另一方面，因为建筑的技术核心尽管存在部分可复制性（比如建筑结构、立面幕墙），但其艺术核心却无法立即批量复刻。而建筑艺术成分则须要模块的多样化和弹性设计、设计要素的大信息拓扑、建筑形制的参数化控制、客户喜好需求统计、建筑标准化样本归纳、流体行为的模拟等等的研究控制。因此，装配式的发展依然还任重道远。

本期，我们将探讨装配式建筑的国内外应用与发展前景。

第一章

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装配式建筑运用

火神山的施工是装配式钢结构建筑一次关键实践。工厂预制化生产的病房模块能够在车间就进行大规模生产，而在现场进行最后的快速拼装。所有工作流程简单明了、施工操作容易、人员调度方便。

 

 

这次事件也体现了预制化建筑的诸多优点。对于可复制性高、标准化程度大、功能需求优先的建筑来讲，预制装配式建筑可能是最好的挑选。通常，预制化建筑在工厂批量化生产各个结构预制元件，然后在现场进行组装，这也让整个过程变得更加高效。

 

 

当然中国这样快建成一栋建筑并非首次，之前Broad Sustainable Building (BSB) company 就做过。他们用19天完成了一座57层的建筑。每天3层的速度，建成了可容纳4000人的办公楼。

 

 

总来说之，装配式建造因为以下的优点而在世界范围内得以大量的进行实践和发展。

A

环境保护

模块化建筑是节省能源和可持续性的建造方式。传统的施工往往会导致不少额外的材料浪费。而工厂预制化的方式则能够更加精准地确定生产数量，而额外的材料也会被当场回收并等待再次借助。这能够大大节省将施工废料运往垃圾场的人力物力消耗。同时，工厂预制能够让节点更加结识、施工组件更加精准、空气过滤更加完善。那些都能够提高能源借助效率。

 

 

B

经济节省

另一个关键的优势是预制式建筑能够做到节省财力。即便客户定制化的组件看起来会很昂贵，但模块化的思路也能解决这个问题。模块化施工是将全方面地平衡预算和花费点，从而创造一个可承担的挑选。预制化厂家因为大量定制个别材料能够从材料商那里拿到折扣。同时，模块化施工也能避免不可靠的合同和没有生产力的员工。而施工时间的节省也能很大地减少财政消耗。

 

 

https://thebimhub.com/2016/04/14/offsite-construction-and-prefabrication-in-civil-e/#.Xjqv1tMgBdY

C

可变性和适应性

模块化施工能够被容易拆卸并组装在不同的场地。这会减少原材料的需求，降低能源和时间消耗。另一方面，模块化本身解构了建筑形体，使得不同的组装方式能够应对不同的设计需求。那些模块单元维持着中立的美学价值，能够适用于不同的建筑形式。

 

 

D

保证质量

预制化生产是在可控制的机械化制造环境里，有特定的标准，因此每一个组块能够维持连贯的质量。相比之下，传统的在地施工，须要考验施工员的不同技能水平以及独立事件因子对工期的影响。而在预制化模式下，所有组件都来自于经验丰富的工程员监督与特定程序编制；并且那些组件在温度适宜的工厂进行生产能够有效防御环境影响。

 

 

 

E

减少场地破坏

因为大部分的组成件都来自于工厂，这将大量减少工地的卡车运输、器材和材料堆积，并降低传统施工所造成的场地破坏（噪音、污染、废弃物等影响）。相反，生产线的方式能够为生产提供更好、更有效率的环境；同时能够减少不必要的传统工地的干扰和影响。

 

 

 

F

简短工期

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易于运输移动的施工能够减少在地建设的时间。在 许多案例里，预制化能够减少一大半左右的时间。这归功于更好的施工管理计划、缓解的场地气候影响、减少的承包商工期拖延以及更快的制造时间（不同原件能够同时制造）。这也能够让建设公司能够同时开展多个项目，刺激经济更快周转。

 

 

 

G

安全

因为大部分的原件能够在工厂控制，因此 许多和湿度、环境影响、污染有关的问题能够被避免。而在地组装迅速，能够让工人更少地暴露在外部环境影响里。而大部分机械操作能够减少事故、增多可靠性。

 

 

第二章

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发展方向

装配式和预制化并非是一个新鲜词。实际上，在战后就涌现了一大批的装配式建筑构想。对于战后亟待恢复元气的城市来讲，现代主义所提倡的集中式住宅就被大规模生产。而在着百废俱兴的土地上，建筑师们开始了大量的构想，期望建筑变得更具适应性，并希望建造也更加迅速。

 

 

而技术的革新让装配式有了生长的土壤。框架结构的发展，让建筑其他组成部分变得更加灵活，让建筑存在装配式的可能性。但革命性的进展并非经常出现，实际上每次建筑领域的技术进步都是社会其他技术共同发展推动的结果。可生产的建筑（manufacturing buildings）也是从夸张的乌托邦构思和科幻的巨构思考以后重新回归现实。

 

 

一方面，测算机技术的进步，带动了制造业的发展。新的组装式建筑得以有精准的编程作为有效支持。增材制造、3D打印、CNC控制、机械臂、清场时候采用的土层扫描等等，都为预制化提供了技术支撑。

另一方面，经济的快速发展也让装配式更加具有吸引力。在人口爆炸、经济周转、城市更新换代迅速的今日，施工准确性和效率非常关键。其次，现在大部分的年轻人不愿意从事施工工作，工地平均年龄逼近50，也意味着工地也会进入老龄化；未来很大可能将出现施工人力 欠缺，人力成本增多。这类状况下，预制化生产将成为新的趋势。

况且， 许多建筑都适合预制化和模块化生产，只要具备以下 一部分特点，那样预制化就会成为更好的挑选。

A

建筑含有多种类似的单元体或者是比较复杂的设计难以在地完成（特别是钢结构或幕墙元素）

B

施工场地比较远，或者在高密度的城市区域

C

有高效的场外生产工厂

D

场地的施工计划过于复杂（有多个股东或限制的场地及时间）

E

施工场地仅有非常短的易于施工季节，受气候影响较大

 

 

Modular construction at the Corrections Corporation of America’s detention facility in Otay Mesa, California (Image © Sundt Construction, Incorporated)

从80年代开始，世界早已积累了不少的预制化经验。比如楼梯、幕墙、墙体、楼板、厨房和厕所早已有着足够的知识体系。不过还是存在着不少缺陷，比如，预制化元素在建筑数据化模型过程和设计数据传导给制造商的转换体系还不够明确。理想状态，技术图纸应该通过数据化模型立即提供给制造商进行相应制造，但实际上 许多的数据处理须要人工组织，这类过程会导致人力浪费和传递误解。再者，不同客户对于模板有着不同的要求，这也会造成生产出现误差。另外， 欠缺的组装管理也非常影响最后的施工质量。特别是在存在堆砌大型元件困难的场地，场地管理就显得非常关键。

 

 

Li, Xiao & Shen, Geoffrey & Wu, Peng & Yue, Teng. (2019). Integrating Building Information Modeling and Prefabrication Housing Production. Automation in Construction. 100. 46-60. 10.1016/j.autcon.2018.12.024.

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除此之外，尽管预制化能够满足大规模生产，但建筑这门技术与艺术结合的科目也须要多样性和艺术性。而设计的多样性，往往来自于客户的需求、场地的限制、以及建筑师的自身经验与美学修养。

我们能够将那些看作为输入的设计变量，而加快设计施工进程则是在不同里寻找设计的不变量，从而实现可量产可复制的设计标准。大量的形态拓扑学和形制抽象实际上就是在提取设计要素里的演变基准。

 

 

参数化设计能够看作是其中一种尝试，其完全是寻找可变和不变的参数，将建筑语言编译为程序语言，将建筑要素抽象为参数因子的过程。

 

 

Finch can create plans that are adapted to the parameters of the site

比如，Studio Bark就设计了一种能够自我建造的系统，提供不同的设计尺寸，以满足装配式的可变性。

 

 

Studio Bark s flat-pack U-build system lets anyone self-build

因此，预制化在实现了可复制性后，须要在兼顾多样性上多下功夫。一是提供更多的组件挑选和拼装方式挑选，二是将大组件化小为小组件集合，在成本控制基础上借助材料长宽不同形成不同的形态。三是将顾客定制单元化繁为简，提取出可以实现批量生产的元件。

 

 

第三章

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案例

A

居住类

 

 

居住类实际上是最容易实现模块化需求的。因为大多数都有着较为明确的设计标准，形态容易复制，模块容易拼装。

 

 

Image Credit: Waugh Thisleton

比如，纽约的nArchitects设计了一种模块化的住宅。其中包含了55个单元，是用钢结构和混凝土楼板进行组装。

 

 

Image courtesy of Field Condition

单元建筑的室内通过设计可以保证更好的空间感受。同时，即便是有着标准化的单元模块，公共空间还是有着精心的设计。可见，即便是装配式的建筑，通过设计师的搭配和组装，也能够创造有差异化的设计作品。

 

 

 

 

Images courtesy of Pablo Enriquez

许多人提及装配式认为装配式的建筑很容易落入俗套，成为规格一致的集中式住宅，不过其实装配式本身能够进行 许多变动。比如对于基础单元的设计、建筑表皮的设计、公共空间的设计、单元组成方式的设计等等都能够让预制式建筑展现其多样性。

 

 

BIG s prefabricated timber housing in Stockholm

 

 

BBGK Architekci

装配式住宅对于人口密集区域来讲又是一种社会协调手段。比如，在伦敦的东南， 一部分POP-UP公寓用来提供给无家可归的人们。在日益增长的伦敦租金和消耗中，为因此而被逐出城市的人提供安家之所。

 

 

Photograph: Martin Godwin/The Guardian

那些单元住宅能够有60年左右的寿命，并且能够由政府的须要进行移动。按照设计者的说法，他们并不是提供临时的空间去等待城市更新，而是将这类模块化的手法当作城市更新的手段。

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除了偏向于固定永久的建筑（Permanent Modular Construction），另一种居住类是移动式的便携住所（Relocatable Buildings）。与前面提及的集中住宅公寓不同，这一类往往满足不同人群的定制需求。比如，Muji设计了一种能够置地于乡村的预制式建筑。在日本，乡村有大量的低收入人群。通过预制式的模块能够降低建导致本，减少人力需求。

 

 

@muji

而对于 一部分酒店商场来讲，便携式的居住单元能够提供不同的体验，成为 一部分特属的风景。比如奥地利的酒店Hotel Daniel就在自己的楼上放了一个单独的观景套房。

 

 

B

景观及展示类

展览类建筑构思精巧，所以采用预制式装配更多地是追求其结构的精准度或者展览的零时性。比如设计鬼才Thomas Heatherwick 在纽约设计的标志性楼梯建筑就采用了预制化的钢结构，然后现场进行吊装。这个建筑对于结构受力有着比较大的要求，因此预制化在这里起到的作用是更加精准地完成每个元件以及它们的组装。

 

 

The Vessel, designed by Thomas Heatherwick, under construction. Photo: Michael Lee / Getty Images

而对于更多的展览建筑来讲，建成框架后，预制化的建造代表着可灵活拆卸，以应对不同的展览需求。 许多零时的POP-UP展览建筑正是借助了装配式的灵活性去满足多样的功能需求以及易装易卸的特征。

 

 

BWM Architekten & Partner: Genussregal Exhibition. (Image: BWM Architekten & Partner)

C

幕墙类

建筑的幕墙和围护结构是建筑美学关键组成部分。而幕墙也是建筑里比较容易实现批量化生产的元素。通过几个特定模板就能够组合出不同的幕墙形态，适用于工业化预制生产。同时，表皮的韵律性和重复性又属于建筑美学特征，能够快速为建筑形态锦上添花。

 

 

Colombia s EDU Headquarters

例如，位于哥伦比亚的Medellin就通过预制化技术生产幕墙。过参数化计算，该建筑幕墙能有效地控制节能、日照等因素，展现幕墙系统对于环境因子的反馈。

 

 

Colombia s EDU Headquarters

另外，假如建筑师要想更多的变动，别忘了多个结构组合的组件也可能成为可复制的要素。伦敦大学学院（UCL）新医院的幕墙系统就结合了手工砖、铝板、玻璃幕墙和预制混凝土作为一个可复制的结合体。

 

 

这类结合体体现了文化风格和现代风格的混合，同时又能很好的进行组装。将幕墙分解为这么尺度的元件更利于材料生产和施工。

 

 

 

 

@New University College London Hospitals centre

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后记

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现在的经济形势和科技发展给予了预制式（装配式）建筑很好的成长土壤。另一方面，装配式的应用空间也越来越广泛，建筑类别也越来越多，这也意味着建筑业在重新审视自己在工业化浪潮里的定位。但同时也要明确装配式并非是经济快速周转的万能药，在愈发同质化的城市里，装配式与建筑多样化设计仍须要齐头并进。