火神雷神之后，裝配式建筑的發(fā)展前景

前言：此次瘟疫，火神山等醫(yī)院能夠迅速建成，與裝配式鋼構(gòu)建造密不可分。成熟的預(yù)制生產(chǎn)線和有條不紊的現(xiàn)場管理是此次時間控制成功的關(guān)鍵。裝配式建筑的話題作為建筑界的一大熱門話題，也是建筑學(xué)朝著工業(yè)化科技化發(fā)展的重要方向。裝配式建筑的成品性、批量化、易操作、工期短、可復(fù)制等等優(yōu)點(diǎn)讓其在高迅速發(fā)展的城市化建設(shè)進(jìn)程中頗受青睞～

其實，建筑業(yè)目前的工業(yè)化程度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，現(xiàn)在很多嘗試的工業(yè)手段都是來自其他行業(yè)的降維打擊。比如，很多建筑學(xué)院研究的機(jī)械臂或者無人機(jī)制造代替人工，這些技術(shù)在機(jī)械設(shè)計中已經(jīng)運(yùn)用較為廣泛。而大量的預(yù)制化和工業(yè)化建造方式在橋梁、道路等市政工程其實已經(jīng)大規(guī)模采用，這也是中國能夠快速基建的核心科技之一。裝配式、預(yù)制化可以結(jié)合這些先進(jìn)科技經(jīng)驗，期望到達(dá)的是將讓建筑不是“built”（建造）而是“manufactured”（機(jī)械化制造）

另一方面，因為建筑的技術(shù)核心雖然存在部分可復(fù)制性（比如建筑結(jié)構(gòu)、立面幕墻），但其藝術(shù)核心卻無法直接批量復(fù)刻。而建筑藝術(shù)成分則需要模塊的多樣化和彈性設(shè)計、設(shè)計要素的大數(shù)據(jù)拓?fù)洹⒔ㄖ沃频膮?shù)化控制、客戶喜好需求統(tǒng)計、建筑標(biāo)準(zhǔn)化樣本歸納、流體行為的模擬等等的研究控制。因此，裝配式的發(fā)展依然還任重道遠(yuǎn)。

本期，我們將探討裝配式建筑的國內(nèi)外應(yīng)用與發(fā)展前景。本期，我們將探討裝配式建筑的國內(nèi)外應(yīng)用與發(fā)展前景。

01
裝配式建筑運(yùn)用

火神山的施工是裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑一次重要實踐。工廠預(yù)制化生產(chǎn)的病房模塊可以在車間就進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，而在現(xiàn)場進(jìn)行最后的快速拼裝。所有工作流程簡單明了、施工操作容易、人員調(diào)度方便。

這次事件也體現(xiàn)了預(yù)制化建筑的諸多優(yōu)點(diǎn)。對于可復(fù)制性高、標(biāo)準(zhǔn)化程度大、功能需求優(yōu)先的建筑來說，預(yù)制裝配式建筑可能是最好的選擇。通常，預(yù)制化建筑在工廠批量化生產(chǎn)各個結(jié)構(gòu)預(yù)制元件，然后在現(xiàn)場進(jìn)行組裝，這也讓整個過程變得更加高效。

當(dāng)然中國這么快建成一棟建筑并非首次，之前Broad Sustainable Building (BSB) company 就做過。他們用19天完成了一座57層的建筑。每天3層的速度，建成了可容納4000人的辦公樓。

總而言之，裝配式建造因為以下的優(yōu)點(diǎn)而在世界范圍內(nèi)得以大量的進(jìn)行實踐和發(fā)展。

A 環(huán)境保護(hù)

模塊化建筑是節(jié)省能源和可持續(xù)性的建造方式。傳統(tǒng)的施工往往會造成許多額外的材料浪費(fèi)。而工廠預(yù)制化的方式則可以更加精準(zhǔn)地確定生產(chǎn)數(shù)量，而額外的材料也會被當(dāng)場回收并等待再次利用。這可以大大節(jié)省將施工廢料運(yùn)往垃圾場的人力物力消耗。同時，工廠預(yù)制可以讓節(jié)點(diǎn)更加結(jié)實、施工組件更加精準(zhǔn)、空氣過濾更加完善。這些都可以提升能源利用效率。

B 經(jīng)濟(jì)節(jié)省

另一個重要的優(yōu)勢是預(yù)制式建筑可以做到節(jié)省財力。即便客戶定制化的組件看上去會很昂貴，但模塊化的思路也能解決這個問題。模塊化施工是將全方面地平衡預(yù)算和花費(fèi)點(diǎn)，從而創(chuàng)造一個可承擔(dān)的選擇。預(yù)制化廠家因為大量定制某些材料可以從材料商那里拿到折扣。同時，模塊化施工也能避免不可靠的合同和沒有生產(chǎn)力的員工。而施工時間的節(jié)省也能很大地減少財政消耗。

C 可變性和適應(yīng)性

模塊化施工可以被容易拆卸并組裝在不同的場地。這會減少原材料的需求，降低能源和時間消耗。另一方面，模塊化本身解構(gòu)了建筑形體，使得不同的組裝方式可以應(yīng)對不同的設(shè)計需求。這些模塊單元保持著中立的美學(xué)價值，可以適用于不同的建筑形式。

D 保證質(zhì)量

預(yù)制化生產(chǎn)是在可控制的機(jī)械化制造環(huán)境里，有特定的標(biāo)準(zhǔn)，因此每一個組塊可以保持連貫的質(zhì)量。相比之下，傳統(tǒng)的在地施工，需要考驗施工員的不同技能水平以及獨(dú)立事件因子對工期的影響。而在預(yù)制化模式下，所有組件都來自于經(jīng)驗豐富的工程員監(jiān)督與特定程序編制；并且這些組件在溫度適宜的工廠進(jìn)行生產(chǎn)可以有效防御環(huán)境影響。

E 減少場地破壞

因為大部分的組成件都來自于工廠，這將大量減少工地的卡車運(yùn)輸、器材和材料堆積，并降低傳統(tǒng)施工所導(dǎo)致的場地破壞（噪音、污染、廢棄物等影響）。相反，生產(chǎn)線的方式可以為生產(chǎn)提供更好、更有效率的環(huán)境；同時可以減少不必要的傳統(tǒng)工地的干擾和影響。

F 簡短工期

易于運(yùn)輸移動的施工可以減少在地建設(shè)的時間。在很多案例里，預(yù)制化可以減少一半左右的時間。這歸功于更好的施工管理計劃、減輕的場地氣候影響、減少的承包商工期拖延以及更快的制造時間（不同原件可以同時制造）。這也可以讓建設(shè)公司可以同時開展多個項目，刺激經(jīng)濟(jì)更快周轉(zhuǎn)。

G 安全

因為大部分的原件可以在工廠控制，因此很多和濕度、環(huán)境影響、污染有關(guān)的問題可以被避免。而在地組裝迅速，可以讓工人更少地暴露在外部環(huán)境影響里。而大部分機(jī)械操作可以減少事故、增加可靠性。

02
發(fā)展方向

裝配式和預(yù)制化并非是一個新鮮詞。實際上，在戰(zhàn)后就涌現(xiàn)了一大批的裝配式建筑構(gòu)想。對于戰(zhàn)后亟待恢復(fù)元?dú)獾某鞘衼碚f，現(xiàn)代主義所提倡的集中式住宅就被大規(guī)模生產(chǎn)。而在著百廢俱興的土地上，建筑師們開始了大量的構(gòu)想，希望建筑變得更具適應(yīng)性，并期望建造也更加迅速。

而技術(shù)的革新讓裝配式有了生長的土壤。框架結(jié)構(gòu)的發(fā)展，讓建筑其他組成部分變得更加靈活，讓建筑存在裝配式的可能性。但革命性的進(jìn)展并非經(jīng)常出現(xiàn)，實際上每次建筑行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步都是社會其他技術(shù)共同發(fā)展推動的結(jié)果。可生產(chǎn)的建筑（manufacturing buildings）也是從夸張的烏托邦構(gòu)思和科幻的巨構(gòu)思考之后重新回歸現(xiàn)實。

一方面，計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，帶動了制造業(yè)的發(fā)展。新的組裝式建筑得以有精準(zhǔn)的編程作為有效支持。增材制造、3D打印、CNC控制、機(jī)械臂、清場時候采用的土層掃描等等，都為預(yù)制化提供了技術(shù)支撐。

另一方面，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展也讓裝配式更加具有吸引力。在人口爆炸、經(jīng)濟(jì)周轉(zhuǎn)、城市更新?lián)Q代迅速的今天，施工準(zhǔn)確性和效率非常重要。其次，目前大部分的年輕人不愿意從事施工工作，工地平均年齡逼近50，也意味著工地也會進(jìn)入老齡化；未來很大可能將出現(xiàn)施工人力不足，人力成本增加。這種情況下，預(yù)制化生產(chǎn)將成為新的趨勢。

況且，很多建筑都適合預(yù)制化和模塊化生產(chǎn)，只要具備以下一些特點(diǎn)，那么預(yù)制化就會成為更好的選擇。

• 建筑含有多種類似的單元體或者是比較復(fù)雜的設(shè)計難以在地完成（特別是鋼結(jié)構(gòu)或幕墻元素）
• 施工場地比較遠(yuǎn)，或者在高密度的城市地區(qū)
• 有高效的場外生產(chǎn)工廠
• 場地的施工計劃過于復(fù)雜（有多個股東或限制的場地及時間）
• 施工場地只有非常短的易于施工季節(jié)，受氣候影響較大

從80年代開始，世界已經(jīng)積累了許多的預(yù)制化經(jīng)驗。比如樓梯、幕墻、墻體、樓板、廚房和廁所已經(jīng)有著足夠的知識體系。不過還是存在著許多缺陷，比如，預(yù)制化元素在建筑信息化模型過程和設(shè)計信息傳導(dǎo)給制造商的轉(zhuǎn)換體系還不夠明確。

理想狀態(tài)，技術(shù)圖紙應(yīng)該通過信息化模型直接提供給制造商進(jìn)行相應(yīng)制造，但實際上很多的信息處理需要人工組織，這種過程會造成人力浪費(fèi)和傳遞誤解。再者，不同客戶對于模板有著不同的要求，這也會導(dǎo)致生產(chǎn)出現(xiàn)誤差。另外，不足的組裝管理也非常影響最后的施工質(zhì)量。特別是在存在堆砌大型元件困難的場地，場地管理就顯得非常重要。

除此之外，雖然預(yù)制化可以滿足大規(guī)模生產(chǎn)，但建筑這門技術(shù)與藝術(shù)結(jié)合的學(xué)科也需要多樣性和藝術(shù)性。而設(shè)計的多樣性，往往來自于客戶的需求、場地的限制、以及建筑師的自身經(jīng)驗與美學(xué)修養(yǎng)。

我們可以將這些看作為輸入的設(shè)計變量，而加快設(shè)計施工進(jìn)程則是在不同里尋找設(shè)計的不變量，從而實現(xiàn)可量產(chǎn)可復(fù)制的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。大量的形態(tài)拓?fù)鋵W(xué)和形制抽象實際上就是在提取設(shè)計要素里的演變基準(zhǔn)。

參數(shù)化設(shè)計可以看作是其中一種嘗試，其根本是尋找可變和不變的參數(shù)，將建筑語言編譯為程序語言，將建筑要素抽象為參數(shù)因子的過程。

比如，Studio Bark就設(shè)計了一種可以自我建造的系統(tǒng)，提供不同的設(shè)計尺寸，以滿足裝配式的可變性。

因此，預(yù)制化在實現(xiàn)了可復(fù)制性后，需要在兼顧多樣性上多下功夫。一是提供更多的組件選擇和拼裝方式選擇，二是將大組件化小為小組件集合，在成本控制基礎(chǔ)上利用材料長寬不同形成不同的形態(tài)。三是將顧客定制單元化繁為簡，提取出能夠?qū)崿F(xiàn)批量生產(chǎn)的元件。

03

案例

A 居住類

居住類實際上是最容易實現(xiàn)模塊化需求的。因為大多數(shù)都有著較為明確的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，形態(tài)容易復(fù)制，模塊容易拼裝。

比如，紐約的nArchitects設(shè)計了一種模塊化的住宅。其中包含了55個單元，是用鋼結(jié)構(gòu)和混凝土樓板進(jìn)行組裝。

單元建筑的室內(nèi)通過設(shè)計能夠保證更好的空間感受。同時，即便是有著標(biāo)準(zhǔn)化的單元模塊，公共空間還是有著精心的設(shè)計。可見，即便是裝配式的建筑，通過設(shè)計師的搭配和組裝，也可以創(chuàng)造有差異化的設(shè)計作品。

很多人提及裝配式覺得裝配式的建筑很容易落入俗套，成為規(guī)格一致的集中式住宅，不過其實裝配式本身可以進(jìn)行很多變化。比如對于基礎(chǔ)單元的設(shè)計、建筑表皮的設(shè)計、公共空間的設(shè)計、單元組成方式的設(shè)計等等都可以讓預(yù)制式建筑展現(xiàn)其多樣性。

裝配式住宅對于人口密集地區(qū)來說又是一種社會協(xié)調(diào)手段。比如，在倫敦的東南，一些POP-UP公寓用來提供給無家可歸的人們。在日益增長的倫敦租金和消耗中，為因此而被逐出城市的人提供安家之所。

這些單元住宅可以有60年左右的壽命，并且可以由政府的需要進(jìn)行移動。按照設(shè)計者的說法，他們并不是提供臨時的空間去等待城市更新，而是將這種模塊化的手法當(dāng)作城市更新的手段。

除了偏向于固定永久的建筑（Permanent Modular Construction），另一種居住類是移動式的便攜住所（Relocatable Buildings）。與前面提及的集中住宅公寓不同，這一類往往滿足不同人群的定制需求。比如，Muji設(shè)計了一種可以置地于鄉(xiāng)村的預(yù)制式建筑。在日本，鄉(xiāng)村有大量的低收入人群。通過預(yù)制式的模塊可以降低建造成本，減少人力需求。

而對于一些酒店商場來說，便攜式的居住單元可以提供不同的體驗，成為一些特屬的風(fēng)景。比如奧地利的酒店Hotel Daniel就在自己的樓上放了一個單獨(dú)的觀景套房。

B 景觀及展示類

展覽類建筑構(gòu)思精巧，所以采用預(yù)制式裝配更多地是追求其結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)度或者展覽的零時性。比如設(shè)計鬼才Thomas Heatherwick 在紐約設(shè)計的標(biāo)志性樓梯建筑就采用了預(yù)制化的鋼結(jié)構(gòu)，然后現(xiàn)場進(jìn)行吊裝。這個建筑對于結(jié)構(gòu)受力有著比較大的要求，因此預(yù)制化在這里起到的作用是更加精準(zhǔn)地完成每個元件以及它們的組裝。

而對于更多的展覽建筑來說，建成框架后，預(yù)制化的建造代表著可靈活拆卸，以應(yīng)對不同的展覽需求。很多零時的POP-UP展覽建筑正是利用了裝配式的靈活性去滿足多樣的功能需求以及易裝易卸的特征。

C 幕墻類

建筑的幕墻和圍護(hù)結(jié)構(gòu)是建筑美學(xué)重要組成部分。而幕墻也是建筑里比較容易實現(xiàn)批量化生產(chǎn)的元素。通過幾個特定模板就可以組合出不同的幕墻形態(tài)，適用于工業(yè)化預(yù)制生產(chǎn)。同時，表皮的韻律性和重復(fù)性又屬于建筑美學(xué)特征，可以快速為建筑形態(tài)錦上添花。

例如，位于哥倫比亞的Medellin就通過預(yù)制化技術(shù)生產(chǎn)幕墻。過參數(shù)化測算，該建筑幕墻能有效地控制節(jié)能、日照等因素，展現(xiàn)幕墻系統(tǒng)對于環(huán)境因子的反饋。

另外，如果建筑師想要更多的變化，別忘了多個結(jié)構(gòu)組合的組件也可能成為可復(fù)制的要素。倫敦大學(xué)學(xué)院（UCL）新醫(yī)院的幕墻系統(tǒng)就結(jié)合了手工磚、鋁板、玻璃幕墻和預(yù)制混凝土作為一個可復(fù)制的結(jié)合體。

這種結(jié)合體體現(xiàn)了文化風(fēng)格和現(xiàn)代風(fēng)格的混合，同時又能很好的進(jìn)行組裝。將幕墻分解為這樣尺度的元件更利于材料生產(chǎn)和施工。

后記

目前的經(jīng)濟(jì)形勢和科技發(fā)展給予了預(yù)制式（裝配式）建筑很好的成長土壤。另一方面，裝配式的應(yīng)用空間也越來越廣泛，建筑類別也越來越多，這也意味著建筑業(yè)在重新審視自己在工業(yè)化浪潮里的定位。但同時也要明確裝配式并非是經(jīng)濟(jì)快速周轉(zhuǎn)的萬能藥，在愈發(fā)同質(zhì)化的城市里，裝配式與建筑多樣化設(shè)計仍需要齊頭并進(jìn)。