白话“建筑工业化”(zz)

白话“建筑工业化”(zz)

【写在前面】:转向建筑工业化方向有四个年头了,也没有仔细思考一下什么是建筑工业化。时不常地还要为“钢筋套筒灌浆连接”的原理给人解释半天,解释完还将信将疑。建筑业虽然是技术革新很缓慢的行业,但作为从业者也应该时刻保持学习才能跟上时代的步伐。今年看到一篇写得很不错小文,觉得有益于不太了解建筑工业化的朋友提高认识(我个人读了也是收获很大的),特全文转载于此。原文发表于 iStructure 微信公众号,作者李彦鹏

 

建筑工业化概念近几年很火,不时就能在各种场合看到听到,但小i总觉得和自己的关系不大,我朴素的认知建筑工业化就是“装配式Plus”,又是建筑业内卷造出来的新概念。

但由于工作原因最近集中收集了一些资料、参加了一些会议、学习了一些报告,逐渐发现一个相当成熟的产业已然成立,并且有可能会改变自己的饭碗,作为“业内人士”的我竟全然不知其存在。这感觉就像直播带货都被监管了,才知道辛巴在“快手”直播带货一晚竟有几个亿流水;老妈让我帮她“砍一刀”时,才知道上海互联网“扛把子”是拼多多。

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本篇推文小i就整理一下最近的收获,同时和大家探讨一下设计在整个建筑工业化产业链中的出路。由于接触时间有限,所述内容和感想难免偏颇,欢迎大家留言指正。


建筑工业化背景

不知各位设计师尤其是建筑设计师是否和我一样,谈起建筑工业化和装配式天然心理是有抵触的,感觉工业化就是装配式工棚。建筑师觉得这个东西会限制自己的创意,受了五年建筑美学建筑历史的熏陶,最后要去盖集装箱式一模一样的房子,Low爆了;结构师觉得这个东西就是政策强推,其实施工质量差,现场瞎搞全是结构隐患,弱爆了;造价工程师觉得这东西据说省人工综合造价低,但实际完全相反,怎么算都会比现浇贵很多,亏爆了。

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有趣的一点是自由曲面和参数化虽然设计难度超高、施工难度更大、并且完全没有性价比,但对设计师却很容易接受,并成为设计前段高端的内容。说明设计师群体认同感还是极为相似的,可能集体进入了同一个信息和思维“茧房”**。实际上工业标准化的建筑也可以有很多可能。**

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TourTotal大厦2012年在柏林落成,代表了德国预制混凝土装配式建筑的一个发展方向。该项目建筑面积约2.8万m2,高度68m。外墙面积约1万m2,由200余种类的1395个三维方向变化的混凝土预制构件装配而成。每个构件高度7.35m,构件误差小于3mm,安装缝误差小于1.5mm。虽然建筑平面和立面都是按照模数设计的,但通过丰富的表皮,亦达到了良好的建筑效果。

Tour Total大厦

Tour Total大厦

澳大利亚海浪大厦

澳大利亚海浪大厦

利用500个预制曲边结构阳台板,形成动感的立面

从顶层政策上来看,完全是另一幅欣欣向荣的画面。自2016年至今,国家已多次发文推进装配式建筑、EPC(工程总承包)、建筑工业化。2020年8月28日,住房和城乡建设部等9部门联合印发《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》,提出要加快新型建筑工业化发展,以新型建筑工业化带动建筑业全面转型升级。

以过往的经验我们知道,咱们国家发文从来不是随便发的,任何一个字眼都会阐明以后数年的政策和资金导向,这点从社会上流行通过研究政策字眼来判断房价走势的玄学就可见一斑。所以我们先来看看九部委文件到底说了什么。

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意见明确,要加快信息技术融合发展,大力推广建筑信息模型(BIM)技术,加快应用大数据技术,推动传感器网络、低功耗广域网、5G(第五代移动通信技术)、边缘计算、射频识别(RFID)及二维码识别等物联网技术在智慧工地的集成应用;创新组织管理模式,大力推行工程总承包,发展全过程工程咨询,探索工程保险制度;加大科技研发力度,加大钢结构住宅在围护体系、材料性能、连接工艺等方面的联合攻关,推动科技成果转化;加快专业人才培育,培育专业技术管理人才、技能型产业工人;开展新型建筑工业化项目评价,制定评价标准,建立评价结果应用机制。

一众高精尖的词汇让人感到不真实**,这还是我熟悉的建筑行业吗,要知道建筑行业信息化利用率可是仅高于农业,位列各行业排名倒数第二的。虽然相比于发达国家,中国的建筑工业化水平极低,但中国近几十年还是作为基建狂魔傲视群雄,为什么一定要搞建筑工业化呢?因为环境和人口。**

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新增装配式建筑面积,2015-2025年(预测)

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建筑工业化水平对比,2018年

愿意从事传统建筑业的工人日益减少,建筑业农民工人数自2014年持续回落,而农民工收入在逐年上涨,平均每年工资涨幅7.3%,这意味着每十年收入就要翻一番,现在4000元可以很容易招一个土木工程本科毕业生,但7000元已经很难招一个好瓦匠了。此外,老龄化在建筑行业日益严重,农民工平均年龄从2008年34岁升至2018年的40.2岁。

中国的人口红利即将过去,但与此同时随着装配工法日渐成熟,产业链相关厂家形成规模效应,装配式建筑的造价却在不断的降低。同时日益严格的环保也在倒逼传统现浇向装配式转型。据相关机构推算,现浇和装配的价格将在2022年拉平,资本是难改逐利本性的,届时装配式建筑将成为主流,从而推动建筑工业化。

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农民工人数和收入趋势图

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农民工平均年龄趋势图

因此不管我们怎么想,建筑工业化是大势所趋,并且可能在近几年就会有爆发,届时将会改变身处产业链中的我和你。


建筑工业化应用

以下我结合自身的理解和大家分享我对建筑工业化的一些认识。

首先要明确建筑工业化不等同于建筑装配化,建筑装配化也不等同于结构预制化,结构预制化更不等同于PC,简而言之它们之间是自上而下包含的关系,不能一叶障目以现浇改PC就简单概括了建筑工业化。

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对于建筑工业化的准确定义众说纷纭,但有个概念我国行业内广泛认同,那就是“五化”,即设计标准化、生产工厂化、施工装配化、装修一体化、管理信息化,这也就是建筑工业化想要实现的愿景,产业链上各家大佬无论是精耕细分市场还是打通全产业链,实际上也是在这五个环节下功夫。

下面小i以上月参加的中国建筑学会建筑产业化现代化发展委员会学术年会中所收集的资料,和大家分享一下数字化和信息化在各环节中的应用。

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设计标准化

设计是整个产业链的开端,因此标准化的设计也是建筑工业化的基石。

我们以往设计很多时候并不关注模数,更不会关心下游生产和施工方的便宜性,这主要是由于产业链没有实际的整合,设计部门最终的产品是图纸而不是建筑。因而通常情况对于装配式建筑仍然是按照以往习惯进行设计,而后深化单位再对其进行预制构件拆分,最终现场还是有大量湿作业,较现浇结构效率没提高,问题隐患一大堆。

因此对于标准化设计,其原则是模数统一、模块协同、少规格、多组合,各专业一体化考虑,实现平面标准化、立面标准化、构件标准化、部品标准化。

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平面设计中通过模数建立系列的功能单元并将其进行模块化设计,而后再通过通用模块接口,实现各户型之间的多样化组合;立面由于模数和窗墙比的限制,其分格相对是固定的,因此通过多样化的饰面材质、色彩、纹理、飘窗、凹凸阳台等实现立面视觉的多样性;构件设计中针对客厅、卧室、厨房等功能单元模块,运用最大公约数原理,按照模数对构件尺寸进行归并,便于加工模具标准化生产;在标准模块中划分更小的功能单元模块(厨房、卫生间),并使其标准化,以方便后期一体化装修。

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标准化的设计还需解决的一个痛点是设计内部各专业之间的协同,各专业的软件平台不一样,如频繁有导入导出的操作,必将伴随着效率的低下和信息的丢失。要解决这个问题,一种选择是在一个软件当中完成建筑强排、总体设计、户型设计、结构计算、BIM建模等一系列操作;另一种选择是编制统一的技术接口,各专业软件以此接口进行交互,同时各专业设计人员也需遵循统一的标准建模。针对**以上两种方向,也都有相应的公司进行开发,并都有相应的实际应用。**

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工厂预制化

设计院在大力推行BIM正做,但现在几乎没有设计院的BIM模型可以直接用于加工制作,而还是需要深化单位根据设计院的BIM模型和图纸对其进行深化,形成详图后再由人工录入到机器设备中,再由数控机床加工完成。这个过程就有一个三维到二维图纸的降维,和一个二维深化图到实际三维构件的升维过程,其中就容易数据的丢失并且造成效率的低下。

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因此就需要设计端的BIM模型提高其准确性,并且与下游数控设备接口与数据格式一致,可以将设计信息数据传递至无需人工干预的自动生产线,自动完成一系列工序,实现如定位、模具摆放、混凝土浇筑振捣等生产全流程自动化。

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施工装配化

在施工阶段可利用数字化技术进行**虚拟孪生建造,先虚拟建造,再实体建造,相互融合。通过数字虚拟建造,将生产对象、生产要素、管理要素等通过各类终端进行链接和实时在线,并对施工生产、商务、技术等管理过程加以指导和优化,提高工程建造的整体效率。同时可以通过BIM模拟工程现场**,有针对性的布置临时用水、用电位置,实现工程各个阶段总平面功能区动态优化配置,可视化管理。

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机器人也已开始陆续走出实验室,被应用于实际之中。如前几日刷爆全网的碧桂园建筑机器人,利用AI技术可以实现清扫、喷涂、地面铺设、墙面铺设等操作。在技术工人越来越贵,年轻人比起学门手艺更愿意在家搞直播的大环境下,机器人的质量和成本优势必将逐步体现。

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同时还可以利用人脸识别和无人机技术对工地现场进行监管。无人机可以根据现场拍摄需求,自动智能规划飞行航线,执行航拍任务,而后根据飞行拍摄的图片及影响,通过边界重叠算法生成现场三维模型,直观反映现场进度,或用于计算现场土方量。

管理信息化

通过BIM设计信息,分析构件生产的物料所需量,对比物料库存及需求量进行采购,降低库存压力。同时,生产过程中实时记录物料损耗,关联排产信息。这点类似于航空公司对于飞机的管理,让尽可能多的飞机在天上飞,尽量减少其在机场停留的时间,以降低停机成本和增加飞机利用效率。

装配式建筑预制构件生产过程中会预埋RFID芯片,并赋予每个构件唯一的二维码通过扫描RFID,结合GPS/北斗定位,可对预制构件的出厂、运输、进场进行全程追踪监控,并通过无线网络即时传递信息到工厂生产管理系统和施工现场管理系统,完成预制构件物流运输过程的全程数字化管理,有效掌握预制构件的物流和安装进度信息。基于物联网+GPS/北斗的构件物流运输管理具体功能包括出厂管理、车辆定位跟踪、进场管理、构件吊装管理、构件/车辆溯源查询等。

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设计师的随想

下面和大家分享一些小i的随想。

以后的建筑会都是工业化建筑吗?应该不会,因为工业化建筑需要的是模数化和标准化,特别适合于某些类型的建筑,如住宅、学校、医院、园区办公、商业综合体等,这类建筑本身模块化属性强且对成本敏感。工业化建筑的逻辑和EPC是高度匹配的,都是通过上下游不同专业、不同阶段的协同整合,实现整体利益的最大化。从现有国家政策也可了解,国家鼓励的也正是这种EPC模式的建筑工业化应用。

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但同时未来随着人民美学素养和对个性化追求的提高,精致的建筑、异形建筑、特色建筑也会需求越来越旺盛,从这几年网红建筑和明星建筑师的崛起就可以感受其发展趋势。这类建筑追求的建筑语言与建筑功能的融合,没有固定的逻辑和模数,甚至没有对造价的特别限制。

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虽然是两类截然不同的发展方向,但二者的爆发性增长并不矛盾,甚至可以说互为补充相互成就。就比如市场上优衣库很受欢迎,同时爱马仕也同样一包难求。但传统的服饰品牌如班尼路、美特斯邦威等,由于既没有对产业链上下游的高度整合,又没有高品牌附加值溢价,近些年每况愈下。

作为一名设计师,在以后的市场中可能就需要找准自身的定位,到底是爱马仕还是优衣库。

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而在建筑工业化体系中,如果由设计牵头做EPC,由于设计单位自身特点,容易出现“小马拉大车”的情况,风险也会随之增大。因而大多数的EPC项目还是由施工单位作为牵头单位,因此施工单位的话语权也会更强,如果设计单位在其中起不到作用,那么在产业链中的龙头地位也会随之丢失,而会被标准化的AI程序和计算机取代。

作为建筑工业化背景下的设计师,本身不能排斥工业化体系,需要改变思路,从设计之初就以工业化的思维去做设计,同时对下游加工制造、施工难宜度、造价等各方面有更深入的考虑,以建筑为最终的产品,让设计成果可以更为畅通的向下游传递。这对于设计师的要求无疑是更高了,可能大家需要思考的是工作量的增加如何变化为经济效益。

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设计的灵魂是创意,同样的模数、同样的工法,设计师如果能够依靠自身创意设计出更合理的功能布局、更人性的建筑细节、更加有辨识度的立面,那么设计师在工业化产业链中就仍然会有其一席之地,并且创意本身是弱逻辑性的,计算机是无法取代的。比如同样是做手机,苹果并不参与某一部件的具体制造,而是通过优秀的设计和出色的供应链管理,让上千家供应商成为其一环。


以上是小i对于建筑工业化的一些所学、所感、所想,欢迎大家拍砖。小i自己从没想过通过新技术改变行业,只是希望新技术到眼前时能够拥抱新技术,学会更好的与其共生。