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量和效率優勢的發揮。為此，建筑業需要向先進制造業學習，建立區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、一體化的生產組織方式，協調好工廠制造、物流運輸、工地施工之間的關系，建立和完善適合工廠制造的技術體系，以批量定制的方式滿足人們對建筑個性化的需求。

一、我國裝配式建筑發展現狀與問題

建筑工地既是建筑物的生產場所，也是建筑產品最終的交付和使用地點，因此傳統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，具有一定的成本優勢。我國建筑業在過往幾十年的發展過程中對廉價勞動力過度依賴，造成建筑行業普遍存在發展動力不足、科技水平低下、建設質量不高的問題。近年來，人口紅利的衰減極大地擠壓建筑企業的利潤空間，迫使建筑行業轉型升級。

大力發展裝配式建筑，正是在這一背景下提出的重要舉措。與傳統建造方式相比，裝配式建筑具備質量與效率優勢，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下，裝配式建筑占比快速增長，裝配式建筑的發展成績令人欣喜。同時也應該看到，現在實施的許多裝配式建筑，雖然采用了裝配式技術，但生產組織方式仍是傳統的工地中心模式。以部（構）件的生產為例，許多企業僅把工廠當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節，工廠制造的優勢不易發揮，項目增量成本難以消解。另外，工地的構件安裝繼續遵循著一般建筑工程的施工流程：結構—外墻—機電—裝飾裝修。這種串行的生產流程，看似容易管理、能夠避免現場操作面緊張，實際上整體生產效率不高，遇到工期緊張時就會產生大量的問題。

▲ 一般建筑工程施工流程

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

二、向先進制造業學習提升質量與效率

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

▲ 全球制造業與建筑業生產率增長率比較（1995—2014年）

▲ 左：人均每小時工作產出指數

▲ 右：勞動生產率的年復合增長率

對建筑行業而言，與傳統的工地建造模式相比，工廠生產的質量和效率能夠體現出明顯的優勢；遵循“重復、困難的工作工廠做”的原則，把一部分工地作業轉移到工廠內完成，對于提高建造活動的質量和效率是十分有效的。

其次，當代工廠生產離不開數字化技術的應用。據麥肯錫全球研究院在2016年發布的研究報告《想象建筑業的數字化未來》，制造業的信息化和數字化技術應用水準遠高于建筑業。未來，建筑業需要在各個建造環節加強信息化和數字化技術的應用，如在設計環節采用標準化、bim技術，在生產和安裝環節采用信息編碼、物聯網和數字化技術等。

▲ 麥肯錫全球研究院行業數字化指數對比（截至2015年底）

此外，制造業在管理上比建筑業更加精細，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、無人工廠等技術的應用，大幅度提高了制造質量和效率。這些理論和方法如何應用在建筑建造活動中，需要大膽地進行系統性創新。

總之，實施裝配式建筑，需要向先進制造業學習，借鑒其先進思想、技術和做法，依托智能化技術，發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量與效率，充分發揮其綜合效益優勢。

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，通過預制裝配實現建筑的工業化生產是現代主義的核心追求之一。1910年格羅皮烏斯在《根據藝術原理建立通用住宅建筑公司的計劃書》中陳述了他以標準化構件工業化生產來實現住宅快速建造的理想。1914年柯布西耶設計構想出了可大批量生產、現場裝配的“多米諾”體系。通過預制裝配實現住宅的工業化批量生產以解決社會問題，是以格羅皮烏斯、柯布西耶為代表的現代主義第一代建筑師的共同的出發點。這一理想也在以保羅·魯道夫為代表的現代主義第二代建筑師身上得到延續和發展。20世紀60年代，保羅·魯道夫提出了解決現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室外空間的豐富性，并設計、實踐了在運送和吊裝時能以不同角度組合的整體預制單元“二十世紀磚”。“多向空間建筑”和“二十世紀磚”可被視為當今廣泛應用的“模塊化建筑”的雛形。

經過半個多世紀的發展，模塊化建筑技術（prefabricated prefinished volumetric construction，簡稱ppvc）已經成為當下最成熟的裝配式建筑技術之一。其概念是將建筑劃分成不同的空間模塊，在工廠將模塊內的設備管線和裝修完成（外立面也可以部分完成），然后將模塊運至工地進行組裝。雄安市民服務中心企業辦公區通過應用ppvc體系，120天內完成模塊生產和施工安裝，創造了裝配式建筑建造速度的新記錄。在住宅建筑領域，鎮江港南路公租房項目是國內較早應用ppvc的項目。目前，國內已經有一些商品房住宅、公寓、學校和醫院采用了ppvc技術，相應的產業鏈已經比較完整。當然，模塊化建筑也存在著模塊體積大、運輸受限制、成本較高、應用范圍受限的難題。

▲ 模塊生產和施工安裝的雄安市民服務中心企業辦公區

遠大住工推出的預制住宅系列產品“遠大美宅”，也是一種工廠造房的有益嘗試。該系列產品主要面向鄉村住宅市場，采用標準化戶型，在工地將標準化的混凝土建筑預制件組裝為成品住宅。由于產品構件體積較大，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品的推廣。目前僅發布了7款產品，為滿足多樣化的市場需求，還需要進一步豐富產品體系。

▲ 預制住宅系列產品“遠大美宅”

此外，智能制造技術在裝配式內裝修領域也已有應用。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+數字工廠的“雙工廠”運營模式，具備智能排程系統、自動化數據采集系統、設備監控與管理系統、產品工藝管理系統、生產制造執行系統和快速開發系統。該工廠中生產的裝配式內裝修板材，在基板處理、涂裝、精準磨切等環節均實現了智能制造和全程數字監控，充分展現了工廠制造的效率優勢和質量優勢。

▲ 和能人居天津智能制造內裝工廠

四、發展制造與建造融合的新型建造模式

4.1　優化建筑生產組織方式

目前，建筑行業的生產方式整體上是碎片化的，“設計只管圖紙、工地照圖施工”，設計、生產、施工分離，前后環節之間經常互不銜接，不同的參與方有著不同的利益。這種碎片化的生產方式，是導致建筑行業技術落后、創新困難、勞動生產率低下、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，建筑行業可以借鑒現代先進制造業的模塊化、一體化生產組織方式，優化調整建筑業生產過程各環節。

4.1.1　模塊化生產組織方式

模塊化制造（modular manufacture）是現代制造業普遍采用的一種先進生產組織方式。與傳統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品，最終產品由模塊組裝而成，這種生產方式可以大幅度提高生產的質量與效率。以汽車行業為例，現代汽車普遍采用總成（即模塊）組裝的方式進行生產。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。這種生產組織方式決定了品牌廠商在產業鏈中處于中心地位，主導了汽車開發的全過程，并對市場調查、設計、測試、生產等環節進行緊密統籌。

▲ 汽車總成裝配流程

飛機制造也是采用模塊化的方式，數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　一體化生產組織方式

一體化生產指的是設計、制造與建造進行統一管理和實施的現代生產組織方式。現代船舶不僅采用模塊化方式進行制造，其設計與制造也是一體化的。船舶設計過程可分為初步設計、詳細設計和生產設計三個階段。“初步設計”也叫做合同設計、報價設計，類似于建筑的方案設計；“詳細設計”類似于建筑的初步設計和施工圖設計；“生產設計”類似于建筑深化設計或加工設計。在船舶行業，設計從一開始就要對生產進行充分考慮，換言之，是在充分考慮生產的限制條件下進行設計的。

▲ 現代船舶設計階段劃分

發展工廠制造與工地建造相融合的新型建造模式，應當借鑒先進制造業的生產組織方式，將設計、生產、建造融合起來。在這個一體化的過程中，需要對建筑產業鏈中的各要素進行整合，優化調整生產關系，協調利益沖突，減少中間環節，統一眾多參與方的利益和價值，整合為利益和目標一致的共同體。

▲ 制造和建造融合的新型建造模式一體化流程示意

4.2　協調好工廠、運輸和現場的關系

裝配式建筑的建造過程可以劃分為策劃設計（planning）、工廠生產（manufacture）、運輸存儲（logistics）、工地施工（construction）四個環節。發展制造與建造融合的建造模式，需要協調好工廠生產、運輸存儲、工地施工三個環節之間的關系。

4.2.1　工廠生產

要實現工廠內高效生產，首先必須實現自動化連續生產，而生產自動化就要求設計標準化；其次，工廠制造的構件不應是單一功能構件，而應是集成了結構、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，從而實現高空作業地面化、室外作業室內化、組（構）件安裝簡單化的目標。

4.2.2　運輸存儲

運輸存儲是工廠與工地之間的重要環節。道路和倉儲都會對部（構）件的規格提出要求。部（構）件尺寸不能過大，避免超寬、超長、超高、超重。除了滿足技術要求之外，物流環節要運用好物聯網和信息化平臺，做好運營管理，提升運輸的準確性和及時性，以準時生產（just in time）為目標，努力降低物流成本。

4.2.3　工地施工

由于建設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。工地應采用智慧工地技術，提高施工安裝的技術水平和工作效率。同時，盡可能減少施工安裝的工作量，降低操作的難度，減少高空作業的人數，如：采用游牧工廠或場內組裝等方式，以地面加工和組裝代替高空作業，以簡單連接代替復雜操作。只有最大限度地降低現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效率。

4.3　發展適合工廠制造的技術體系

發展工廠制造與工地建造相融合的建造新模式，必須進行體系創新，選擇適合于工廠制造的技術體系。

裝配式建筑主流的技術體系是裝配式混凝土建筑和裝配式鋼結構建筑。在市場占比方面，目前在國內市場上裝配式混凝土建筑有明顯優勢，但是在生產效率、質量及裝配率方面，裝配式混凝土建筑與裝配式鋼結構建筑相比仍有較大差距。因此，施工速度快、安全性好、適合在工廠內進行加工生產的裝配式鋼結構技術體系，是提高勞動生產效率的優先之選。

裝配式鋼結構建筑中，不同的技術體系在工廠制造方面各有特點。

鋼框架結構建筑在現有技術水平下實現工廠集成制造還有一定困難，未來應重點研究圍護系統模塊化、內裝與管線系統的集成等內容。

ppvc是目前結構、外墻、內裝修和設備管線集成程度最高的技術體系，特別適合工廠集成制造。

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

▲ 箱板鋼結構裝配式建筑

▲ 上：外景

▲ 下：結構內景

4.4　通過批量定制，滿足個性化需求

簡單重復式的大批量生產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）件，一方面應盡可能多地選用通用化產品，另一方面也要生產定制產品——前者可以進行自動化制造，實現庫存設計和庫存生產，從而有利于提高效率、降低成本；后者需要進行定制設計，借助柔性生產，滿足建筑個性化的需求。

通過通用化產品和定制產品的組合，可以為現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之間取得平衡。

▲ 工廠與現場、標準化與個性化的關系

4.5　做好裝配式建筑的集成設計

裝配式建筑是系統性工程，也是完整的建筑產品，因此必須進行集成設計。各專業的協同設計與各階段的一體化設計的結合就是集成設計。

▲ 裝配式建筑設計流程示意

裝配式建筑的設計之初要做好技術策劃，結合建筑項目的特點，選擇合適的技術配置方案，并對不同的技術組合進行經濟分析，以確定最佳選擇。

進入建筑設計階段，應按照技術策劃確定的技術路線和原則，對結構、外圍護、內裝修、設備和管線四個系統進行一體化設計。這就要求建筑、結構、給排水、暖通空調、電氣、智能化、燃氣、室內、經濟等所有專業進行同步協同設計，避免部分啟動較晚的專業設計對前面已經完成的設計追加新的要求，造成工作重復或設計缺陷。同時，設計也要對生產、運輸、施工的需求進行綜合考慮，從而提高系統和部品的集成度，提升施工精度和裝配效率。因此，設計階段要與部（構）件生產、施工安裝企業密切協作，前置解決生產和施工中易出現的問題，避免浪費與損失。

部（構）件深化設計是裝配式建筑設計后期重要的設計環節，也是部（構）件生產的前提條件，需要設計和生產兩個環節充分協作。

裝配式建筑的集成設計應進行標準化設計，充分采用簡化、統一化、通用化、系列化、組合化和模塊化等標準化方法，盡可能減少部（構）件的種類和規格，提升模具的重復利用率，從而提高生產的質量和效率。

結語

發展以裝配式建筑為代表的新型建筑工業化，是為了實現建筑業高質量發展和建筑長壽命、建筑高質量、生產高效率、資源少消耗、環境低污染的最終目標。而如何充分發揮裝配式建筑的質量優勢與效率優勢是高質量發展攻關的重點。通過學習、借鑒先進制造業的經驗，發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展方向之一。

這種新型建造模式要求將設計、生產和施工緊密結合起來，做好建筑集成設計。應充分認識“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”的指導思想。在此基礎上，重新構建設計和施工組織流程，發展適合工廠制造的技術體系，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。