文/中國建筑標準設計研究院有限公司 劉東衛(wèi)

東南大學建筑學院 張 宏

中國建筑標準設計研究院有限公司 伍止超

0 引言

建筑業(yè)是我國國民經濟的支柱產業(yè)，經過30多年的改革發(fā)展，建筑業(yè)的建造能力不斷增強，產業(yè)規(guī)模不斷擴大。截至2016年，全國建筑業(yè)總產值達19.35萬億元，建筑業(yè)增加值達4.95萬億元，占國內生產總值的6.66%。建筑業(yè)還吸納了大量農村轉移勞動力，占農村進城務工人員總數(shù)的五分之一以上，并帶動了50多個關聯(lián)產業(yè)發(fā)展，對經濟社會發(fā)展、城鄉(xiāng)建設和民生改善作出重要貢獻。但我國建筑行業(yè)現(xiàn)狀仍不容樂觀，建筑行業(yè)勞動生產率總體偏低，資源與能源消耗嚴重，建筑環(huán)境污染問題突出，建筑施工人員素質不高，建筑壽命短，建筑工程質量與安全存在諸多問題，生產方式落后是導致我國建筑行業(yè)出現(xiàn)問題的主要原因。建筑業(yè)亟需新型建筑工業(yè)化的生產建造方式改變目前現(xiàn)狀。而建筑工業(yè)化生產方式與傳統(tǒng)建筑生產方式相比有明顯優(yōu)勢。

2017年2月國務院辦公廳印發(fā)《關于促進建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見》（國辦發(fā)〔2017〕19號），這是建筑業(yè)改革發(fā)展的頂層設計，對推進建筑產業(yè)現(xiàn)代化，促進建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展具有重要意義。推進建筑產業(yè)現(xiàn)代化，大力發(fā)展建筑工業(yè)化是我國未來建筑業(yè)發(fā)展的重中之重，是我國建筑業(yè)節(jié)能減排、結構優(yōu)化、產業(yè)升級和重大產業(yè)創(chuàng)新的必經之路?！笆舜蟆眻蟾?、《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》《國家“十二五”科學和技術發(fā)展規(guī)劃》《國務院辦公廳關于大力發(fā)展裝配式建筑的指導意見》（國辦發(fā)〔2016〕71號）和《“十三五”裝配式建筑行動方案》等共同指出深入發(fā)展新型工業(yè)化、產業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化等社會可持續(xù)發(fā)展的國家戰(zhàn)略。為響應國家政策，各地方政府也積極出臺政策文件支持新型建筑工業(yè)化發(fā)展，推進裝配式建筑建設。建筑產業(yè)化的核心是生產工業(yè)化。建筑工業(yè)化是隨西方工業(yè)革命的爆發(fā)，從而在建筑領域興起。當代建筑工業(yè)化是指通過現(xiàn)代化大工業(yè)生產方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)建筑業(yè)中分散、低水平、低效率的生產方式。在工業(yè)發(fā)達國家，建筑生產工業(yè)化程度相當高，而且建筑工業(yè)化的前沿理論動態(tài)與技術發(fā)展研究非常系統(tǒng)，其研究對建筑產業(yè)化轉型升級與理念轉變、模式轉型和路徑創(chuàng)新具有極其關鍵的作用。

1 建筑工業(yè)化的國外前沿理論動態(tài)

1.1 建筑工業(yè)化建筑體系論

發(fā)達國家注重采用工業(yè)化生產的新思路，加緊建筑體系和相關集成技術的研發(fā)工作，建筑建設實現(xiàn)從數(shù)量到質量階段的劇變?？v觀國外建筑工業(yè)化成熟的國家，從國家層面無本推行能夠被行業(yè)內認知的建筑通用體系。如日本從20世紀70年代以KEP住宅部品合成設計方式實現(xiàn)靈活可變居住空間、NPS多樣化住宅標準體系建立，到20世紀80年代CHS百年住宅體系形成，逐步構建了住宅工業(yè)化建設體系（見圖1）。

20世紀60年代，歐洲住宅逐漸采用建筑設計標準化，建造了一批完整的標準化、系列化建筑住宅體系。法國在20世紀80年代編制《構件邏輯系統(tǒng)》，20世紀90年代又編制了住宅通用軟件G5軟件系統(tǒng)。丹麥是世界上第一個將模數(shù)法制化的國家，以發(fā)展“產品目錄設計”為中心推動通用體系發(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)化設計建造論

國外預制裝配式混凝土建筑在西歐、北美、澳大利亞應用較為廣泛，研究也較為成熟和深入；在亞洲，日本處于領先地位。近20年來，材料工業(yè)發(fā)展和加工機具進步使預制裝配式混凝土技術得以持續(xù)發(fā)展，如高強鋼筋大大改進了預制構件性能，纖維復合筋和環(huán)氧涂層鋼筋等可有效提高結構的極限承載力，改善結構耐久性等。

日本住宅全裝修始于20世紀60年代初期，住宅全裝修產業(yè)化與住宅產業(yè)化同步發(fā)展。20世紀70年代，住宅裝修改造、節(jié)能建筑技術進一步推廣，日本住宅產業(yè)進入成熟時期。設立工業(yè)化住宅性能認證制度以保證工業(yè)化住宅的質量和功能。20世紀80年代中期，設立優(yōu)良住宅部品認證制度。到20世紀90年代，開始采用工業(yè)化方式生產住宅通用部品，其中1418類部品取得“優(yōu)良住宅部品認證”。日本所有在售住宅都是全裝修房。

1.3 建筑工業(yè)化生產集成論

Lauris Koskela在1992年提出要將制造業(yè)的生產原則包括精益生產等應用到建筑業(yè)，并于1993年在IGLC（International Group of Lean Construction）大會上首次提出“精益制造”（Lean Construction）概念。通過精益制造理論倡導者10多年的不懈努力，精益制造理論日益豐富，主要應用在建筑生產計劃和控制、建筑產品開發(fā)和設計、項目供應鏈管理和工業(yè)化預制構件以及開放型工程項目實施中。

在施工工藝與工法方面，發(fā)達國家很早就認識到重大工程建設中施工工藝與工法研究的重要性，并在基礎理論與應用技術方面展開研究，利用新穎的施工技術與工藝，順利組織實施了一大批著名工程。

2 建筑工業(yè)化建筑體系論與技術

2.1 建筑通用體系

在建筑生產領域，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成的總體系稱為通用體系。將子體系通用化的主要目標是抽取多數(shù)共通的子體系，使之工業(yè)化，各建筑通過選擇子體系，可獲得低造價和多樣化。通用體系對象是所有建筑，但建筑中需求量最大的是住宅，因此首先考慮住宅領域。在住宅工業(yè)化發(fā)展方面，通用體系是以通用構配件為基礎，進行多樣化房屋組合的一種體系，設計易于實現(xiàn)多樣化，且構配件使用量大，便于組織專業(yè)化大批量生產。

2.2 OB+SI建筑體系

OB（Open Building）開放建筑理論被認為是建筑工業(yè)化發(fā)展的重要理論基礎，是涉及設計理念、體系構建、技術集成等方面的綜合性建筑體系，與建筑相關的科學、技術、經濟和社會等諸多領域相關聯(lián)。其獨特性在于以工業(yè)化的建造方式解決多樣化的居住需求，即在工業(yè)化住宅建設過程中，提倡居住者參與，體現(xiàn)了將理性思維（嚴密的邏輯體系）與感性設計（居住者參與）相協(xié)調，活用工業(yè)化技術，形成一種開放式建設模式。SI（Skeleton and Infill）建筑體系是日本在OB基礎上，將支撐體和填充體分離體系與集成技術開發(fā)應用發(fā)展到一個新的層次，對當代建筑工業(yè)化發(fā)展產生深遠影響。

2.3 建筑標準化體系

標準化是建筑生產工業(yè)化的前提條件，包括建筑設計標準化、建筑體系定型化、建筑部品通用化和系列化。建筑標準化就是在設計中按照一定模數(shù)標準規(guī)范構件和產品，形成標準化、系列化部品，減少設計隨意性，并簡化施工手段，以便于建筑產品能夠進行成批生產。建筑標準化是建筑產業(yè)現(xiàn)代化的基礎。

3 建筑工業(yè)化設計建造論與技術

3.1 主體工業(yè)化

主體工業(yè)化包括預制裝配整體式混凝土（PC）結構、鋼結構、鋼筋混凝土組合結構、木（鋼木）結構技術等。主體工業(yè)化通常是指主體結構構件采用預制方法，在現(xiàn)場進行裝配式施工。其主要特征為：工廠化批量預制、機械化施工，現(xiàn)場濕作業(yè)少，具有施工快、質量好、節(jié)省材料和人工的優(yōu)點。主體工業(yè)化建造方式能提供高品質、高耐久、節(jié)能環(huán)保的建筑成品，解決建筑業(yè)長期以來存在的各種壽命與質量問題。由于工廠生產可按照一定的作業(yè)流程和嚴格的工藝標準控制產品生產質量，易滿足質量標準要求，現(xiàn)場吊裝和少量節(jié)點連接作業(yè)可大大降低現(xiàn)場工人工作量和勞動強度，為保證施工質量創(chuàng)造良好條件。

3.2 內裝工業(yè)化

內裝工業(yè)化主要體現(xiàn)在工業(yè)化裝修和內裝部品化2方面。以內裝工業(yè)化整合住宅內裝部品體系，住宅部品的集成進一步使住宅生產達到工業(yè)化。內裝工業(yè)化具有多方面優(yōu)勢：①部品在工廠制作，現(xiàn)場采用干式作業(yè)，可全面保證產品質量和性能；②提高勞動生產率，縮短建設周期，節(jié)省大量人工和管理費用，降低住宅生產成本，綜合效益明顯；③采用集成部品裝配化生產，有效解決施工生產誤差和模數(shù)接口問題，可推動產業(yè)化技術發(fā)展與工業(yè)化生產和管理；④便于維護，降低后期運營維護難度，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，施工噪聲、粉塵和建筑垃圾等環(huán)境污染也大為減少。

在當前我國建筑產業(yè)化背景下，建筑部品體系是實現(xiàn)建筑產業(yè)化的關鍵，建筑部品標準化是推進建筑產業(yè)化的基礎。做好部品標準化建設、實現(xiàn)部品通用化，以及生產、供應的社會化，才能保證建筑工業(yè)化的實現(xiàn)。

4 建筑工業(yè)化生產集成論與技術

4.1 技術制造精益化

精益制造技術將“精益思想”在建筑業(yè)加以改造和應用，徹底消除建筑施工過程中的浪費和不確定性，最大限度滿足顧客要求，從而實現(xiàn)建筑企業(yè)利潤最大化。相比制造業(yè)，建筑業(yè)產品質量和生產率均較低，為適應新型建筑工業(yè)化技術發(fā)展需要，需要精益制造技術這一新型工程項目管理理論，從工程項目全局出發(fā)，對工程項目實施全過程進行科學、系統(tǒng)管理，克服以往項目管理理論存在的缺陷。精益制造是適應于新型建筑工業(yè)化生產的創(chuàng)新建造模式。

4.2 生產施工集約化

施工集約化既能使目前已形成的鋼筋混凝土現(xiàn)澆體系的質量安全和效益得到提升，又是推進建筑生產工業(yè)化的前提。它在標準化設計和定型化建筑中間投入產品的生產、運輸、安裝，運用機械化、自動化生產方式完成，從而達到降低勞動強度、有效縮短工期的目的。隨著經濟全球化，建筑工業(yè)化的生產作業(yè)機械化必須將國際化與本土化、專業(yè)化進行有機融合，將建筑產品生產過程中各環(huán)節(jié)通過統(tǒng)一、科學的組織管理加以綜合協(xié)調，以項目利益相關者滿意為標志，達到提高投資效益的目的。同時，隨著建筑業(yè)科技含量的提高，繁重的體力勞動將逐步減少，復雜的技能型操作工序將大幅增加，對項目管理人員和操作工人的技術能力也提出更高要求。

4.3 全產業(yè)鏈集成化

借助于信息技術手段，用整體綜合集成的方法將工程建設的全部過程組織起來，使設計、采購、施工、機械設備和勞動力實現(xiàn)資源配置優(yōu)化組合，采用工程總承包的組織管理模式，在有限時間內發(fā)揮最有效的作用，提高資源利用效率，創(chuàng)造更大的效用價值。要實現(xiàn)對基于BIM的工業(yè)化建筑全壽命信息化管理，首先需要進行信息分類存儲。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、傳熱系數(shù)，部件部品造價、采購信息、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)、標識參數(shù)和材質參數(shù)等，以數(shù)據(jù)庫的形式儲存，可貫穿整個項目周期。建筑空間關系、部件部品信息包括構件的材料供應商信息等，不同的參與方能夠方便地從中提取所需信息。

5 結語

面對資源和環(huán)境的挑戰(zhàn)，世界建筑工業(yè)化水平較高的國家通過開發(fā)適合本國國情的體系，實現(xiàn)建造方式的轉型升級。由于歷史背景的不同，各國的發(fā)展道路呈現(xiàn)不同特點：①從簡單追求建設量到注重建筑長遠品質和可持續(xù)發(fā)展基本理念的頂層設計深入人心；②建筑體系論及其技術推廣發(fā)展；③設計建造論及其技術逐漸普及；④生產集成論及其技術全面呈現(xiàn)。

從國際建筑工業(yè)化發(fā)展歷程看，發(fā)展我國建筑產業(yè)化需要將基于當代建筑工業(yè)化前沿理論的建筑體系論、設計建造論和生產集成論相契合，才能突破建筑工業(yè)化發(fā)展瓶頸，為建筑產業(yè)化轉型升級和住宅工業(yè)化建設在更廣闊的范圍內提供有力支撐。以建筑工業(yè)化設計建造理念變革和建筑科學技術創(chuàng)新為先導，優(yōu)化建筑業(yè)生產方式和產業(yè)結構，從戰(zhàn)略性角度配置建筑產業(yè)資源，合理調整和協(xié)調產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)內容，從而建設符合時代可持續(xù)發(fā)展與市場需求的高質量建筑。