面向集成化定制
——預制裝配建筑的歷史回顧與未來展望

董 凌 | Dong Ling

蔣博雅 | Jiang Boya

吳大江 | Wu Dajiang

1 前言：預制裝配——當代建筑師面臨的機遇與挑戰

“預制裝配”（Prefabrication）是20世紀之后現代工業化發展背景下產生的新詞匯①。與之密切相關的是新興發展起來的機械制造領域，如汽車、航天、輪船等制造行業。盡管相較其他行業，建筑行業的“預制裝配”技術并不先進，但是建筑的“預制”行為卻可以一直追溯到古代建筑建造過程中應用的諸多方法。雖然不及其他行業普及的程度，預制裝配還是在眾多建造過程中得以實現。但是，作為一門起源于手工藝的學科，如何發展建筑的場外制造原則使其與工業化產生更大的關聯性？如何將預制裝配作為建筑學的一個工具使其對建筑環境的發展產生重要影響？如何使得產品的產量和質量同時提高？如何協調技術需求與人文關懷的同步發展？如何解決從手工藝到機器制造的過渡？……這些是現代主義建筑師和工程師曾經追尋過的問題；同樣，也是今天諸多建筑工業化理論家和實踐者們仍將面對的挑戰。

2 為何要預制裝配

紐約現代藝術博物館的館長貝利·伯格道爾（Barry Bergdoll）認為“預制”是一個“可以追溯到古代，有關建筑行業經濟的悠久歷史”[1]。因此，“預制裝配”不僅是一個“預先建造（制造）”行為和“現場建造”的組合詞，還需要在特定的歷史環境和技術背景下去詮釋它，當代的“預制”與過去的最大差別就是工廠。預制裝配建筑的發展歷史“從誕生于建筑與工業化相結合的角度來看，也是現代主義建筑理論和實驗的核心主題?！盵2]瑞恩·史密斯（Ryan E.Smith）更直接地指出了研究預制裝配技術的需求與渴望的來源：“如果工業制造過程可以生產其他社會所需的產品和商品,那么為什么相同的過程不能被利用來生產更高質量和更便宜的建筑？”[3]

3 社會需求、技術遷移和可持續發展對預制裝配技術的推動

瑞恩·史密斯的問題正體現了社會消費的需求對預制裝配技術的渴求，而促成采用工廠制造的標準化產品，并對現場建造活動重新分配的原動力則可以追溯到西方的全球殖民運動。

英國的全球殖民運動開啟了西方預制裝配建筑的發展進程。16～18世紀，為了在不熟悉的殖民地快速建造居住建筑，英國殖民者將建筑的大部分組件（木框架的結構，護墻板，門窗等）在本土制造之后由輪船運往不同的地方建造。在這個過程中誕生了一種重要的預制裝配系統——曼寧便攜式小屋（圖1）。曼寧系統體現了預制裝配的基本概念：標準化和尺寸協調?！盵4]美國人奧古斯丁·泰勒（Augustine Taylor）隨后發明了著名的“氣球結構”（Balloon Frame，1832）（圖2），這個輕質木結構系統基于新興國家充足的木材供應和迅速發展的工業經濟所帶來的對鐵釘和木材的消費需求[5]在北美迅速流行起來。相似的過程之后體現在鋼鐵制造業之上，建筑工業大量引入鋼鐵材料正是看到了這個新興產業的利益前景——標準化制造的規模經濟優勢。

圖1 曼寧便攜式小屋（16—18世紀）

圖2 氣球結構（1832）

殖民運動之后，諸多引發對住房需求的社會事件繼續推動著預制裝配技術的發展，如19世紀中期美國的淘金熱以及世界大戰。第二次世界大戰引起的住房荒問題導致了各國政府出臺了眾多增加緊急住宅的法案以滿足市場對大量住宅建設的需求，眾多建筑師也紛紛加入。預制裝配技術因其可為城市提供快速的建造解決方案而受到重視，也得到了迅速的發展。

如果社會需求是預制裝配技術發展的起源，那么福特主義就是預制裝配技術發展的催化劑。受益于福特主義的標準化原則，批量生產和可替換性從20世紀開始在制造業迅速普及。這種標準化的流程和流水線的裝配方法在1910年被引入到住宅建筑的工業化生產中，眾多建筑企業開始提供不同尺度和質量的預制裝配住宅。盡管預制裝配建筑使用了先進的工業化技術，但由于大多數預制裝配建筑缺乏多樣性，建筑師通常并不認同這種缺乏個性的建造方法。這種情況一直持續到20世紀后期，直到豐田公司提出了新的精益建造方法，采用“批量定制”解決了工業產品“單一化”的問題。隨著信息化技術的革命，靈活的定制技術大大提高了預制裝配建筑的品質，建筑師也開始越來越多地參與預制裝配實踐，預制裝配建筑的類型也從較為單一的住宅拓展至更廣泛的公共建筑類型。

中國的裝配式建筑起步比較晚，直到20世紀50年代才從蘇聯引入了裝配式大板體系，但由于早期建筑工業化水平低，抗震性能差，經濟成本高等原因，一直都沒有得到全面發展。直到21世紀之后，裝配式建筑發展才有了新的起色，尤其是住宅建筑中。一方面是隨著技術的逐步成熟，建造成本逐漸和現澆技術縮小了差距；另一方面節能減排，減少環境污染是裝配式建筑明顯的“綠色優勢”，符合建筑產業可持續發展的需求。綠色、環保、低碳成為了新世紀裝配式技術發展的重要推動力。

4 建筑學對預制裝配建筑發展的影響

盡管諸多建筑師在很長的一段時間內對預制裝配的態度并不如建筑企業那樣持續高漲，但建筑學專業對建筑工業化的關注已經有相當長的時間了，這其中既有著名的建筑學院，也有耳熟能詳的現代主義建筑大師，當然還有更多默默無聞，卻終身致力于建筑工業化的工程師，他們或多或少在理論、技術和實踐層面對預制裝配建筑的發展起到了一定的推動作用。

18世紀，科學作為發展的積極要素受到社會的高度青睞，工業革命的影響逐步滲入到建筑學專業中。18世紀晚期巴黎中央理工學院（école Centrale des Arts et Manufactures）成立了“現代建筑”專業，將“深度了解工業化是建筑師的必備條件”作為執教哲學理念的杜蘭德（Jean-Nicolas-Louis Durand）認為“建筑教育應當將創作和技術放在平等的地位”[6]。19世紀末，以威廉·勒巴隆·詹尼（William Le Baron Jenney）為代表的芝加哥學院派在新的建筑類型（摩天大樓）中使用系統的、成套的工業制造技術。芝加哥學派的工作影響了如伯納姆（Daniel Burnham），魯特（John Root），路易斯·莎利文（Louis Sullivan），賴特（Frank Lloyd Wright）等著名的現代主義建筑師。從貝倫斯（Peter Behrens）的工作開始，到之后的追隨者格羅·皮烏斯（Walter Gropius），密斯·凡德羅（Mies van der Rohe）和柯布西耶（Le Corbusier），預制裝配得到了廣泛發展[7]。

格羅皮烏斯對現代主義建筑的貢獻不僅在其提出的現代主義設計方法，更在于其身體力行地實踐了以工業化技術改變傳統設計的不懈努力。雖然他和康拉德·瓦克斯曼（Konrad Wacbsmann）合作的極具創造力的預制板式系統并未大規模生產應用，但他們的工作方式證明了建筑師是可以在工業化領域實現從概念到生產的完整過程的（圖3）。和皮烏斯一樣，密斯積極地應用工業化技術進行新的結構和形式的探索：“我在工業化中看到了這個時代建筑的核心問題。如果我們成功地實現了工業化，社會的經濟、技術和藝術問題都將迎刃而解?！盵8]（圖4）。

圖3 格羅皮烏斯與瓦克斯曼為預制裝配住宅（Kit House）開發的“通用面板系統”（1931—1932）

圖4 密斯·凡德羅設計的西格拉姆大廈呈現的精致的幕墻裝配技術（1954—1958）

除了上述著名的現代主義建筑師，還有一些深根于工程領域的跨界建筑師，如富勒，諾伊特拉（Richard Neutra）和讓·普魯維也為推動預制裝配技術的發展做出了重要貢獻。富勒最早設計了模塊化的衛浴設備；理查德·諾伊特發明了多種特殊的面板產品和機械設備[9]；讓·普魯維設計了眾多輕質的臨時住宅，研發了可吊裝的模塊，框架結構和填充面板。這些在當今無一不是通用的工業產品。除了研發新的預制裝配產品，普魯維還發展了一種基于協同工作機制的“工人參與”（Worker Participation）制度[10]，該制度確保了團隊的成員平等的參與設計、制造與建造過程，并共享最終的利益。雖然該制度在當時并不成熟，但已經具備了集成化流程的雛形。

應用、展現甚至炫耀技術從20世紀后期成為眾多建筑師（包括但不僅限于高技派）的新思路，預制裝配技術也因此躍升到“建筑舞臺”的最前沿。這些建筑師包括了阿基格萊姆小組（Brits Archigram），霍普金斯（Michael Hopkins），理查德·羅杰斯（Richard Rodgers），諾曼·福斯特（Norman Foster），倫左·皮亞諾（Renzo Piano）等。這個時期的預制裝配建筑從原有的小型獨立住宅和廉價的集合住宅領域拓展到大尺度、高度定制的公共建筑，如理查德醫療實驗中心（預制裝配混凝土，1956），東京中銀艙體大廈（鋼結構和艙體單元，1972），巴黎蓬皮杜藝術中心（鋼結構，1977），香港匯豐銀行（鋼結構，1986）等。高技派的實踐重新定義了預制裝配在建筑創作中的角色，他們不再將預制裝配視為解決社會問題的方法，而是作為實現巨大規模、復雜功能和形式產品的制造方法，一種應對需求的答案（圖5～圖6）[11]。不僅如此，高技派的實踐將由密斯確立的工業美學上升到一個新的高度。

圖5 香港匯豐銀行（1986）

圖6 蓬皮杜藝術中心（1977）

相比較西方，國內的建筑師對預制裝配的關注是比較遲緩的，雖然在實踐中也會應用到預制裝配技術，但從預制裝配角度出發去進行設計研究的建筑師并不多。一方面是預制裝配技術在國內發展緩慢，導致建筑師對其并不熟悉；另一方面則是在中國沿襲的西方現代建筑教學方法中，并沒有把建造技術放在比較重要的位置，使得大部分中國建筑師沒有形成研究建造技術的習慣，也容易忽視新技術的發展。

不過近些年，有不少國內建筑師也開始對裝配技術的本土化應用進行了研究。如香港中文大學的朱競翔開展了系列輕型木構建筑研究及實踐，不僅建立了符合當下木結構技術特征的分類原則，還在多地結合地域環境進行了諸多鄉村學校的實踐[12]。與此類似的一些研究和實踐[13]雖然沒有明顯的高技特征，但是設計從本土的現實條件出發，結合地域的經濟、文化特征，采用合適的裝配技術，解決亟需的使用需求，對于推廣預制裝配技術的本土化進程有著重要作用（圖7、圖8、圖9）。此外，國內建筑事務所在與西方事務所合作完成的一些復雜的大型公建項目中，也開始應用裝配式建造技術，如北京國家大劇院、鳥巢體育館等。另一方面，近幾年國內諸多高校建筑學專業也開始關注和加大對建造技術的研究，如東南大學建筑技術系已經開展了近十年的裝配式建筑產品研發（圖9），這些新的建造技術專業發展不僅將建造技術從紙面知識引向實踐操作，還在人才培養過程中潛移默化地增加了預制裝配技術的知識儲備。盡管如此，相比較發達國家已經非常成熟的預制裝配技術體系、應用流程和設計方法，國內的裝配式建筑還有很長的路需要探索前行，建筑師也需要做出更多的努力。

圖7 近年國內鄉土校園輕型預制裝配建造實踐

圖8 國內可移動輕型建筑實踐

圖9 東南大學建筑技術系輕型預制裝配建造研發

5 預制裝配的問題

正如柯布西耶所說的“要么發展新建筑，要么就革命。革命是可以避免的”[14]，預制裝配建筑一直在進化，但從未發生質的變化。預制裝配建筑在尋求解決方案，不斷接近正確方向的道路上出現過諸多問題。不僅建筑師，工程師經歷了各種挫折，開發商和其他產品制造商在這個歷史過程中也經歷了失敗。相比較成功的經驗，這些教訓對于確保未來預制裝配在建筑產業中保持正確的發展方向同等重要。

5.1 封閉系統還是開放系統[15]

封閉系統和開放系統是建筑工業乃至整個制造業中被反復討論的一對矛盾的概念，因為兩者不可兼得。開放系統的支持者認為在預制裝配技術中發展封閉系統是不合適的，因為“獨特的封閉系統的研發非常昂貴，并總是因為經濟問題而失敗，盡管這些系統在設計、細部和產品概念方面是出色的”[16]，從富勒的定制鋁合金表皮和衛浴模塊到皮烏斯和瓦克斯曼的“打包住宅”，再到摩西·薩夫迪的Habitat 67和黑川紀章的中銀艙體大廈（獨特的模塊化建造技術），這些封閉系統在技術含量上是有競爭力的，但最終它們都沒有實現持續地發展。顯然，封閉系統更傾向于個人的審美情趣，具體的思想和風格材料，這些對于大眾的生活模式是難以適應的。

相反，那些簡單的開放系統大多都獲得了成功，如曼寧小屋系統，波紋鋼面板“氣球框架”以及20世紀早期的諸多住宅產品。其中“氣球框架系統”至今還廣泛地應用于北美的新建住宅中。開放系統的經濟性、靈活性、建造的速度和產品的性價比是其適應快速變化市場的重要原因。

在信息化技術高速發展的當下，機器的靈活性已經可以滿足批量定制的需求，即便是對于成本更高的專有系統而言，最初的采購成本無也需通過大量生產相同的產品來補償，而可以通過其他廣泛的應用分期償還[17]。因此，采用何種系統來應用預制裝配技術，經濟因素已經不再是首要的考慮要素，更多的社會、環境問題逐漸成為了更重要的主導因素。

5.2 產品還是作品

在傳統的設計認知中，場所在建筑的唯一性中扮演了一個重要角色。因此，在大多數建筑師的心中，自覺或不自覺得會因為“預制裝配”自帶的“工廠化”屬性而視預制裝配為導致建筑缺少“作品性”。那么，場所就是建筑的全部要求么？顯然，將建筑等同于場所的觀點忽略了一個問題，那就是建筑的“產品”屬性。而產品與作品最大的區別就在于產品的研發是一個團隊合作的過程，需要將信任分散到各處，而不是歸結于某一個人。全能建筑師的時代已經過去了，建筑師如果希望應用先進的技術創造出獨特的方案，就必須從個人英雄主義的桎梏中解放出來，而不只是在生產技術支持設計理念時才產生表面上的興趣，并敞開胸懷分享著作權[18]。這一點在20世紀晚期的諸多實踐中已經得到了體現，同時滿足場所的獨特性需求和場外制造的方法在團隊的協同工作下得到了統一。

5.3 設計之外的考量

20世紀中期，商業策劃的失敗是眾多建筑師和建筑企業的預制裝配實踐不能持續發展的重要原因。格羅皮烏斯與瓦克斯曼合作研發的“打包住宅”是建筑學領域內尋求商業支持的典型案例。建筑平面、功能、細部以及眾多原型實驗保證了這個裝配系統的完整性，瓦克斯曼精心設計了建造系統的供應鏈，產品生產線，預制構件，運輸及安裝流程。但由于政府投資和工業合作伙伴沒有做好準備，這個項目除了先進的技術，沒有獲得成功[19]。該產品失敗的重要原因是對現實市場需求的錯誤判斷。因此，不管這個系統是多么的復雜和精致，贊助商和顧客都不會對這個產品的獨創性感興趣；功能、耐久性、便利性甚至銷售的潛力才是他們最感興趣的。

因此，預制裝配在眾多建筑類型中都必須堅持市場原則。任何預制裝配的技術和產品遇到商業和經濟上的失敗都會變得脆弱不堪，當然也包括政策層面上的部署。滿足商業原則的預制裝配技術即便離開建筑業也可以生存（汽車、飛機等制造領域），但是不能滿足這個原則的預制裝配建筑將難以生存②。

5.4 預制裝配技術的適宜性

每一個工程都有特定的業主、場所、適宜的技術背景和勞動環境，因此，預制裝配方法的應用是有其適用性的。所有的因素對是否使用預制裝配技術和使用的程度都有著重要作用；而后才是考慮建筑師或者其他專業人士對預制裝配技術的興趣或者該系統在外觀和功能上的吸引力。從早期現代主義到戰后諸多預制裝配案例中，在決定使用場外制造方法的決策過程中并沒有系統地考慮業主、場所、技術背景和勞動環境，多數只是意圖推進技術審美進程的設計理念。更有甚者，某些建筑師為了追求新奇外觀，完全沒有考慮具體的建造環境而濫用預制裝配技術，這些行為是不負責任的，也不能為預制裝配技術的長遠發展帶來幫助。

6 總結：預制裝配建筑的未來——面向集成化定制的系統設計

從上述歷史發展的回顧和經驗教訓總結中，我們看到了預制裝配對于建筑的重要性，不管接受與否，它已經成為當代建筑發展中一個不可或缺的技術因素。對此科林·戴維斯（Colin Davies）這樣說道：“（預制裝配）挑戰了建筑師根深蒂固的偏見……它致力于產品制造的知識和方法、市場、分配以及建造……并且它的輕質和可移動技術也嘲弄了傳統建筑師對紀念性的自負。但如果建筑師可以自己適應這些情況的轉變并且在預制裝配技術的應用方面獲得成功，那么在過去30多年中一些積累的問題將得到修復，從而真正影響建造的質量和環境?！盵20]

從“建造速度”的需求到“建筑品質”的需求，再到“可持續性發展”的需求，不論是建筑企業批量生產的住宅產品，還是建筑師高度定制的公共建筑，預制裝配建筑的內涵在不斷更新，而其中轉變的關鍵問題不僅是技術的變革，更需要改變設計建造的流程。

早期的預制裝配的失敗原因很大程度在于缺乏集成化的流程。從“應答式建筑”開始，通過集成化的流程在項目早期引入預制裝配的整體策略，進而組織業主、設計團隊、承包商和主要的裝配者協同工作的方法，逐步在復雜的工程中得以應用。集成化的流程的變化主要體現在兩個方面：團隊的工作方式和集成化數字技術。團隊協作允許更早地進行預制裝配相關的決策，這將導致對協調和施工能力的改進，并最終提高建造品質。而借助數字集成化技術，建筑師可以增加他們的生產力，承包商可以縮短建造時間和減少浪費，業主可以更方便地管理他們的財產。

因此，未來的預制裝配不再是單純的建筑學問題。未來的建筑師需要更新他們的知識體系，除了傳統的以場所、功能和形式為主的核心知識，我們還需要研究集成化的制造技術和交付方法，乃至思考完整的商業模式。要實現預制裝配建筑的真正進步，建筑師需要和其他專業人員組成新型合作團隊，這個團隊精通新的技術，創業的方法，資本運作的方法，戰略合作關系，以及市場和品牌的重要性；這個團隊不僅會設計建筑還能為交付的方法提供獨特的解決方案。這樣，我們才能引導建造走向理性的工業化之路，并惠及全行業。

資料來源：

圖1：RYAN E.SMITH.P refab architecture:a guide to modular design and construction[M].New Jersey:John Wiley &Sons,Inc.2010:6；

圖2：Edward Allen and Joseph Iano.Fundamentals of Building Construction[M].Canada:JOHN WILEY &Sons,INC,2009:174；

圖3：Walter Gropius:F?rster-Krafft-System House exhibited at "Das wachsende Haus" ('The Growing House') exhibition,Berlin,1931-1932 -Assembly process and facade construction detail；

圖4：RYAN E.SMITH.Prefab architecture:a guide to modular design and construction[M].New Jersey:John Wiley &Sons,Inc.2010:29；

圖5：https://image.baidu.com/search/detail?ct=503316480&z=香港匯豐銀行；

圖6：Edward R.Ford.The Architecture Detail[M].New York:Princeton Architecture Press,2011:44；

圖7：譚善隆，權衡“輕”“重”—談兩個輕型建筑作品的不同的表達[J].建筑學報，2014（04），12；

圖8：吳程輝等，和時間賽跑—“多功能可移動總部”產品原型開發暨深圳國際低碳誠媒體中心設計[J].建筑學報，2014（04），20；

圖9：東南大學建筑技術系張宏教授團隊提供。

注釋

①在1932 年的現代詞典（Contemporary Dictionary）中，韋伯斯特（Webster）對“預制”的解釋是：“在工廠制造建筑的各部分，以保證建造的主要部分是統一的、標準化的。”它的衍生和相近詞匯還有“Prefab”、“Prefabrication”、“Precast”等。

② 總體而言，中國的預制裝配建筑的發展很大程度上取決于政策的導向。從20世紀50年代到21世紀，中國的建筑市場一直受益于廉價的勞動力而造成預制裝配技術發展一直都是斷斷續續，直到政府出臺合理的政策方針和激勵制度，裝配式建筑的發展才逐步走上正軌。但之后的發展還需要依靠良好的市場環境和企業正確的商業運作。