装配与集成——“精装巧配”装配式技术展的几个要点探讨

张男 谢金容 陈旸

上海中森建筑与工程设计顾问有限公司

2019年3月26日，在中国建筑设计研究院有限公司展厅开幕的“精装巧配”装配式技术展，采用了学术性较浓的展览方式，并根据建筑师对装配式技术的快览心理来组织内容。

本文以包括展览前言和各个篇章的引言在内的文字内容为基础整理而成。由于近年来建筑师群体对装配式技术普遍印象不佳、兴趣不高，我们希望以多点切入、互相印证的方法，尝试将其梳理整合为一篇综述性文章，并选取工业化脉络寻踪、PC体系架构、设计创意关联以及最重要的关于技术集成的思考等几个方面来呈现。

1 装配式技术的发展脉络

装配并非建筑业独有的概念。装配不仅和设计相关，还和制造相关，是与手工制作截然相反的标准化制造。因此装配式技术天生带有工业化的基因，正如“装配”的字面意思——“装”与“配”都是工业操作概念，即安装、组合、连接与匹配，并代指一切与此相关产业链条上的工业化行为。为便于理解，我们将众多纷繁交叉的相关信息加以归纳分析，明晰字面上非常相似的建筑产业化与建筑工业化的涵盖关系，以及常被同时提及的装配式技术与绿色建筑的概念（图1）。例如，装配式技术与绿色建筑的指代范围在很大程度上相互重叠，但前者是在建筑工业化的框架体系之内，并更多意指技术实施手段；而后者范围更宽泛和游离，常作为公众话语的热点出现，指向目的性的评价标准。

以预制装配为特征的工业化进程早在200多年前就已经随着西方工业革命的出现而开始萌芽，比如1851年世界博览会伦敦水晶宫1，称得上是最早也是最大的铸铁构件装配式建筑（图2）。与其说人类渴求技术进步是其发展的因由，不如说希望通过效率提升获取更多物质财富是其更为内在的动因（详见“建筑工业化发展脉络大事件标尺”），这就可以解释为什么战争中的武器相关工业和战后建筑工业的极度攫取可以促进工业化的高速发展。比如英法与德日，不论战争胜败，他们在经济上均是输家，巨大的民生市场缺口和各行业熟练工人的缺乏在客观上促使工业化快速发展。由“建筑工业化发展脉络大事件标尺”中的发展曲线可大致看出，两次世界大战前后正是工业化发展最迅猛的时段，战争工业对资源的优先占有与国家规模的限时性生产对标准化的建立和生产效率有极强的推动作用。而战后工业生产能力的巨大衰落（美国除外）与民生复苏的需求，同样致使各种廉价高产的标准化产品尤其是住宅产业，拥有了巨大的市场，甚至产生了依赖性，而且持续数十年，直至在其日益凸显的重大弊端前停步，这个重大弊端就是20世纪70～80年代在世界范围内普遍出现的各种各样的住宅质量与环境品质的弊病。20世纪60～70年代，国内借鉴原苏联经验展开了大规模的以装配式大板体系为主的住宅建筑工业化建设，后来的销声匿迹固然有多种因素，但保温、防水、隔音、抗震等建筑品质方面的诸多缺陷以及立面造型粗鄙呆板之类的美学弊病，是其衰落的重要原因。在世界范围内，更为严峻的现象是各种次生社会问题的蔓延，如城市中产阶层外迁、社区衰落以及犯罪率上升等。这一现象的极端表现就是1976年美国密苏里州圣路易斯市社会住宅2被炸毁事件（图3），这一天被称为“现代建筑死亡之日”。想想便令人扼腕，第一代现代建筑大师早在20世纪初满怀希望地预见了工业化建筑时代的荣光3，而仅短短半个世纪后，竟是这些“隔震、漏水”之类“蝴蝶翅膀”的翕动，导致一个建筑时代的终结。

1 装配式概念辨析示意图

2 1851 年世界博览会伦敦水晶宫

3 被炸毁的圣路易斯市社会住宅

4 轮船和飞机

而近50年后的今天重提建筑工业化，情况又不一样了。时至今日，资源匮乏与人类活动导致的环境恶化已经成为对地球永久性的警示。国内的情况是，技术在进步，新的材料和技术手段足以应对上述各种问题，而节能减排已是大势所趋，国策方向不容置疑，因此装配式成为新时代推进建筑工业化进程的不二之选，顺理成章。值得思考的是，在了解了装配式建筑的历史和现状后，沿着这个脉络前行，装配式建筑的未来又会去往何方？在我们看来，如果说装配式技术的第一次兴起是伴随工业化的发展需求，第二次是直面环境资源危机的主动应对，那么第三次，将是人类生存品质的内在需求。

我们今天是在建筑行业语境下讨论装配式，如果认识到装配是工业术语，就不难意识到，飞机、游艇、汽车等一切容纳人与人活动的现代化可移动设施，其实都是装配式工业产品。与此类似，对生活空间品质的更高需求将会促使住宅的集成内装体系也走上更为精致细腻、更关注人机互动与人体工程感受、更耐久环保、更智能体贴的工业化发展道路。未来装配式建筑（或模块）的主导者可能是工业设计师，到那时，建筑师要么将角色转换（或同化）为装配集成设计师下的建筑专业助手，要么抢占主设计师的位置，麾下囊括各类工业设计专才。

百年前，勒·柯布西耶（Le Corbusier）在《走向新建筑》中以大段篇幅描写各种飞行/航行器，其不惜笔墨赞美的机械化的“空间之美”更接近“真实本源的技术性的美”，也让我们看到了机械工业对于人类生活方式甚至人类思想的巨大塑造作用（图4）。贝聿铭（Ieoh Ming Pei）先生曾言，他梦想着有朝一日能够设计一艘远洋巨轮[1]。在他的心目中，巨轮也好、房屋也好，无非是一种空间社会单元。两位大师念兹在兹的各种航行器，虽然前后相差半个世纪，其心目中的形态功能也各不相同，但对作为人的活动场所的核心判断未变，区别无非是各个时代工业化的不同程度。从这个角度讲，装配式尤其是内装体系，与未来社会的内在关联可以用机器工业与生活品质的关联来替代。新的技术条件决定新的生活方式，而新的生活方式也会提出新的空间与品质要求。

2 PC装配式建筑体系梳理

格罗皮乌斯曾在其1916年撰写的《住宅产业化》一书中对产业化的特征描述如下：1）不断地复制生产独立的部件；2）用机器制造同一标准尺寸的部件；3）提供具有互换性的部件。这三点基本完美概括了当今装配式技术从产业化角度观察所具备的关键特征。装配式混凝土结构简称“PC”（Prefabricated Concrete），是以工厂预制（或部分预制）混凝土构件为主要部件，再经现场装配连接而成的。通俗来讲，就是按照统一、标准的建筑部品规格预先制作房屋单元（或构件），然后运至工地现场装配而成建筑，包括全预制混凝土装配结构、装配整体式混凝土结构、全装配式混凝土结构等。

体系构建第一要简明。目前来自于官方和业界的与装配式建筑相关的概念较杂乱，歧义丛生，涉及结构受力体系、结构主材、建筑应用系统分布等多种分类方式。例如，按照结构弹性分析模型划分的“等效”与“非等效”现浇混凝土结构体系，其相互之间的概念常有交叉。官方的《装配式建筑评价标准》（GB/T 51129-2017）是按照“主体结构/内外墙体/装修与管线”来区分的，而行业的关注点则聚焦于构配件生产工厂化、施工装配化和组织管理科学化等方面。我们这里所尝试建立的是一个直观、尽量滤掉枝蔓只保留核心信息的体系描述，它并不追求完整和严密，但求简明清晰地勾勒出装配式技术，尤其是PC体系的主线。

5 装配式建筑结构体系简表

6 恩尼斯住宅（Ennis House）

体系构建第二要聚焦。目前混凝土建筑在国内的建设量与浪费量都十分巨大——中国每年产生15亿t的建筑垃圾，其中包含大量由于建筑寿命过短而带来的重叠性资源浪费。虽然在未来一段时间内，钢结构的比重会逐步增加，但鉴于目前国内各种条件的限制，在相当长的时期内尚难以撼动混凝土结构建设量的绝对占比优势。因此，按照结构主体材料并辅以受力体系的简明分类法，本文重点关注预制混凝土结构体系的梳理（图5）。

图5中的主线聚焦在目前仍然是主流的“湿式连接”装配整体式混凝土建筑，也表明“全干工法”时代离我们尚有一段距离。需要澄清的是，这里所谓的“装配整体式”结构（如装配整体式剪力墙结构、装配整体式框架结构）是从建筑整体来考察该结构所表现的刚性受力特性，体现了从抗震设计角度强调“强节点、弱构件”的设计导向，而非装配集成的程度。因而所谓的某种“整体式”结构，其装配率反而常常低于各种“箱体”（或模块单元式建筑）。在展览中，我们为每个案例都配置了一个极简的“装配集成度与艺术表现力”的双参数对比表，以便于读者理解这其中的差别。

3 装配式与创意设计

装配式是工业概念，以标准化生产为根本特征，给人的印象永远是单元复制，而复制/重复被认为是建筑设计个性化创意的天敌，因此建筑师普遍对于装配式建筑缺乏好感。

但其实这个看似棘手的矛盾实际上是一个伪命题。创意与复制/重复其实并非对等概念，就像是拿思维潜能去描绘客观存在，两者不存在对应关系。其次，装配式涉及建筑内装和外观各种构成元素，在空间关系上呈现多层面的复杂性，无法单纯以某一类视觉特征作为类型化的标准来评判。无论是讨论一艘游艇严丝合缝、浑然一体的内部空间，还是讨论一栋装配式构件拼成的高层住宅外立面，我们都无法用同样的标准来判别，或者说只能依赖于公众审美意识基础上的笼统共识或模糊的个人情感映射来判断。

这个矛盾从来就有。如果我们从手工与机器/工具使用的关系角度来看，从原始时代的木、土茅屋，到砖石砌筑的房屋，到以钢筋混凝土建筑为代表的现代建筑，再到以钢结构建筑为代表的当代及未来建筑，这种手工与机器制造孰优孰劣的争论或者建筑的情感特质判定问题，一直伴随着人类整个建筑实践的发展，而非装配式技术独有。

进一步讲，装配式是因其技术特征才与建筑实体产生了审美辩证关联。在整个建筑的发展过程中，审美判定的历史在包豪斯时代得到终结。包豪斯引起了西方社会对工业生产与大众生活的关注，也建立了工业设计的艺术评价体系和影响至今的美学取向，并在整个工业设计领域整体性地发挥作用。在建筑界，100年前赖特（Frank Lloyd Wright）和50年前萨夫迪（Safdie）与黑川纪章（Kisho Kurokawa）都已经尝试给出了工业化思维影响下的、同时也是个性化的建筑实践佐证。虽然赖特对预制构件也有浓厚的兴趣，但在他的实践项目中弱化了预制件的工业生产属性，只是把它当作具有特殊肌理的砌筑单元来使用（图6），而萨夫迪与黑川则相反，他们把箱体模块的工业化特征作为建筑形象的表达重点（图7，8）。当然黑川走得更远一点，可复制、可替换的模块在他手里是表达建筑“新陈代谢”宿命的“形象加速版”，他认为表现生长的感觉很重要，至于单元插接的结果是怎样的形态倒并不重要。当然他的胶囊住宅的集成程度确实达到了那个年代技术能够实现的最高水平。更进一步的尝试来自于以设计悉尼歌剧院而闻名的丹麦建筑师伍重（Jorn Utzon），他所设想的预制混凝土构件组成的空间单元可以进一步构成“微型城市”化的复合建筑，将单元复加的构成规则导向整体性的空间塑造，而不只是生态化的外观呈现（图9，10）。

当然，不论是萨夫迪、黑川、伍重还是赖特，他们形态各异的作品本质仍是个人美学旨趣的形式呈现，但又敏锐地抓住了当时前沿技术所带来的某种空间塑造的可能性。

7 蒙特利尔67 号住宅（Habitat67，萨夫迪，1967）

8 东京中银舱体大楼（Nakagin Capsule Tower，黑川纪章）

9 科威特议会大厦

10 科威特议会大厦平面图

11 不同种类预制构件建设环节对比表

12 特拉维夫拱廊高层住宅（TelAviv Arcades）

时至今日情况依旧。作为一种建筑构成元素的建筑标准构配件尤其是外立面预制件，提供了更多形式变换的可能性。虽然以标准化生产为特征的装配式技术有其构件种类的合理阈值，如构配件的规格、运输与安装条件限制等，并且必须在合理的限度内才有产业化实施的意义（图11），但个性化的表现依然排斥产业化的大规模复制，追求工业级的产品精细度，致使装配感只能以代价较高的个体建筑的独特形式来呈现。比如近年来流行的植物分形般的参数化探索，每一个项目都在追求独一无二，而参数化看似随心所欲却又有极强的逻辑生成规律，实质上是面对着与装配式构配件生产相同的限制生成条件，也可以将其看作是工业化制造与设计师主观情感双重控制的尝试（图12）。

我们还可以对上述案例进行简单的类型划分，以探究装配式技术与空间塑造的关联。恩尼斯住宅和特拉维夫拱廊高层住宅可以作为装配式构件构成建筑立面的代表，是一种具有主动意识的二维表现类型；黑川的舱体住宅和一体化的内装空间是单元集成模块（或模块集成单元）通过结构性组配完成的一种形式表达，均属于三维装配式空间类型。前文述及的前辈大师们百年来魂牵梦绕的各类航行器，可称为装配化的微型社会，已经具有了适应人类完整作息周期的强烈时间维度，是名副其实的四维空间。从二维肌理到三维空间，再到贴合生活规律的社区化四维空间，装配式技术的角色实际上已经由可有可无的风格载体，演变成不可或缺的技术手段，也再一次暗示了装配式技术在未来社会的前景——试想一下，如果把一艘星际飞船称作“太空建筑”或“微型城市”，也是可以的。

在工业化领域，设计创意与技术能力从未分离，装配式也不例外。因为装配式本身只关心效率，无关创意，但空间来自于创意，装配式正是以空间塑造技术手段的立场与创意对谈。

4 装配式技术的成败在于“集成”

说到装配式技术的关键词，如果只有一个，那一定是“集成”。装配式技术与汽车制造业很相似，虽然它远没有汽车产业的技术复杂高端，但与汽车产业“产品导向+技术跟随”的大战略很相似。因此，装配集成不只是技术问题，还涉及到产业动力问题。

4.1 技术集成

装配式技术的概念本身就隐藏着解锁的密码。“装配”意味着以不同元素的组合完成复合功能的构成方式，其关键点是“集成程度”，即模块整合部件越多，建筑功能及模块的综合效能越高，理论上建筑空间的感官品质也越高。同工业产品类似，项目建设也需要根据客户需求，甚至某一群体客户某一生命时段的需求（如移动电话的迭代），建立产品整体概念或目标预设，然后建筑设计单位主导产品定位、研究开发，并与制造厂家协作。这个过程是对集成方案的构想、判定、检验和技术实现的过程，也是企业最终实现商业化的保证。再以移动电话为例，一款手机是否卖得好要同时看其功能和价格，也就是其综合技术集成性能与成本的平衡。这个过程同样适用于装配式整个设计周期，在以产品为导向的装配式建设项目中，单独的建筑设计环节有明显的能力边界，必须与建设成本控制和流程管理统筹协调。

基于集成程度和全过程工艺工法特点的考虑，目前常见的PC装配式建筑系统可大致排序如下：预制全集成模块（“箱体”或成品盒式单元>部分集成，如厨卫模块）>干法装配预制集成构件=机电分离干法装配预制构件>节点现浇预制集成构件>节点现浇预制构件。从被关注最多的外围护系统的整体性能和集成程度来看：保温装饰机电一体化单元式墙板（全功能围护墙板）>预制夹心保温单元式墙板（俗称“三明治”板）>预制外挂墙板（保温饰面后处理，如GRC挂板、涂料等）>传统湿法墙体（后抹灰）。该排序反向观之，很像从一个街头找来的泥瓦工半日就能完成的工作量，到一个整合了上下游众多厂家的集团型企业才能完成的工程的进化。

上文提及的“装配集成度”与“艺术表现力”双控参数表，就是考虑到技术集成的复杂程度与艺术表现的难度成正比，进而将两者并置对照。

4.2 协作集成

“协作集成”也称“系统集成”，即在技术和组织层面上发挥作用的生产和组织的基本原则。从前文对各类建筑体系的描述可大致看出，任何一种体系都涉及众多专业和生产厂家，再加上前端设计整合与BIM化、后端运输、安装等，如汽车生产组装的过程一样，从前端原材料到后端的销售保险服务，甚至与公路建设和交通旅游业相关。可以说，任何一个环节的超前突出对全产业链的整体效率都是无效的。因此对于装配式产业来说，真正决定性的技术是管理学，是产业结构调整和社会资源统筹，而不只是建筑专业设计图纸的技术数据。

讨论装配式技术绕不开EPC工程总承包模式（Engineering Procurement Construction），装配化建设过程需进行强有力的全程控制的特点自然而然地促使行业视线转向EPC。

鉴于装配式专项设计工作对建设过程的前后端——从建筑方案构思到装配式构配件生产、运输，再到构件现场吊装，均需要预制构配件专项设计，而EPC模式正因为有权利协调上述的各个环节，可以要求装配式专项设计尽早介入，监督设计单位持续跟进校核，前后端的误差错位才可能被有效消减。由此可见，装配式建筑工程与EPC是天生的搭档，目前来看，唯有EPC模式才是能够让装配式建筑的整体优势得以充分发挥的平台（图13），也反证了装配式技术对于协作集成的内在需求。

如果全程控制需求是正向解读装配式项目的技术特征，那么从产业架构和内生动力来观察就是反向的佐证。正如本次展览“为什么地产界对装配式建筑迟疑不绝”的章节所示，地产界对装配式的态度是兜兜转转，推进乏力但又不甘放弃，其中有两个非技术原因：一是企业自发研究的试点行为是基于对未来市场的担忧，只能先行试水、免落人后；二是不管技术水平的真正实现程度如何，可以先打广告，争取在卖点上助推楼价。相较之下，施工企业似乎更积极，其真正原因也是瞄准了EPC模式，即利用项目建设过程的后半段优势使营运触角大力前伸，装配式成了开路利器——这大概也是施工企业BIM建模技术风生水起的源动力之一。

13 传统装配式建筑工程与EPC 模式施工流程对比

由此可见，利润空间（或潜在的利润空间）才是地产投资和建安施工两大阵营对于装配式技术应用态度的最终杠杆。从技术到管理，再从管理到产业，从技术集成走向产业集成，这意味着市场份额、行业话语权、技术领先优势等市场机制走上前台，经济杠杆（或产业动力）开始发挥其决定性的作用。

关于成本，可举一例。装配式工程有强烈的类生产线行为特征，整个流程的协调组织效率和管理水平以及对成本的考虑等都会影响最终的利润。我们可以从装配式技术“节材”的优点来看，装配式建筑有很多明显的节省原材料的机会，如节约模具（尤其木材）、脚手架，甚至节水；但同样也消耗了更多其他材料，如增加叠合楼板厚度、构件连接加密区钢筋等。综合判断的结果是，在理想的状态下，比如EPC管控下的构件制造、运输、现场安装高效统筹，才有可能达到总体节材20%的可观目标。所以在全行业体系仍不完善的状态下，少量项目的装配化建设成本仍然居高不下，无法全面铺开。

装配式建设链条中任何一个环节都不能独立挤出利润空间，脱离产业视野与产业规划，装配式的真正优势就无从谈起。在看似风起云涌、商机无限的装配式建设领域，如不能促成全产业链条、全方位的有效技术合作与管理统筹（即“系统集成”），就不会有真正意义上的赢家。

5 结语

综上所述，装配式未来的发展动力源自人们对人工生活环境高品质的需求；装配式技术应当是产品思维，创意只与产品有关；装配式建筑的成败在于技术集成和产业集成。品质和创意均依赖于最终的集成技术水平，因而“集成”是其中最为关键的要点。

如果我们把装配式技术放到更大的维度中去看，“装配”其实是“集成”的物理实现过程。我们所讨论的装配式技术只不过是建筑产业阶段性的技术需求与特征，然而无论是今天还是明天的生存环境，精确、方便、舒适、耐久这些基本需求都不会有太大改变，但对智能化、综合功效、生物操控等的需求只会更高。因而在未来，“集成”将会是人类社会的长期技术术语和人工环境的重要构成特征。

注释

1 由约瑟夫·帕克斯顿爵士（Sir Joseph Paxton）设计的第一个大型装配式钢结构公建——水晶宫（The Crystal Palace）在英国伦敦海德公园仅用6 个月时间便搭建完成。水晶宫长约564m，宽约128m，占地7.4 万m2，共5 垮，室内净高39m，整体为无柱空间。

2 日本建筑师山崎实为美国圣路易斯市设计了一个33 栋18 层的贫困人口居住社区。不过因为单调且毫无活力，这些装配式住宅最后变成了高危犯罪社区，在1972～1976 年间被拆除，被称为“国际主义建筑风格死亡的判决书”，从一个侧面反映了早期工业化建筑在人性关怀方面的缺失。

3 包豪斯教育学家沃尔特·格罗皮乌斯（Walter Gropius）撰写的《住宅产业化》作为建筑工业化理论的开山之作，至今仍是对标准化住宅单元预制、装配和分布的先决条件的最为透彻的阐述。