面向集成化定制——预制装配建筑的历史回顾与未来展望

董 凌 | Dong Ling

蒋博雅 | Jiang Boya

吴大江 | Wu Dajiang

1 前言：预制装配——当代建筑师面临的机遇与挑战

“预制装配”（Prefabrication）是20世纪之后现代工业化发展背景下产生的新词汇①。与之密切相关的是新兴发展起来的机械制造领域，如汽车、航天、轮船等制造行业。尽管相较其他行业，建筑行业的“预制装配”技术并不先进，但是建筑的“预制”行为却可以一直追溯到古代建筑建造过程中应用的诸多方法。虽然不及其他行业普及的程度，预制装配还是在众多建造过程中得以实现。但是，作为一门起源于手工艺的学科，如何发展建筑的场外制造原则使其与工业化产生更大的关联性？如何将预制装配作为建筑学的一个工具使其对建筑环境的发展产生重要影响？如何使得产品的产量和质量同时提高？如何协调技术需求与人文关怀的同步发展？如何解决从手工艺到机器制造的过渡？……这些是现代主义建筑师和工程师曾经追寻过的问题；同样，也是今天诸多建筑工业化理论家和实践者们仍将面对的挑战。

2 为何要预制装配

纽约现代艺术博物馆的馆长贝利·伯格道尔（Barry Bergdoll）认为“预制”是一个“可以追溯到古代，有关建筑行业经济的悠久历史”[1]。因此，“预制装配”不仅是一个“预先建造（制造）”行为和“现场建造”的组合词，还需要在特定的历史环境和技术背景下去诠释它，当代的“预制”与过去的最大差别就是工厂。预制装配建筑的发展历史“从诞生于建筑与工业化相结合的角度来看，也是现代主义建筑理论和实验的核心主题。”[2]瑞恩·史密斯（Ryan E.Smith）更直接地指出了研究预制装配技术的需求与渴望的来源：“如果工业制造过程可以生产其他社会所需的产品和商品,那么为什么相同的过程不能被利用来生产更高质量和更便宜的建筑？”[3]

3 社会需求、技术迁移和可持续发展对预制装配技术的推动

瑞恩·史密斯的问题正体现了社会消费的需求对预制装配技术的渴求，而促成采用工厂制造的标准化产品，并对现场建造活动重新分配的原动力则可以追溯到西方的全球殖民运动。

英国的全球殖民运动开启了西方预制装配建筑的发展进程。16～18世纪，为了在不熟悉的殖民地快速建造居住建筑，英国殖民者将建筑的大部分组件（木框架的结构，护墙板，门窗等）在本土制造之后由轮船运往不同的地方建造。在这个过程中诞生了一种重要的预制装配系统——曼宁便携式小屋（图1）。曼宁系统体现了预制装配的基本概念：标准化和尺寸协调。”[4]美国人奥古斯丁·泰勒（Augustine Taylor）随后发明了著名的“气球结构”（Balloon Frame，1832）（图2），这个轻质木结构系统基于新兴国家充足的木材供应和迅速发展的工业经济所带来的对铁钉和木材的消费需求[5]在北美迅速流行起来。相似的过程之后体现在钢铁制造业之上，建筑工业大量引入钢铁材料正是看到了这个新兴产业的利益前景——标准化制造的规模经济优势。

图1 曼宁便携式小屋（16—18世纪）

图2 气球结构（1832）

殖民运动之后，诸多引发对住房需求的社会事件继续推动着预制装配技术的发展，如19世纪中期美国的淘金热以及世界大战。第二次世界大战引起的住房荒问题导致了各国政府出台了众多增加紧急住宅的法案以满足市场对大量住宅建设的需求，众多建筑师也纷纷加入。预制装配技术因其可为城市提供快速的建造解决方案而受到重视，也得到了迅速的发展。

如果社会需求是预制装配技术发展的起源，那么福特主义就是预制装配技术发展的催化剂。受益于福特主义的标准化原则，批量生产和可替换性从20世纪开始在制造业迅速普及。这种标准化的流程和流水线的装配方法在1910年被引入到住宅建筑的工业化生产中，众多建筑企业开始提供不同尺度和质量的预制装配住宅。尽管预制装配建筑使用了先进的工业化技术，但由于大多数预制装配建筑缺乏多样性，建筑师通常并不认同这种缺乏个性的建造方法。这种情况一直持续到20世纪后期，直到丰田公司提出了新的精益建造方法，采用“批量定制”解决了工业产品“单一化”的问题。随着信息化技术的革命，灵活的定制技术大大提高了预制装配建筑的品质，建筑师也开始越来越多地参与预制装配实践，预制装配建筑的类型也从较为单一的住宅拓展至更广泛的公共建筑类型。

中国的装配式建筑起步比较晚，直到20世纪50年代才从苏联引入了装配式大板体系，但由于早期建筑工业化水平低，抗震性能差，经济成本高等原因，一直都没有得到全面发展。直到21世纪之后，装配式建筑发展才有了新的起色，尤其是住宅建筑中。一方面是随着技术的逐步成熟，建造成本逐渐和现浇技术缩小了差距；另一方面节能减排，减少环境污染是装配式建筑明显的“绿色优势”，符合建筑产业可持续发展的需求。绿色、环保、低碳成为了新世纪装配式技术发展的重要推动力。

4 建筑学对预制装配建筑发展的影响

尽管诸多建筑师在很长的一段时间内对预制装配的态度并不如建筑企业那样持续高涨，但建筑学专业对建筑工业化的关注已经有相当长的时间了，这其中既有著名的建筑学院，也有耳熟能详的现代主义建筑大师，当然还有更多默默无闻，却终身致力于建筑工业化的工程师，他们或多或少在理论、技术和实践层面对预制装配建筑的发展起到了一定的推动作用。

18世纪，科学作为发展的积极要素受到社会的高度青睐，工业革命的影响逐步渗入到建筑学专业中。18世纪晚期巴黎中央理工学院（École Centrale des Arts et Manufactures）成立了“现代建筑”专业，将“深度了解工业化是建筑师的必备条件”作为执教哲学理念的杜兰德（Jean-Nicolas-Louis Durand）认为“建筑教育应当将创作和技术放在平等的地位”[6]。19世纪末，以威廉·勒巴隆·詹尼（William Le Baron Jenney）为代表的芝加哥学院派在新的建筑类型（摩天大楼）中使用系统的、成套的工业制造技术。芝加哥学派的工作影响了如伯纳姆（Daniel Burnham），鲁特（John Root），路易斯·莎利文（Louis Sullivan），赖特（Frank Lloyd Wright）等著名的现代主义建筑师。从贝伦斯（Peter Behrens）的工作开始，到之后的追随者格罗·皮乌斯（Walter Gropius），密斯·凡德罗（Mies van der Rohe）和柯布西耶（Le Corbusier），预制装配得到了广泛发展[7]。

格罗皮乌斯对现代主义建筑的贡献不仅在其提出的现代主义设计方法，更在于其身体力行地实践了以工业化技术改变传统设计的不懈努力。虽然他和康拉德·瓦克斯曼（Konrad Wacbsmann）合作的极具创造力的预制板式系统并未大规模生产应用，但他们的工作方式证明了建筑师是可以在工业化领域实现从概念到生产的完整过程的（图3）。和皮乌斯一样，密斯积极地应用工业化技术进行新的结构和形式的探索：“我在工业化中看到了这个时代建筑的核心问题。如果我们成功地实现了工业化，社会的经济、技术和艺术问题都将迎刃而解。”[8]（图4）。

图3 格罗皮乌斯与瓦克斯曼为预制装配住宅（Kit House）开发的“通用面板系统”（1931—1932）

图4 密斯·凡德罗设计的西格拉姆大厦呈现的精致的幕墙装配技术（1954—1958）

除了上述著名的现代主义建筑师，还有一些深根于工程领域的跨界建筑师，如富勒，诺伊特拉（Richard Neutra）和让·普鲁维也为推动预制装配技术的发展做出了重要贡献。富勒最早设计了模块化的卫浴设备；理查德·诺伊特发明了多种特殊的面板产品和机械设备[9]；让·普鲁维设计了众多轻质的临时住宅，研发了可吊装的模块，框架结构和填充面板。这些在当今无一不是通用的工业产品。除了研发新的预制装配产品，普鲁维还发展了一种基于协同工作机制的“工人参与”（Worker Participation）制度[10]，该制度确保了团队的成员平等的参与设计、制造与建造过程，并共享最终的利益。虽然该制度在当时并不成熟，但已经具备了集成化流程的雏形。

应用、展现甚至炫耀技术从20世纪后期成为众多建筑师（包括但不仅限于高技派）的新思路，预制装配技术也因此跃升到“建筑舞台”的最前沿。这些建筑师包括了阿基格莱姆小组（Brits Archigram），霍普金斯（Michael Hopkins），理查德·罗杰斯（Richard Rodgers），诺曼·福斯特（Norman Foster），伦左·皮亚诺（Renzo Piano）等。这个时期的预制装配建筑从原有的小型独立住宅和廉价的集合住宅领域拓展到大尺度、高度定制的公共建筑，如理查德医疗实验中心（预制装配混凝土，1956），东京中银舱体大厦（钢结构和舱体单元，1972），巴黎蓬皮杜艺术中心（钢结构，1977），香港汇丰银行（钢结构，1986）等。高技派的实践重新定义了预制装配在建筑创作中的角色，他们不再将预制装配视为解决社会问题的方法，而是作为实现巨大规模、复杂功能和形式产品的制造方法，一种应对需求的答案（图5～图6）[11]。不仅如此，高技派的实践将由密斯确立的工业美学上升到一个新的高度。

图5 香港汇丰银行（1986）

图6 蓬皮杜艺术中心（1977）

相比较西方，国内的建筑师对预制装配的关注是比较迟缓的，虽然在实践中也会应用到预制装配技术，但从预制装配角度出发去进行设计研究的建筑师并不多。一方面是预制装配技术在国内发展缓慢，导致建筑师对其并不熟悉；另一方面则是在中国沿袭的西方现代建筑教学方法中，并没有把建造技术放在比较重要的位置，使得大部分中国建筑师没有形成研究建造技术的习惯，也容易忽视新技术的发展。

不过近些年，有不少国内建筑师也开始对装配技术的本土化应用进行了研究。如香港中文大学的朱竞翔开展了系列轻型木构建筑研究及实践，不仅建立了符合当下木结构技术特征的分类原则，还在多地结合地域环境进行了诸多乡村学校的实践[12]。与此类似的一些研究和实践[13]虽然没有明显的高技特征，但是设计从本土的现实条件出发，结合地域的经济、文化特征，采用合适的装配技术，解决亟需的使用需求，对于推广预制装配技术的本土化进程有着重要作用（图7、图8、图9）。此外，国内建筑事务所在与西方事务所合作完成的一些复杂的大型公建项目中，也开始应用装配式建造技术，如北京国家大剧院、鸟巢体育馆等。另一方面，近几年国内诸多高校建筑学专业也开始关注和加大对建造技术的研究，如东南大学建筑技术系已经开展了近十年的装配式建筑产品研发（图9），这些新的建造技术专业发展不仅将建造技术从纸面知识引向实践操作，还在人才培养过程中潜移默化地增加了预制装配技术的知识储备。尽管如此，相比较发达国家已经非常成熟的预制装配技术体系、应用流程和设计方法，国内的装配式建筑还有很长的路需要探索前行，建筑师也需要做出更多的努力。

图7 近年国内乡土校园轻型预制装配建造实践

图8 国内可移动轻型建筑实践

图9 东南大学建筑技术系轻型预制装配建造研发

5 预制装配的问题

正如柯布西耶所说的“要么发展新建筑，要么就革命。革命是可以避免的”[14]，预制装配建筑一直在进化，但从未发生质的变化。预制装配建筑在寻求解决方案，不断接近正确方向的道路上出现过诸多问题。不仅建筑师，工程师经历了各种挫折，开发商和其他产品制造商在这个历史过程中也经历了失败。相比较成功的经验，这些教训对于确保未来预制装配在建筑产业中保持正确的发展方向同等重要。

5.1 封闭系统还是开放系统[15]

封闭系统和开放系统是建筑工业乃至整个制造业中被反复讨论的一对矛盾的概念，因为两者不可兼得。开放系统的支持者认为在预制装配技术中发展封闭系统是不合适的，因为“独特的封闭系统的研发非常昂贵，并总是因为经济问题而失败，尽管这些系统在设计、细部和产品概念方面是出色的”[16]，从富勒的定制铝合金表皮和卫浴模块到皮乌斯和瓦克斯曼的“打包住宅”，再到摩西·萨夫迪的Habitat 67和黑川纪章的中银舱体大厦（独特的模块化建造技术），这些封闭系统在技术含量上是有竞争力的，但最终它们都没有实现持续地发展。显然，封闭系统更倾向于个人的审美情趣，具体的思想和风格材料，这些对于大众的生活模式是难以适应的。

相反，那些简单的开放系统大多都获得了成功，如曼宁小屋系统，波纹钢面板“气球框架”以及20世纪早期的诸多住宅产品。其中“气球框架系统”至今还广泛地应用于北美的新建住宅中。开放系统的经济性、灵活性、建造的速度和产品的性价比是其适应快速变化市场的重要原因。

在信息化技术高速发展的当下，机器的灵活性已经可以满足批量定制的需求，即便是对于成本更高的专有系统而言，最初的采购成本无也需通过大量生产相同的产品来补偿，而可以通过其他广泛的应用分期偿还[17]。因此，采用何种系统来应用预制装配技术，经济因素已经不再是首要的考虑要素，更多的社会、环境问题逐渐成为了更重要的主导因素。

5.2 产品还是作品

在传统的设计认知中，场所在建筑的唯一性中扮演了一个重要角色。因此，在大多数建筑师的心中，自觉或不自觉得会因为“预制装配”自带的“工厂化”属性而视预制装配为导致建筑缺少“作品性”。那么，场所就是建筑的全部要求么？显然，将建筑等同于场所的观点忽略了一个问题，那就是建筑的“产品”属性。而产品与作品最大的区别就在于产品的研发是一个团队合作的过程，需要将信任分散到各处，而不是归结于某一个人。全能建筑师的时代已经过去了，建筑师如果希望应用先进的技术创造出独特的方案，就必须从个人英雄主义的桎梏中解放出来，而不只是在生产技术支持设计理念时才产生表面上的兴趣，并敞开胸怀分享著作权[18]。这一点在20世纪晚期的诸多实践中已经得到了体现，同时满足场所的独特性需求和场外制造的方法在团队的协同工作下得到了统一。

5.3 设计之外的考量

20世纪中期，商业策划的失败是众多建筑师和建筑企业的预制装配实践不能持续发展的重要原因。格罗皮乌斯与瓦克斯曼合作研发的“打包住宅”是建筑学领域内寻求商业支持的典型案例。建筑平面、功能、细部以及众多原型实验保证了这个装配系统的完整性，瓦克斯曼精心设计了建造系统的供应链，产品生产线，预制构件，运输及安装流程。但由于政府投资和工业合作伙伴没有做好准备，这个项目除了先进的技术，没有获得成功[19]。该产品失败的重要原因是对现实市场需求的错误判断。因此，不管这个系统是多么的复杂和精致，赞助商和顾客都不会对这个产品的独创性感兴趣；功能、耐久性、便利性甚至销售的潜力才是他们最感兴趣的。

因此，预制装配在众多建筑类型中都必须坚持市场原则。任何预制装配的技术和产品遇到商业和经济上的失败都会变得脆弱不堪，当然也包括政策层面上的部署。满足商业原则的预制装配技术即便离开建筑业也可以生存（汽车、飞机等制造领域），但是不能满足这个原则的预制装配建筑将难以生存②。

5.4 预制装配技术的适宜性

每一个工程都有特定的业主、场所、适宜的技术背景和劳动环境，因此，预制装配方法的应用是有其适用性的。所有的因素对是否使用预制装配技术和使用的程度都有着重要作用；而后才是考虑建筑师或者其他专业人士对预制装配技术的兴趣或者该系统在外观和功能上的吸引力。从早期现代主义到战后诸多预制装配案例中，在决定使用场外制造方法的决策过程中并没有系统地考虑业主、场所、技术背景和劳动环境，多数只是意图推进技术审美进程的设计理念。更有甚者，某些建筑师为了追求新奇外观，完全没有考虑具体的建造环境而滥用预制装配技术，这些行为是不负责任的，也不能为预制装配技术的长远发展带来帮助。

6 总结：预制装配建筑的未来——面向集成化定制的系统设计

从上述历史发展的回顾和经验教训总结中，我们看到了预制装配对于建筑的重要性，不管接受与否，它已经成为当代建筑发展中一个不可或缺的技术因素。对此科林·戴维斯（Colin Davies）这样说道：“（预制装配）挑战了建筑师根深蒂固的偏见……它致力于产品制造的知识和方法、市场、分配以及建造……并且它的轻质和可移动技术也嘲弄了传统建筑师对纪念性的自负。但如果建筑师可以自己适应这些情况的转变并且在预制装配技术的应用方面获得成功，那么在过去30多年中一些积累的问题将得到修复，从而真正影响建造的质量和环境。”[20]

从“建造速度”的需求到“建筑品质”的需求，再到“可持续性发展”的需求，不论是建筑企业批量生产的住宅产品，还是建筑师高度定制的公共建筑，预制装配建筑的内涵在不断更新，而其中转变的关键问题不仅是技术的变革，更需要改变设计建造的流程。

早期的预制装配的失败原因很大程度在于缺乏集成化的流程。从“应答式建筑”开始，通过集成化的流程在项目早期引入预制装配的整体策略，进而组织业主、设计团队、承包商和主要的装配者协同工作的方法，逐步在复杂的工程中得以应用。集成化的流程的变化主要体现在两个方面：团队的工作方式和集成化数字技术。团队协作允许更早地进行预制装配相关的决策，这将导致对协调和施工能力的改进，并最终提高建造品质。而借助数字集成化技术，建筑师可以增加他们的生产力，承包商可以缩短建造时间和减少浪费，业主可以更方便地管理他们的财产。

因此，未来的预制装配不再是单纯的建筑学问题。未来的建筑师需要更新他们的知识体系，除了传统的以场所、功能和形式为主的核心知识，我们还需要研究集成化的制造技术和交付方法，乃至思考完整的商业模式。要实现预制装配建筑的真正进步，建筑师需要和其他专业人员组成新型合作团队，这个团队精通新的技术，创业的方法，资本运作的方法，战略合作关系，以及市场和品牌的重要性；这个团队不仅会设计建筑还能为交付的方法提供独特的解决方案。这样，我们才能引导建造走向理性的工业化之路，并惠及全行业。

资料来源：

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

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

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

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

图5：https://image.baidu.com/search/detail?ct=503316480&z=香港汇丰银行；

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

图7：谭善隆，权衡“轻”“重”—谈两个轻型建筑作品的不同的表达[J].建筑学报，2014（04），12；

图8：吴程辉等，和时间赛跑—“多功能可移动总部”产品原型开发暨深圳国际低碳诚媒体中心设计[J].建筑学报，2014（04），20；

图9：东南大学建筑技术系张宏教授团队提供。

注释

①在1932 年的现代词典（Contemporary Dictionary）中，韦伯斯特（Webster）对“预制”的解释是：“在工厂制造建筑的各部分，以保证建造的主要部分是统一的、标准化的。”它的衍生和相近词汇还有“Prefab”、“Prefabrication”、“Precast”等。

② 总体而言，中国的预制装配建筑的发展很大程度上取决于政策的导向。从20世纪50年代到21世纪，中国的建筑市场一直受益于廉价的劳动力而造成预制装配技术发展一直都是断断续续，直到政府出台合理的政策方针和激励制度，装配式建筑的发展才逐步走上正轨。但之后的发展还需要依靠良好的市场环境和企业正确的商业运作。