文章摘要

我國的裝配式建筑目前仍主要采用以工地為中心的建造模式，限制了裝配式建筑質(zhì)量和效率優(yōu)勢的發(fā)揮。為此，建筑業(yè)需要向先進制造業(yè)學(xué)習(xí)，建立區(qū)別于工地中心模式的工廠制造與工地建造相融合的新型建造模式。具體措施包括采用模塊化、一體化的生產(chǎn)組織方式，協(xié)調(diào)好工廠制造、物流運輸、工地施工之間的關(guān)系，建立和完善適合工廠制造的技術(shù)體系，以批量定制的方式滿足人們對建筑個性化的需求。

一、我國裝配式建筑發(fā)展現(xiàn)狀與問題

建筑工地既是建筑物的生產(chǎn)場所，也是建筑產(chǎn)品最終的交付和使用地點，因此傳統(tǒng)建造活動都是圍繞著工地進行組織的。這種以工地為中心的傳統(tǒng)建造模式，依賴于大量廉價的勞動力，利用簡單的工具和鋼筋、水泥等建筑原材料進行就地建造，具有一定的成本優(yōu)勢。我國建筑業(yè)在過往幾十年的發(fā)展過程中對廉價勞動力過度依賴，造成建筑行業(yè)普遍存在發(fā)展動力不足、科技水平低下、建設(shè)質(zhì)量不高的問題。近年來，人口紅利的衰減極大地擠壓建筑企業(yè)的利潤空間，迫使建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

大力發(fā)展裝配式建筑，正是在這一背景下提出的重要舉措。與傳統(tǒng)建造方式相比，裝配式建筑具備質(zhì)量與效率優(yōu)勢，這也是裝配式建筑的核心競爭力。

近年來，在政策的鼓勵和引導(dǎo)下，裝配式建筑占比快速增長，裝配式建筑的發(fā)展成績令人欣喜。同時也應(yīng)該看到，現(xiàn)在實施的許多裝配式建筑，雖然采用了裝配式技術(shù)，但生產(chǎn)組織方式仍是傳統(tǒng)的工地中心模式。以部（構(gòu)）件的生產(chǎn)為例，許多企業(yè)僅把工廠當(dāng)作工地之外的一個加工場所，并未將其視作建造活動的重要環(huán)節(jié)，工廠制造的優(yōu)勢不易發(fā)揮，項目增量成本難以消解。另外，工地的構(gòu)件安裝繼續(xù)遵循著一般建筑工程的施工流程：結(jié)構(gòu)—外墻—機電—裝飾裝修。這種串行的生產(chǎn)流程，看似容易管理、能夠避免現(xiàn)場操作面緊張，實際上整體生產(chǎn)效率不高，遇到工期緊張時就會產(chǎn)生大量的問題。

▲ 一般建筑工程施工流程

因此，要想充分發(fā)揮裝配式建筑的質(zhì)量與效率優(yōu)勢，必須跳出“工地中心模式”的窠臼，采用新的建造模式。

二、向先進制造業(yè)學(xué)習(xí)提升質(zhì)量與效率

據(jù)麥肯錫全球研究院（mckinsey global institute，mgi）的研究報告，全球制造業(yè)的生產(chǎn)效率在1995—2014年的20年里保持每年3.6%的增長幅度，而建筑業(yè)勞動生產(chǎn)效率的年增長幅度只有1%左右。二者的差距首先來自生產(chǎn)模式的不同——在制造行業(yè)，大至汽車、輪船、飛機，小到手機、玩具，一般都是在工廠生產(chǎn)線上流水化制造的。這種流水化的制造方式生產(chǎn)效率很高。

▲ 全球制造業(yè)與建筑業(yè)生產(chǎn)率增長率比較（1995—2014年）

▲ 左：人均每小時工作產(chǎn)出指數(shù)

▲ 右：勞動生產(chǎn)率的年復(fù)合增長率

對建筑行業(yè)而言，與傳統(tǒng)的工地建造模式相比，工廠生產(chǎn)的質(zhì)量和效率能夠體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢；遵循“重復(fù)、困難的工作工廠做”的原則，把一部分工地作業(yè)轉(zhuǎn)移到工廠內(nèi)完成，對于提高建造活動的質(zhì)量和效率是十分有效的。

其次，當(dāng)代工廠生產(chǎn)離不開數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用。據(jù)麥肯錫全球研究院在2016年發(fā)布的研究報告《想象建筑業(yè)的數(shù)字化未來》，制造業(yè)的信息化和數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用水準(zhǔn)遠(yuǎn)高于建筑業(yè)。未來，建筑業(yè)需要在各個建造環(huán)節(jié)加強信息化和數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，如在設(shè)計環(huán)節(jié)采用標(biāo)準(zhǔn)化、bim技術(shù)，在生產(chǎn)和安裝環(huán)節(jié)采用信息編碼、物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字化技術(shù)等。

▲ 麥肯錫全球研究院行業(yè)數(shù)字化指數(shù)對比（截至2015年底）

此外，制造業(yè)在管理上比建筑業(yè)更加精細(xì)，普遍采用集成制造、精益制造、并行工程、成組制造等理論和方法，加上新的智能制造、柔性生產(chǎn)、無人工廠等技術(shù)的應(yīng)用，大幅度提高了制造質(zhì)量和效率。這些理論和方法如何應(yīng)用在建筑建造活動中，需要大膽地進行系統(tǒng)性創(chuàng)新。

總之，實施裝配式建筑，需要向先進制造業(yè)學(xué)習(xí)，借鑒其先進思想、技術(shù)和做法，依托智能化技術(shù)，發(fā)展制造與建造相融合的新型建造模式，從而提高裝配式建筑的建造質(zhì)量與效率，充分發(fā)揮其綜合效益優(yōu)勢。

三、“制造建筑”的理論與實踐

“在工廠里制造房子”的思想由來已久，通過預(yù)制裝配實現(xiàn)建筑的工業(yè)化生產(chǎn)是現(xiàn)代主義的核心追求之一。1910年格羅皮烏斯在《根據(jù)藝術(shù)原理建立通用住宅建筑公司的計劃書》中陳述了他以標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件工業(yè)化生產(chǎn)來實現(xiàn)住宅快速建造的理想。1914年柯布西耶設(shè)計構(gòu)想出了可大批量生產(chǎn)、現(xiàn)場裝配的“多米諾”體系。通過預(yù)制裝配實現(xiàn)住宅的工業(yè)化批量生產(chǎn)以解決社會問題，是以格羅皮烏斯、柯布西耶為代表的現(xiàn)代主義第一代建筑師的共同的出發(fā)點。這一理想也在以保羅·魯?shù)婪驗榇淼默F(xiàn)代主義第二代建筑師身上得到延續(xù)和發(fā)展。20世紀(jì)60年代，保羅·魯?shù)婪蛱岢隽私鉀Q現(xiàn)代主義困境的三種途徑之一為“多向空間建筑”，即通過功能模塊的靈活組合來實現(xiàn)室外空間的豐富性，并設(shè)計、實踐了在運送和吊裝時能以不同角度組合的整體預(yù)制單元“二十世紀(jì)磚”。“多向空間建筑”和“二十世紀(jì)磚”可被視為當(dāng)今廣泛應(yīng)用的“模塊化建筑”的雛形。

經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展，模塊化建筑技術(shù)（prefabricated prefinished volumetric construction，簡稱ppvc）已經(jīng)成為當(dāng)下最成熟的裝配式建筑技術(shù)之一。其概念是將建筑劃分成不同的空間模塊，在工廠將模塊內(nèi)的設(shè)備管線和裝修完成（外立面也可以部分完成），然后將模塊運至工地進行組裝。雄安市民服務(wù)中心企業(yè)辦公區(qū)通過應(yīng)用ppvc體系，120天內(nèi)完成模塊生產(chǎn)和施工安裝，創(chuàng)造了裝配式建筑建造速度的新記錄。在住宅建筑領(lǐng)域，鎮(zhèn)江港南路公租房項目是國內(nèi)較早應(yīng)用ppvc的項目。目前，國內(nèi)已經(jīng)有一些商品房住宅、公寓、學(xué)校和醫(yī)院采用了ppvc技術(shù)，相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)比較完整。當(dāng)然，模塊化建筑也存在著模塊體積大、運輸受限制、成本較高、應(yīng)用范圍受限的難題。

▲ 模塊生產(chǎn)和施工安裝的雄安市民服務(wù)中心企業(yè)辦公區(qū)

遠(yuǎn)大住工推出的預(yù)制住宅系列產(chǎn)品“遠(yuǎn)大美宅”，也是一種工廠造房的有益嘗試。該系列產(chǎn)品主要面向鄉(xiāng)村住宅市場，采用標(biāo)準(zhǔn)化戶型，在工地將標(biāo)準(zhǔn)化的混凝土建筑預(yù)制件組裝為成品住宅。由于產(chǎn)品構(gòu)件體積較大，其運輸對道路要求較高，運輸路寬不得小于4 m，一定程度上限制了產(chǎn)品的推廣。目前僅發(fā)布了7款產(chǎn)品，為滿足多樣化的市場需求，還需要進一步豐富產(chǎn)品體系。

▲ 預(yù)制住宅系列產(chǎn)品“遠(yuǎn)大美宅”

此外，智能制造技術(shù)在裝配式內(nèi)裝修領(lǐng)域也已有應(yīng)用。和能人居科技有限公司的天津智能制造工廠采用實體工廠+數(shù)字工廠的“雙工廠”運營模式，具備智能排程系統(tǒng)、自動化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)控與管理系統(tǒng)、產(chǎn)品工藝管理系統(tǒng)、生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)和快速開發(fā)系統(tǒng)。該工廠中生產(chǎn)的裝配式內(nèi)裝修板材，在基板處理、涂裝、精準(zhǔn)磨切等環(huán)節(jié)均實現(xiàn)了智能制造和全程數(shù)字監(jiān)控，充分展現(xiàn)了工廠制造的效率優(yōu)勢和質(zhì)量優(yōu)勢。

▲ 和能人居天津智能制造內(nèi)裝工廠

四、發(fā)展制造與建造融合的新型建造模式

4.1　優(yōu)化建筑生產(chǎn)組織方式

目前，建筑行業(yè)的生產(chǎn)方式整體上是碎片化的，“設(shè)計只管圖紙、工地照圖施工”，設(shè)計、生產(chǎn)、施工分離，前后環(huán)節(jié)之間經(jīng)常互不銜接，不同的參與方有著不同的利益。這種碎片化的生產(chǎn)方式，是導(dǎo)致建筑行業(yè)技術(shù)落后、創(chuàng)新困難、勞動生產(chǎn)率低下、競爭力不高的重要原因。

▲ 建筑工程建造方式的碎片化特征

要解決這些問題，建筑行業(yè)可以借鑒現(xiàn)代先進制造業(yè)的模塊化、一體化生產(chǎn)組織方式，優(yōu)化調(diào)整建筑業(yè)生產(chǎn)過程各環(huán)節(jié)。

4.1.1　模塊化生產(chǎn)組織方式

模塊化制造（modular manufacture）是現(xiàn)代制造業(yè)普遍采用的一種先進生產(chǎn)組織方式。與傳統(tǒng)以零部件組裝方式不同，模塊化制造采用具有一定功能的模塊作為中間產(chǎn)品，最終產(chǎn)品由模塊組裝而成，這種生產(chǎn)方式可以大幅度提高生產(chǎn)的質(zhì)量與效率。以汽車行業(yè)為例，現(xiàn)代汽車普遍采用總成（即模塊）組裝的方式進行生產(chǎn)。一輛汽車的4 000多個零件分屬于五大總成，除車身外，其他總成可由不同的供應(yīng)商分別制造，然后在總裝配線上與車身組裝在一起。這種生產(chǎn)組織方式?jīng)Q定了品牌廠商在產(chǎn)業(yè)鏈中處于中心地位，主導(dǎo)了汽車開發(fā)的全過程，并對市場調(diào)查、設(shè)計、測試、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)進行緊密統(tǒng)籌。

▲ 汽車總成裝配流程

飛機制造也是采用模塊化的方式，數(shù)以百萬計的零件組裝成一架波音飛機，工期只有3～4個月。時間的縮短意味著成本的大幅縮減。

4.1.2　一體化生產(chǎn)組織方式

一體化生產(chǎn)指的是設(shè)計、制造與建造進行統(tǒng)一管理和實施的現(xiàn)代生產(chǎn)組織方式?，F(xiàn)代船舶不僅采用模塊化方式進行制造，其設(shè)計與制造也是一體化的。船舶設(shè)計過程可分為初步設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計和生產(chǎn)設(shè)計三個階段?！俺醪皆O(shè)計”也叫做合同設(shè)計、報價設(shè)計，類似于建筑的方案設(shè)計；“詳細(xì)設(shè)計”類似于建筑的初步設(shè)計和施工圖設(shè)計；“生產(chǎn)設(shè)計”類似于建筑深化設(shè)計或加工設(shè)計。在船舶行業(yè)，設(shè)計從一開始就要對生產(chǎn)進行充分考慮，換言之，是在充分考慮生產(chǎn)的限制條件下進行設(shè)計的。

▲ 現(xiàn)代船舶設(shè)計階段劃分

發(fā)展工廠制造與工地建造相融合的新型建造模式，應(yīng)當(dāng)借鑒先進制造業(yè)的生產(chǎn)組織方式，將設(shè)計、生產(chǎn)、建造融合起來。在這個一體化的過程中，需要對建筑產(chǎn)業(yè)鏈中的各要素進行整合，優(yōu)化調(diào)整生產(chǎn)關(guān)系，協(xié)調(diào)利益沖突，減少中間環(huán)節(jié)，統(tǒng)一眾多參與方的利益和價值，整合為利益和目標(biāo)一致的共同體。

▲ 制造和建造融合的新型建造模式一體化流程示意

4.2　協(xié)調(diào)好工廠、運輸和現(xiàn)場的關(guān)系

裝配式建筑的建造過程可以劃分為策劃設(shè)計（planning）、工廠生產(chǎn)（manufacture）、運輸存儲（logistics）、工地施工（construction）四個環(huán)節(jié)。發(fā)展制造與建造融合的建造模式，需要協(xié)調(diào)好工廠生產(chǎn)、運輸存儲、工地施工三個環(huán)節(jié)之間的關(guān)系。

4.2.1　工廠生產(chǎn)

要實現(xiàn)工廠內(nèi)高效生產(chǎn)，首先必須實現(xiàn)自動化連續(xù)生產(chǎn)，而生產(chǎn)自動化就要求設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化；其次，工廠制造的構(gòu)件不應(yīng)是單一功能構(gòu)件，而應(yīng)是集成了結(jié)構(gòu)、保溫、防火、隔聲等多種功能的組件，以工廠的集成加工代替工地的人工安裝，從而實現(xiàn)高空作業(yè)地面化、室外作業(yè)室內(nèi)化、組（構(gòu)）件安裝簡單化的目標(biāo)。

4.2.2　運輸存儲

運輸存儲是工廠與工地之間的重要環(huán)節(jié)。道路和倉儲都會對部（構(gòu)）件的規(guī)格提出要求。部（構(gòu)）件尺寸不能過大，避免超寬、超長、超高、超重。除了滿足技術(shù)要求之外，物流環(huán)節(jié)要運用好物聯(lián)網(wǎng)和信息化平臺，做好運營管理，提升運輸?shù)臏?zhǔn)確性和及時性，以準(zhǔn)時生產(chǎn)（just in time）為目標(biāo)，努力降低物流成本。

4.2.3　工地施工

由于建設(shè)活動的終點還是在工地，工廠制造不可能完全取代工地建造。工地應(yīng)采用智慧工地技術(shù)，提高施工安裝的技術(shù)水平和工作效率。同時，盡可能減少施工安裝的工作量，降低操作的難度，減少高空作業(yè)的人數(shù)，如：采用游牧工廠或場內(nèi)組裝等方式，以地面加工和組裝代替高空作業(yè)，以簡單連接代替復(fù)雜操作。只有最大限度地降低現(xiàn)場施工的難度和工作量，才有可能最大程度地提高勞動生產(chǎn)效率。

4.3　發(fā)展適合工廠制造的技術(shù)體系

發(fā)展工廠制造與工地建造相融合的建造新模式，必須進行體系創(chuàng)新，選擇適合于工廠制造的技術(shù)體系。

裝配式建筑主流的技術(shù)體系是裝配式混凝土建筑和裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑。在市場占比方面，目前在國內(nèi)市場上裝配式混凝土建筑有明顯優(yōu)勢，但是在生產(chǎn)效率、質(zhì)量及裝配率方面，裝配式混凝土建筑與裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑相比仍有較大差距。因此，施工速度快、安全性好、適合在工廠內(nèi)進行加工生產(chǎn)的裝配式鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)體系，是提高勞動生產(chǎn)效率的優(yōu)先之選。

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑中，不同的技術(shù)體系在工廠制造方面各有特點。

鋼框架結(jié)構(gòu)建筑在現(xiàn)有技術(shù)水平下實現(xiàn)工廠集成制造還有一定困難，未來應(yīng)重點研究圍護系統(tǒng)模塊化、內(nèi)裝與管線系統(tǒng)的集成等內(nèi)容。

ppvc是目前結(jié)構(gòu)、外墻、內(nèi)裝修和設(shè)備管線集成程度最高的技術(shù)體系，特別適合工廠集成制造。

此外，一些新型裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)體系也值得關(guān)注。如箱板鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑技術(shù)體系，它借鑒了船舶制造的自動化集成加工工藝，在工廠完成結(jié)構(gòu)構(gòu)件與建筑防火、保溫、隔聲等填充材料乃至部分設(shè)備管線的集成加工，是一種特別適合工廠制造的技術(shù)體系。

▲ 箱板鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑

▲ 上：外景

▲ 下：結(jié)構(gòu)內(nèi)景

4.4　通過批量定制，滿足個性化需求

簡單重復(fù)式的大批量生產(chǎn)無法滿足個性化需求。在制造與建造融合的新型建造模式下，采用批量定制的方式，可以滿足個性化需求。

對于建筑部（構(gòu)）件，一方面應(yīng)盡可能多地選用通用化產(chǎn)品，另一方面也要生產(chǎn)定制產(chǎn)品——前者可以進行自動化制造，實現(xiàn)庫存設(shè)計和庫存生產(chǎn)，從而有利于提高效率、降低成本；后者需要進行定制設(shè)計，借助柔性生產(chǎn)，滿足建筑個性化的需求。

通過通用化產(chǎn)品和定制產(chǎn)品的組合，可以為現(xiàn)場的個性化建造提供支持，在建筑的個性需求與工廠的高效生產(chǎn)之間取得平衡。

▲ 工廠與現(xiàn)場、標(biāo)準(zhǔn)化與個性化的關(guān)系

4.5　做好裝配式建筑的集成設(shè)計

裝配式建筑是系統(tǒng)性工程，也是完整的建筑產(chǎn)品，因此必須進行集成設(shè)計。各專業(yè)的協(xié)同設(shè)計與各階段的一體化設(shè)計的結(jié)合就是集成設(shè)計。

▲ 裝配式建筑設(shè)計流程示意

裝配式建筑的設(shè)計之初要做好技術(shù)策劃，結(jié)合建筑項目的特點，選擇合適的技術(shù)配置方案，并對不同的技術(shù)組合進行經(jīng)濟分析，以確定最佳選擇。

進入建筑設(shè)計階段，應(yīng)按照技術(shù)策劃確定的技術(shù)路線和原則，對結(jié)構(gòu)、外圍護、內(nèi)裝修、設(shè)備和管線四個系統(tǒng)進行一體化設(shè)計。這就要求建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通空調(diào)、電氣、智能化、燃?xì)狻⑹覂?nèi)、經(jīng)濟等所有專業(yè)進行同步協(xié)同設(shè)計，避免部分啟動較晚的專業(yè)設(shè)計對前面已經(jīng)完成的設(shè)計追加新的要求，造成工作重復(fù)或設(shè)計缺陷。同時，設(shè)計也要對生產(chǎn)、運輸、施工的需求進行綜合考慮，從而提高系統(tǒng)和部品的集成度，提升施工精度和裝配效率。因此，設(shè)計階段要與部（構(gòu)）件生產(chǎn)、施工安裝企業(yè)密切協(xié)作，前置解決生產(chǎn)和施工中易出現(xiàn)的問題，避免浪費與損失。

部（構(gòu)）件深化設(shè)計是裝配式建筑設(shè)計后期重要的設(shè)計環(huán)節(jié)，也是部（構(gòu)）件生產(chǎn)的前提條件，需要設(shè)計和生產(chǎn)兩個環(huán)節(jié)充分協(xié)作。

裝配式建筑的集成設(shè)計應(yīng)進行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，充分采用簡化、統(tǒng)一化、通用化、系列化、組合化和模塊化等標(biāo)準(zhǔn)化方法，盡可能減少部（構(gòu)）件的種類和規(guī)格，提升模具的重復(fù)利用率，從而提高生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。

結(jié)語

發(fā)展以裝配式建筑為代表的新型建筑工業(yè)化，是為了實現(xiàn)建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展和建筑長壽命、建筑高質(zhì)量、生產(chǎn)高效率、資源少消耗、環(huán)境低污染的最終目標(biāo)。而如何充分發(fā)揮裝配式建筑的質(zhì)量優(yōu)勢與效率優(yōu)勢是高質(zhì)量發(fā)展攻關(guān)的重點。通過學(xué)習(xí)、借鑒先進制造業(yè)的經(jīng)驗，發(fā)展制造與建造融合的新型建造模式，將成為裝配式建筑的發(fā)展方向之一。

這種新型建造模式要求將設(shè)計、生產(chǎn)和施工緊密結(jié)合起來，做好建筑集成設(shè)計。應(yīng)充分認(rèn)識“工廠制造”在建造活動全流程中的重要性，賦予其與“工地建造”同等重要的地位，從而確定“工廠為模塊制造中心，工地為總裝車間”的指導(dǎo)思想。在此基礎(chǔ)上，重新構(gòu)建設(shè)計和施工組織流程，發(fā)展適合工廠制造的技術(shù)體系，通過批量定制滿足個性化需求。如此才能真正提高建造效率，提升建筑品質(zhì)。