集成建筑中国建筑大革命

李元齐

当前，我国的建筑行业正面临着一场新的革命——建筑工业化。通俗的说，建筑的工业化建造就是针对传统建造方法施工劳动强度大、生产效率低、资源消耗大的弊端，将由人工在现场一砖一瓦的传统建筑建造方式，变为建筑构件（部品）在工厂预先加工制造、再运至现场组装的建造方式。建筑业使用工业化的建造方式，能够大大减少现场施工的噪音、扬尘、废水、建筑垃圾，降低工期、减少人工、降低成本，并使建筑的质量与品质得到提升和有效保障。

组图：我国建筑业正面临的建筑工业化的革命，起源于第二次世界大战后的欧美国家。而美国1929年经济大萧条时出现的房车也可以算是作为美国工业化住宅的一个雏形。

我国的建筑行业正面临着一场新的革命——建筑工业化。

通俗地说，建筑的工业化建造就是针对传统建造方法施工劳动强度大、生产效率低、资源消耗大的弊端，将由人工在现场一砖一瓦的传统建筑建造方式，变为建筑构件（部品）在工厂预先加工制造、再运至现场组装的建造方式。

集成建筑起源于第二次世界大战以后的前苏联、英国、法国以及东欧一些国家。由于战争的破坏导致住房紧张，加上战后劳动力的极度稀缺，预制装配式的住宅作为一种快速解决大批量住房问题的应急建筑而走上历史舞台。预制装配式建筑住宅在欧美、日本等亦被称为工业化住宅产业化，顾名思义即是用工业化的生产方式来建造住宅，住宅的部件在工厂提前预制完成，再运输到现场通过机械式或浇筑等连接方式进行组装拼接，所以这种住宅被俗称为“拼装房”，是在工业化生产方式的基础上，由标准化、系列化、商品化的通用部品（包括结构构件、围护构件与建筑设备部品）组成的终极完善建筑产品。为此，建筑体系本身应该实现部品可工厂预制、体系可现场装配。预制装配式建筑，如早期的大板建筑，以及现阶段的框架、框架剪力墙以及剪力墙结构预制混凝土建筑，装配式钢结构和木结构建筑等都是集成建筑在不同技术水平阶段的具体表现。各阶段集成建筑对部品的集成程度、所使用的部品性能等都会随着技术的发展不断提高。

集成建筑概念图和木结构集成建筑。

在经历了半个多世纪的发展完善，建筑工业化完成了从原来的单纯追求数量到提升住宅品质的转变。如今，在法国、美国、日本等主要发达国家工业化建造已成为主要的住宅开发模式。并且这些发达国家的集成建筑已经形成了标准化、系列化、通用化、商品化的部品体系，具有进行集成建筑设计与加工制造的成套软件与设备，还形成了社会化的服务体系，真正把建筑做成了商品，消费者甚至可以自己购买部品来组装个性化的住宅建筑。

钢结构集成建筑的概念图和建造过程。

法国编制了工业化住宅GS软件系统。GS软件系统汇集了全国近60个构件预制厂的产品技术信息和经济信息，并把遵守同一模数协调规则、安装兼容的建筑部件汇集在一个“构造逻辑系统”之内，设计者根据协调规则、各种部件的技术和经济等数据，并采用市场上提供的建筑部件，可在不改变原设计特点的同时用工业化住宅部件进行设计。美国的建筑公司开发了许多专用的预制部品系统，并通过当地的经销商来销售他们成套的住宅部品。建造商也乐于在住宅部品零售店中购买包括墙板、屋顶和楼层桁架等住宅部品，并将这些购买的部品直接用到订单的住宅上。Tri-Steel公司有200多套成熟的轻钢龙骨体系建筑户型，这200多套户型配上不同色彩、质量的外墙装修、门窗和屋顶，就能变化出无数的建筑风格。日本的大型企业都有自己一整套完整的工业化住宅生产设计系统和部品库，如大和房屋的设计系统，部品就有几百万件。

组图：钢结构集成建筑。云南昆钢集团的云南第一高楼昆钢科技大厦（右页图）获得了2013-2014年度“中国钢结构金奖。

按照结构体系的材料划分，集成建筑主要有预制混凝土集成建筑、钢结构集成建筑、木结构集成建筑等。

众所周知，混凝土结构建筑目前在我们国家建筑业中占绝对的主导地位。混凝土结构的集成建筑一般可称为PC建筑，按结构体系可分为框架结构体系、框架—剪力墙结构体系以及剪力墙结构体系、三维模块体系等集成建筑。框架结构一般用于低多层建筑，而框架剪力墙结构以及剪力墙结构主要在高层建筑中应用。预制混凝土集成建筑的建造过程是，首先将组成建筑的梁、板、柱、梯、墙等结构和维护构件在工厂预先加工制作，再运到现场安装成为建筑。在建筑的设计过程中，也需充分考虑建筑的水暖电等设备管线与梁、板、柱、梯、墙等结构构件的集成，并在结构构件加工制作中预埋好，结构构件安装完成后通过便捷的接口就可以将水暖电的管线连接起来。其中，混凝土预制模块建筑是集成度非常高的一种体系。

钢结构由于本身构件工厂制作、现场拼装的特点，更适合于集成建筑，集成度相对更高。钢结构的集成建筑按结构体系可分为低层龙骨体系、多层框架结构体系、多高层框架—支撑或剪力墙结构体系等。目前，轻钢龙骨体系建筑是工业化程度最高的集成建筑代表之一。按照组成建筑构件在工厂的集成程度，轻钢龙骨体系建筑可分为一维、两维及三维体系。一维体系建筑是指组成建筑的龙骨在工厂加工好，将龙骨打包到现场再组装成各层墙板、楼板等，直至最后的建筑;二维体系建筑是指在工厂将组成建筑的墙体、楼板、屋面等二维模块预先组装，甚至包含装修，再运至现场将二维模块组装为建筑;三维体系建筑是指在工厂就已经组装好建筑的各个房间单元（甚至包括装修、设备和家具等），再运至现场再将房间单元组装成一栋建筑。与预制混凝土集成建筑一样，钢结构集成建筑的水暖电等设备管线也可以在工厂生产加工墙、楼板、或三维模块单元时布置完毕。

木结构集成建筑多为低层龙骨体系，与轻钢龙骨体系集成建筑在建筑结构上非常相似，木结构集成建筑以木龙骨取代了钢龙骨，两者的主要区别是承重骨架的材料不同。

预制混凝土集成建筑的大楼。

在国内，早期由于预制装配式体系在建造效率上的显著优势，传统的钢筋混凝土预制装配式建筑与工程结构发展很快。一些传统的预制装配式钢筋混凝土结构体系，如预制框架、大板建筑等迅速推广并得到广泛应用，一大批钢筋混凝土预制部品生产企业应运而生。但是，由于以往低水平、低质量的预制装配式建筑在历次大地震中的糟糕表现（如唐山大地震），使得社会甚至专业人员对预制装配式建筑与工程结构的抗震表现产生了误解，在一段时间内该类体系的技术发展和工程实践在国内、特别是经济发达地区几乎完全停滞。而事实上，即使在高地震烈度的发达国家和地区，如美国、日本、台湾等，现代的钢筋混凝土预制装配式建筑与工程结构应用广泛，并在大震下表现优异，发展前景广阔。

重钢结构能够支撑起超高层的大楼。

智能型房屋将成为房屋建设的趋势。

在最适合采用预制装配式建造技术的钢结构建筑方面，目前国内工业化建造发展最好的是预制门式刚架轻钢厂房建筑体系。这首先得益于国内一段时期内经济快速发展中对施工工期短的门式刚架轻钢厂房建筑的巨大需求，另一个重要原因是门式刚架轻钢厂房体系集成化的成套技术为其快速的工业化建造过程提供了支撑。目前，这类体系在我国，特别是经济发达地区已经完全取代了传统的钢筋混凝土厂房，不但施工周期短，且具有明显优越的综合经济技术指标。但总体而言，相比发达国家和地区，国内建筑业中钢结构还仅集中使用于高层、超高层建筑、大空间公共建筑与工业建筑中，在一般民用建筑例如普通办公楼、学校建筑、医院建筑等、居住性建筑如宿舍、住房等还远未普及，而这些建筑形式恰好是最具有优势采用预制装配式体系的。

我国传统木结构建筑历史源远流长，但由于近代我国木材资源合理开发加工的能力较低，且当时又无足够的外汇储备从国际市场进口木材，以致木结构学科在中国停滞发展达20多年。近年来，随着我国天然林保护工程的实施、木材进口关税的下降、国际交流的不断加深，木结构建筑尤其是预制装配式木结构建筑引起了国人的关注。随着我国建筑行业对节能减排、绿色环保、建设过程可持续发展的日益关注，发展节能环保的预制装配式木结构建筑已成为中国未来木结构住宅的发展趋势。

与传统住宅相比，装配式住宅契合了我国环境发展趋势，形成节能、节地、节水、节材和环境保护“四节一环保”的绿色住宅体系，提升了住宅建设的综合效益：节能，综合能耗低，建造过程节能，墙体高效保温，门窗密闭节能，使用新能源及节能型产品，利用太阳能热水、空气源热泵系统进行供暖;节水，现场干法装配，区别于传统泥瓦匠施工模式的“干法造房”，大量节约施工用水;节材，采取工厂规模化生产，质量、精度可控，最大限度减少材料损耗;节地，更小面积实现同等功能，提高土地利用率;节时，工业化大幅提高劳动生产率，进度可控，与传统建筑方式比，只需其 1/3 周期;在环保方面，减少了现场作业，无粉尘、噪音、污水污染，无二次装修大量建筑垃圾污染;每百平方米建设面积可减少约五吨建筑垃圾产生。以 16 万㎡住宅建筑面积测算，与传统建造方式相比，节约标准煤 320 吨，节约木材160立方米;减少废水5.4万吨，减少施工垃圾约1600吨，总体上节约在20%左右。同时，装配式住宅能够使住宅设计实现模数化、标准化，可以将设计优质的户型进行复制、生产，提高效率;预制建筑构件工厂化、标准化的生产可以保证建筑材料的质量，能够解决传统建筑方式普遍存在的渗漏、不隔音、不隔热、精度差等“质量通病”， 在防潮、抗风、防冻等方面都在功能方面相应做了应对措施，提高了居住的舒适度;现场拼装可以让劳动力成本减少，也降低了劳动强度和安全隐患。这些优点与优势，符合国家节能、低碳、节约经济的发展要求，符合住宅产业现代化和人居质量提升的发展方向。

我国的集成建筑还处于工业化建造的低水平阶段。主要体现在：工业化程度低，工业化只是将现场施工的构件搬到了工厂;部品的集成度不高，没有自主开发的成套设计制造软件与设备;集成建筑结构形式单一，预制混凝土建筑长期占据了绝对的统治地位，真正体现集成建筑智能环保绿色等优点的钢结构集成建筑市场占有率偏低;房屋规划设计水平低，没有住宅建设的整体意识和全局观念，住宅结构松散，布局零乱，建房地点随意;产业国家标准化滞后，关键技术创新不足导致产业化推广无章可循;集成房屋产业链脱节严重，设计、生产、施工严重脱节。整体设计与局部和单体设计、建筑结构与板材设计、新材料与传统建材综合应用设计、前期施工与后期装修设计都存在脱节现象;集成房屋相关企业无序发展，整个行业的平均经营规模较小，产业的集中度过低。

发展集成建筑是人类社会沿工业化方向推进的必然选择。在我国，经过一段发展弯路，1994年以后，随着对畸形发展的房地产业的反思和实现小康社会的需要，住宅的功能和质量才逐渐被人们重视。我国在总结经验教训基础上，重新提出“建筑工业化”的发展口号。1995年，建设部发布《建筑工业化发展纲要》。1998年，建设部等部委提出《关于推进住宅现代化，提高住宅质量的若干意见》，在原来的建筑工业化基础之上提出新型的住宅工业化——住宅产业化的概念，并成立住宅产业化促进中心。

住宅产业化是指用工业化的生产方式生产住宅，使住宅产品的开发系列化、设计标准化、生产集约化、供应商品化、服务社会化，从而降低成本，全面提高住宅质量，大幅度提高住宅建设的劳动生产率，解决居民的住房问题。2006年，建设部发布实施了《国家住宅产业化基地试行办法》，截至2014年6月全国已先后批准建立了45个国家住宅产业化基地。2011年，国家《建筑业发展“十二五”规划》中指出要积极推动建筑工业化，提高构配件工业化制造水平，结构件、部品的标准化，鼓励在工程上采用制造、装配方式，提高机械化施工水平。2013年1月，在国务院发布的1号文《绿色建筑行动方案》中也明确提到：大力发展绿色建材、推动建筑工业化并加大政策激励。

2016年农历新年伊始，国家即在十三五的开局之年就对装配式建筑的发展提出了定量的指标要求。2016年2月26日，国务院在“关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见”中明确指出要“大力推广装配式建筑，力争用10年左右时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%;积极稳妥推广钢结构建筑，在具备条件的地方，倡导发展现代木结构建筑”。

建筑工业化建造虽然在建造的方式和建造的对象上与工业制造业有所不同，但其本质和内涵是相通的。因此，集成建筑作为新型建筑工业化建造技术的最终产品，也应该跟上中国制造2025年的步伐，实现采用数字化信息技术控制下的智能建造系统，向大产量定制建造方式转变，并实行菜单式订购。只有这样，才能通过工厂化、规模化，大幅度提高生产效率;通过自动化流水线生产，严格控制质量，最大限度地减少工作人员精神因素的影响;通过在生产过程中采用新材料、新技术、新工艺，减少资源和能源消耗、减少二氧化碳排放、减少环境污染以及提高产品耐久性;通过科技创新、规模化生产，降低成本、提高性价比和综合经济效益。

另一方面，未来集成建筑将向更加智能、更加绿色的方向发展，这也是科技创新成果在集成建筑中的具体体现，如被动房屋、智能家居、节能门窗、智能遮阳、地源热泵、光伏发电、太阳能热水、中央除尘、雨水收集再利用、水净化处理等技术的系统集成应用。