关键词：装配式建筑；政策；要点；优化策略
0.引言
装配式建筑是结构与围护系统、设备与管线系统、厨卫等内装修的主要部分采用预制部品部件集成，且建造过程集标准化、机械化、智能化的设计、生产、施工、管理于一体的建筑。它能有效对治传统建造方式在资源利用率低、劳动力成本高、建造质量参差不齐及建设工期长等方面的问题，是我国建筑行业产业升级的发展方向。当前，我国建筑业面临“一大机遇，三大市场”的重要节点。一大机遇是指国家大力推动装配式建筑及绿色建筑材料应用；三大市场是指城镇化建设市场，雄安新区、粤港澳大湾区等新区建设市场，和一带一路海外工程建设市场。如何更好的抓住机遇，开拓市场，本文从国家政策、设计要点和优化策略等方面展开思考。
1.政策背景 指引发展方向
建国初期，国家就提出“建筑工业化是建筑业发展方向”，“大力开展建筑结构和配件的标准化工作”等要求。经过半个多世纪的发展，装配式建筑的应用范围从简单的单层工业厂房扩展到各类民用建筑，生产方式也从露天生产截面尺寸很大的非预应力构件提升到专业工厂生产高效预应力构件、多材料复合构件等。
在进入新世纪后，一方面由于装配式建筑的构件交接节点处易成为结构刚度和物理性能的薄弱点，使装配式建筑容易出现“热、裂、漏”等问题，多用于小开间、低层数、抗震等级低的建筑；另一方面，一些成本低、工期短的装配式建筑对标准化构件运用过于规整，导致建筑体型及外观给人以单调的观感。以上原因使得在近十几年的建筑发展浪潮中，装配式结构的使用不如混凝土现浇结构、钢结构等广泛。虽然在民用建筑市场中暂时缺席，装配式建筑以其开放、灵活、环保等内在的先进性，在一些突发公共安全事件中却能挺身而出，比如神户地震后坂茂设计的纸教堂、非典时期的小汤山医院等，世界范围内很多企业和专家对装配式建筑的实践和理论也没有停止。
根据中国建筑节能协会发布的《中国建筑能耗研究报告》显示，传统建筑业在对拉动国家经济发展有突出贡献的同时，也造成了极大的能源消耗（约占全国能源消费总量的20%-30%）和环境污染（约占世界碳排放量的8%），建筑业产业升级迫在眉睫，因此，在2012年党的十八大提出推进生态文明建设的要求后，中共中央 国务院出台《关于大力发展装配式建筑的指导意见》，住建部发布《“十三五”装配式建筑行动方案》、《装配式建筑示范城市管理办法》、《装配式建筑产业基地管理办法》、《装配式建筑评价标准》、《装配式建筑系列标准应用实施指南2016（钢结构建筑）》、《装配式建筑系列标准应用实施指南2016（混凝土结构建筑）》、《装配式钢结构建筑技术标准》、《装配式混凝土结构建筑技术标准》等[[[] 装配式建筑三大国家标准发布并于2017年6月1日实施[J]. 砖瓦,2017,No.351(03):60.]]，顶层制度设计以非常快的速度明确了装配式建筑的将发展目标和重点任务，健全了相关标准和实施方案。
2.转型要点 找准发力位置
国家政策对装配式的设计、生产等方面形成有力支撑和指导，激发着建筑行业创新的动力，进一步提升工程的质量和效率，进一步降低工程的成本和能耗，结合设计、材料、构造等方面的技术创新，结合建造流程、运营维护等方面的信息化管理等，实现传统建筑业向装配式建筑的转变与进化。这种转变与进化是从多个独立环节向建筑全生命周期的、线性思维方式向系统思维方式的根本性转变，并非只是某几方面的提升，但为了便于理解和把握，在此分别从以下几方面要点进行论述。
2.1建筑设计水平
建筑常常被赞美为艺术与技术的完美结合，因为它既是能抵抗不安全因素的物质生活环境，也是满足人心理和审美需求的重要精神场所。历史上的众多经典建筑虽然处于不同时期、不同地域，却都具有打动人心的力量，其原因就在于它们都以恰当而精妙的技术处理了建筑需要解决的功能问题。在20世纪现代主义建筑初期至今，很多建筑师在通过预制装配式建筑技术为社会提供美观且经济的住房方面作出过努力，阐明简单的低成本设计与空间质量之间，建造与可持续发展之间的平衡关系。
比如柯布西耶（Le Corbusier）设计的Dom-ino住宅（1914），是一个基于混凝土柱和无梁悬挑楼板的开放系统，用户可以将预制的、模数化生产的窗户、门和步入式衣橱置入进去。
赖特（Frank Lloyd Wright）设计了组件住宅(American System-Built，1912-1916)，有着简单的构造，统一的平面与结构模数，固定的几种平面户型，每种户型建造价格已确定，用户可以根据自身需要和经济水平选择一种或几种户型的组合。
格罗皮乌斯（Walter Gropius）与沃克斯曼（Konrad Wachsmann）合作开发了可在 9 小时内建造的打包房屋系统（Packaged House System，1941）是一种用于建造小型建筑物的三维模块化木结构系统，墙板部件中预埋电缆，通过X型的楔子进行灵活连接，从而构成多样的户型，适应不同地块形状和家庭规模。[[[] 宋戈,徐沐阳,邓佳璐. 装配式建筑历史——起源及发展阶段[J]. 建筑与文化,2019,No.186(09):194-197.]]
路易斯·康（Louis Kahn）设计的宾夕法尼亚大学理查兹医学实验室（1965）用预应力混凝土结构单元通过后张力组合，使结构部件相比现场建造更为纤细和优雅，表达了诗意的结构逻辑，同时成本也得到了控制，且满足了苛刻的工期要求。
皮亚诺(Renzo Piano）设计的IBM移动展馆（1982）由34个层压木质支柱、铸铝连接件、聚碳酸酯窗扇构成的拱形部件组成，整个建筑可以由5辆铰接式卡车运输，15天安装完成，在欧洲多国都进行过展出，展示了装配式建筑如何在美学和结构方面都令人折服。[[[] 宋戈,罗玉成,邓佳璐. 装配式建筑发展历史研究——深化阶段[J]. 建筑与文化,2019,No.188(11):208-211.]]
如皮亚诺在一次采访中所说的那样：“好建筑讲究平衡。我向来以钢琴家为例，要成为天才，必须具有在钢琴前面忘记自己纯熟的技术，将其转换为情感的表达的能力，否则会变成机器人在弹钢琴。建筑也是一样，讲究如何以人性的方式，不着痕迹地吸收和应用庞大的技术知识。”
2.2协同工作水平
过去，建造过程由多个独立环节组成：在设计环节中，主要关注方案设计和施工图设计，以建筑专业为龙头，对外接洽项目投资方，将其需求转化为方案图纸，对内协同结构、设备等专业，推进方案不断深化；在施工环节中，主要关注建材配送和施工。虽然设计和施工环节有审图和监理把关，仍无法避免施工环节时出现比如设计图纸错误、现场存在施工难度、业主提出功能性改变等问题，这时就要停工返回设计环节进行施工图变更，发生工期延误和资源浪费。完成施工后的建筑也不算万事大吉，进入使用环节，迎来新的参与方——使用者，在居住建筑中，业主因为房屋质量或使用空间、管线等设计不合理而集体上访的事情近年来时见报端；在公共建筑中，建筑的功能往往会随时间推移而发生变化，而原有的建筑空间可能会对这些变化产生限制。这些问题的产生都源于线性关系的流程，只能到下一环节才能发现上一环节的问题。
装配式建筑提出了建筑全生命周期的目标，其流程是方案设计→优化深化→构件生产→装配建造（含全装修）→运营维护（上一项目在运营维护过程中总结的经验可以反馈到下一次方案设计中，从而使这个流程成为螺旋上升的闭环）。这一流程相较以往有两大不同：一是较以往时间跨度更长，利益相关者更多，这就要求更高的协同合作意识和专业技术水平，令各方在各个环节既能充分发挥专长，又能充分信息共享；二是建立了标准化设计体系，设计环节的深入程度直接影响施工环节的部件部品的性能、各项成本、现场建造速度以及使用环节建筑的质量。
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2.3质量性能水平
装配式建筑的常用结构体系有装配整体式剪力墙结构、叠合板式混凝土剪力墙结构、分层装配式支撑钢结构、薄壁钢混凝土组合结构、钢框架钢支撑结构等，正确的选用结构体系是保证建筑质量安全和物理性能的核心。每个建筑项目应根据其使用功能、造型体量、水文地质、抗震要求等条件，通过软件建模进行模拟和分析，以选取适宜的结构体系。
2.4产品标准化水平
组成建筑物的梁柱等结构部件、墙板等围护部件、门窗洁具等装修部件往往由不同的企业生产，要使这些部品部件实现良好配合，保证装配式建筑的技术可行性和经济合理性，就需要对产品做出标准化的统一规定。
装配式建筑的的预制构件可以分为标准化构件和非标准化构件，前者是简化品种的大批量生产，后者是丰富品种的小批量生产。两类构件可以应对各种不同场景需求：当使用功能比较单一、施工技术水平相对较低、建筑预算较少或工期比较紧张的时候，标准构件的使用占主导地位，反之，非标构件使用可以得多一些。
体现标准化设计水平的原则是深度分割形成通用构件与通用构件的多变组合。深度分割形成通用构件（少规格），可以减少构件数量、提高模板利用率，便于构件的制造与施工，降低工程造价造价[[[] 叶钦辉. 装配式建筑立面多样化设计方法研究[D].湖南大学,2018.]]；通用构件的多变组合（多组合），可以通过对构件的不同排列组合产生丰富多彩的空间与外观效果，就像细胞不同的组合形成了不同的生命体一样。
“少规格+多组合”可以使产品实现标准化与多样性的平衡。
此类成功案例在其他商业产品中并不少见，比如每年生产约750亿个零件售往140多个国家的玩具品牌乐高，它的经历可以给装配式建筑以启示：1932年成立的乐高一直很受欢迎，但从1998年起，虽然受欢迎程度未减，乐高却开始出现亏损，其管理层做了很多努力试图改善，但亏损仍旧持续，直到2004年，乐高到了破产的边缘，才找到真正的原因：在1997年至2004年的七年间，公司产品目录上的零件种类和颜色持续增加，已达约1.5万种，50种颜色，生产成本极高，而经过研究发现，每个产品的七成是由只占零件种类总数10%的标准通用模块构成。拿通用模块中的八凸点矩形方块来说，两块八凸点可形成24种组合，三块八凸点可形成1060种组合，而六块八凸点可形成的组合多达不可思议的102981500种。因此乐高大量减少零件种类，并鼓励设计师尽可能采用标准通用模块进行设计。[[[] 李立. 乐高：我们有积木，而你们有想法[N]. 中国经营报,2016-08-15(C07).]]实践证明，这在大幅降低成本的同时，并未影响全球乐高迷的个性化需求，消费者甚至可以自发设计，直接表达创意。这项改革使乐高从亏损中逐渐恢复元气，并在2015年成为年盈利数十亿的全球最大玩具生产商。
建筑较玩具复杂，但运用“少规格+多组合”的原则，很多设计与施工的复杂程度都很高的参数化设计的建筑也都成为现实。
3.优化策略 针对要点提升
针对上述要点，建议从以下几方面入手进行提升。
3.1教育培训建筑从业人员
装配式建筑要求整个建筑系统从业者都有更积极的学习态度，更深入的全局观，更高的技术水平，因此，在行业新的变革时代，应积极探索建筑学科教育新模式：一方面更具开放性和高效性，使设计、施工、运维各环节的技术人员和高校相关专业学生都有学习装配式建筑核心内容的渠道；一方面更具系统性和实践性，选定装配式建筑的重点内容，建立多学科背景的知识体系，通过对优秀真实项目进行分析的教学方式，使学生形成对系统思维的深层理解并能正确运用，培育能解决装配式建筑实践问题的人才。
3.2推广先进技术
互联网技术、数字信息技术为装配式建筑的发展提供了更智能的平台和更高效的解决方案，是促进建筑产业升级的强有力推手。
建筑信息化产业化发展最实用的数字技术是建筑信息模型技术（Building Information Modeling，简称BIM），是利用数字化技术建立虚拟的建筑工程三维模型，并为这个模型提供真实完整、动态更新的建筑工程信息数据库，为建筑项目全生命周期的设计、制造、施工、管理甚至拆除各环节提供了一个协同工作的平台。
BIM技术的常见具体应用有：项目概念阶段的选址模拟分析、可视化展示；勘察测绘阶段的地形测绘与可视化模拟、地质参数化分析；项目设计阶段的参数化设计、日照能耗分析、交通线规划、管线优化、结构分析、可持续分析；招标投标阶段的造价分析、绿色节能、漫游模拟；施工建设阶段阶段的方案优化、进度控制、实时反馈、工程自动化、供应链管理、建筑垃圾处理；项目维护阶段的维修检测、火灾逃生模拟；项目更新阶段的结构分析；项目拆除阶段的爆破模拟、废弃物处理、环境绿化等。[[[] 戴文莹. 基于BIM技术的装配式建筑研究[D].武汉大学,2017.]]
以上只是常用例举，BIM的应用范围远不止这些，但在国内，少数意识先进、推动转型力度大的设计机构和施工企业才利用BIM技术将项目落地，大部分企业则仍然以传统的二维平面制图方式、组织加工方式为主，涵需进一步推广先进技术，促进产业链转型升级。
3.3重视优化深化环节
与普通建筑不同，在方案设计阶段后，装配式建筑为了提高预制率和装配率、控制成本和完成预制构件在工广的自动化生产，需要进一步对方案进行优化和深化，这一阶段是装配式建筑从方案设计向实现过程中的重要一环，起到承上启下的作用。
优化和深化需要借助BIM模型实现。BIM模型与传统建模相比，区别优势很大：传统建模目的是直观的看到建成后外观，主要用来做效果图；而BIM模型除了具有可视性，还具有参数性和联动性，即模型参数调整时模型同步生成变化并直观呈现。此阶段对于构件的设计精度要求己达到钢筋级别，与人为计算不同方案的配筋和制图的方式相比，效率和准确度的提升极高。通过对建筑各构件进行深度拆分、尺寸优化、构件配筋，进行构件之间和内部的碰撞检测等多个方面反复论证，细化深化到位后，可以直接出构件深化详图，进入构建生产阶段。[[[] 彭书凝. BIM+装配式建筑的发展与应用[J]. 施工技术,2018,v.47;No.509(10):20-23+60.]]
3.4重视国家标准
国家已建立和完善了装配式建筑的标准和图集规范体系，涵括从设计、构件生产、施工安装到竣工验收的全过程。比如由住建部科技与产业化发展中心会同中国建筑研究院等多部门联合，参考国内外相关标准并开展多项专题研究后编制确定的《装配式建筑评价标准》（GB/T51129-2017），对装配率计算确定了详细的评分项和评分计算方法，可以有效控制装配式建筑的“度”，使项目不盲目追求高装配率，更好地对装配式建筑的结构安全、绿色环保等方面进行规范。各地方政府应要求并协调发改、规划、财税、建设、房地产等相关部门制定具体政策，推动和保障国家规范体系的落地。
4.结语
我们的建设需要正确处理经济发展与生态环境保护的关系，最大效率地利用资源和最低限度地影响环境，凝聚全行业力量，加强交流，共同推动装配式建筑技术性标准深化、精品项目设计、BIM软件的推广使用及开发等工作，打造在世界范围内有竞争力的装配式建筑产业化技术体系。
参考文献：[] 装配式建筑三大国家标准发布并于2017年6月1日实施[J]. 砖瓦,2017,No.351(03):60.
[] 宋戈,徐沐阳,邓佳璐. 装配式建筑历史——起源及发展阶段[J]. 建筑与文化,2019,No.186(09):194-197.
[] 宋戈,罗玉成,邓佳璐. 装配式建筑发展历史研究——深化阶段[J]. 建筑与文化,2019,No.188(11):208-211.
[] 叶钦辉. 装配式建筑立面多样化设计方法研究[D].湖南大学,2018.
[] 李立. 乐高：我们有积木，而你们有想法[N]. 中国经营报,2016-08-15(C07).
[] 戴文莹. 基于BIM技术的装配式建筑研究[D].武汉大学,2017.
[] 彭书凝. BIM+装配式建筑的发展与应用[J]. 施工技术,2018,v.47;No.509(10):20-23+60.
论文作者:郑理文 瞿继文
论文发表刊物:《城镇建设》2020年1期
论文发表时间:2020/4/3
标签：建筑论文; 构件论文; 结构论文; 环节论文; 组合论文; 阶段论文; 项目论文; 《城镇建设》2020年1期论文;