建筑工业化全产业链

宋兵/

1 建筑工业化概论

建筑工业化是通过现代化的制造、运输、安装和科学管理的生产方式，来代替传统建筑业中低品质、低效率和高成本的手工业生产方式的过程。它的主要标志是建筑设计标准化、部品生产工厂化、施工机械化、组织管理科学化和实施一体化。建筑工业化的终极目标是通过科技进步，实现建造的高品质、高效率和低成本，从而完成建筑行业的现代化转型。

早在1962 年9 月9 日，梁思成先生在《人民日报》上发表了题为《从拖泥带水到干净利索》的文章，提出了建筑工业化就是实现“设计标准化、构件预制工厂化、施工机械化”，使建筑工地从“拖泥带水”变得“干净利索”； 同时，建筑师还要在“千篇一律”中取得“千变万化”，实现标准化输入多样化输出，从而圆满地解决建筑物的艺术效果问题[1]。

梁先生的文章发表了近60 年，在感叹大师的思想极具前瞻性的同时，也很遗憾地发现，中国的建筑工业化仍然长路漫漫。

目前的装配式建筑表面上看已经达到相当高的装配率，但设计流程还是按照传统的手工业线性流程进行，即先由建筑师做方案，然后做结构专业设计和拆板图，再做设备专业设计，装修设计专业可有可无，遇到问题现场解决。在一些装配式装修的项目中，尽管装配率很高，但是由于设计流程是先设计空间，再把空间拆分成部品，因此部品的标准化和规模化程度很低。有的项目一套结构件模板的重复利用率只有3 次，模具成本摊销极高；又由于标准化程度低，构件的运输、现场堆放和安装效率也很低。因此构件的总成本很高。装修部品在现场装配时仍有大量的手工裁切和拼装。尽管工地上“拖泥带水”少了，但是却远远没有达到“干净利索”的程度。

建筑行业目前普遍流行的一句话“像造汽车一样地造房子”，其含义究竟是什么？建筑工业化的内涵究竟是什么？

制造业的工业化有7 个主要特征[2]：

（1）标准化：比如，同一个型号的轮胎在世界任何一个角落都可以组装到汽车上。标准化是工业化的第一基础，有了这个基础，手工业作坊才能转变为大工业生产。

（2）规范化：生产过程规范化，安装过程也要规范化。只有规范化，才可能使得任何一个受过基础教育的人可以通过现代教育的方式，学会操作流程，而不必通过师父带徒弟的方式。也就是说，把高难度的手艺转变为容易掌握的基本技能。规范化不仅是人员培养方式的转变，也是管理方式的改变。规范化可以使得管理难度下降，从而降低管理成本。

（3）规模化：规模化是在标准化和规范化的基础上形成的。一般而言，规模越大成本越低，利润也就越高。但规模大到一定程度后，管理成本开始升高，利润反而会降低。但就现阶段的建筑行业而言，无论是结构构件还是装修部品，规模化程度都还远远不够，仅仅是把现场操作的工序转移至工厂而已，由于增加了双向运输成本，因而其成本反而高于现场的手工操作。

（4）社会化：部品和产品是在标准化的基础之上通过社会化大协作生产的，生产地点是分散的，生产过程并非都集中在一个企业完成，组装则是在工地集中完成的。伴随着互联网的发展，网络化协同制造、共享制造等制造业新模式推动了生产地点从集中化走向分散化，跨行业、跨企业、跨地域的协同成为常态，使得制造业可以在全球范围内完成协同。

（5）专业化：社会化分散加工的部品和产品具有各自的技术特色，不可替代。比如，瑞士某些家族企业专做手表的机芯，几代人传承几百年。

（6）可控性：不但机器可控，而且过程可控，所有流程都可控。只有可控，才能保证产品品质的可靠。

（7）可测试性：每个产品出厂前都可以测试，没有测试依据，就没有安全保证、性能保证和品质保证。

建筑行业要具备这7 个特征才可以完成工业化，才可以“像造汽车一样地造房子”。普通汽车就是由一系列的标准化零部件组合而成的，因此普通房子也同样可以由一系列的标准化部品部件组合而成。

所以，建筑工业化是在建筑行业运用现代化的大工业生产方式来取代传统的手工业生产方式的过程，也是建筑行业产品化的过程。在这个过程中，建筑行业从手工思维方式向工业化思维方式的转变是关键，要抛弃手工思维就要把建筑物当成一个完整的工业化产品来看待。一栋建筑物是由建筑、结构、设备和装修部品四大体系组成的一个完整的产品，四大体系都可以通过社会化的分散加工实现高品质、高效率和低成本。

建筑工业化在不同的发展阶段曾有过不同的叫法，但不管是叫新型建筑工业化、住宅产业化、住宅产业现代化还是装配式建筑，其初心一定是实现高品质、高效率和低成本。做不到“好、快、省”，就不是建筑工业化。其中，“好”指的是工业化方式生产的建筑物要具备高品质。具体内容包含了功能合理的空间、室内动线顺畅、设施设备齐全、材料经久耐用、气密水密性高、保温隔音好、自然光照、自然通风等。“快”指的是工业化的建造过程要实现高效率。包括生产的高效和安装的高效，通过标准化的批量生产及规范化的安装流程缩短了工厂生产时间和现场安装时间，从而缩短项目建设的整体周期。“省”指的是降低建设过程的成本。通过缩短工期节约的时间成本和资金成本，通过标准化和规模化生产节约材料成本和人工成本。

2 设计标准化

工业化的七大特征中，最重要且最基础的就是标准化。标准化涵盖了设计、制造、安装等不同阶段的标准化。其中，设计标准化又是重中之重。设计标准化不等于简单化。

以住宅设计为例，设计标准化并非就是标准化户型。因为每个项目都会有不同的规划条件，如用地形状、容积率、日照间距、日照时长、绿地率、建筑密度、建筑高度等不同的限制性因素，户型的长宽尺寸是不可能固定的，因而也不存在真正意义上的标准户型。那么，标准化的工作是不是就无法进行了呢？

标准化并非是固定房屋的长宽尺寸，而是让建筑的尺寸按照一定的规律进行变动，这个规律就是建筑模数[3]。

建筑模数（M）是在设计中确定的协调建筑尺度的增值单位，例如M=100mm。一般而言，在设计中最常用的模数是3M=300mm。就是说，结构、建筑、设备、装修各专业都以3M 的倍数设定设计尺寸。

但是，在实际项目中，建筑专业的轴线尺寸一般都可以满足3M 的模数，而其他专业往往无法满足3M。例如剪力墙的常规厚度是200mm，结构预制件的加工尺寸甚至都无法满足1M。例如，开间轴线尺寸为3000mm 的叠合楼板，因为两端要预留搭接间隙，其加工尺寸就有可能是2980mm。实际上，轴线模数是一个虚拟模数，在设计阶段的作用是至关重要的，但在生产和施工的时候却是没用的，因为轴线不能作为定位尺寸。以室内装修为例，内装部品的安装定位线是室内结构完成面，而室内固定家具的定位线则是装修完成面，轴线尺寸是无法在现场测量出来的。

因此，工业化的设计尺寸应按如下方法标注：

轴线尺寸=墙体厚度尺寸+公差尺寸（施工误差）+管线尺寸+装修构造尺寸（安装截面）+装修完成面尺寸（图1）。

图1 工业化设计尺寸的标注方法（绘制：李桦）

3 并行设计

按工业化方法进行设计时，轴线的设计尺寸由建筑、机构、设备、装修等各专业共同确定的过程可称之为并行设计。

并行设计是一种对产品及其相关过程进行集成设计的系统化工作模式。项目的设计负责人最重要的工作内容就是进行设计协同，这个协同不仅是设计院内部各专业的协同，而是全产业链的协同（图2）。只有采用并行设计，才能保证所有部品和产品能够在工地上顺利地装配成功，才能实现建筑行业的产品化转型。

图2 并行设计——系统性的体现方式之一，打破线性工作模式，全产业链并行，一体化协同工作（绘制：宋兵）

4 模数协调

设计负责人另一项重要的工作是模数协调。模数协调的主要工作是划分模数区和非模数区。在住宅设计中我们通常把设备管线集中且装修复杂的厨房和卫生间作为模数区（图3），尽量避免裁切；而把客厅、卧室作为非模数区，把容易裁切的材料放在非模数区。模数区划分后就要选定选择符合模数的部品。例如，目前市场流行的装修材料模数都是以3M 为主，瓷砖和吊顶材料常用尺寸为300mm×300mm，而装饰板材例如硅酸钙板、大芯板等的常用尺寸为1200mm×2400mm。因此，如果室内装修完成面的设计尺寸以3M 来控制的话，则理论上瓷砖和板材的出材率可以达到100%，实际工程可以达到95%。不仅可以有效减少现场的“拖泥带水”，由于基本上杜绝了现场的裁切，因此也实现了内装的节材省工。同时，即便结构构件的模具尺寸不符合模数，但当模具周转次数能够达到一定量级（目前北京市控制在200 次以上）的时候，则模具的摊销费用就可以大大降低。因此，根据实际工作经验的总结，当装修完成面尺寸采用3M 作为设计模数时，预制构件的加工尺寸可以不符合设计模数，这样才可以保证轴线尺寸符合设计模数。

图3 在住宅中设计作为模数区的厨房（摄影：宋兵）

如前所述，由于轴线尺寸是一个虚拟尺寸，因此可以想见，未来有可能轴线尺寸不是模数尺寸，从而保证构件的加工尺寸符合模数。

当室内空间装修完成面净尺寸以 3M=300mm，或1.5M=150mm 进级时，固定家具、墙板等部 品 规 格 宜 采 用 3m=30mm；5m=50mm 和15m=150mm 为进级基数。这里，M 称为一级模数，m 称为二级模数。由于家具和墙板的板材尺寸通常为1200mm×2400mm，因此理论上其出材率也可以达到100%。

这种全专业并行，室内设计模数优先的设计方法可以有效地降低建筑的总成本。在此基础上，如果能够固化一些标准模块，可以进一步提高效率、降低成本。这就是模块化的设计方法。

5 模块化

模块化是指解决一个复杂问题时自上而下逐层地把系统划分成若干模块的过程，而设计的过程就是由若干模块进行组合的过程（图4）。因此，模块化是标准化的最高形式。

图4 套型：分解与组合（片来源：《2018 中国成品住宅发展研究报告——技术篇》）

图5 说明了以少量的功能模块能够组合成多变的卫生间平面，也说明了标准化设计并不是仅仅指采用了标准化的户型，而是用标准化的功能模块去组合成户型。模块化设计可以通过“少规格、多组合”的方式，实现“标准化输入、多样化输出”的目的。

图5 少量的功能模块组合成多变的卫生间平面（绘制：李桦）

标准化的模块使得模块内的部品部件实现了设计和制造的标准化。例如，整体卫浴模块就已经可以在工厂内完成所有的装修和设备集成，实现了大规模生产。我们也把整体卫浴称为卫浴部品。在当今的互联网时代，标准化生产很容易实现社会化和分散化加工。分散化加工使得部品部件的制造，可以按照市场规则在全世界范围自动进行资源配置，从而实现模块品质和成本的最优化集成。

无论是在工厂完成的标准化模块内，还是在工地上完成的模块之间的集成，都需要统一部品部件之间的边界条件、接口技术和几何尺寸，以顺利实现装配。

对住宅而言，能否顺利地实施模块化设计方法，还需要解决公摊面积的问题。如果套型面积能够以套内面积作为套型计量面积，把公摊面积彻底放开，由建筑师根据项目的实际情况自行决定，才能保证套内模块的尺寸相对固定，才有可能实现套内功能区域的模块化。

6 设计案例：北京市海淀区温泉C03公租房

该项目（图6）由北京市保障性住房建设投资中心建设，位于北京市海淀区温泉镇规划中心区，规划总建筑面积86,953m2，其中地上总建筑面积57,942m2，地下总建筑面积29,011m2。小区由7 栋建筑组成，住宅部分分为普通公租房和适老型公租房。

图6 北京市海淀区温泉C图0 图3 公租房外景（摄影：宋兵）

普通公租房建筑面积32,000m2，共4 栋楼。从结构到室内装修全部采用工业化的方式进行建造，装配率达到了82%，节能设计标准为绿色三星。该项目第一次尝试并行设计，改变了施工图做完再拆成构件图的传统流程，由设计院建筑、结构、室内、设备各专业设计师与PC 厂工程师在方案阶段就共同进行设计。

该项目于2013 年开始设计，2016 年竣工，2017年获得全国人居环境范例奖。其主要技术对策如下：

充分利用东西朝向的优势，取消所有的凹槽，使建筑的外形规整（图7），减少41%外墙面积，降低了施工成本。同时，实现了部品模块高度的标准化，提高了构件的重复率和标准化程度，本项目标准层590m2，模具31 种，模具重复利用率30～120 次。降低了生产难度，提升了产品质量，降低了生产成本。实现了3.9 天安装一层的高速度。

图7 方案设计过程（片来源：北京市公租房试点工程“温泉C03 ”项目设计方案）

通过阳台内置、改预空调板为金属空调架、简化外墙及保温形状、室内采用隔墙系统、增加室内空间使用调整的灵活性及后期尺寸微调可能性、外窗与遮阳一体化集成、实现全产品化装配等技术措施，使得项目的总体成本下降了3%。同时，还通过竖向管线集成、油烟机直排等技术措施，把0.56m2的公摊面积转变成了室内空间。创造了极好的经济效益。

这个案例说明，全产业链并行的设计方法是工业化思维转型的最好体现，它确实可以实现高品质、高效率和低成本。

同时，工业化思维转型还需要我们摒弃传统的繁复之美，转而欣赏简洁的工业之美。当有人说工业化就是不美的时候，请拿出手机来欣赏一下，或者去看看汽车。把简洁的建筑设计得极具美感，需要建筑师具备极高的美学功力。因此，建筑工业化也需要建筑设计行业整体提升美学修养。

7 全产业链系统集成

建筑工业化是一个庞大的系统工程，它需要建筑全产业链进行系统集成。

系统是由相互联系、相互作用的部分组成的具有一定结构和功能的有机整体。

系统工程是组织管理“系统”的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法。系统工程的目的是实现“整体大于部分之和”，因此，系统工程既是一个技术过程，又是一个管理过程[4]。技术体系包含了建筑体系、结构体系、设备体系和装修体系。

站在系统学的角度看待建筑行业，目前的建筑行业由于其手工性质，使得产品的最终品质不高，是整体小于部分之和。以建筑的四大部品体系为例，当四大部品相互组合形成一个完整的建筑时，如果每个部品的完成度为90%的话，则整体建筑的完成度为：结构×建筑×设备×装修=90%×90%×90%×90%=66%。也就是说，每个环节都出一个小纰漏的话，就会让最终产品造成巨大的缺陷。如果接着细分部品体系，例如，装修部品又可以细分为墙、顶、地等9 个部品体系，哪怕某一个分体系的完成度是90%的话，最终的产品也是不及格的。因此，丰田公司才要求每道工序都不能有次品，也不能有任何无效动作。所以，“像造汽车一样地造房子”不仅仅是在生产线上生产房子，那只是表象，真正的内涵是房子的品质要像汽车一样的精致、可靠[5]。要达到汽车一样的品质还需要我们投入像汽车一样的成本。

普通轿车的体积大约为：（长）4m×（宽）1.7m×（高）1.5m=10.2m3，以造价为10 万元计算，则汽车的造价约10,000 元/m3。

普通住宅如果把地下室的造价折算到地上，再加上装配式、绿建、全装修等的造价，建安造价约10,000 元/m2，如果住宅高度按2.8m 计算，体积就是2.8m3，则住宅的造价为3571 元/m3。与汽车的造价相差了近两倍。从中可以看出，我们在建安造价上花的钱太少，在土地上花的钱太多了。

像造汽车一样的造房子，意味着要像汽车行业一样投入巨资进行技术研发，构建完整的工业化技术体系，同时还需要建立管理体系。

因此，建筑工业化是建筑行业实现科技进步，完成现代化转型的最佳契机。□