院 等重要建筑强制采用减隔震技术,震安科技2017-2018年的云南省收入中,学校、 医院合计占比为 87.87%、84.98%。 全国范围内,预计会被强制采用减隔震技术的区域为:云南省 7 度以上烈度 地区、其他省市 8 度以上地区以及地震重点监视防御区。根据《GB50011-2010 建筑抗震设计规范》所划定的我国主要城镇抗震设防烈度,我们统计了(预计)强 制采用减隔震技术地区影响范围的主要城镇(约 490 个)的人口数量,以及我国 “地震重点监视防御区”或者“地震重点监视防御城市”的人口数量,排除重叠地 区后得到:《条例》规定的强制采用减隔震技术的地区覆盖人口数量约 5 亿人,占 全国人口比例约 35%。
(一)学校、医院测算:
基本假设: 1.新竣工学校、医院面积:根据国家统计局数据,2021 年我国教育用房竣工 面积为 13621.5 万平米,2016-2021 年 CAGR 为 2.29%,2021 年我国医疗用房 竣工面积为 5316.8 万平米,2016-2021 年 CAGR 为 7.06%。我们假设 2022- 2025 教育用房竣工面积增速分别为-20%、+5%、+4%、+3%;医疗用房竣工 面积增速分别为-20%、+10%、+8%、+8%。 2.我们取新开工面积/竣工面积比例为 125%; 3.高烈度地区、重点监视防御区的竣工面积占比,取其人口占比 35%; 4.参考震安科技隔震产品(100-150 元/平米)及减震产品(50-200 元/平米) 单价,考虑隔震作为重点推广,未来占比向隔震倾斜,据此我们假设建筑隔减震产 品单价 110 元/平米;未来伴随生产规模扩大及竞争加剧,每年均价下降 2%。 据此得到学校、医院行业空间测算公式为: 全国学校、医院当年竣工面积*(全国开工/竣工面积比例)*高烈度地区新开 工面积在全国占比*减隔震产品平均单价。
我们预计学校、医院减隔震市场空间在 2025 年有望达到 114 亿元,参考震 安科技 2018 年在云南省收入中,学校、医院占比 85%,若按照学校、医院占总 体市场空间 85%测算,2025 年整体减隔震市场容量将达到 134 亿元。 但我们预计这一测算偏低,一方面,2016 年云南对学校、医院的建筑面积及 层数提出了层数、面积等要求,而《条例》没有提到类似条件,相当于适用范围更 广;另一方面,2016 年云南的法规中没有对建筑的抗震加固提出强制要求,我们 预计《条例》落地后新建学校、医院的市场空间占比将有所降低,其他建筑的抗震 改造占比会提高。如果假设学校、医院占比 65%进行测算,2025 年市场容量达 到 175 亿元。
(二)养老机构:
根据国家统计局,2021 年全国养老机构床位共 503.6 万张,2016-2021 年 CAGR 为 5.86%。同时根据《养老设施建筑设计规范》,养老院建筑空间最小使用 面积为:生活用房 14 平米/床,医疗保健用房 2 平米/床,公共活动用房 5 平米/ 床,管理活动用房 6 平米/床,计算得到每床对应最小建筑面积为 27 平米。我们 对养老机构的行业空间测算做出以下假设: 1.考虑阳台、风雨廊等,我们假设 2021 年每床对应 30 平米的建筑面积,此 后每年增长 3%; 2.未来每年养老机构增速均取 5.86%,并以每年新增面积测算市场空间; 3.强制落地地区相关建筑面积占比、减隔震产品均价与前文假设相同。 我们预计高烈度地区、重点监视防御区的养老机构减隔震市场空间在 2025 年 有望达到 5.4 亿元。
(三)既有建筑抗震加固:
《条例》规定位于高烈度设防地区、地震重点监视防御区的学校、幼儿园、医 院、养老机构、儿童福利机构、应急指挥中心、应急避难场所、广播电视等已经建 成的建筑进行抗震加固时,应当经充分论证后采用隔震减震等技术,保证其抗震性 能符合抗震设防强制性标准。减隔震技术用于抗震加固能有效降低加固成本,根据 震安科技官网,减隔震技术的加固成本约为传统加固成本的 1/2-1/3。
旧改:我国于上世纪 50-80 年代建造的住宅楼多为砌体多层结构,因当时抗 震设计的理论、技术、标准不够成熟,多数建筑已不满足现在的抗震设防标准,甚 至未采取抗震设计,需要进行抗震加固。
根据住建部统计,2022 年 1-7 月我国新开工改造城镇老旧小区 4.43 万个, 涉及 734 万户,全国全年计划新开工改造城镇老旧小区 5.1 万个、840 万户。“十 四五”时期,我国将基本完成 2000 年底前建成的、约 21.9 万个城镇老旧小区的 改造任务。 以北京市为例,北京市“十四五”规划要求 2025 年前,完成全市 2000 年底 前建成需改造的 1.6 亿平方米老旧小区改造任务,重点推进全市 500 万平方米抗 震节能综合改造任务、3100 万平方米节能改造任务、群众改造意愿强烈的改造项 目。 按减隔震产品销售均价计算,假设抗震改造均采用减隔震产品,预计北京市 “十四五”期间 500 万平米的抗震改造项目将带来 6 亿元市场需求。我们提示, 当前已提出抗震节能改造的城市仍较少。
(四)潜在空间:住宅、LNG 储罐、机场等
(1)住宅: 2021 年全国住宅竣工面积为 7.3 亿平方米,目前减隔震产品在住宅领域已有 较多应用案例,例如震安科技的海南省海口市珠云恩公寓项目、云南省普洱冰洋现 代城项目。假设未来产品渗透率持续提升。我们测算,高烈度+重点监视防御区的 住宅减隔震市场空间在 2025 年有望达到 25 亿元。
(2)LNG 储罐: LNG 储罐因其遭受破坏可能带来严重后果而被要求有很高的低温性、低温性、 承压性、严防泄漏性和抗震性。国内针对 LNG 储罐的主要抗震方法是:采用基础 隔震技术、消能减震技术。 我国是 LNG 进口大国和消费大国。根据国家统计局,2021 年我国 LNG 进口 7893 万吨,同比+17.6%;根据前瞻产业研究院,2020 全年我国 LNG 表观消费 量为 8072.4 万吨,同比增长 12.3%。天津 LNG 二期储罐项目是代表项目之一。
(3)机场: 机场属于国家重点基础设施,航站楼等着重要建筑应当能够保证在地震灾害 发生时保持完好。在高烈度地区,隔震技术能够有效降低航站楼受到的地震作用, 目前隔震技术在航站楼的应用已经较为广泛,例如北京大兴国际机场航站楼、西安 咸阳国际机场 T5 航站楼项目等。伴随机场建造的现代化升级,预计对减隔震技术 和服务同样提出更高要求。
2020 年我国共有民用航空运输机场 241 个,根据民航局发布的《“十四五” 民用航空发展规划》,预计到 2025 年我国民用运输机场将达到 270 个;2021 年 我国旅客运输量 4.2 亿人次,预计到 2025 年旅客运输量将达到 9.3 亿人次。 根据内蒙古新开发银行贷款呼和浩特新机场航站区第一标段施工总承包项目, 采购屈曲约束支撑合计金额 1280 万元(震安科技是中标人,非低价中标)。假设 2025 年较 2021 年新增民用机场 29 个,假设 50%采用减隔震技术,同时考虑机 场规格不同,我们假设平均单个项目采购量 5000 万元,对应 2025 年前新增约 7 亿元空间。
(4)助力降碳减排,搭配装配式建筑: 我国建筑能耗与排放量目前仍处高位,建筑全生命周期碳排放主要包括建筑 材料碳排放、建筑施工碳排放、建筑运行碳排放。根据中国建筑节能协会发布的《中 国建筑能耗研究报告(2021)》,2019 年建材生产阶段碳排放 27.7 亿吨 CO2,占 全国碳排放的 28.0%,建筑施工阶段碳排放 1.00 亿吨 CO2,占全国碳排放的 1.0%。2022 年 7 月,住建部、发改委印发《城乡建设领域碳达峰实施方案》,提出 2030 年前城乡建设领域碳排放达到峰值。 建筑采用减隔震技术后,由于建筑结构本身受到的地震作用将会降低,因此在 设计时钢筋、混凝土等建筑材料的需求相应减少,进而减少建材生产环节对应的碳 排放。以某高层减隔震住宅项目数据为例,隔震设计减少钢材用量 27.45kg/m2, 减少混凝土用量 0.09m3/m2。根据《建筑碳排放计算标准》(GB/T51366-2019) 规定的碳排放因子,计算得到建材用量、生产、运输等方面共减少碳排放 84.57kg/m2。若考虑钢筋绑扎和混凝土浇筑产生的机械设备碳排放,降碳数据有 望更高。
发展装配式建筑是推动建筑节能减排的重要举措。装配式建筑具有节约资源、 减少施工污染、促进建筑业模块化和信息化等优势。2021 年我国新开工装配式建 筑面积达到 7.4 亿平米,占新建建筑比例的 24.5%。根据《“十四五”建筑节能与 绿色建筑发展规划》,预计到 2025 年,我国城镇新建建筑中装配式建筑比例将达到 30%。 装配式建筑由于具有模块化的特点,其稳定性十分依赖连接各预制件的连接 构件。而连接构件由于安装精度、构件强度、力学性能不同等因素,在地震来临时 难以达到抗震要求。隔震技术能够有效减少上部结构受到的水平力,解决了连接构 件的设计难点。
(5)TOD 项目: 针对大城市交通拥堵的情况,国家印发《国家综合立体交通网规划纲要》,提 出“构建以城市轨道交通为骨干,常规公交为主体的城市公共交通系统,推进以公 共交通为导向的城市土地开发模式。”TOD 模式以公共交通为导向的发展,主张在 公共交通站点步行范围内进行多功能紧凑开发,被提倡用于对抗城市无序、低密度 蔓延的现象。
TOD 模式虽然有效解决了大城市土地利用问题,却也存在振动及噪声问题。 地铁作为 TOD 模式的重要组成部分,其引起的建筑振动及二次噪声会影响建筑内 人员的舒适性,制约 TOD 进一步发展。减隔震技术不仅可以抗震,也可以抗振, 提高 TOD 地铁上盖项目的居住舒适度。国内已有较多 TOD 物业上盖减振降噪措 施的案例,例如香港地铁采用加厚上盖板、声屏障、道床垫等措施;广州萝岗车辆 段采用梯形轨枕、道床垫等措施;北京平西府 TOD 物业上盖开发在道岔区采用道 砟垫,库外线采用减振扣件,试车线加装声屏障,敏感建筑物之间设置隔振墙;北 京市海淀区地铁 16 号线北安河车辆段综合利用项目采用摩擦摆三维隔震支座。
单个 TOD 项目涉及建筑数量多,减隔震产品用量较多。根据住建部统计,截 至 2021 年我国已建成城市轨道换乘站 1506 个,在建换乘站 1064 个。以北京市 海淀区地铁 16 号线北安河车辆段综合利用项目为例,该项目地铁停车库与住宅之 间存在隔震转换层,共有住宅楼 42 栋,建筑面积 13 万余平方米。工程使用震安 科技股份有限公司的直径为 600mm、700mm、800mm 的有铅芯和无铅芯共六 种可水平移动的支座,所有住宅共 1782 个支座。
(6)隔震层柔性连接: 隔震技术市场的扩大有望带动隔震层间管道柔性连接的市场。对于隔震建筑, 隔震层管线需采用柔性连接,确保的管线可以伸缩、转动、上升、下降等。柔性连 接的作用主要体现在 2个方面:①确保隔震层的管线不会阻碍隔震建筑产生位移;②保证地震时隔震层的管线不会因为隔震层产生位移导致管线拉断扭曲、挤压破 坏丧失使用功能。
隔震层柔性连接应用领域广泛,主要用于:①穿越隔震层上下的水管;②穿越 隔震层的电线、网线、通信系统的配线;③重要管道、可能泄漏有害或可燃介质的 管道;④用作避雷线构件钢筋,应采用柔性导线连通上部与下部结构。 柔性连接在众多隔震代表项目中均有应用,如北京大兴国际机场、广西南宁吴 圩国际机场、中国尊、深圳国际会展等。
3 《条例》正在加快执行,龙头更受益
《条例》贯彻执行速度在加快,因其强制性和更强的公共属性,政府部门的重 视程度更高。2022 年以来,高烈度地区和重点监视防御区积极技术普及宣传、对 减隔震技术使用情况开展检查,一般是地方地震局牵头(或者防震减灾中心)、相 关部门配合的形式,重点针对学校、医院等公用建筑。 对厂家来说,借助《条例》“推开”成长新局面,但充分竞争的市场下,市场 机会明显分层。中低端持续激烈、低价中标普遍,重点项目、大金额项目更向龙头 企业集中,技术与资金壁垒是关键。如前所述上游直接材料在成本占比约 60%, 且大宗材料居多,上游议价能力强且变化快。而产品签单与交付有时间间隔,报价 与材料采购成本之间可能有错位,根据进度款支付规则前期还面临款项垫付。同时 考虑重点、大型项目的非标要求,尤其是隔震产品。因此,厂家虽然在一个快速扩 容的空间里,但是挑战仍在,主要来自市场推广、技术升级、成本管控、资金周转。 我们梳理近年来减隔震有关的诉讼案件,大多围绕“追回欠款”问题。众多中小企 业选择更容易的减震市场,标品为主、技术门槛低,尤其在 2022 年项目施工拖延、 支付拖延、资金困难、大宗波动的情况下,中小企业更倾向留在中低端市场。
对下游来说,首先,行业面临新一轮技术学习,尤其是甲方群体和设计院群体, 落实责任意识,其次是衡量造价成本,高度区隔震可以减少建筑材料使用,但低度 区使用减震会增加预算。所以落地一定是高度区优先、重点监视防御区需要更多推 力。减隔震使用与否几乎是一个 0 与 1 的关系,出问题后的损失几何级放大,但 大多数时候“相安无事”,就像地震本身一样难以预测,容易产生“侥幸”心理, 或者优先级靠后。但这样的下游市场相对很多行业已经很“轻松”,有政策强制推 动空间打开,有技术和资金壁垒对中低端、高端市场做“切割”,有云南、四川等 省份经验可循。 我们认为,减隔震行业是一个规模虽小但边际变化大、机会多的行业。《条例》 加快落地带动的中高端机会,将更多被龙头企业攫取,因为中小企业与龙头差距在 拉大,中小企业经历 2022 年更倾向中低端市场,对高端需求没有做好充足准备。 随着 2023 年经济复苏,学校、医院等公建类项目投资恢复,前期项目可能要求加 快落地,资金到位、项目复位双双提速,“机会留给准备的人”,龙头企业在项目储 备、资金储备、产能储备、技术储备各方面均有明显优势。
(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)
精选报告来源:【未来智库】。
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