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  • 1 # BIMBOX

    BIM與裝配式,強強聯手,還是抱團取暖?

    最近裝配式建築火了,BIM的熱度也跟著水漲船高。這兩個技術有什麼關聯?BIM能給裝配式建築幫什麼忙?工程中它們實現的程度又怎麼樣?

    今天,咱們就帶著幾個問題,來聊聊裝配式建築和BIM技術。

    建築業和工業有什麼本質的區別?

    你上網搜一搜,裝配式建築還有好幾個其他的稱呼,比如建築工業化,比如住宅產業化。嚴格來說,這幾個概念說的不是一個層面的事兒,不過它們的核心思想是一樣的,就是像製造汽車一樣去製造房子。

    其實造汽車和造房子本質上沒什麼不同,都是把一堆零件按照一定的方式組裝到一起,形成更復雜的功能。它們唯一的區別,就是同樣的設計、同樣的勞動,重複的次數不一樣,也就是規模化的區別。

    一輛汽車,在設計的時候會投入非常大的成本,可一旦量產,這個設計成本就可以被均攤到每一輛汽車,不同車型之間的設計也可以一定程度的套用。工廠中一旦確定了汽車的加工流程,就可以用精細的分工合作,現代化的機械,和數字化製造去提高效率。

    工業產品並不是天生就比建築產品設計的更好,質量更高,管理更高效,汙染更低,這些優點都是在規模化生產之下,在一道道工序的打磨中逐漸提高的,所以工業產品產量越大,成本就越低。

    建築業就不一樣了,它的每一件產品都是獨一無二的,無論是設計還是製造的流程都很難在下一個產品中沿用。一方面會在單獨的專案中帶來低效;另一方面,由於產品不可量產和不可複製,導致經驗的積累沒辦法達到工業的量級,這也進一步影響整個行業的進步速度。

    「裝配式建築」有多新潮?

    建築業一直很羨慕工業的高效,於是聰明的建築師們就開始琢磨,整個建築當然沒法量產,可我們能不能在一個建築裡面,找出一部分一模一樣的零部件,把它們的生產搬到工廠去呢?

    這就是裝配式建築思想誕生的開始。

    你得知道,裝配式建築可不是新鮮東西,它的歷史可以一直追溯到一個多世紀以前,在這一個多世紀裡,有幾個事件推動了建築工業化的發展。

    第一個是工業革命。

    19世紀的時候,大英帝國取得了工業革命的輝煌成果,女王維多利亞就打算在倫敦舉辦一場博覽會,把全世界不同國家的工業和藝術產品放到一個建築裡,主要就是顯擺一下大英帝國家大業大,這就是第一屆世界博覽會。

    於是,1851年,在倫敦海德公園,不到九個月的時間就豎起了一幢7萬多平米的建築,外牆和屋面都使用玻璃,看上去明亮透明,被人們稱為「水晶宮」。

    ▲ 水晶宮

    這麼短的時間內建成這樣大規模的建築,一下子就震驚了全世界。它的秘密就在於,整個建築用了3300根一樣粗細的鐵柱,30萬塊一樣大小的玻璃,一種木質框架和鐵梁。這些標準構件在工廠全部生產好,再運到建築場地組配到一起。

    ▲ 水晶宮建造

    水晶宮無論是外形,還是建造過程,都充分彰顯了工業革命帶來的力量,引領了一次全球裝配式建築的思潮,這一波,女王贏了。

    第二個事件,是戰後重建。

    戰爭之後,傷員、退伍軍人都急需大量的住房,這要求一個國家短期內能夠建起大量住宅。

    1921年,法國建築大師柯布西耶提出了「像造汽車一樣造房子」的想法。

    1930年間,德國在柏林建造了戰爭傷殘軍人住宅區。共有138套住宅,這個專案採用現場預製混凝土多層複合板構件,算得上是德國最早的裝配式建築了。

    二戰後的德國在1950年開始大面積使用裝配法建造住宅,到1970年建築工業化水平就達到了90%。

    日本在1968年提出了裝配式住宅的概念,1990年開始採用部件化,大力發展建築中的通用部件,木結構佔比較多,達到40%。

    1976年,美國國會通過了國家工業化住宅建造及安全法案,也出臺了一系列行業規範標準,發展到2001年,全美裝配式住宅數量達到了1000萬套。

    第三個事件,是共產主義思想帶來的城市化建設。

    以蘇聯為代表的東歐國家,希望快速建立起一個發達的工業文明社會,當時大量農民成為工人階級,莫斯科住房嚴重短缺。

    1950年,由蘇聯最高領導人赫魯曉夫親自監督,達成了前蘇聯建築師公約,目標就是低成本、高效率的建造住房。

    1961年,蘇聯開發出著名的「赫魯曉夫樓」,就是一種五層預製混凝土建築。

    ▲ 赫魯曉夫樓

    咱們再看看中國的情況。

    1956年,國務院釋出了《關於加強和發展建築工業化的決定》,前建工部也出臺了一系列政策來大力發展建築工業化。從時間上可以看出來,這是受前蘇聯的影響,歷史原因咱們不細說了。

    1957年,北京就進行了裝配式大型砌塊試驗住宅建設,創造了8天蓋好一套4層住宅的速度記錄。這種數字在那個時代很抓眼球,原因你懂的。

    1958年,一種新的裝配式建築登上了歷史舞臺,它是一種透過預製鋼筋混凝土大板拼接而成的結構,名字叫大板房屋,到1964年國內開始大範圍推廣,從70年代到90年代,光是北京一個城市,就建成了1000多萬平方米的大板房屋。

    到了90年代,裝配式大板房屋由於戶型單一,無法滿足戶型多樣化的需求,再加上技術的不成熟,尤其是防水、抗震、連線等關鍵技術存在重大缺陷,大板建築被徹底否定,退出了歷史舞臺。

    此後的三十年,「裝配式」這個概念在中國神秘的消失了,歷史原因咱們不必深究,也沒那麼重要。

    直到2016年,國務院辦公廳印發了《關於大力發展裝配式建築的指導意見》檔案,「裝配式」這個詞才又回到了人們的視野,為響應國務院的號召,各地區紛紛出臺政策,在中國未來十年內,裝配式建築佔新建建築的比例要達到30%。

    於是,你又能看鋪天蓋地的,關於裝配式建築的文章了。

    裝配式重出江湖,歷史問題解決了?

    從這一個多世紀的發展來看,裝配式建築根本就不是什麼新的概念,甚至還因為失敗而退出過歷史舞臺。

    如果說裝配式就是把房子拆成塊,搬到工廠去生產,然後運到現場像搭積木一樣裝到一起,建築工業化就能實現,那這一個多世紀無數工程師的腦子一定是進了水了,才一直沒有實現它。

    過去幾十年的技術咱們不說,就說說當下最火的PC裝配式,這個PC,就是precast concrete,預製混凝土的意思。

    隨便搜一下「PC裝配式」這個關鍵詞,你能看到它無數的優點,安全性更高、質量更好、成本更低、施工速度更快、環境汙染更小,等等等等,還有很多人把德國、日本的先進經驗拿出來,套一個「黑科技」的殼子,衝擊你的神經。

    這類的文章看多了,你會有一種錯覺,那就是:PC裝配式是一種新概念,只要應用了這種全新的黑科技,什麼成本問題、管理問題、工期問題、質量問題,就統統解決了。

    然而事實卻不是這樣。在這個技術的每一個優點背後,都藏著一句潛臺詞,那就是:「在未來的理想狀態下」。換一個說法就是,「在當下的一些技術細節問題被解決之後」,這些優點才能落地。

    咱們來舉幾個例子,說說實現PC裝配式需要解決的問題,和當下的真實情況:

    1.裝配式設計

    可能你會覺得,裝配式設計就是把設計好的樓拆成單元塊,發給工廠加工就完了,可要是這麼直接拆,工廠根本就沒法生產,即便生產出來,也不能用。

    在裝配式建築發展先進的日本,設計院在出建築圖紙時,還會直接作出PC廠的構件加工圖,在做這一步設計的時候,除了要考慮構件的種類越少越好,也就是所謂的「模數」,還需要考慮機械怎麼生產,未來到現場的吊裝點,模組之間該怎麼連線,連線點的安全效能和防水效能,等等。

    而國內還有很多的專案,真的跟你想象的一樣,施工單位拿著設計院出的建築圖,去進行二次深化,也就是把本來不是模組化設計的建築,硬拆成裝配式,究其原因,一是要湊裝配率響應政策,二是因為懂裝配式設計的設計院實在是太少了。

    2.構件生產

    在生產這個環節,首先要解決的就是材料問題,絕大多數工廠多年處理的都是塑膠、橡膠、鋼鐵這樣的材質,而PC構件是複合材料,而且混凝土的效能是在養護中逐漸生長的。這種對時間和節奏的把握,對傳統工廠是一項很大的挑戰。

    另外,PC構件的生產需要很大程度的自動化,怎樣開發出自動化的生產線是一個問題,生產線能不能低成本的靈活變化又是另一個問題——因每個專案的構件不一樣,所以每個專案都要重新設計模具和自動化生產方式,這對工廠的設計最佳化能力和管理能力也是不小的挑戰。

    實際上,目前能夠大批次生產PC構件的工廠很少,成本也非常高。

    3.運輸環節

    對於施工現場來說,吊裝的次數越少、需要處理的連線點越少,當然就越好,但是劃分的模組越少,每塊也就越大。

    而在中國,貨車總高度4米以上、總長度18米以上、總寬度2米5以上屬於極限超載車輛,是不能上路的。

    所以你看到國外整個房間都預製好到現場吊裝的,清一色都是小面積的單間公寓。

    那如何協調解決大構件需求和運輸困難這對矛盾,包括構件裝箱的成本最佳化,都是需要考慮和提高的地方。

    4.施工要求

    對於國內很多施工單位來說,裝配式還是在「說起來又快又便宜,用起來又慢又貴」的階段。

    有很多的原因,比如現場的養護和堆放要專門管理,安裝順序要嚴格安排,這就帶來更高的管理和人員成本。由於工廠生產方面的原因,預製構件的採購成本也是很高的。

    多數施工單位在「滿足裝配率要求」這個前提下,儘量做橫向構件的裝配——也就是梁、樓梯、疊合板等,像牆和柱這種豎向構件能不做就不做。

    究其原因,是因為現在還沒有針對裝配式的規範,來計算裝配節點,設計師還是按照現澆的方式來計算。既然這麼計算,就得按照現澆的方式來組裝。

    所以,豎向構件如果採用裝配式,那在橫豎向構件連線這個位置還是需要灌漿,而且灌漿料的成本非常的高,節點的防水等施工要求也更高,在目前的施工水平下,建造速度還趕不上傳統的方式。

    其實這也很容易講的通,如果一項技術已經成熟的實現了低成本、高效率,那也就不需要政府大力扶持了,大家自然會搶著用。

    上面這幾點,只是大概描述了幾個不同階段的單點困難,更大的困難,是不同專業之間的整合。

    說白一點,想把生產搬到工廠,是要在專案的一開始,就把設計、施工、工廠甚至包括物流,都統籌到一起,共同設計,並透過資訊化技術,把設計思想和統籌管理貫穿整個專案。

    說到資訊化,你知道,➔BIM要出場了。

    BIM能幫裝配式什麼忙?

    如果你去查BIM和裝配式,那結果同樣是一片大好。這兩個目前建築業如日中天的火熱詞彙,似乎只要一碰撞,就能產生出無限的火花。

    這二者的結合,目前能拿得出手的,主要有這麼幾點:

    ➤ 利用BIM在設計階段精細化建模,拆分模型;

    ➤ 利用BIM的模組化設計來設計出可重複利用的構件,建立自由組合的模組庫;

    ➤ 利用BIM技術的自動統計功能和加工圖功能,實現工廠精細化生產;

    ➤ 利用BIM技術實現現場吊裝和施工模擬,最佳化裝配式施工。

    這幾點你都可以查的到,咱們也就不展開說了,可是這些應用背後有一個很關鍵的問題,那就是:

    這些拆分模型、精細化設計、生產加工圖、吊裝模擬等工作,由誰來完成?

    BIM可以提高這些工作的精確度和效率,但BIM不能幫你思考。如果一個團隊沒有人知道該怎麼拆分模型、連線節點該怎麼處理、現場該怎麼管理、施工該遵循什麼工序,那無論他們是否使用BIM,該解決的問題,還是沒有解決。

    在當前國內的實際情況下,BIM和裝配式有很多相似的地方,比如:

    ➤ 同樣有大幅度的政策扶持——這間接證明了他們還不是人們自願接受的技術;

    ➤ 同樣有中國特色,為了獲取政策優惠,有人做「先設計,後翻模」的「假BIM」,也有人做「先整體,後拆分」的「假裝配式」;

    ➤ 同樣是聽起來很簡單,很新潮,實際上還有大量尚待解決的技術難題;

    ➤ 同樣缺乏普遍有力的行業規範;

    ➤ 同樣尚未打通不同生產角色的協作環節;

    ➤ 同樣在國外有成熟經驗,被很多人看好,但還需要時間逐步發展。

    用一句話來概括就是:這兩個技術在國內,都還不成熟,都還有多方面的問題需要被解決。

    用BIM助力裝配式,就是用一項不成熟的技術去幫助另一項不成熟的技術。這兩者目前與其說是兩位大俠強強聯手,不如說是難兄難弟抱團取暖。

    那麼未來它們真正的結合會是什麼樣子呢?咱們透過這幾張圖來預測一下:

    本來IT業、製造業和建築業是三個獨立的行業,後來人們在這幾個領域的跨界處找到了各自提升自己的方法:

    IT業和製造業的跨界處,就是數字化製造;

    製造業和建築業的跨界處,就是裝配式建築;

    建築業和IT業的跨界處,就是BIM技術。

    你看,中間還有一個區域,那裡代表了未來。但是想要進入「跨界的跨界」這個中間區域,就需要在第一層跨界的地方,發展到足夠深才行。

    剛才咱們說了這麼多,你能知道,建築業和製造業結合處的裝配式,還有很多的問題需要解決,比如設計規範、比如怎樣透過規模化降低成本、比如安裝和管理、比如建築思想和工業思想的融合等等。

    同樣,建築和IT行業跨界處的BIM技術,也還有大量的問題需要解決,比如跨專業協同、比如資訊編碼的統一、比如資料輸入和傳遞的規範等等。

    未來,隨著BIM技術的發展,不僅是跨專業設計人員之間的資料可以被管理,設計和施工之間、施工到運營維護之間,整個行業中所有的資料都能夠無縫的傳遞和管理,只有這樣,BIM才能夠進一步把數字化這隻手伸向行業之外——也就是製造業領域。

    而那個時候,作為建築業和製造業跨界處的裝配式技術,必須發展出合理的設計施工方法和管理模式,讓BIM可以去「數字化」。

    同樣,裝配式建築和數字化製造這兩者也必須深入合作,互相滲透出一套同時滿足兩個行業的生產模式。

    這三個跨界領域進一步的結合處,就是建築產業化。

    還沒完,等待在未來的,還有3D列印技術,一旦它成熟的應用到裝配式建築中,那「模數」就不再是阻礙工廠批次生產的難題了,任何形狀的構件對於工廠來說,加工成本都是一樣的。

    還有大幅度提高製造效率的機器人技術,給計算機學習能力的人工智慧技術,未來這些技術再融合到這個產業圈裡,跨界再跨界的結合,我們已經無法預測它會成為什麼樣子,只能胡亂給它起個名字叫“超建築”。

    區分朝陽產業和夕陽產業很簡單,首先看它是不是還有很多尚未解決的問題,然後看這些問題被解決後是不是可以讓行業進步。

    我們有幸生活在一個技術爆炸的時代,每天都有新的技術在世界的角落誕生。這讓不願學習的人充滿憤怒和焦慮,也給了終生學習者無限的機會。

    但是你需要知道的是,跨界和技術飛躍,絕不是咱們畫這幾張圖這麼簡單。每一個行業之間的結合,都有成百上千的具體問題需要被解決,任何一個人,也都只能成為這個變革浪潮之中一滴小小的水珠。

    打一個不太恰當的比喻,比如有這麼個理念:未來科學可以把人類壽命延長到200歲。你可以對這句話深信不疑,並立志當一個科學家,但無論你把這個事怎麼吹上天,它都永遠不能自動實現。

    你想要在這個領域有所建樹,只能投身進去,去解決大背景下的一個小問題,比如,計算機模擬基因運算,比如器官克隆移植技術。只有這樣,將來科學把人類壽命延長到200歲這個事,才有你的一份。

    當下,無論是想投身於裝配式浪潮還是BIM浪潮,我們給出的忠告都是:未來很美,機會很多,面對具體問題沉下心來精耕細作,不要被大概念衝昏頭腦。

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