建筑工业化和数字化

■ 李晓军

早在上个世纪20年代，“像造汽车一样造房子”的概念就被法国建筑大师柯布西耶在《走向新建筑》中提出，人们开始了对建筑工业化的思考和探索。和汽车、飞机、船舶等离散型制造业一样，“建筑产品”如何拆解成多个“零件”经过一系列并不连续的工序的加工最终装配而成，就成了大家理想的生产场景。以日本为例，在上世纪70年代开始掀起了住宅工业化的热潮。一是“建筑产品”的结构。通过大企业联合组建集团企业，设立了工业化住宅的质量管理标准，制定了各种标准规范，发展楼梯单元、储藏单元、厨房单元、浴室单元、室内装修部品构件以及通风体系、主体结构体系。二是建造的生产流程。借鉴丰田汽车的“精益制造”理念，让每一道工序都有标准化的模块，工序式的模块施工中，一个施工段或一层的工作量没有按照流程完成，不允许进入下一个施工段或下一层施工；每一道工序没有按照“零投诉”标准作业，不允许进入下一道工序，从而有效地控制了建筑施工质量。一步步实现其建筑工业化，摆脱了传统的建造模式。

值得注意的是我国虽然在上个世纪80年代也曾经进行

过一段时间建筑工业化尝试，但由于长期技术的限制和标准体系建设的缺失，再加上我国建筑业一直都是劳动密集型产业，且一直享受廉价劳动力的红利，转型的动机不强。因此，建筑工业化的推动力不强，直到最近几年随着我国经济发展的增长放缓、劳动力成本的提升、绿色环保要求的倒逼效应，再加上人们对美好生活和个性化建筑的需求，以及数字科技的冲击，我国的建筑工业化才重新提上了日程。但时过境迁，我们不可能完全按照日本、德国的“循序渐进”的过程，而需要结合当前数字经济的借鉴特征。进行新的发展路径创新。

数字科技加速建筑业向先进制造业演进

“制造业是流动的产品和固定的人来生产，而建筑业则是固定的产品和流动的人员来生产”，建筑业与制造业相比较来看，不同之处在于建筑业具有典型的项目型特征，同时还有建设周期长，资金投入大，项目地点分散、多专业、多关系方、流动性强等特点。这种“分散的市场、分散的生产、分散的管理”的产业特点，大大增加了运营和管理的难度，也使建筑业很难像制造业一样实现“流水线大规模生产”，无论在“工业化道路”还是“数字化变革”上都与制造业有较大差距。对比制造业，建筑业的机械化水平都还存在较大差距，却又在发展过程中面临着电气化、信息化、智能化的多重“冲击”，故呈现“多期叠加”的表现特征。一方面表现在既有落后的“半手工、半工业”的建造模式和管理模式，也有基于“BIM+云大物移智”等信息技术催生的企业信息化、数字施工和智慧工地等类似先进制造业的新兴产业形态。

（来源于《数字建筑白皮书》）

但是随着“BIM+云大物移智”等相关数字科技发展，数字化正在促进加快建筑业向“工业化”演变，呈现和工业4．0等高级形态的趋同性。主要包括：一是产品全生命周期的项目管理理念向建筑业渗透。类似先进制造领域的，通过系统生命周期管理（SysLm）和产品全生命周期管理（PLM）在建筑业逐渐步入实践，这主要表现在BIM技术的成熟，能够集成建筑生产系统和建筑产品全生命周期管理，而且实现三维可视化模拟与表达。二是一些先进制造领域成熟的解决方案和范式在向建筑业渗透。如数字孪生、协同设计、个性定制开始受到大家重视，并开始在应用实践。三是生产设备的智能互联。先进制造强调把智能控制系统、通信设施通过信息物理系统（CPS）形成一个智能网络，使得产品与生产设备之间、不同的生产设备之间以及数字世界和物理世界之间能够互联。这一点在建筑业的智慧工地建设上也开始得到体现。四是协同制造的形态向建筑业渗透。建筑业生产组织模式也开始出现从“串型结构”向基于BIM等平台系统的，从分析、决策、规划设计、审批、构件生产、智慧建造、智慧应用集成、智慧运维等全生命周期的协同的“环形结构”。随着科技的发展，建筑数字化将向日益成熟的状态发展。尤其是人工智能、机器人、3D打印技术、虚拟现实等技术的进一步发展，建筑业越来越呈现出和先进制造的趋同性，我们不得不惊叹，这不就是制造业想要的工业4．0吗？

个性化定制建筑成为可能

数字经济时代，如果问人们需要什么样的产品，整体概括起来无非以下三点：一是极具个性的定制产品。在数字时代，个性诉求将替代共性需求，更多的用户需要符合自身独特个性的产品，同时又能体验到整个产品的设计、生产过程。产品的“供应者”企业的竞争战略应更侧重于与消费者的连接和互动，通过搭建个性化定制化平台，增加用户的参与感，改变品牌企业供应链的组织和运营方式，转而要求实现更灵活、更可靠的柔性生产和交付能力。例如，青岛红领集团开创了服装大规模定制生产的先河。通过运用互联网技术，建成了顾客直接面对制造商的个性化定制平台，在快速收集顾客分散、个性化需求数据的同时，消除了传统中间流通环节导致的信息不对称和种种代理成本，极大降低了交易成本，从而实现了零库存、低投资、高回报率效果，而且增强了客户黏性。二是极高品质的产品。除了设计精巧、加工精细、使用方便和性能可靠等传统指标外，如何融合绿色、健康的设计理念及新型材料，将日益受到人们的重视。这些年许多企业也在倾注精力打造爆款产品，在产品设计和工艺上绞尽脑汁，积极开发和寻求更绿色、更宜人的新型材料，以获得用户的青睐。三是极致的场景化体验。未来的产品将更加强调构建体验化的数字场景，无论是从产品在设计阶段的参与感，在购买中的体验过程，还是在实际使用中的分场景适配，用户更注重体验上流畅与丰富。以上的消费趋势，对于建筑这种“特殊的产品”确实是一个难题，如何积极改变过去的思维，从新的角度看待问题，并定义建筑就成为了一种关键能力。

随着人们对美好生活的追求，传统建筑业已经远远不能满足人们的需求：

一是在设计过程中“参与缺失”。建筑的终极用户缺少参与，不能充分按照自己的美化愿望设计自己的生活场景，常常被迫选择市场已有的“千屋一面”的产品。也渴望开发商能根据自己的建筑需求“量体裁衣”，深度表达自己的诉求，并在实际中展现。

二是消费体验中的“诸多无奈”。购房时的“无奈”以及二次结构拆改和装修带来的安全隐患；设计变更频繁且工程经常返工，难于保障工期和质量，难于规避隐形消费陷阱；同时又无法预见各类隐蔽工程的线路、走向与位置，更难于预判家中设备故障、管线老化等问题，无法提前通知物业及时提供维修服务。

三是生产过程的“环境破坏”。建筑业高消耗、高能耗的问题日益突出。据统计，目前建筑活动造成的污染约占全部污染的三分之一（40%左右），建筑垃圾每年高达数亿吨，建筑业碳排放占全国总排放50%。建筑运营过程中造成了大量的能源和资源消耗，约占社会能耗的三分之一（40%左右），同时既有建筑中95%以上又是高耗能建筑。可以说建筑是能耗和碳排放的大户。建筑生产过程对绿色环境造成了巨大的破坏。

四是建筑产品的“问题重重”。由于建筑工程中的层层分包，项目过程不透明，难于监管，导致建筑质量出现问题，如：墙体渗水、墙面空鼓、层高缩水等现象普遍存在，这已经成为业内心照不宣的“通病”。甚至很多大宗建筑配套设备、物品难于运行通畅。七分安装、三分维保，如果不注重后期的运营和保护，也会埋下建筑安全的隐患。

随着BIM+云大物移智等科技的发展，人们未来可以通过数字建筑平台，按照自己的个性化诉求参与协同设计，深度体验未来的建筑理想，通过数字虚拟生产、数字虚拟施工提前了解到建筑的生产过程，通过虚拟运维提前了解到建筑的各种运维状况，最后再通过工业化的建造方式在物理世界中建造出实体建筑。最终实现个性定制的建筑产品。

建筑业未来构想

畅想未来，我们不妨大胆定义下：如果说手机是人的智能终端，汽车是人类位移工具的话，那建筑就是人类活动的平台和载体，这三个“要素”相互连接，共同编织成我们未来的智能世界。同时它们三者间又相互“跨界融合并向近亲性演绎”，如“汽车是有轮子的建筑”“未来汽车是有轮子的手机”“建筑卸掉轮子的汽车”“未来建筑是巨型的智能手机”……等不仅是比喻，更多是真实的现象（开个玩笑：当然您也可以说建筑是钢铁混凝土做的“衣服”，衣服是布料做的柔软建筑，红领集团不就是把衣服拆分成一个个“构件”，实现了智能化、个性化定制吗？）！对于建筑从业者来说，主动思考并积极寻找彼此之间的相关性，可以有助于我们重新理解建筑和建筑业。可能一觉醒来，你会发现建筑已经不是你眼中的建筑！笔者大胆提出以下几个猜想：

猜想一：明天的建筑可以个性定制。打开手机，安装一个“建筑定制APP”，并戴上VR眼镜，您就可以在BIM模型上用语音或肢体语言与地产商、施工企业等进行沟通和协同设计，一起打造好包含建筑产品和过程的“全数字化样品”，然后直接就可放入购物车等待你的建筑产品。

猜想二：明天的建筑业将诞生京东和天猫。喜欢买买买的您这下有福了，在未来房子是“设置了时间编码的组合邮包”，每个房子就是一个“大小不一的邮包”。当你把“建筑数字样品”放入购物车后，剩下的时间您可以在平台上时不时关注建筑的生产过程，每个建筑“邮包”的位置、相关责任人……直到“邮包组合完毕”，您再点一下签收，您的房子就完全交付了。

猜想三：明天的建筑将达到工业级品质。随着建筑工艺等技术的发展，未来的建筑产品提升到像手机、飞机、汽车等工业品一样的高度。无论是建筑结构、机电安装还是装饰装修等的精度都能达到毫米级，真正使建筑产品达到工业级品质。

猜想四：明天的建筑是巨型的智能手机。所谓的手机只不过是把建筑缩小数百倍或千倍，同时把功能空间变成二维化，然后用程序设置了一个“数字应用功能”而已。未来的建筑必然像智能手机一样，每个家居上都连着一个超级APP，可以检测您的健康情况、可以提供学习服务、可以提供数字娱乐……

猜想五：明天的建筑是智慧生命体。明天的建筑都将有一个智慧大脑，学习主人在建筑内的活动习惯和情绪，通过自学，不断优化家居生活，可以根据主人的心情变幻屋内的颜色，成为了可感知、会呼吸、有意识、能节能、会管理的“建筑生命体”。

未来已来，只有相信才可以提前看见。建筑是建筑，是20世纪前人类的认知；建筑已经不是建筑，是21世纪的认知，就让我们打开脑洞畅想一下吧！因为它关乎你我他。