國(guó)際建筑工業(yè)化前沿理論動(dòng)態(tài)與技術(shù)發(fā)展研究＊

文/中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院有限公司 劉東衛(wèi)

東南大學(xué)建筑學(xué)院 張 宏

中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院有限公司 伍止超

0 引言

建筑業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，經(jīng)過(guò)30多年的改革發(fā)展，建筑業(yè)的建造能力不斷增強(qiáng)，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。截至2016年，全國(guó)建筑業(yè)總產(chǎn)值達(dá)19.35萬(wàn)億元，建筑業(yè)增加值達(dá)4.95萬(wàn)億元，占國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的6.66%。建筑業(yè)還吸納了大量農(nóng)村轉(zhuǎn)移勞動(dòng)力，占農(nóng)村進(jìn)城務(wù)工人員總數(shù)的五分之一以上，并帶動(dòng)了50多個(gè)關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、城鄉(xiāng)建設(shè)和民生改善作出重要貢獻(xiàn)。但我國(guó)建筑行業(yè)現(xiàn)狀仍不容樂(lè)觀，建筑行業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率總體偏低，資源與能源消耗嚴(yán)重，建筑環(huán)境污染問(wèn)題突出，建筑施工人員素質(zhì)不高，建筑壽命短，建筑工程質(zhì)量與安全存在諸多問(wèn)題，生產(chǎn)方式落后是導(dǎo)致我國(guó)建筑行業(yè)出現(xiàn)問(wèn)題的主要原因。建筑業(yè)亟需新型建筑工業(yè)化的生產(chǎn)建造方式改變目前現(xiàn)狀。而建筑工業(yè)化生產(chǎn)方式與傳統(tǒng)建筑生產(chǎn)方式相比有明顯優(yōu)勢(shì)。

2017年2月國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于促進(jìn)建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見(jiàn)》（國(guó)辦發(fā)〔2017〕19號(hào)），這是建筑業(yè)改革發(fā)展的頂層設(shè)計(jì)，對(duì)推進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化，促進(jìn)建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展具有重要意義。推進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化，大力發(fā)展建筑工業(yè)化是我國(guó)未來(lái)建筑業(yè)發(fā)展的重中之重，是我國(guó)建筑業(yè)節(jié)能減排、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、產(chǎn)業(yè)升級(jí)和重大產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的必經(jīng)之路?！笆舜蟆眻?bào)告、《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》《國(guó)家“十二五”科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見(jiàn)》（國(guó)辦發(fā)〔2016〕71號(hào)）和《“十三五”裝配式建筑行動(dòng)方案》等共同指出深入發(fā)展新型工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化等社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的國(guó)家戰(zhàn)略。為響應(yīng)國(guó)家政策，各地方政府也積極出臺(tái)政策文件支持新型建筑工業(yè)化發(fā)展，推進(jìn)裝配式建筑建設(shè)。建筑產(chǎn)業(yè)化的核心是生產(chǎn)工業(yè)化。建筑工業(yè)化是隨西方工業(yè)革命的爆發(fā)，從而在建筑領(lǐng)域興起。當(dāng)代建筑工業(yè)化是指通過(guò)現(xiàn)代化大工業(yè)生產(chǎn)方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)建筑業(yè)中分散、低水平、低效率的生產(chǎn)方式。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，建筑生產(chǎn)工業(yè)化程度相當(dāng)高，而且建筑工業(yè)化的前沿理論動(dòng)態(tài)與技術(shù)發(fā)展研究非常系統(tǒng)，其研究對(duì)建筑產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型升級(jí)與理念轉(zhuǎn)變、模式轉(zhuǎn)型和路徑創(chuàng)新具有極其關(guān)鍵的作用。

1 建筑工業(yè)化的國(guó)外前沿理論動(dòng)態(tài)

1.1 建筑工業(yè)化建筑體系論

發(fā)達(dá)國(guó)家注重采用工業(yè)化生產(chǎn)的新思路，加緊建筑體系和相關(guān)集成技術(shù)的研發(fā)工作，建筑建設(shè)實(shí)現(xiàn)從數(shù)量到質(zhì)量階段的劇變?？v觀國(guó)外建筑工業(yè)化成熟的國(guó)家，從國(guó)家層面無(wú)本推行能夠被行業(yè)內(nèi)認(rèn)知的建筑通用體系。如日本從20世紀(jì)70年代以KEP住宅部品合成設(shè)計(jì)方式實(shí)現(xiàn)靈活可變居住空間、NPS多樣化住宅標(biāo)準(zhǔn)體系建立，到20世紀(jì)80年代CHS百年住宅體系形成，逐步構(gòu)建了住宅工業(yè)化建設(shè)體系（見(jiàn)圖1）。

20世紀(jì)60年代，歐洲住宅逐漸采用建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，建造了一批完整的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化建筑住宅體系。法國(guó)在20世紀(jì)80年代編制《構(gòu)件邏輯系統(tǒng)》，20世紀(jì)90年代又編制了住宅通用軟件G5軟件系統(tǒng)。丹麥?zhǔn)鞘澜缟系谝粋€(gè)將模數(shù)法制化的國(guó)家，以發(fā)展“產(chǎn)品目錄設(shè)計(jì)”為中心推動(dòng)通用體系發(fā)展。

圖1 日本住宅工業(yè)化體系的發(fā)展

1.2 建筑工業(yè)化設(shè)計(jì)建造論

國(guó)外預(yù)制裝配式混凝土建筑在西歐、北美、澳大利亞應(yīng)用較為廣泛，研究也較為成熟和深入；在亞洲，日本處于領(lǐng)先地位。近20年來(lái)，材料工業(yè)發(fā)展和加工機(jī)具進(jìn)步使預(yù)制裝配式混凝土技術(shù)得以持續(xù)發(fā)展，如高強(qiáng)鋼筋大大改進(jìn)了預(yù)制構(gòu)件性能，纖維復(fù)合筋和環(huán)氧涂層鋼筋等可有效提高結(jié)構(gòu)的極限承載力，改善結(jié)構(gòu)耐久性等。

日本住宅全裝修始于20世紀(jì)60年代初期，住宅全裝修產(chǎn)業(yè)化與住宅產(chǎn)業(yè)化同步發(fā)展。20世紀(jì)70年代，住宅裝修改造、節(jié)能建筑技術(shù)進(jìn)一步推廣，日本住宅產(chǎn)業(yè)進(jìn)入成熟時(shí)期。設(shè)立工業(yè)化住宅性能認(rèn)證制度以保證工業(yè)化住宅的質(zhì)量和功能。20世紀(jì)80年代中期，設(shè)立優(yōu)良住宅部品認(rèn)證制度。到20世紀(jì)90年代，開始采用工業(yè)化方式生產(chǎn)住宅通用部品，其中1418類部品取得“優(yōu)良住宅部品認(rèn)證”。日本所有在售住宅都是全裝修房。

1.3 建筑工業(yè)化生產(chǎn)集成論

Lauris Koskela在1992年提出要將制造業(yè)的生產(chǎn)原則包括精益生產(chǎn)等應(yīng)用到建筑業(yè)，并于1993年在IGLC（International Group of Lean Construction）大會(huì)上首次提出“精益制造”（Lean Construction）概念。通過(guò)精益制造理論倡導(dǎo)者10多年的不懈努力，精益制造理論日益豐富，主要應(yīng)用在建筑生產(chǎn)計(jì)劃和控制、建筑產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計(jì)、項(xiàng)目供應(yīng)鏈管理和工業(yè)化預(yù)制構(gòu)件以及開放型工程項(xiàng)目實(shí)施中。

在施工工藝與工法方面，發(fā)達(dá)國(guó)家很早就認(rèn)識(shí)到重大工程建設(shè)中施工工藝與工法研究的重要性，并在基礎(chǔ)理論與應(yīng)用技術(shù)方面展開研究，利用新穎的施工技術(shù)與工藝，順利組織實(shí)施了一大批著名工程。

2 建筑工業(yè)化建筑體系論與技術(shù)

2.1 建筑通用體系

在建筑生產(chǎn)領(lǐng)域，建造建筑整體的體系稱為總體系，局部的體系稱為子體系。不是為特定的建筑，而是任何建筑都可使用的子體系稱為子體系的通用化，將通用化子體系集成構(gòu)成的總體系稱為通用體系。將子體系通用化的主要目標(biāo)是抽取多數(shù)共通的子體系，使之工業(yè)化，各建筑通過(guò)選擇子體系，可獲得低造價(jià)和多樣化。通用體系對(duì)象是所有建筑，但建筑中需求量最大的是住宅，因此首先考慮住宅領(lǐng)域。在住宅工業(yè)化發(fā)展方面，通用體系是以通用構(gòu)配件為基礎(chǔ)，進(jìn)行多樣化房屋組合的一種體系，設(shè)計(jì)易于實(shí)現(xiàn)多樣化，且構(gòu)配件使用量大，便于組織專業(yè)化大批量生產(chǎn)。

2.2 OB+SI建筑體系

OB（Open Building）開放建筑理論被認(rèn)為是建筑工業(yè)化發(fā)展的重要理論基礎(chǔ)，是涉及設(shè)計(jì)理念、體系構(gòu)建、技術(shù)集成等方面的綜合性建筑體系，與建筑相關(guān)的科學(xué)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)等諸多領(lǐng)域相關(guān)聯(lián)。其獨(dú)特性在于以工業(yè)化的建造方式解決多樣化的居住需求，即在工業(yè)化住宅建設(shè)過(guò)程中，提倡居住者參與，體現(xiàn)了將理性思維（嚴(yán)密的邏輯體系）與感性設(shè)計(jì)（居住者參與）相協(xié)調(diào)，活用工業(yè)化技術(shù)，形成一種開放式建設(shè)模式。SI（Skeleton and Infill）建筑體系是日本在OB基礎(chǔ)上，將支撐體和填充體分離體系與集成技術(shù)開發(fā)應(yīng)用發(fā)展到一個(gè)新的層次，對(duì)當(dāng)代建筑工業(yè)化發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

2.3 建筑標(biāo)準(zhǔn)化體系

標(biāo)準(zhǔn)化是建筑生產(chǎn)工業(yè)化的前提條件，包括建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、建筑體系定型化、建筑部品通用化和系列化。建筑標(biāo)準(zhǔn)化就是在設(shè)計(jì)中按照一定模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范構(gòu)件和產(chǎn)品，形成標(biāo)準(zhǔn)化、系列化部品，減少設(shè)計(jì)隨意性，并簡(jiǎn)化施工手段，以便于建筑產(chǎn)品能夠進(jìn)行成批生產(chǎn)。建筑標(biāo)準(zhǔn)化是建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)。

3 建筑工業(yè)化設(shè)計(jì)建造論與技術(shù)

3.1 主體工業(yè)化

主體工業(yè)化包括預(yù)制裝配整體式混凝土（PC）結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)、木（鋼木）結(jié)構(gòu)技術(shù)等。主體工業(yè)化通常是指主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用預(yù)制方法，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配式施工。其主要特征為：工廠化批量預(yù)制、機(jī)械化施工，現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)少，具有施工快、質(zhì)量好、節(jié)省材料和人工的優(yōu)點(diǎn)。主體工業(yè)化建造方式能提供高品質(zhì)、高耐久、節(jié)能環(huán)保的建筑成品，解決建筑業(yè)長(zhǎng)期以來(lái)存在的各種壽命與質(zhì)量問(wèn)題。由于工廠生產(chǎn)可按照一定的作業(yè)流程和嚴(yán)格的工藝標(biāo)準(zhǔn)控制產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，易滿足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，現(xiàn)場(chǎng)吊裝和少量節(jié)點(diǎn)連接作業(yè)可大大降低現(xiàn)場(chǎng)工人工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度，為保證施工質(zhì)量創(chuàng)造良好條件。

3.2 內(nèi)裝工業(yè)化

內(nèi)裝工業(yè)化主要體現(xiàn)在工業(yè)化裝修和內(nèi)裝部品化2方面。以內(nèi)裝工業(yè)化整合住宅內(nèi)裝部品體系，住宅部品的集成進(jìn)一步使住宅生產(chǎn)達(dá)到工業(yè)化。內(nèi)裝工業(yè)化具有多方面優(yōu)勢(shì)：①部品在工廠制作，現(xiàn)場(chǎng)采用干式作業(yè)，可全面保證產(chǎn)品質(zhì)量和性能；②提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，縮短建設(shè)周期，節(jié)省大量人工和管理費(fèi)用，降低住宅生產(chǎn)成本，綜合效益明顯；③采用集成部品裝配化生產(chǎn)，有效解決施工生產(chǎn)誤差和模數(shù)接口問(wèn)題，可推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)發(fā)展與工業(yè)化生產(chǎn)和管理；④便于維護(hù)，降低后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)難度，為部品全壽命期更新創(chuàng)造可能；⑤節(jié)能環(huán)保，減少原材料浪費(fèi)，施工噪聲、粉塵和建筑垃圾等環(huán)境污染也大為減少。

在當(dāng)前我國(guó)建筑產(chǎn)業(yè)化背景下，建筑部品體系是實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵，建筑部品標(biāo)準(zhǔn)化是推進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)。做好部品標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、實(shí)現(xiàn)部品通用化，以及生產(chǎn)、供應(yīng)的社會(huì)化，才能保證建筑工業(yè)化的實(shí)現(xiàn)。

4 建筑工業(yè)化生產(chǎn)集成論與技術(shù)

4.1 技術(shù)制造精益化

精益制造技術(shù)將“精益思想”在建筑業(yè)加以改造和應(yīng)用，徹底消除建筑施工過(guò)程中的浪費(fèi)和不確定性，最大限度滿足顧客要求，從而實(shí)現(xiàn)建筑企業(yè)利潤(rùn)最大化。相比制造業(yè)，建筑業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率均較低，為適應(yīng)新型建筑工業(yè)化技術(shù)發(fā)展需要，需要精益制造技術(shù)這一新型工程項(xiàng)目管理理論，從工程項(xiàng)目全局出發(fā)，對(duì)工程項(xiàng)目實(shí)施全過(guò)程進(jìn)行科學(xué)、系統(tǒng)管理，克服以往項(xiàng)目管理理論存在的缺陷。精益制造是適應(yīng)于新型建筑工業(yè)化生產(chǎn)的創(chuàng)新建造模式。

4.2 生產(chǎn)施工集約化

施工集約化既能使目前已形成的鋼筋混凝土現(xiàn)澆體系的質(zhì)量安全和效益得到提升，又是推進(jìn)建筑生產(chǎn)工業(yè)化的前提。它在標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和定型化建筑中間投入產(chǎn)品的生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝，運(yùn)用機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)方式完成，從而達(dá)到降低勞動(dòng)強(qiáng)度、有效縮短工期的目的。隨著經(jīng)濟(jì)全球化，建筑工業(yè)化的生產(chǎn)作業(yè)機(jī)械化必須將國(guó)際化與本土化、專業(yè)化進(jìn)行有機(jī)融合，將建筑產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中各環(huán)節(jié)通過(guò)統(tǒng)一、科學(xué)的組織管理加以綜合協(xié)調(diào)，以項(xiàng)目利益相關(guān)者滿意為標(biāo)志，達(dá)到提高投資效益的目的。同時(shí)，隨著建筑業(yè)科技含量的提高，繁重的體力勞動(dòng)將逐步減少，復(fù)雜的技能型操作工序?qū)⒋蠓黾樱瑢?duì)項(xiàng)目管理人員和操作工人的技術(shù)能力也提出更高要求。

4.3 全產(chǎn)業(yè)鏈集成化

借助于信息技術(shù)手段，用整體綜合集成的方法將工程建設(shè)的全部過(guò)程組織起來(lái)，使設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工、機(jī)械設(shè)備和勞動(dòng)力實(shí)現(xiàn)資源配置優(yōu)化組合，采用工程總承包的組織管理模式，在有限時(shí)間內(nèi)發(fā)揮最有效的作用，提高資源利用效率，創(chuàng)造更大的效用價(jià)值。要實(shí)現(xiàn)對(duì)基于BIM的工業(yè)化建筑全壽命信息化管理，首先需要進(jìn)行信息分類存儲(chǔ)。在建筑信息模型（BIM）中，部件部品不僅具有幾何屬性，還具有一些非幾何屬性，如材料的耐火等級(jí)、傳熱系數(shù)，部件部品造價(jià)、采購(gòu)信息、重量、受力狀況等。部件部品的參數(shù)有3D描述參數(shù)、空間位置參數(shù)、物理量參數(shù)、標(biāo)識(shí)參數(shù)和材質(zhì)參數(shù)等，以數(shù)據(jù)庫(kù)的形式儲(chǔ)存，可貫穿整個(gè)項(xiàng)目周期。建筑空間關(guān)系、部件部品信息包括構(gòu)件的材料供應(yīng)商信息等，不同的參與方能夠方便地從中提取所需信息。

5 結(jié)語(yǔ)

面對(duì)資源和環(huán)境的挑戰(zhàn)，世界建筑工業(yè)化水平較高的國(guó)家通過(guò)開發(fā)適合本國(guó)國(guó)情的體系，實(shí)現(xiàn)建造方式的轉(zhuǎn)型升級(jí)。由于歷史背景的不同，各國(guó)的發(fā)展道路呈現(xiàn)不同特點(diǎn)：①?gòu)暮?jiǎn)單追求建設(shè)量到注重建筑長(zhǎng)遠(yuǎn)品質(zhì)和可持續(xù)發(fā)展基本理念的頂層設(shè)計(jì)深入人心；②建筑體系論及其技術(shù)推廣發(fā)展；③設(shè)計(jì)建造論及其技術(shù)逐漸普及；④生產(chǎn)集成論及其技術(shù)全面呈現(xiàn)。

從國(guó)際建筑工業(yè)化發(fā)展歷程看，發(fā)展我國(guó)建筑產(chǎn)業(yè)化需要將基于當(dāng)代建筑工業(yè)化前沿理論的建筑體系論、設(shè)計(jì)建造論和生產(chǎn)集成論相契合，才能突破建筑工業(yè)化發(fā)展瓶頸，為建筑產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型升級(jí)和住宅工業(yè)化建設(shè)在更廣闊的范圍內(nèi)提供有力支撐。以建筑工業(yè)化設(shè)計(jì)建造理念變革和建筑科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新為先導(dǎo)，優(yōu)化建筑業(yè)生產(chǎn)方式和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，從戰(zhàn)略性角度配置建筑產(chǎn)業(yè)資源，合理調(diào)整和協(xié)調(diào)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)內(nèi)容，從而建設(shè)符合時(shí)代可持續(xù)發(fā)展與市場(chǎng)需求的高質(zhì)量建筑。