新型工業(yè)化建筑體系與裝配式建筑集成系統(tǒng)的建構(gòu)研究

劉東衛(wèi) 秦姍 李靜

1 中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院有限公司

2 中國建設(shè)科技集團(tuán)中央研究院裝配式建筑與百年住宅研究中心

3 中國建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司人才培訓(xùn)中心

1 我國建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展與新型工業(yè)化的建筑體系構(gòu)建

我國正在進(jìn)入社會經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型、實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展的新階段，整個(gè)建筑行業(yè)亟需擺脫傳統(tǒng)落后的建設(shè)模式，通過建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化全面實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)建造方式的可持續(xù)升級轉(zhuǎn)型。新型建筑工業(yè)化是指用現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)建造方式建造房屋，即將現(xiàn)代工業(yè)和制造業(yè)應(yīng)用于建筑業(yè)，像生產(chǎn)工業(yè)產(chǎn)品一樣生產(chǎn)建筑，其發(fā)展前提是基于建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的建筑通用體系。新型工業(yè)化生產(chǎn)建造方式通過建筑體系的集成建設(shè)，實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)、綠色制造，為高品質(zhì)建設(shè)提供保障，推動社會經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

目前我國建筑工業(yè)化整體水平與發(fā)達(dá)國家和地區(qū)相比還存在明顯差距，裝配式建筑生產(chǎn)方式落后，部品產(chǎn)業(yè)與全產(chǎn)業(yè)鏈設(shè)計(jì)建造水平有限，沒有完成從傳統(tǒng)“粗放型”向工業(yè)化“集約型”轉(zhuǎn)變。其主要問題有：1）目前我國建筑體系初步成型，但偏向于專用體系，系列化和規(guī)?；男滦徒ㄖI(yè)化通用體系尚未形成；2）建筑工業(yè)化結(jié)構(gòu)體系是制約發(fā)展的技術(shù)瓶頸和關(guān)鍵難題，亟需突破；3）我國建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展尚處于起步階段，建筑全產(chǎn)業(yè)鏈有待完善；4）建筑內(nèi)裝部品存在較大短板，集成化和通用化程度低；5）高質(zhì)量建筑工業(yè)化有待發(fā)展，其品質(zhì)性能難以滿足使用者對優(yōu)質(zhì)建筑產(chǎn)品的需要。

構(gòu)建新型建筑工業(yè)化通用體系是以整合建筑產(chǎn)業(yè)化為基礎(chǔ)，將建筑物作為產(chǎn)品，對建筑設(shè)計(jì)、部件/部品生產(chǎn)安裝、施工建造及組織管理等環(huán)節(jié)按工業(yè)化生產(chǎn)的要求通盤考慮，以最優(yōu)的綜合效益實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，提高建設(shè)質(zhì)量、確?？沙掷m(xù)發(fā)展，這是目前我國建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的重要方向。

2 國外建筑體系系統(tǒng)化與裝配式技術(shù)集成化的發(fā)展

2.1 基于開放建筑理論方法的建筑體系與技術(shù)系統(tǒng)化

自20世紀(jì)60年代開始，西方發(fā)達(dá)國家經(jīng)歷了二戰(zhàn)后大規(guī)模的城市復(fù)興和復(fù)建，建筑理論得到了深入發(fā)展。開放建筑1（Open Building）作為建筑工業(yè)化發(fā)展的重要理論基礎(chǔ)，成為指導(dǎo)建筑工業(yè)化的新思路，其具有可持續(xù)性的建筑通用體系對當(dāng)代新型建筑的工業(yè)化產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。

2.1.1 建筑通用體系與技術(shù)系統(tǒng)化

建筑專用體系與建筑通用體系2的早期理論與實(shí)踐出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代后的法國，東京大學(xué)內(nèi)田祥哉先生進(jìn)行了系統(tǒng)性的理論研究，提出了部品化住宅的理念與方法。盡管不同國家建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展?fàn)顩r及建筑通用體系有所區(qū)別，但從國家層面就形成了相對成熟的工業(yè)化通用體系，在推行被行業(yè)內(nèi)認(rèn)知的建筑通用體系和部品集成設(shè)計(jì)方法、滿足“量”的規(guī)?；ㄔO(shè)之后，對“質(zhì)”的訴求成為市場的發(fā)展導(dǎo)向和居民生活水平提高的體現(xiàn)。在這一階段，內(nèi)裝部品體系的重要性逐漸顯現(xiàn)，成為構(gòu)成建筑通用體系、決定建筑工業(yè)化實(shí)施程度、影響建筑質(zhì)量品質(zhì)的重要因素。因此，發(fā)達(dá)國家和地區(qū)通過政策或市場的方式發(fā)展了通用體系和部品協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)化和建筑工業(yè)化發(fā)展。

1～3 荷蘭阿姆斯特丹裝配式鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目

4～6 美國紐約裝配式模塊結(jié)構(gòu)項(xiàng)目

2.1.2 可持續(xù)建筑體系與技術(shù)系統(tǒng)化

開放建筑的可持續(xù)建筑體系起源于20世紀(jì)60年代的歐洲，其全新的設(shè)計(jì)策略和建設(shè)方法、劃分層級的營建系統(tǒng)與建筑工業(yè)化的多樣化建造方法相結(jié)合，契合全球可持續(xù)發(fā)展方向。開放建筑在荷蘭、英國、法國、德國和瑞士等歐洲國家得到了全面推動，研究范圍不斷擴(kuò)大到與建筑相關(guān)的文化、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會等諸多領(lǐng)域。美國、日本、中國等國家也進(jìn)行了許多基于開放建筑理論和SAR（Stichting Architecten Research）支撐體住宅體系的實(shí)踐研究，形成了系統(tǒng)化和工業(yè)化的設(shè)計(jì)建造體系及供給模式。日本的SI3（Skeleton and Infill）體系汲取了開放建筑的思想，并繼承發(fā)揚(yáng)了日本建筑產(chǎn)業(yè)化成果，其工業(yè)化設(shè)計(jì)建造方法在國際上應(yīng)用廣泛，使建設(shè)模式向長壽化和資源化方向發(fā)展。

2.1.3 建筑標(biāo)準(zhǔn)化體系與裝配式技術(shù)系統(tǒng)化

標(biāo)準(zhǔn)化是建筑工業(yè)化生產(chǎn)的前提條件和建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)，建筑標(biāo)準(zhǔn)化體系包括建筑設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、建筑體系的定型化、建筑部品的通用化和系列化。建筑標(biāo)準(zhǔn)化體系應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的部品和專業(yè)化的建造方法，批量、高效生產(chǎn)定制化、高品質(zhì)的建筑產(chǎn)品。與建筑通用體系和開放建筑同期，歐美率先在居住建筑和教育建筑中廣泛采用建筑標(biāo)準(zhǔn)化體系，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。目前，美國采用建筑標(biāo)準(zhǔn)化體系與系列化的部品方法；瑞典80%的住宅采用以標(biāo)準(zhǔn)化通用部件為基礎(chǔ)的住宅通用體系；丹麥以“產(chǎn)品目錄設(shè)計(jì)方法”為中心推動標(biāo)準(zhǔn)化、通用化體系發(fā)展；法國在構(gòu)件邏輯系統(tǒng)上編制了住宅通用軟件G5軟件系統(tǒng)，可以把任何一個(gè)建筑轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄖ?biāo)準(zhǔn)化體系與部品進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.2 基于建筑設(shè)計(jì)建筑構(gòu)法理論的建筑體系與技術(shù)集成化

7～9 采用SI 建筑體系和主體技術(shù)集成化的日本大阪NEXT 21 住宅項(xiàng)目

10～13 采用SI 建筑體系和內(nèi)裝技術(shù)集成化的日本關(guān)西甲子園租賃住宅項(xiàng)目

建筑構(gòu)法4是涵蓋建筑構(gòu)成系統(tǒng)與生產(chǎn)建造方式在內(nèi)的廣義建筑方法論，其與建筑生產(chǎn)相關(guān)的內(nèi)容包括建筑體系、構(gòu)件部品、生產(chǎn)組織和模數(shù)協(xié)調(diào)等。建筑構(gòu)法注重建筑物的建筑體系、建造方法和過程，其建筑體系理論方法對建筑工業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有重要意義。伴隨著20世紀(jì)60～70年代建筑工業(yè)化和開放建筑運(yùn)動的發(fā)展，建筑構(gòu)法歷經(jīng)早期的設(shè)計(jì)論、生產(chǎn)論與可持續(xù)論三個(gè)階段，演變成為綜合性的建筑理論方法。建筑構(gòu)法下的建筑主體工業(yè)化和內(nèi)裝工業(yè)化，從項(xiàng)目策劃階段統(tǒng)籌建筑全生命周期，考慮了項(xiàng)目建設(shè)生產(chǎn)中各個(gè)階段的不同因素，從設(shè)計(jì)構(gòu)思與性能出發(fā)，涵蓋設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工等全過程，甚至延伸到使用維護(hù)階段和拆除更新階段。

2.2.1 建筑主體工業(yè)化的建筑體系與技術(shù)集成化

建筑主體工業(yè)化的建筑體系與技術(shù)集成化方式能提供高品質(zhì)、高耐久、節(jié)能環(huán)保的建筑成品，解決長期以來建筑業(yè)存在的壽命與質(zhì)量問題。工廠生產(chǎn)可以按照一定的作業(yè)流程和嚴(yán)格的工藝標(biāo)準(zhǔn)控制產(chǎn)品質(zhì)量，現(xiàn)場吊裝和少量節(jié)點(diǎn)連接作業(yè)可大大降低現(xiàn)場工人的工作量和勞動強(qiáng)度。建筑主體工業(yè)化的建筑體系和預(yù)制裝配式建筑在西歐、北美、澳洲應(yīng)用較為廣泛，技術(shù)與工法研究也較為成熟和深入，近二十年來，建筑工業(yè)化建造技術(shù)的進(jìn)步使裝配式建筑技術(shù)得以繼續(xù)發(fā)展。在日本，建筑主體工業(yè)化的建筑體系通常采用大空間結(jié)構(gòu)，主要系統(tǒng)集成技術(shù)包括預(yù)制高強(qiáng)鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)技術(shù)、100年建筑結(jié)構(gòu)體與管線分離技術(shù)、減隔震技術(shù)和幕墻外圍護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)等，現(xiàn)場施工簡便、高效，質(zhì)量極高。

14 建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的新型建筑通用體系與部品體系

15 裝配式建筑系統(tǒng)集成BIS 建筑構(gòu)成體系

16 裝配式建筑系統(tǒng)集成的各個(gè)階段

2.2.2 建筑內(nèi)裝工業(yè)化的建筑體系與技術(shù)集成化

建筑內(nèi)裝工業(yè)化的建筑體系與技術(shù)集成化方式主要體現(xiàn)在工業(yè)化裝修和內(nèi)裝部品兩方面，以內(nèi)裝工業(yè)化整合住宅內(nèi)裝部品體系，住宅部品的集成進(jìn)一步使住宅生產(chǎn)達(dá)到工業(yè)化。部品在工廠制作，現(xiàn)場采用干式作業(yè)，可以全面保證產(chǎn)品質(zhì)量和性能，提高勞動生產(chǎn)率，縮短建設(shè)周期，節(jié)省大量人工和管理費(fèi)用，降低住宅生產(chǎn)成本，綜合效益明顯。同時(shí)，集成部品便于維護(hù)，降低了后期的運(yùn)營維護(hù)難度，節(jié)能環(huán)保，建筑垃圾也大為減少。日本住宅建筑內(nèi)裝工業(yè)化的建筑體系始于20世紀(jì)60年代初期，之后其內(nèi)裝產(chǎn)業(yè)化與建筑工業(yè)化得以飛速發(fā)展，建筑內(nèi)裝工業(yè)化建筑體系均采用住宅通用部品，部品尺寸和標(biāo)準(zhǔn)都已形成系統(tǒng)化體系。荷蘭的MATURA住宅部品體系是一種綜合性內(nèi)裝填充體系，其Infill Systems BV內(nèi)裝填充體系統(tǒng)是完全預(yù)制的內(nèi)裝產(chǎn)品，可通過控制住宅工期和施工質(zhì)量等平衡產(chǎn)品成本。

3 我國建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化裝配式建筑系統(tǒng)集成的現(xiàn)實(shí)與未來

3.1 我國建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化裝配式建筑系統(tǒng)集成

發(fā)展新型工業(yè)化建筑體系與裝配式建筑系統(tǒng)，能突破我國建筑工業(yè)化的高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展瓶頸，為建筑產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型升級和新型工業(yè)化建設(shè)提供有力支撐。在新型工業(yè)化建筑體系與裝配式建筑系統(tǒng)集成體系中，以建筑設(shè)計(jì)理念和建筑科技創(chuàng)新為先導(dǎo)，優(yōu)化建筑產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)方式和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，戰(zhàn)略性調(diào)整和協(xié)調(diào)工業(yè)化生產(chǎn)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)的內(nèi)容，從而建設(shè)符合時(shí)代發(fā)展、滿足市場需求的高品質(zhì)建筑。新型工業(yè)化的建筑體系以先進(jìn)的生產(chǎn)方式為基礎(chǔ)，這既是亟待解決的問題，也是未來建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向。

住建部《建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化建筑與部品技術(shù)體系研究》課題和“十二五”國家科技支撐計(jì)劃《保障性住房新型工業(yè)化住宅通用體系研究》課題的研究工作，重點(diǎn)研發(fā)我國建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化建筑通用體系，將建筑劃分為支撐體和建筑填充體，構(gòu)建了具有建筑可持續(xù)性的支撐體產(chǎn)業(yè)化部品與填充體產(chǎn)業(yè)化部品建筑通用體系，推動了以轉(zhuǎn)變生產(chǎn)建造方式為目標(biāo)的建筑體系與部品技術(shù)集成的發(fā)展。

裝配式建筑系統(tǒng)集成BIS（Building Integration Systems）以裝配化建造方式為基礎(chǔ)，統(tǒng)籌策劃、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和施工等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)建筑的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、外圍護(hù)系統(tǒng)、設(shè)備與管線系統(tǒng)、內(nèi)裝系統(tǒng)的一體化過程。其中，建筑的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、外圍護(hù)系統(tǒng)、設(shè)備與管線系統(tǒng)、內(nèi)裝系統(tǒng)是技術(shù)體系集成；統(tǒng)籌策劃、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和施工是建筑全壽命期內(nèi)的管理體系集成。從系統(tǒng)集成的角度理解裝配式建筑，以BIS建筑構(gòu)成體系方法為指導(dǎo)，以信息化技術(shù)為工具，以建筑形式與功能為核心，以結(jié)構(gòu)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，整合外圍護(hù)系統(tǒng)、設(shè)備與管線系統(tǒng)、內(nèi)裝系統(tǒng)，使之體系化集成。

3.2 對新型工業(yè)化建筑體系與裝配式建筑系統(tǒng)集成的建議

我國裝配式建筑集成系統(tǒng)的技術(shù)升級轉(zhuǎn)型與未來發(fā)展方向，應(yīng)以先進(jìn)的建筑工業(yè)化方式轉(zhuǎn)型和技術(shù)革新為基礎(chǔ)，其建筑體系與裝配式建筑系統(tǒng)集成技術(shù)既能滿足使用上的多樣化需求，又能從根本上提高建筑的綜合性能，以全產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)方式建設(shè)出具有長久優(yōu)良性能的建筑產(chǎn)品。

（1）建筑通用體系的發(fā)展趨勢與前沿技術(shù)方向。具有普適性和可操作性的新型工業(yè)化建筑通用體系將成為當(dāng)前我國建設(shè)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的科技攻關(guān)，通過建立并完善系列化建筑部品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，推廣應(yīng)用建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化技術(shù)的建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)加強(qiáng)適用于建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化技術(shù)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)圖集和技術(shù)指南等。

（2）建筑構(gòu)法體系的發(fā)展趨勢與前沿技術(shù)方向。理解裝配式建筑系統(tǒng)集成的建構(gòu)性，把握裝配式建筑構(gòu)成整體和部分的關(guān)系，準(zhǔn)確劃分層級，徹底改變建筑設(shè)計(jì)的慣性思維。以系統(tǒng)集成的思維整合策劃設(shè)計(jì)、建造生產(chǎn)、施工安裝、運(yùn)營維護(hù)等，銜接設(shè)計(jì)與建造兩大重要環(huán)節(jié)，打破從概念設(shè)計(jì)、規(guī)劃設(shè)計(jì)到施工圖設(shè)計(jì)的思維定勢。

17～19 采用BIS 建筑構(gòu)成體系與SI 分離技術(shù)的北京青棠灣公租房項(xiàng)目

（3）建筑主體工業(yè)化設(shè)計(jì)建造的建筑體系發(fā)展趨勢與前沿技術(shù)方向。積極發(fā)展基于新型工業(yè)化的建筑體系的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)等建筑結(jié)構(gòu)體系及其集成系統(tǒng)，推廣應(yīng)用裝配式大空間框架結(jié)構(gòu)、裝配式大空間框架—現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)等混凝土結(jié)構(gòu)體系集成技術(shù)。

（4）建筑內(nèi)裝工業(yè)化設(shè)計(jì)建造的建筑體系發(fā)展趨勢與前沿技術(shù)方向。積極發(fā)展建筑內(nèi)裝工業(yè)化設(shè)計(jì)建造的管線設(shè)備集成等建筑部品技術(shù)體系，推進(jìn)部品集成化與部品通用化技術(shù)研究，全面建立建筑部品產(chǎn)業(yè)化體系。重點(diǎn)推廣內(nèi)裝修部品裝配式裝修體系與集成技術(shù)，完善裝配式隔墻、吊頂、地面、整體衛(wèi)浴和廚房等部品模塊化應(yīng)用技術(shù)，攻關(guān)新型裝配式墻板等外圍護(hù)結(jié)構(gòu)部品技術(shù)，加快管線設(shè)備部品集成技術(shù)研究。

我國建筑產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)代化發(fā)展意味著發(fā)展模式將由“粗放型”轉(zhuǎn)向“集約型”，既是社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)建設(shè)的根本途徑和必然要求，更是滿足高品質(zhì)生活與供給的重大變革。我國新型工業(yè)化發(fā)展應(yīng)以轉(zhuǎn)變建筑業(yè)發(fā)展模式為主線，推動新興住宅產(chǎn)業(yè)的快速升級，建立適應(yīng)我國國情的新型工業(yè)化建筑體系、創(chuàng)新管理體制和運(yùn)行機(jī)制，全面提高建筑工程質(zhì)量、效率和效益水平，實(shí)現(xiàn)建設(shè)與供給模式的根本性轉(zhuǎn)變，促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)和資源環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

注釋

1 開放建筑：基于1960 年代荷蘭SAR 支撐體住宅體系的建筑理論方法，劃分城市肌理（Urban Tissue）、建筑主體（Base Building）和內(nèi)裝（Infill）3 個(gè)層級，分別對應(yīng)公（社會）、共（群體）和私（個(gè)人）。其發(fā)展分為兩個(gè)階段：第一階段主要發(fā)展建筑層級的營建系統(tǒng)；第二階段實(shí)現(xiàn)了由建筑層級的營建系統(tǒng)向室內(nèi)的填充系統(tǒng)發(fā)展。

2 建筑通用體系：建筑工業(yè)化生產(chǎn)領(lǐng)域中建造建筑整體的體系稱為總體系，局部的體系稱為子體系，任何建筑都可以使用的子體系稱作子體系的通用化，將通用化子體系集成的總體系稱為建筑通用體系。

3 SI 體系：是指建筑具有耐久性的支撐體S（Skeleton）和靈活性與適應(yīng)性的填充體I（Infill）完全分離的建筑體系。

4 建筑構(gòu)法：日本建筑學(xué)關(guān)于建筑的生產(chǎn)建造方式最為基礎(chǔ)性的理論方法與技術(shù)學(xué)科，自20 世紀(jì)中葉起，伴隨著建筑學(xué)科和建筑產(chǎn)業(yè)化與建筑工業(yè)化的技術(shù)發(fā)展，逐步在建筑領(lǐng)域成為獨(dú)立的技術(shù)研究方向。建筑構(gòu)法英文詞匯從涵義上包括了“Building Construction、Building System、Architectural Detail”等概念，狹義指建筑物的物理構(gòu)成體系以及構(gòu)成方法；廣義指建筑物的物理構(gòu)成體系、構(gòu)成方法，以及建筑物的組合系統(tǒng)。

圖片來源

圖1～3 來源于文獻(xiàn)[11]；圖4～6 來源于網(wǎng)絡(luò)；圖7～9 來源于文獻(xiàn)[10]；圖10～13 來源于文獻(xiàn)[9]；圖14～16 來源于文獻(xiàn)[7]；圖17～19 由作者自攝。