科技猎装配式建筑：建筑界的“预制菜” 长啥样？
装配式建筑：建筑界的“预制菜” 长啥样？
BAI资本
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帝国大厦、雷神山医院和“老破小”的背后。
以前苏联大板建筑为原型的俄罗斯方块游戏PNLK
文 | BAI资本（BAI_VC），作者 | 王亦君
什么是装配式建筑？这种建筑方式，是将构件在工厂进行标准化批量预制后，运输到施工现场进行拼装，与其他构件可靠连接，最终建成完工。
如果把建房子类比为厨师做大餐，那装配式建筑就好比先把食材（建筑构件）在中央厨房（工厂）进行预处理，再运到门店厨房（施工现场）进行烹饪（拼装）。
装配式建筑，也可称为建筑界的乐高
装配式建筑主要包括预制装配式混凝土结构（PC，Precast Concrete）、钢结构（PS，Precast Steel）以及现代木结构建筑，被普遍认为是现代工业化生产方式的代表。
01 从古希腊庙宇到榫卯结构木屋，装配式建筑不是新概念
无论是自然界还是人类历史中，“预制”、“装配”的概念从不新鲜。
在澳大利亚树林中，雄园丁鸟会利用小树枝搭建、装饰求偶亭吸引雌鸟，这一充满智慧和美感的行为让它们被誉为“鸟类建筑家“。
对人类而言，早在农业出现前就有采集狩猎者利用兽皮、树干搭建房屋；古希腊、古埃及的庙宇宫殿，均是在加工场将石材凿好后运输至现场安装搭建。
我国古代的木质梁柱体系是今天框架建筑的原型，近代著名建筑学家梁思成在破译《营造法式》时发现古代木结构已经有了高度标准化的设计概念，即所谓“凡构屋之制，皆以材为祖”。此类传统木构房屋使用模数化的、预先制造的木材部件，无需连接材料，还不易受到地震破坏。
《营造法式》斗栱各部分名称示意图，来源：清华大学建筑学院中国营造学社纪念馆
1830年，为实现海外殖民地定居点的快速建设，英国木匠曼宁（John Manning）借助造船业基础，发明了在英国制造并由轮船运往世界各地建造简易的木框架房屋（Manning Portable Cottage）。
曼宁移动房框架及外观图
19世纪中期，英国工程师优化了用生铁制造低碳钢的过程，从而使钢铁材料以轧制的形式普遍用于之后的框架结构中，现代钢结构也因此具备了天然的预制与装配属性。
任何新事物的诞生都会经历一个概念懵懂期，彼时的人们尚未有清晰的“装配式技术”认知，但已经意识到“预制构配件+现场加工”的建造方式所带来的便利性。
02 城市的时代记忆，装配式建筑现代化
世界第一座大型现代建筑，其实也是装配式建筑。
1851年英国世界博览会前夕，现有的古典建筑方案不仅难以提供足够的展馆空间，甚至不能在博览会开幕前如期建成，欧洲各国建筑师纷纷出谋献策。
无奈之下的维多利亚女王采用了花匠的方案：用铸铁和玻璃打造一个大型“花房”。铸铁梁柱在工厂制作，玻璃幕墙在按玻璃工厂最大的规格制作，运到现场装配，最终6个月内完成了建设，解决了大空间和工期紧的难题。
这是第一座大型现代建筑，也是装配式建筑的开山之作，由于建筑效果美观，展馆获得了“水晶宫”（The Crystal Palace）的美誉。
水晶宫，1851年
1921年，法国建筑大师柯布西耶于其著作《走向新建筑》中第一次提出了“像造汽车一样”去“批量复制”建筑的想法，实用主义建筑设计逐渐流行。
1931年，纽约帝国大厦竣工。这座被誉为“现代七大工程奇迹”之一的摩天大楼也采用了装配式工艺，采用“钢结构+石材幕墙”设计，全部工期仅410天，平均4 天一层楼。
采用“钢结构+石材幕墙”设计的纽约帝国大厦
二战后，装配式建筑在全球市场迎来高速发展期。
一方面，战后经济复苏时代，城市亟待重建但劳动力严重不足，城市化不断加速造成住房短缺；另一方面，第三次工业革命为装配式建筑的标准化、模块化提供了近乎完美的温床。速度快、节省人力、可批量的优势，让装配式技术在战后重建过程中发挥了重要作用。
1954年，前苏联在著名领导人赫鲁晓夫的要求之下，开发了一种可“复制粘贴”的建筑模板：预制件均为工厂流水线生产的标准件，采用统一的工业化建造，所有楼房统一规格，成本低廉。“赫鲁晓夫楼”很大程度上奠定了早期预制装配式建筑规模化的基础。
苏联典型的赫鲁晓夫楼
两年后，我国提出“建筑工业化”要求，1959年，我国最早的装配式建筑——北京民族饭店，10个月顺利完工，用于人民代表大会接待。引入苏联装配式混凝土大板建筑后，我国装配式建筑迎来第一次发展热潮。
为了实现“居者有其屋”的共产理想，“赫鲁晓夫楼”也曾经遍布中国各处，成为时代记忆。许知远在《无根者之家》中回忆道：在北京，我第一次住进楼房，那种红色砖墙的五层楼房。日后我才知道，它也被称为“赫鲁晓夫楼”……让我兴奋的是，卫生间与厨房都在小小的套间里，再不用夜半跑进院子外透风的厕所。
美国最早的装配式混凝土高层住宅之一费城社会岭公寓（society hill towers），由著名建筑师贝聿铭设计，这也是一个代表性的旧城改造项目，利用装配式技术的低成本、高效率优势，来解决城市人口居住问题。
费城社会岭公寓
1968年，“住宅产业”的概念开始在日本出现；1972年，著名的舱体大楼落地东京，该装配式建筑所有家具设备都实现了单元化，140个舱室错落有致，构思新奇，如同一座巨型“乐高积木”公寓。
坐落于东京的舱体大楼
八九十年代的欧洲，为完成大规模住宅建设目标，预制混凝土大板体系被广泛应用于新住宅区，成就了一大批风格鲜明的建筑。同一时期，日本逐渐成为住宅产业化的标志性国家，构件生产的机械化、产品标准的固定化、建筑过程的精准化，使得日本在装配式建筑领域成为世界学习的对象。
法国巴黎东郊大诺瓦西区的大型后现代乌托邦社区，以“天空之城”为寓意，包含610间公寓的钢筋混凝土建筑
在我国，改革开放后的装配式建筑热潮并未持续，而是因为八十年末大量廉价劳动力涌入城市、商品混凝土兴起陷入尴尬。
由于相关政策、标准体系的不完善，预制构件的产品规格较少；同时，技术手段的限制，使装配式建筑的保温、防水、隔音效果不理想，节点质量和抗震也有不足。现浇技术成为主流，装配式技术陷入暂时的沉寂。
03 双碳+数字化，装配式建筑的“事业第二春”
数十年间，装配式建筑的节点质量、抗震能力得到了大幅度提升，上世纪的制约其发展的因素逐渐弱化。装配式建筑的优势开始显露：
第一，从经济成本角度，预制构件、现场安装，可以减少建筑材料及相关设备的损耗和浪费；建造完成后，日常维护管理成本也更低。
第二，更重要的，是装配式建筑的节能环保属性。装配技术的推广能减少施工现场的噪音、空气污染，控制建筑垃圾的产生；理想状态下，装配式建筑可以随主体施工同步实现装修一体化；最后，在回收阶段部分建筑材料可有效循环利用，减少污染、提高资源利用率。
2013年住建部、发改委在头号文件《绿色建筑行动方案》中明确提出要推广预制装配式建筑体系，“新型建筑工业化”由此形成；并在随后几年间不断出台落地举措。
去年，国家明确提出碳达峰和碳中和的实现时间，从顶层设计规范“双碳"目标。地产建筑行业规模大、占GDP比重高，同时也是碳排放最高的终端消费来源，传统建筑产业的转型升级已成必然。
中国建筑节能协会《中国建筑能耗研究报告(2020)》2018年我国建筑全过程能耗占全国能源消费总量的46.5%，碳排放总量占全国碳排放总量的51.3% ，其中建筑生产阶段（材料）和运行阶段为主要占比
各类标准、扶持政策的相继完善，官方的大力扶持与引领，加上自身的“低碳减碳”特性，装配式建筑由此迎来了“事业第二春”，成为建筑工业化、绿色化的主抓手。
2016-2020年我国新建装配式建筑面积逐年增长，新开工装配式建筑面积占新建建筑面积的比例也不断提高，2020年，全国新开工装配式建筑面积达6.3亿平方米，占比20.5%。数据来源：前瞻产业研究院
作为“绿色建筑行动”中的“天选之子”，装配式技术可以说是建筑业多年以来最重要的技术变革。但绿色建筑不能仅关注结构的装配化，更需要从“全生命周期”的角度俯瞰，在每一环节做到节能、高效。建筑全生命周期中的设计、生产协调、物流优化等方面均已经受到数字化手段的帮助。
装配式建筑的全生命周期阶段
火神山、雷神山医院的“大国速度”，就是装配式建筑与BIM（Building Information Modeling）、5G云计算技术的结晶：采用标准化、模块化设计，通过BIM技术快速输出整体建设方案，避免后期的返工整改；运用装配式建筑技术，采用集装箱活动板房，安装便捷且整体性好，大大提高了施工进度。
如果箱式板房是“躯干”，信息化系统则是“血液”。火神山医院不是野战医院，信息化系统是其中很重要的一部分，尤其ICU的智能化、自动化建设工作。医院还采用了智能化运维管理平台，依托5G、AI、物联网等技术研发了应急医院智能化运维管理平台，实现了智慧安防及物流、远程会诊、“零接触”运维。
而5G技术则实现了超过三千万人观看的现场直播，让五湖四海的我们为“叉酱、呕泥酱”等不间断打call。
综合来看，普通工业建造向智能建造的数字化转型，可融合的技术有BIM技术、物联网技术、3D打印技术、人工智能技术等，主要体现在以下几方面：
- 设计过程中建模与仿真智能化、协同化
在驱动产业标准化的进程中，设计向来是核心环节。装配式建筑云平台「大乐装」聚焦PC市场，致力于推广云端软件驱动的互联网“云制造”，目前已发布了能实现“一键建模、一键计算装配式表单、一键导出配套成果”的SaaS化装配式设计云平台。
「大乐装」根据地区智能推荐设计方案，快速生成装配式方案表单
- 施工过程中利用基于人工智能技术的机器人代替传统施工方式
面对降本增效的的问题，智能机器人替代传统施工是理想的解决方案。智能建筑工业机器人开发公司「大界机器人」自主研发的工业软件Robim，能结合工业机械臂，实现3D打印、材料加工等自动化生产制造；胶囊工厂能实现预制与现场加工的有机结合，有效促进施工现场的智能化与数字化。
「大界机器人」集群式柔性生产线
- 管理过程中通过物联网技术日趋智能化
无线射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID），俗称电子标签，在建筑行业已经得到了较广泛的应用。通过RFID技术对装配式预制构件进行编码，可实现构件制作、运输、管理及施工阶段的智能管理。
- 运维过程中结合云计算和大数据技术
通过对建筑空间的3D精细建模，利用云计算技术搭建服务平台，结合大数据分析、传感器监测及物联网搭建管理系统，进而达成全生命周期的建筑智慧化运维。智慧运维能实现对建筑空间、设备资产的科学管理，对潜在灾害进行评估和预判，让建筑达到能耗合理、舒适宜居的最佳使用状态。
基于BIM和VR的机电系统可视化
装配式建筑的成本与标准化、规模化程度息息相关，由于目前装配市场成熟度不高，在构件生产、运输管理及施工安装等环节的协同配合难度较大，使得现阶段成本高于现浇建筑；但随着人力成本提高、产业链发展，装配式建筑的成本将逐渐低于现浇建筑。根据相关机构测算，3-4年内将会迎来产业的爆发期。
回望装配式建筑的起源与发展，工业革命、二战后、我国改革开放、全球节能减排……几乎国内外近代史中每一个特殊历史节点，都会出现装配式建筑的身影，它的活跃与社会发展和需求紧密相关，具有超越建筑本身意义外的特殊社会属性。
双山医院的建设奇迹，证明了“装配式+数字化”智能建造所描绘的未来并不是触不可及。随着工作效率的提升、施工环境的改善，或许在某个绿色的未来，建房子真的就像搭积木一般，而城市就是居民们的“大型沉浸式乐高公园”。
参考资料：
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- 14. 大界智能建造解决方案及实例解析，大界机器人，2021年，浏览日期2021年7月19日。
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