建筑工業化全產業鏈

宋兵/

1 建筑工業化概論

建筑工業化是通過現代化的制造、運輸、安裝和科學管理的生產方式，來代替傳統建筑業中低品質、低效率和高成本的手工業生產方式的過程。它的主要標志是建筑設計標準化、部品生產工廠化、施工機械化、組織管理科學化和實施一體化。建筑工業化的終極目標是通過科技進步，實現建造的高品質、高效率和低成本，從而完成建筑行業的現代化轉型。

早在1962 年9 月9 日，梁思成先生在《人民日報》上發表了題為《從拖泥帶水到干凈利索》的文章，提出了建筑工業化就是實現“設計標準化、構件預制工廠化、施工機械化”，使建筑工地從“拖泥帶水”變得“干凈利索”； 同時，建筑師還要在“千篇一律”中取得“千變萬化”，實現標準化輸入多樣化輸出，從而圓滿地解決建筑物的藝術效果問題[1]。

梁先生的文章發表了近60 年，在感嘆大師的思想極具前瞻性的同時，也很遺憾地發現，中國的建筑工業化仍然長路漫漫。

目前的裝配式建筑表面上看已經達到相當高的裝配率，但設計流程還是按照傳統的手工業線性流程進行，即先由建筑師做方案，然后做結構專業設計和拆板圖，再做設備專業設計，裝修設計專業可有可無，遇到問題現場解決。在一些裝配式裝修的項目中，盡管裝配率很高，但是由于設計流程是先設計空間，再把空間拆分成部品，因此部品的標準化和規模化程度很低。有的項目一套結構件模板的重復利用率只有3 次，模具成本攤銷極高；又由于標準化程度低，構件的運輸、現場堆放和安裝效率也很低。因此構件的總成本很高。裝修部品在現場裝配時仍有大量的手工裁切和拼裝。盡管工地上“拖泥帶水”少了，但是卻遠遠沒有達到“干凈利索”的程度。

建筑行業目前普遍流行的一句話“像造汽車一樣地造房子”，其含義究竟是什么？建筑工業化的內涵究竟是什么？

制造業的工業化有7 個主要特征[2]：

（1）標準化：比如，同一個型號的輪胎在世界任何一個角落都可以組裝到汽車上。標準化是工業化的第一基礎，有了這個基礎，手工業作坊才能轉變為大工業生產。

（2）規范化：生產過程規范化，安裝過程也要規范化。只有規范化，才可能使得任何一個受過基礎教育的人可以通過現代教育的方式，學會操作流程，而不必通過師父帶徒弟的方式。也就是說，把高難度的手藝轉變為容易掌握的基本技能。規范化不僅是人員培養方式的轉變，也是管理方式的改變。規范化可以使得管理難度下降，從而降低管理成本。

（3）規模化：規模化是在標準化和規范化的基礎上形成的。一般而言，規模越大成本越低，利潤也就越高。但規模大到一定程度后，管理成本開始升高，利潤反而會降低。但就現階段的建筑行業而言，無論是結構構件還是裝修部品，規模化程度都還遠遠不夠，僅僅是把現場操作的工序轉移至工廠而已，由于增加了雙向運輸成本，因而其成本反而高于現場的手工操作。

（4）社會化：部品和產品是在標準化的基礎之上通過社會化大協作生產的，生產地點是分散的，生產過程并非都集中在一個企業完成，組裝則是在工地集中完成的。伴隨著互聯網的發展，網絡化協同制造、共享制造等制造業新模式推動了生產地點從集中化走向分散化，跨行業、跨企業、跨地域的協同成為常態，使得制造業可以在全球范圍內完成協同。

（5）專業化：社會化分散加工的部品和產品具有各自的技術特色，不可替代。比如，瑞士某些家族企業專做手表的機芯，幾代人傳承幾百年。

（6）可控性：不但機器可控，而且過程可控，所有流程都可控。只有可控，才能保證產品品質的可靠。

（7）可測試性：每個產品出廠前都可以測試，沒有測試依據，就沒有安全保證、性能保證和品質保證。

建筑行業要具備這7 個特征才可以完成工業化，才可以“像造汽車一樣地造房子”。普通汽車就是由一系列的標準化零部件組合而成的，因此普通房子也同樣可以由一系列的標準化部品部件組合而成。

所以，建筑工業化是在建筑行業運用現代化的大工業生產方式來取代傳統的手工業生產方式的過程，也是建筑行業產品化的過程。在這個過程中，建筑行業從手工思維方式向工業化思維方式的轉變是關鍵，要拋棄手工思維就要把建筑物當成一個完整的工業化產品來看待。一棟建筑物是由建筑、結構、設備和裝修部品四大體系組成的一個完整的產品，四大體系都可以通過社會化的分散加工實現高品質、高效率和低成本。

建筑工業化在不同的發展階段曾有過不同的叫法，但不管是叫新型建筑工業化、住宅產業化、住宅產業現代化還是裝配式建筑，其初心一定是實現高品質、高效率和低成本。做不到“好、快、省”，就不是建筑工業化。其中，“好”指的是工業化方式生產的建筑物要具備高品質。具體內容包含了功能合理的空間、室內動線順暢、設施設備齊全、材料經久耐用、氣密水密性高、保溫隔音好、自然光照、自然通風等。“快”指的是工業化的建造過程要實現高效率。包括生產的高效和安裝的高效，通過標準化的批量生產及規范化的安裝流程縮短了工廠生產時間和現場安裝時間，從而縮短項目建設的整體周期。“省”指的是降低建設過程的成本。通過縮短工期節約的時間成本和資金成本，通過標準化和規模化生產節約材料成本和人工成本。

2 設計標準化

工業化的七大特征中，最重要且最基礎的就是標準化。標準化涵蓋了設計、制造、安裝等不同階段的標準化。其中，設計標準化又是重中之重。設計標準化不等于簡單化。

以住宅設計為例，設計標準化并非就是標準化戶型。因為每個項目都會有不同的規劃條件，如用地形狀、容積率、日照間距、日照時長、綠地率、建筑密度、建筑高度等不同的限制性因素，戶型的長寬尺寸是不可能固定的，因而也不存在真正意義上的標準戶型。那么，標準化的工作是不是就無法進行了呢？

標準化并非是固定房屋的長寬尺寸，而是讓建筑的尺寸按照一定的規律進行變動，這個規律就是建筑模數[3]。

建筑模數（M）是在設計中確定的協調建筑尺度的增值單位，例如M=100mm。一般而言，在設計中最常用的模數是3M=300mm。就是說，結構、建筑、設備、裝修各專業都以3M 的倍數設定設計尺寸。

但是，在實際項目中，建筑專業的軸線尺寸一般都可以滿足3M 的模數，而其他專業往往無法滿足3M。例如剪力墻的常規厚度是200mm，結構預制件的加工尺寸甚至都無法滿足1M。例如，開間軸線尺寸為3000mm 的疊合樓板，因為兩端要預留搭接間隙，其加工尺寸就有可能是2980mm。實際上，軸線模數是一個虛擬模數，在設計階段的作用是至關重要的，但在生產和施工的時候卻是沒用的，因為軸線不能作為定位尺寸。以室內裝修為例，內裝部品的安裝定位線是室內結構完成面，而室內固定家具的定位線則是裝修完成面，軸線尺寸是無法在現場測量出來的。

因此，工業化的設計尺寸應按如下方法標注：

軸線尺寸=墻體厚度尺寸+公差尺寸（施工誤差）+管線尺寸+裝修構造尺寸（安裝截面）+裝修完成面尺寸（圖1）。

圖1 工業化設計尺寸的標注方法（繪制：李樺）

3 并行設計

按工業化方法進行設計時，軸線的設計尺寸由建筑、機構、設備、裝修等各專業共同確定的過程可稱之為并行設計。

并行設計是一種對產品及其相關過程進行集成設計的系統化工作模式。項目的設計負責人最重要的工作內容就是進行設計協同，這個協同不僅是設計院內部各專業的協同，而是全產業鏈的協同（圖2）。只有采用并行設計，才能保證所有部品和產品能夠在工地上順利地裝配成功，才能實現建筑行業的產品化轉型。

圖2 并行設計——系統性的體現方式之一，打破線性工作模式，全產業鏈并行，一體化協同工作（繪制：宋兵）

4 模數協調

設計負責人另一項重要的工作是模數協調。模數協調的主要工作是劃分模數區和非模數區。在住宅設計中我們通常把設備管線集中且裝修復雜的廚房和衛生間作為模數區（圖3），盡量避免裁切；而把客廳、臥室作為非模數區，把容易裁切的材料放在非模數區。模數區劃分后就要選定選擇符合模數的部品。例如，目前市場流行的裝修材料模數都是以3M 為主，瓷磚和吊頂材料常用尺寸為300mm×300mm，而裝飾板材例如硅酸鈣板、大芯板等的常用尺寸為1200mm×2400mm。因此，如果室內裝修完成面的設計尺寸以3M 來控制的話，則理論上瓷磚和板材的出材率可以達到100%，實際工程可以達到95%。不僅可以有效減少現場的“拖泥帶水”，由于基本上杜絕了現場的裁切，因此也實現了內裝的節材省工。同時，即便結構構件的模具尺寸不符合模數，但當模具周轉次數能夠達到一定量級（目前北京市控制在200 次以上）的時候，則模具的攤銷費用就可以大大降低。因此，根據實際工作經驗的總結，當裝修完成面尺寸采用3M 作為設計模數時，預制構件的加工尺寸可以不符合設計模數，這樣才可以保證軸線尺寸符合設計模數。

圖3 在住宅中設計作為模數區的廚房（攝影：宋兵）

如前所述，由于軸線尺寸是一個虛擬尺寸，因此可以想見，未來有可能軸線尺寸不是模數尺寸，從而保證構件的加工尺寸符合模數。

當室內空間裝修完成面凈尺寸以 3M=300mm，或1.5M=150mm 進級時，固定家具、墻板等部 品 規 格 宜 采 用 3m=30mm；5m=50mm 和15m=150mm 為進級基數。這里，M 稱為一級模數，m 稱為二級模數。由于家具和墻板的板材尺寸通常為1200mm×2400mm，因此理論上其出材率也可以達到100%。

這種全專業并行，室內設計模數優先的設計方法可以有效地降低建筑的總成本。在此基礎上，如果能夠固化一些標準模塊，可以進一步提高效率、降低成本。這就是模塊化的設計方法。

5 模塊化

模塊化是指解決一個復雜問題時自上而下逐層地把系統劃分成若干模塊的過程，而設計的過程就是由若干模塊進行組合的過程（圖4）。因此，模塊化是標準化的最高形式。

圖4 套型：分解與組合（片來源：《2018 中國成品住宅發展研究報告——技術篇》）

圖5 說明了以少量的功能模塊能夠組合成多變的衛生間平面，也說明了標準化設計并不是僅僅指采用了標準化的戶型，而是用標準化的功能模塊去組合成戶型。模塊化設計可以通過“少規格、多組合”的方式，實現“標準化輸入、多樣化輸出”的目的。

圖5 少量的功能模塊組合成多變的衛生間平面（繪制：李樺）

標準化的模塊使得模塊內的部品部件實現了設計和制造的標準化。例如，整體衛浴模塊就已經可以在工廠內完成所有的裝修和設備集成，實現了大規模生產。我們也把整體衛浴稱為衛浴部品。在當今的互聯網時代，標準化生產很容易實現社會化和分散化加工。分散化加工使得部品部件的制造，可以按照市場規則在全世界范圍自動進行資源配置，從而實現模塊品質和成本的最優化集成。

無論是在工廠完成的標準化模塊內，還是在工地上完成的模塊之間的集成，都需要統一部品部件之間的邊界條件、接口技術和幾何尺寸，以順利實現裝配。

對住宅而言，能否順利地實施模塊化設計方法，還需要解決公攤面積的問題。如果套型面積能夠以套內面積作為套型計量面積，把公攤面積徹底放開，由建筑師根據項目的實際情況自行決定，才能保證套內模塊的尺寸相對固定，才有可能實現套內功能區域的模塊化。

6 設計案例：北京市海淀區溫泉C03公租房

該項目（圖6）由北京市保障性住房建設投資中心建設，位于北京市海淀區溫泉鎮規劃中心區，規劃總建筑面積86,953m2，其中地上總建筑面積57,942m2，地下總建筑面積29,011m2。小區由7 棟建筑組成，住宅部分分為普通公租房和適老型公租房。

圖6 北京市海淀區溫泉C圖0 圖3 公租房外景（攝影：宋兵）

普通公租房建筑面積32,000m2，共4 棟樓。從結構到室內裝修全部采用工業化的方式進行建造，裝配率達到了82%，節能設計標準為綠色三星。該項目第一次嘗試并行設計，改變了施工圖做完再拆成構件圖的傳統流程，由設計院建筑、結構、室內、設備各專業設計師與PC 廠工程師在方案階段就共同進行設計。

該項目于2013 年開始設計，2016 年竣工，2017年獲得全國人居環境范例獎。其主要技術對策如下：

充分利用東西朝向的優勢，取消所有的凹槽，使建筑的外形規整（圖7），減少41%外墻面積，降低了施工成本。同時，實現了部品模塊高度的標準化，提高了構件的重復率和標準化程度，本項目標準層590m2，模具31 種，模具重復利用率30～120 次。降低了生產難度，提升了產品質量，降低了生產成本。實現了3.9 天安裝一層的高速度。

圖7 方案設計過程（片來源：北京市公租房試點工程“溫泉C03 ”項目設計方案）

通過陽臺內置、改預空調板為金屬空調架、簡化外墻及保溫形狀、室內采用隔墻系統、增加室內空間使用調整的靈活性及后期尺寸微調可能性、外窗與遮陽一體化集成、實現全產品化裝配等技術措施，使得項目的總體成本下降了3%。同時，還通過豎向管線集成、油煙機直排等技術措施，把0.56m2的公攤面積轉變成了室內空間。創造了極好的經濟效益。

這個案例說明，全產業鏈并行的設計方法是工業化思維轉型的最好體現，它確實可以實現高品質、高效率和低成本。

同時，工業化思維轉型還需要我們摒棄傳統的繁復之美，轉而欣賞簡潔的工業之美。當有人說工業化就是不美的時候，請拿出手機來欣賞一下，或者去看看汽車。把簡潔的建筑設計得極具美感，需要建筑師具備極高的美學功力。因此，建筑工業化也需要建筑設計行業整體提升美學修養。

7 全產業鏈系統集成

建筑工業化是一個龐大的系統工程，它需要建筑全產業鏈進行系統集成。

系統是由相互聯系、相互作用的部分組成的具有一定結構和功能的有機整體。

系統工程是組織管理“系統”的規劃、研究、設計、制造、試驗和使用的科學方法。系統工程的目的是實現“整體大于部分之和”，因此，系統工程既是一個技術過程，又是一個管理過程[4]。技術體系包含了建筑體系、結構體系、設備體系和裝修體系。

站在系統學的角度看待建筑行業，目前的建筑行業由于其手工性質，使得產品的最終品質不高，是整體小于部分之和。以建筑的四大部品體系為例，當四大部品相互組合形成一個完整的建筑時，如果每個部品的完成度為90%的話，則整體建筑的完成度為：結構×建筑×設備×裝修=90%×90%×90%×90%=66%。也就是說，每個環節都出一個小紕漏的話，就會讓最終產品造成巨大的缺陷。如果接著細分部品體系，例如，裝修部品又可以細分為墻、頂、地等9 個部品體系，哪怕某一個分體系的完成度是90%的話，最終的產品也是不及格的。因此，豐田公司才要求每道工序都不能有次品，也不能有任何無效動作。所以，“像造汽車一樣地造房子”不僅僅是在生產線上生產房子，那只是表象，真正的內涵是房子的品質要像汽車一樣的精致、可靠[5]。要達到汽車一樣的品質還需要我們投入像汽車一樣的成本。

普通轎車的體積大約為：（長）4m×（寬）1.7m×（高）1.5m=10.2m3，以造價為10 萬元計算，則汽車的造價約10,000 元/m3。

普通住宅如果把地下室的造價折算到地上，再加上裝配式、綠建、全裝修等的造價，建安造價約10,000 元/m2，如果住宅高度按2.8m 計算，體積就是2.8m3，則住宅的造價為3571 元/m3。與汽車的造價相差了近兩倍。從中可以看出，我們在建安造價上花的錢太少，在土地上花的錢太多了。

像造汽車一樣的造房子，意味著要像汽車行業一樣投入巨資進行技術研發，構建完整的工業化技術體系，同時還需要建立管理體系。

因此，建筑工業化是建筑行業實現科技進步，完成現代化轉型的最佳契機。□