立博装配式建筑严格来说,并不是一个新兴事物,要向上追溯的话,宋代《营造法式》就已经提出类似于装配式建造的概念了,也就是“标准材料”,按照高宽比3:2提前预制出各类材料,运到现场只做少量加工就可以用于建筑施工。
上世纪50年代开始,我们国家也在用装配式建筑材料,例如预制空心楼板,曾经大量使用在房屋建设中,直到前些年依然是村镇盖房常用建材。
(1)在方案设计阶段,就能够按照标准模数进行设计,每个模数都对应标准化的建筑材料;
(3)同规格的建筑材料可以相互替换使用,施工阶段难免出现一些施工错误的场景,报废的材料可以用其他材料现场替换,无需因等待采购材料而停工。
(1)原始材料先运输到加工厂内,通过专业设备进行大规模生产加工,变成标准材料进行销售,保证材料的标准化与品质;
(2)通过工业化模式的生产,可以摊销生产成本,少量工人制作出大量的建筑材料,降低建筑材料售价。
综合来看,装配式建筑应该是省钱的,也是能够提高建造速度的,但实际情况却恰恰相反。
自2017年国家提倡大力发展装配式建筑以来,装配式建筑的推广模式一直都是循序渐进的:
先推广预制水平构件,再推广智能化建造,最后推广预制竖向构件,推广的难度是一步步上升的。
推广的周期也是稳步发展,先制定2017年到2020年计划,让经济发达地区先发展、打个样;再制定2021~2025年的计划,让全国各地跟上发展步伐;最后又进一步拉长到2035年,实现全国建筑工业化。
按照国家给出的发展规划要求,经济发达地区到2025年要全面推行预制竖向构件的。
但是GDP前四的省份,都在观望北京上海, 因为只有这两个城市是强制性要求进入到了预制竖向构件的使用阶段。
但凡学过建筑的都明白,水平构件只是负责把荷载传递给剪力墙和柱子,竖向构件才是建筑主体安全的核心重头。
要把建筑最重要的核心部件,从闭着眼都能做好的传统现浇模式,改成一半预制一半现浇的组合形式,换哪个项目经理都要掂量一下,都要反复请示拉着大小领导一起评估风险。
再说了,现在房价这么贵,业主单位投入进去这么多钱,干嘛给你一帮搞施工的去练手新技术新材料新工艺呢?
GDP前四的省份都在观望不前,其他省份那就更有理由不越雷池,表面上搞的风风火火,其实都还停在第一步。
前面总结了营造法式与预制楼板,都是设计阶段就已经采用了标准材,才能降低成本,才能加快建造速度。
然而当前的建筑设计,一方面秉承着“因地制宜”的祖训,根据不同地区设计出不同种类、不同规格的建筑形式;
另一方面又刚刚迈入参数化设计的门槛,正打算在新时代跟上国外的建筑师的脚步,在全世界设计领域大放异彩。
如果只是使用标准材,那还算不上阻力,但现在是客户的个性化需求说了算,个性化与标准化就是天然的矛盾冲突。
以开发商举例,几乎每个开发商,都会有自己一套自上而下的产品体系,两两开发商之间的房屋产品不存在尺寸一致的情况。
预制构件也因建筑设计的不同,而无法统一成几种固定模数,也就做不到标准材。
当两个带有矛盾属性的需求相交,要么交集出最大公约数,要么组合出最小公倍数。
前者就是把标准材不断缩小,让模数可以满足更多的个性化需求,例如木地板、瓷砖,(但预制构件做不到这么小尺寸啊);
后者则是扩大到一个产品,能够同时满足所有需求,例如万科、金地都在尝试的“可变户型灵动家”。
建筑工业化,其中两个重要的指标,一个是工业化生产加工,另一个是智能化建造。
先说预制构件的自动化生产加工,首先得有一整套自动化生产设备,但无论是进口的预制构件生产线还是国产的预制构件生产线,都比较贵,且低效。
我们国家的人都太聪明了,只要国外把设备造出来,我们让皮尺部研究过,就能把这套设备复制出来。
也就是说,老外有的设备,我们可以有;老外没有的设备,我们大多情况下也没有做出来。
当我们把德国、芬兰等建筑工业化领先国家的装配式预制构件生产设备100%复制出来之后,本以为可以推动建筑工业化了,却遇到了一个致命问题:
以某德国生产线的叠合楼板为例,和国内的规范设计要求的叠合楼板,对比如下:
这个只是楼板的差别,更不要说中国和欧洲对于高层住宅的规范差别了,所需要的预制构件将更加不适合国内需求。
老外并没有针对中国市场开发相应的生产设备,而国内也没有那么深厚的设备研发能力,只会模仿并不会超越。
买国产设备,生产线千万,但也只是价格便宜了,产品效率还不如国外生产线,并且也不能解决适配问题。
明明是自动化流水生产线,却远不如人力驱动的固定模台生产线产能高,自动化生产线还更加消耗管理成本,再加上设备本身就很贵,把成本收益大幅度降低,很多企业在第一个工厂买自动化流水线吃亏之后,第二第三个工厂就拒绝了“工业化”、“自动化”、“流水生产线”,直接固定模台平铺吧。
顶着太阳搬一天砖,本就累的不行,你还让他身上穿这个设备戴那个器械,戴两天就扔一边去了。
大量的智能建造产品,要么电池驱动比较重,要么功能过于单一,还不能处理复杂情况。
比方说以前有一个钢筋绑扎的手持电动机器,你拿着绑扎50个可能还行,但是手持8小时的话,手臂早就酸痛到不行;其次是效率,并没有明显的快立博,还要花时间去充电;第三是这东西并不稳定,处理不了复杂节点的绑扎,遇到复杂节点还是要手工处理立博。
还有很多现状值得吐槽,但再讲下去都是些细节部分,并不像上述三点是比较宏观的矛盾。
我们国家应该还是要先解决产业规模的问题,其他各种问题需要解决的地方还很多,只能根据当地的实际情况来发展。
作为我个人觉得,应该把精力集中在装配式预制框架结构与建筑标准化设计两个领域,把这两个领域做扎实、做出成绩之后,再来深入解决剪力墙建筑的装配式技术。
仔细看了一眼这所谓的「十大热门发展方向」忍不住想要吐槽一下这都谁写的啊?
说是「十大发展方向」立博,不如说是十个经常出现的热门词汇,因为这些词汇中重复的概念、不准确的用语都很多,而且它们的「方向」其实都是一致的,而不是10条岔路口。尤其是最后应该是没什么别的想法了,生生加了一个「设计创新」,这是哪门子发展方向啊?且不说这个词本身就包含了前面几乎所有的「方向」,这个词本身也并没有什么方向性,如何创新、向什么方向创新、谁去创新,什么也没说。
我自己的浅见,咱们其实可以把「十大方向」归个类,大概可以是这么几个方向:
在这里就分别聊聊这些领域中中国处于一个啥阶段吧,如果大家有不同意见也欢迎批评指正。
前面也提到,BIM是Building Information Modeling的简写,最近因为Modeling总是会让人把它局限为3D建模,所以最近把BIM理解为Building Information Management的人也很多。BIM可以说是各种其他「方向」的基础,因为在这个3D模型里不仅包含了建筑的各个部件的空间信息,更可以包含属性、造价、坐标,以及和其他各种数据之间关联的信息,绝非仅仅是个3D模型。
发展快速的一个重要原因在于盗版多(你懂的)。据说用的国外某BIM软件的有96~97%都是盗版,所以建筑公司想要上BIM就可以立马上,人一培训就可以立马开工,完全不像西方国家或者日本这样需要支付大笔的license费用所以推进很慢。这就展现出无比的后发优势了。
另一个原因就是国家政策出炉快,推行的更快。比如要评绿色建筑就必须要BIM模型,搞得业主只能给设计施工方施压(又不加钱),设计交图纸的时候还得翻个BIM模型提交。
广联达发表的《2022年建筑信息化市场空间及BIM政策应用研究报告》就很乐观了。报道里指出中国的BIM普及率的提高也非常迅速,2017 年应用BIM 技术项目数量10 个以下的企业占据77.0%,其中有36.4%的企业还没有在项目上用过BIM 技术;而2021 年,BIM 应用项目数量少于10 个的企业占比下降至36.9%,而50个以上BIM项目的企业也从2017年的不足1%到2021年约30%。
不过这里面也有个比较囧的事儿,就是广联达在调查的时候把sketchup和Rhiro这些都算成了BIM,而且光看项目数量其实很难判断,因为各个公司规模不一样,项目数量差别也太大,加上我问了一圈依然在国内设计岗位奋斗的朋友,几乎没人碰过BIM的。所以实际上有多少普及率依然是个迷。
云其实本身不是什么新鲜玩意儿,比如说把图纸存在百度云盘上拿到淘宝卖5块钱1000张,那中国领先了世界几十年了。
但是建筑行业的云计算很困难。尤其是CDE(Common Data Environment)的应用,在海外已经开始成为标配。一方面是通过云端构筑「Single Truth」的数据,另一方面根据设计和施工的进度,把需要的数据共享给需要的人,所有人都能同时看到最新的设计图纸,以此来保证信息交换的即时性,并保证信息安全。
CDE做的比较早的是甲骨文的Aconex,最近像欧特克等一些公司也开始投入。在国际上有关于CDE的著名的ISO9650标准来规定各个process所需要的条件。
中国的建筑行业云普及率非常低,根据去年某公司的调查,大概50%的公司完全没有用过。也有20%左右表示正在用,但是不多。ISO9650在中国的技术公司普及率低,至今没有看到很好的solution(如果有的话请告诉我),而且国外的CDE云计算没法儿用盗版,大部分还被墙了。所以这一部分说是空白恐怕也不为过了。
自动化包括自动设计、自动施工,采用的技术包括机器人Robotics以及一部分的3D打印技术。
自动施工的基础其实是BIM(甚至可以说是Digital Twin)+Robotics,因为需要BIM提供坐标,机器人才能够完成自动施工。
中国的无人机技术非常高,机器人技术也非常先进。但是要利用到建筑施工的自动化,首先需要利用无人机采集信息汇总到BIM,再从BIM输出到机器人那儿进行指示。哪一步都离不开BIM。从这个观点来看,说是刚起步也不为过。
DfMA和IC分别指Design for Manufacture and Assembly以及Industrialized Construction。和这里的装配建筑有些概念上的区别。借用某日本公司的解说,DfMA是指设计时兼顾可生产装配性,而IC是指制造和施工的产业化,具体如何去理解其实见仁见智,而「可装配建筑」可以说是其中一个比较具体的方向。
中国经历过快速的城镇化建设潮流,在「可装配建筑」方面的实际应用其实非常多。比如预制混凝土、预制钢筋等等。
不过DfMA-IC中最重要的依然是BIM。BIM中的信息和工厂链接,多数的同类信息可以在工厂形成量产,因此在设计中注重去处繁杂多变的「无效设计」、注重效率化和标准化,这其实是DfMA-IC的主要理论。
中国的装配式建筑中最著名的例子就是雷神山的方舱医院建设了。所有部件都实现了标准化、模块化、工业化、装配化的新型建造方式优势凸显,效率也非常高。遗憾的是并不是所有建筑都能做成方舱医院那样的,其实可用的范围非常小。如果有更多能够更好推广这项技术的条件就更好了。
这么看来,在特定领域的DfMA-IC方面,中国的发展阶段还是很不错的,至少已经经过了大量实践的检验了。
关于零碳化国家推行的标准非常多,但是我自己感觉还是老路子:发展快,但是非常粗犷。
美国等西方国家在零碳化设计的时候有非常精准的CO2计算数据库,根据生产工艺、供应链不同,即使是同样规格的产品,计算CO2的时候也会有非常大的区别。
比较有名的有One Click LCA,还有最近欧特克出的Insight的工具,就是把这个碳排放的数据库和BIM模型结合,从BIM模型中抽出材料部件,再根据和数据库的结合精准计算整个建筑生命周期的碳排放。这些其实都是需要非常长期的数据积累评价,以及BIM推广作为基础的。再这方面,中国依然算是势头很猛,但是仍在起步阶段吧。
1.建筑行业本身是个粗放型行业,不像互联网、金融行业天生具备精确属性,这在某种程度上决定了在由规模化向高质量发展的过程中,建筑行业不仅要整合外部资源,还要花大力气进行内部改革优化,道阻且长;2.这些所谓的热门发展方向中很多已经在市场中推行了一段时间,但效果并不好;3.建筑与科技从性质角度天生有一种矛盾,需要时间来慢慢消化。
截图报纸中的十大技术,虽然不能说完全成熟落地,但我们可以看到其分别都在各自的领域中出现积极的变化,在其发展过程中也意识需要攻克的技术难题,从而以“问题”为导向形成阶段性的发展诉求。
例如,在BIM的相关运用中,建筑信息化的全生命周期的意识已经开始深入行业一线的意识中,而具体落地的数字化形式,除了通过一些专业的建模软件更加精细参数化的结构性建模,也在施工、交付、运维等阶段对BIM完整数据提出更高的诉求,从而支持业务逻辑和功能应用的相关开发工作。而云计算的技术的辅助,对于BIM意义之一便在于通过算力的可伸缩性,其对于复杂场景中如钢结构装配式、大型桥梁轨交等情况下的多源异构模型实现更大体量的支持,例如超亿三角面片数的复杂模型结构等,实现了可视化mesh数据、构件属性信息等巨量信息的加载,而这些都是具体功能应用开发中的业务逻辑调用基础。
但是,从以上的相关表述中,虽然其相同的积极变化也出现在其他提及的诸多领域中,但我们看到行业所面临的难题也是有共性的。例如,现阶段由于综合服务器农场的建设仍处于侧重数据存储等阶段,对于数据资源的深化分析并提炼价值,不管是从总体算力、系统算法、硬件成本方面都仍处于门槛较高的状态;在硬件总体算力无法实现自由支持的前提下,数据的拉通便成为制约行业发展的一大障碍;而在具体的客户业务逻辑实现上,由于不同部门、团队、地域、场景等诸多变量都有个性化的需求,因此没有统一范式的形成进一步让行业信息化开发团队、软件公司更多以项目制开展业务,从而导致数据孤岛、数据割裂局面的不断增加。而随着行业利润率的变化,效益也倒逼着相关方更加优化的合作,从而自然演变出行业新的发展状态和阶段问题。
客观看,虽然在“生意”层面仍存在很多PPT炫技抢商机的情况,但业主甲方也愈加意识到数据对于信息化系统的真正效用的重要性,相关的科技也会随着这种意识转变为实际项目要求而得到进一步的发展催化。