產品思維下裝配式建筑系統集成技術應用與價值思考
——以澳大利亞輕型結構房屋系列產品為例

羅佳寧 陸偉東 張 宏

曾幾時何，我國建筑工業化的浪潮在繁盛喧囂的城鄉建設中被裹挾著前行，一時間各種新理論、新方法、新技術如雨后春筍般出現在建筑行業，尤其是裝配式建造方式已經成為實現工業化的主要方式和有效途徑，經過幾十年的高速發展，當下建筑業已進入“存量時代”的冷靜期，節能減排、綠色健康、轉型升級和高質量建造等已經上升為今天可持續發展的關鍵詞，當建設熱潮褪去，一切歸于平穩，我國裝配式建筑從設計到建造的過程中仍存在碎片化、修改多、費用高和效率低等現實問題[1]，節奏放緩后才有機會思考：在工業化生產方式的今天，裝配式建造技術無疑推動著建筑業朝著精細化和精益化的制造業方向發展，如何在建筑業和制造業之間、裝配式建筑和工業產品之間找尋平衡點和切入點，以緩解相關矛盾和解決上述問題？20世紀初柯布西耶就曾將建筑業和制造業放在了同一舞臺下，早先“住宅是居住的機器”的號召言猶在耳，當下“像造汽車一樣造房子”的口號又甚囂塵上，而隨著精益生產、裝配式建造和信息化技術的融合發展，未來“智能建造”方興未艾，“向制造業學習”又一次出現在建筑行業的視野中，未來是否有可能在新型建筑工業化的浪潮下突破建筑和產品的固有壁壘？產品思維和系統集成在裝配式建筑中的影響和作用成為必不可少的一環，因此在建筑學語境下從制造業視角分析系統集成的歷史淵源、當下應用和未來展望的角度重新審視裝配式建筑的現實問題在新型建筑工業化的今天更具時代意義和實用價值。

1 從制造業走向建筑業的系統集成

1.1 制造業與建筑業的歷史淵源

自人類誕生以來，制造業和建筑業一直伴隨著人類文明的發展進步，在科技不發達的手工藝時代兩者區別并不明顯，房屋的建造過程本質就是手工制造產品組合的過程，但隨著社會的工業化進程，制造業逐漸分離出來，與建筑業成為并行而獨立的兩個行業，這種進程也不可避免地在建筑業掀起了一場革命。實際上，“向制造業學習”的建筑工業化思想并不是什么新鮮事物，在現代建筑革命興起之初，柯布西耶在《走向新建筑》一書中就觀點鮮明的指出：“工程師的美學，建筑，這兩個互相聯系的東西，一個正當繁榮昌盛，另一個則正可悲的衰落。”隨后在書中“視而不見的眼睛”一章中，列舉了遠洋貨輪、飛機、汽車這三個典型工業產品和現代建筑之間的關系[2]。18世紀末工業革命的爆發無疑打開了近代工業技術革命性變革的篇章，在建筑業破舊立新的“亂世”年代，復古主義建筑日漸式微而現代工業建筑方興未艾，柯布西耶的《走向新建筑》猶如一面旗幟，伴隨著工業技術的偉大成就，矗立在現代建筑的最前沿。風格、機器和標準是柯布西耶在對比工業產品和建筑中提到的關鍵詞。在這種時代背景下，工業產品給現代建筑設計注入了新的血液，正如那句“我站在建筑學的立場上，處在飛機發明者的精神狀態之中”，而“住宅是居住的機器”又激進的表達了現代建筑師們對工業革命后建筑業革命的迫切夙愿，成就了柯布西耶的“模度”、密斯的“少就是多”、康的“秩序”、賴特的“有機”等現代主義建筑設計哲學理念。

也許上述這些工業產品的“建筑化”之路讓現代主義建筑的先鋒建筑師們找到了靈感，也許柯布西耶的“新建筑五點”和工業產品一脈相承，這些我們都無從考證。但是不可否認的是，建筑業在隨后100多年的發展過程中一直與制造業有著某種內在關系，而工業產品和建筑之間也一直保持著千絲萬縷的聯系。從早先現代主義流派到近代高技派，從薩伏伊別墅到柏林議會大廈；從包豪斯校舍到蓬皮杜國家藝術文化中心，即使是在建筑多元化的今天，建筑師們一直在工業技術中尋求靈感。然而制造業在這期間經歷了單件生產、大量生產方式、精益生產、計算機集成制造、批量客戶化生產、敏捷制造等階段之后，工業產品質量取得了質的飛躍，但建筑業的發展卻遠遠落后于制造業[3]。建筑師們開始意識到對工業產品的借鑒不應僅僅局限于美學層面對“機械美”的追求，而是需要在技術層面上從建造出發，將制造業先進的理念引入建筑業，精益建造理念應運而生，工業產品和建筑的關系也不再僅僅局限于形式美的互相借鑒，精益建造的研究和實踐更是深入至生產技術和建造技術之中，進入了一個新的發展階段。

1.2 工業產品與建筑的當代思辯

近幾十年來隨著建筑業工業化的加速推進，生產和制造早已成為建設活動中必不可少的一環，制造業的先進理念和質量提升得到了建筑業的廣泛關注。1990年詹姆斯· 沃麥克（James P.Womack）在《改變世界的機器》中提出了“精益生產（Lean Production）”的概念[4]，并將其上升到了理論的高度[5]。隨后精益設計、精益物流、精益服務和精益政府等相關概念在制造業先后涌現[6]。而彼時建筑業正面臨著建筑環境惡劣、效率低下、浪費較為普遍和工程質量難以有效保障等問題。因此勞里·科斯凱拉（Lauri Koskela）在1992年提出將精益生產等制造業的生產原則應用到建筑業的想法[7]，并在1993年正式提出“精益建造”的概念。但由于建筑業多元性、復雜性和綜合性等特征，應用起來仍有很大的局限性[8]。盡管如此，在隨后十幾年內有關制造業和建筑業的融合研究卻從未停止過，陸續有學者將建筑和工業產品進行對比研究，典型的對比對象就是汽車。斯蒂芬·福克斯（Stephen Fox）（2001）針對制造業和建筑業的差異，總結了融合的不同策略[9]；尼克·布馬斯（Nick Blismas）（2005）認為建筑的定制性特征使得建筑并不能像工業產品一樣批量化生產[10]；阿利斯泰爾·吉布（Alistair Gibb）（2001）更是觀點鮮明地指出房屋不是汽車，有關汽車和建筑的“陳腐比較”很難得到證實和驗證[11]；艾奇遜·馬修（Aitchison Mathew）（2017）在澳大利亞裝配式建筑的視角下表達了同樣的觀點[12]，相關領域學者對“像造汽車一樣造房子”的觀點仍然持懷疑和否定的態度。

然而，隨著精益建造技術的不斷發展，裝配式建造技術與信息化協同技術的日趨成熟，制造業和建筑業具有越來越明顯的趨同性，工業產品和建筑產品的界限也開始變得模糊[13]，“向制造業學習”的陳舊命題又被重新提及，“像造汽車一樣造房子”的口號又被再次喊起，這反映出目前建筑向產品學習的迫切愿望，同時也反映出從業者潛意識里對汽車制造和預制裝配兩者技術相似之處的認同。那么這種制造業產品化高度集成的美好愿景在當今新型建筑工業化時代是否能夠實現？

2 產品化系統集成

關于這個問題我們已經在尋求答案，現如今產品化系統集成技術已經在歐洲、北美、日本和澳大利亞等發達國家和地區的裝配式建筑中得到較為廣泛的應用[14]。依托第一作者在研基金項目和在澳大利亞紐卡斯爾大學的研究課題①，以木材、鋼材、鋼木混合等結構的私人住宅、中小型公建（辦公樓、學校、社區醫院）為例②，從三個方面分析了澳大利亞輕型結構房屋的產品化系統集成應用③。

2.1 系統集成核心策略

系統集成核心策略主要體現在房屋的主體模塊和典型構件上。如園木公司（Parkwood）的低層住宅系列產品-科帕卡巴納（Copacabana）海景山地別墅（圖1）和模塊化房屋系統公司（MBS- Modular Building System）的馬斯登公園圣公會學校（Marsden Park Anglican School）產品（圖2）采用了多個標準化的系統集成主體模塊，便于批量生產、完整運輸和快速裝配。而木材房屋系統公司（Timber Building System）在邁耶木業悉尼辦公樓產品 （The Meyer Timber Sydney Office）和彭里斯綜合辦公樓（Corporate Office Penrith）小型公建系列產品中則主要應用了一體化系統集成墻板構件產品來同時滿足房屋的結構、圍護、性能和裝飾等要求。

圖1 科帕卡巴納（Copacabana）海景山地別墅產品

圖2 馬斯登公園圣公會學校（Marsden Park Anglican School）產品

科帕卡巴納海景山地別墅產品（圖1）共三層，為5室2廳3衛，總建筑面積約320m2。整個房屋應用了模塊化裝配式建造技術，由10個鋼木混合結構的系統集成主體模塊組成，每個主體模塊都采用了3M模數進行尺寸協調，尺寸控制在長8～12m，寬4～4.5m，高3.2m的范圍內，在工廠生產階段就將房屋的結構、外圍護、設備與管線、內裝修四個部分系統集成在主體模塊中。如集成度最高的三層閣樓將臥室、衣帽間和衛生間三個功能的相關構件和設備集成進尺寸為8.4m（長）×4.5m（寬）×3.2m（高）的系統集成主體模塊中，在后續運輸和裝配的建造過程中只需要一臺汽車起重機即可進行快速現場裝配（圖3）。馬斯登公園圣公會學校產品（圖2）為單層鋼結構裝配式建筑，總建筑面積約560m2，同樣應用了模塊化裝配式建造技術，但采用了16個尺寸為13.2m（長）×3.0m（寬）×2.7m（高）的標準化系統集成主體模塊組成整個房屋（圖4），在工廠生產試組裝（圖5）完成后，再分模塊運送到現場即可快速裝配。

圖3 科帕卡巴納（Copacabana）海景山地別墅產品的三層閣樓系統集成主體模塊

圖4 馬斯登公園圣公會學校平面圖

圖5 馬斯登公園圣公會學校的標準化系統集成主體模塊

邁耶木業悉尼辦公樓產品（圖6）則采用了一體化系統集成墻板，預制墻板構件采用了斷面為90mm×35mm的木龍骨框架和斷面為65mm×65mm的后張預應力鋼柱組合形成預制墻板構件的結構體系，外墻裝飾掛板、防火隔層和密封膠條組合形成預制墻板構件的外圍護體系，38mm厚的復合木板材形成構件的內圍護體系，而內、外圍護體之間形成的空腔則填充相應的保溫隔熱和隔聲材料，滿足建筑的性能要求（圖7）。同時墻板采用了標準化連接方式和裝配工藝，在現場裝配時只需用相應的工具緊固預制墻板構件頂部的M24螺紋套筒，就可以方便高效地完成預制構件的現場裝配（圖8）。這種一體化系統集成的預制墻板構件產品經過調整或優化，又應用到邁耶木業的下一個彭里斯辦公樓產品中（圖9）。

圖6 邁耶木業悉尼辦公樓產品（The Meyer Timber Sydney Office）

圖7 一體化系統集成墻板的構造示意

圖8 一體化系統集成墻板的高效裝配

圖9 彭里斯辦公樓產品（Corporate Office Penrith）

2.2 批量生產建造目標

在建造階段，標準化的系統集成模塊和一體化系統集成構件能夠大大提高房屋在工地現場的建造效率，從而使得房屋產品的批量建造成為可能。園木公司的工程師約翰·麥克杜格（John Mcdougall）在訪談中提到：“標準化的系統集成模塊裝配使得建筑師在繪制圖紙時只需了解公司所能生產的基本構件尺寸信息，并出具基本裝配圖紙，并不需要進行專門的細節大樣或施工圖設計，因為在后續的環節中默認都是采用公司自行研發的標準化的裝配和連接方法”。木材房屋系統公司的工程師喬治·康斯坦茨（George Konstandakos）和模塊化房屋系統建筑公司的工程師約翰·卓別林（Josh Chaplin）在訪談中都提到：“在公司的項目中，他們幾乎感覺不到方案圖紙和實際生產與建造的脫節，建筑師只需挑選一體化構件產品進行組合設計，并不需要花精力解決項目在現場工地施工中所遇到的問題，公司有完善的標準化建造工序。”

如木材房屋系統公司的邁耶木業悉尼辦公樓項目的預制墻板構件在深入設計和研發階段還考慮了吊點位置的設計，在均勻排布的后張預應力結構鋼柱頂端上設置了4個吊點（圖10），同時配套相應規格的吊車、叉車、平臺車等施工機械（圖11）。 項目主體部分完工僅花了20個小時，約2天半的工作時間，整個項目約80%的工作量在工廠完成，使項目的整個工期縮短了30%以上，具有高度工業化的特征。

圖10 一體化系統集成墻板的吊點設置

圖11 一體化系統集成墻板的現場吊裝

2.3 產品系列設計目標

園木公司和模塊化建筑可變板材房屋公司的裝配式輕型結構建筑已經轉變為多種類型的低層住宅產品系列。底層住宅系列產品依據臥室數量進行分類，產品類型和面積涵蓋1室1廳的1層30m2到6室2廳的2層300m2，同時還會根據客戶的特殊需求開發定制化住宅產品。這種產品系列設計理念使其能夠研發符合市場和客戶需求的定型化住宅產品系列，不同的客戶需求轉化為不同設計中功能模塊的變化，體現為平面布置，建筑外觀和室內裝修與設備等方面的不同。而邁耶木業悉尼辦公樓項目和彭里斯綜合辦公樓項目是木材房屋系統公司小型公建系列產品中的典型案例，木材房屋系統公司仍在繼續研發小型公建系列產品，建筑類型逐步涵蓋社區醫院、社區俱樂部和社區幼兒園等。

3 產品化價值探討

建筑產品和工業產品的模糊界限無疑在潛移默化中影響著建筑師們的設計哲學[13]，尤其體現在裝配式輕型結構建筑中。在系統集成設計方面，其產品邏輯可以面向真實建造，將建筑構件轉變為系統集成的工業產品，將建造方式轉變為產品制造的工業裝配，能夠以工業化的生產方式將功能、性能和人文等建筑設計和建造相關的多元需求歸納、兼容、合并和集成在各類建筑構件產品中，通過高度集成的產品作為媒介，將前端建筑設計深入至真實建造層面，以達到后續建造的廣度、深度和精度要求，這更加符合裝配式建筑的工業化需求；在協同組織流程方面，產品思維有助于應用協同工作手段將裝配式建筑各獨立系統[15]的設計與建造的并行流程特征與裝配式建筑不同專業、不同階段、不同部位之間的作業界面進行清晰分割和準確匹配，幫助建筑師在前期設計階段就依據具體設計和真實建造需求進行設計，提高設計的準確度和深度，避免重復設計和反復修改，從而提高設計與建造效率，優化整個項目流程（圖12）。

圖12 協同組織構架下裝配式建筑系統集成的并行流程優化

最后，在最終建筑產品的用戶體驗方面，產品思維將建筑及其構件作為系統集成的產品進行設計與建造，建筑交付模式也逐步從裝修交付向產品交付轉變，這種改變意味著“建筑作品模式”向“建筑產品模式”的調整[16]，在這種模式具有了一定的選擇權和主導權，同時也帶來了商品感受的用戶體驗，用戶可以像挑選商品一樣挑選、使用、保養、維護自己所購買的住宅商品，而且還可以“一站式”的挑選相配套的內裝修類商品，購買到手的是直接可以使用的商品，享有售后服務的保養、維護等內容，這與產品和商品理念已經十分接近[17]。

結語：是產品還是建筑？

時至今日建筑師們仍未放棄從工業技術中尋找線索，而裝配式輕型結構建筑的產品化系統集成特征和趨勢提供了一個契機，逐步突破建筑和產品的固有壁壘。典型實踐案例如香港中文大學建筑學院的慈善學校、保護區建筑等工業原型產品[18]。東南大學建筑學院的緊急建造庇護所、自保障多功能活動房、臺創園多功能辦公房、微排未來屋[19]、夢想居未來屋[20]、農村多功能房、孔家村為民服務中心和共享立方C-House八代迭代產品[21]，以及“魔墅”箱式系統輕型房屋建筑系列產品[22]。如果建筑可以被產品化，建筑師們似乎可以從繁重的個性化定制設計和應激判斷工作中解脫出來，同時又遠離了可建性和實施性方面的束縛和困擾。正如朱競翔團隊的設想，讓作品轉變為產品，脫離建筑師跳到前臺來，變成一個能在市場上自我更新的東西，通過復制和量化服務于千家萬戶[18]。而產品思維和系統集成下建筑業和制造業交叉發展之新局面的形成則有可能成為新型建筑工業化背景下尋找裝配式建筑和工業產品之間平衡點和切入點，緩解現有矛盾和問題的關鍵：跳脫單純的形式空間—理論流派—型制符號爭論，重新回到建筑作為創造性人工產物所需要迫切滿足的社會化大生產的工業化需求。

那么是否產品思維下系統集成的建筑產品路徑是最優解？是否建筑實現了像工業產品一樣制造就一定有利于建筑工業化？是否建筑業與制造業在未來科學技術的影響下會衍生出新的共生關系？在建筑物質和社會雙重屬性的前提下，也許我們應該刻意回避“像造汽車一樣造房子”目標是否合適和可行的探討和爭論，亦或是堅守建筑業與制造業的固有思維和行為界限，這都需要時間來驗證。現如今，隨著我國木結構、鋼結構和鋼木混合結構等裝配式輕型結構建筑需求在鄉村文明建設中的全面提升，系統集成方法已經突破在中高層鋼筋混凝土結構住宅的內裝工業化[23]和部品集成技術[24]中的應用范圍。本文在建筑學語境下通過制造業視角探討了產品思維下澳大利亞輕型結構房屋的系統集成應用和價值，展示了建筑業和制造業的共生關系，不失為一條可行路線。但建筑師們仍需持謹慎和批判的態度把握主導方向，畢竟無論時代如何變遷，建筑師重建物質世界秩序的歷史角色卻從未改變過。

資料來源：

圖1，3：園木公司Parkwood提供；

圖2，4：模塊化房屋系統公司MBS提供；

圖6，8～11：木材房屋系統公司TBS提供；

文中其余圖片由作者繪制、拍攝。

注釋

① 澳大利亞紐卡斯爾大學（The University of Newcastle, Australia）的研究課題“從構件到房屋的澳大利亞預裝裝配式建筑案例研究（Case studies of off-site manufacture of buildings:the composition and sequence of assembly of components into buildings）”,批準號H-2016-0294。

② 澳大利亞紐卡斯爾大學的威利·謝爾（Wi l ly S h e r）教授、西悉尼大學的大衛·錢德勒（David Cha ndler）教授對研究課題企業調研方面給予了指導和幫助。本文研究得到國家留學基金管理委員會公派聯合培養博士生項目的資助（201506090017）。具體以園木公司（Parkwood）和模塊化建筑可變板材房屋公司（MAAP House-Modular Architectural Adaptable Panel）的低層住宅系列產品，以及木材房屋系統公司（Timber Building System）和模塊化房屋系統公司（MBS- Modular Building System）的小型公建系列產品為例。

③ 木材房屋系統建筑工程公司（Timber Building System）的喬治·康斯坦茨（George Konst a ndakos）、園木建筑工程公司（Parkwood） 的約翰·麥克杜格（John Mcdougall）和模塊化房屋系統建筑工程公司（MBS- Modular Building System）的約翰·卓別林（Josh Chaplin）參與了訪談，并提供了本文相關項目工程資料，對本文研究給予了幫助。