我国建筑工业化发展的障碍与路径问题研究

  建筑业工业化一直是建筑业发展的基本目标之一。从施工技术的变革开始，其核心在于实现建筑业向制造业的转变——在工厂中生产建筑物的零部件，并通过现场拼装实现快速的建设流程。从二十世纪初，以美国的大型钢筋混凝土空心预制楼板的使用为起点，建筑工业化成为二十世纪建筑业发展的重要标志。随后前苏联、英国、丹麦、法国等国家先后出现了多种工业化建筑体系。

  我国建筑工业化的进步，基本改变了手工操作的历史，建筑体系成套技术日益成熟和完善。建筑施工生产专业化、社会化进一步发展，一些原属于施工企业内部的工艺过程已经逐步成为独立的行业，如商品混凝土、机械化施工、专业模板脚手架等方面，大大地推进了建筑专业化的发展，使得建筑业产业结构的分化、整合明显加快。

  但在建筑工业化的发展进程中，相关障碍并未完全消除，主要体现在生产组织方式与技术发展理念等方面。

  1 建筑业传统产业组织模式与建筑工业化发展的矛盾

  产业组织模式与体系是一个行业发展的基本保证，建筑业也不例外。我国建筑业当前的产业组织模式与工业化的发展方向存在以下几方面的矛盾。

  1.1 建设项目的独特性与工业化的标准化之间的矛盾愈加突出

  建筑物、建设项目的独特性是建筑业生产管理的最基本特征，也成为建筑施工组织管理经典教材的编制原则。而工业化的基本特征则是标准化，标准化是大批量生产的前提，而大批量是低成本的保证。因此，差异化的建设项目与大批量生产之间必然存在着相应的矛盾，这些矛盾也使得建筑工业化的发展受到制约。

  目前，我国建筑工业化的发展主要表现在商品混凝土、土石方施工、机械化施工等相对较低的层面，而在日本与欧洲广泛使用的整体式、拼装式的建筑、工业化住宅等均未成为我国建筑市场的主流。

  这种状况导致了以项目为核心的建设管理思想在建筑业依旧是主导，项目管理而不是生产流程的系统化管理依旧是建筑管理的主要思想方法。

  1.2 建筑业产业流程的不连续使工业化成为无本之木

  产业流程是指产品的生产全过程。建筑业的产业流程被人为地分隔开——作为建筑产品最为关键的初始环节，“建筑设计”被列为独立行业，与建筑施工处于不同的过程之中。在具体工程实践中，施工方必须严格地执行设计文件，按图施工。如果设计本身并无明显错误，施工方一般不可以按照自己的意图提出相应的设计变更。

  每一个建设项目的设计方都可能是不同的，对于具体建筑物的理解也千差万别，所确定的工艺做法也就会不一样，因此施工方以固定的、程式化、工业化的施工工艺或零部件来应对不同的建设项目是难以实现的。

  可见，设计与施工过程的割裂，使得施工方不得不面对千差万别的建筑物，也使得设计方在设计时无需考虑也无法考虑具体的工艺过程。这种工作的独立性，更使得每一次建筑物的建设过程均成为个案，无法实现工业化。

  1.3 传统的建筑结构设计理论对预制混凝土结构的存在认识偏差

  作为我国主流结构体系，钢筋混凝土结构的建设模式被传统的结构理论所固化——必须是现浇的。传统的结构设计理论认为，预制混凝土结构(简称为预制结构)列为“不安全的”——整体性差、抗震性差。作为一个地震多发的国家，以现浇混凝土结构(简称为现浇结构)为主的发展理念已经在业内深入人心，几乎没有一个设计者会对于预制结构提出与主流认识所不同的见解。正因为如此，设计者不会主动采用预制结构，研究人员也不会有意识地研究这种被认为是不可行的结构模式。

  由于设计与施工是相分离的，设计者仅仅会出于自身对于建筑的理解而构思建筑物，必然是采用现浇结构。这种情况下，即使存在优秀的预制结构的生产建设企业，也不会承接到相应的建设项目，进而导致其逐步萎缩并退出市场。

  1.4 传统建设施工企业的生产组织方式难以适应市场的发展与变化

  根据我国相关法规，建设分包行为较为严格地受到限制，为了承担大型的、工艺构成复杂的项目，施工企业需要不断地扩大规模，扩充专业，在企业内部组建专业化的部门，形成类似于纵向一体化的企业集团。

  但基于企业内部的需求，专业化的部门难以形成规模经济并有效降低成本，或当企业面临市场周期性波动时，或建设项目有独特性要求时，庞大的组织体系，将成为企业难以摆脱的运行负担。

  2 预制结构的发展是建筑工业化的基本前提

  2.1 建筑物微观构件标准化是预制结构的基本前提

  建筑物是千差万别的，但建筑物宏观状态的独特性，并不意味着建筑物的微观构成的独特性。由于建筑材料的特定性、同类建筑荷载的相似性、同类建筑微观功能的相似性，建筑物的微观状态必然是相类似的。尤其是在同一地区的同类建筑物中，这种相似性表现则更加明显。

  经过多年的发展，建筑设计已经形成完整的规范化体系，除非如水立方、鸟巢等特定的项目，大量的普通建筑，如办公楼、教学楼等的跨度、层高、荷载模式、使用材料、结构体系等关键参数已经趋于标准化或至少是准标准化。设计经验表明，某一个地区的同类建筑在微观的构造与处理上几乎是相同的，或至少同一设计单位、设计者的相关做法是相同的。国内很多地方都存在着地方性的标准图集或施工工艺标准，如果在此基础上经过有意识的处理，完全可以针对某一特定的建筑类别，实现标准化的构配件，并进而实现预制化。

  2.2 传统理论中，预制结构的技术缺陷仍有待商榷

  “预制结构整体性差、抗震性差”的结论，以及相关结构设计规范强调“宜采用现浇钢筋混凝土楼、屋盖”等观点并不完全正确。正是由于这种误解与影响，我国预制建筑结构体系的发展极为缓慢，不论设计还是施工，均滞后于土木工程的其他领域，也远落后于其他国家。

  作为震害较为严重的国家，日本有关研究与实践却表明，预制结构在力学与抗破坏上并不存在特别的缺陷，预制结构在连接上的整体性与抗震性可以满足要求。我国台湾地区的工程实践也充分说明，预制结构在抗震性能、整体性、能量耗散模式等关键问题上，与现浇结构具有的表现差异并不明显。

  从我国的近期震害调查中，尤其是汶川地震中建筑物的坍塌状况来看，尽管大量的老旧预制板建筑倒塌严重，但究其根本原因不在于板的破坏，而在于墙的坍塌，在于板与墙体之间的连接构造不合理。经过严格设计的大型预制桥梁的震害相对较轻的事实，也从另一侧面说明，预制结构并非是不安全的。从近年来国内的相关研究进展来看，预制结构的微观力学性能，尤其是人们所关注的抗震性能、延性以及承载力等方面，也并不比现浇结构差。遗憾的是，由于条件与观念的限制，相关整体性的宏观研究尚比较少。

  目前对于预制混凝土结构的质疑，一般均出现在连接构造方面。但作为典型的预制模式的钢结构，很少有研究曾质疑过其结构的相关问题。因此钢筋混凝土预制结构完全可以借鉴钢结构的连接模式，避免连接问题的出现。

  2.3 预制结构理论上存在着特殊优势

  与现浇结构相比，预制结构存在着特殊的潜在优势，但由于相关研究极少，使得理论上存在的优势，在具体实践中难以发挥。

  2.3.1 工业化生产模式所决定的质量稳定、可靠与低成本

  预制结构是工业化生产的，标准化的生产设备、生产工艺，完全可以保证构配件质量的稳定性与可靠性。这种质量上的优势是现场生产难以达到的。大量工程实践表明，由于施工现场环境(温度、湿度、天气等)、人员操作水准等环节的影响，现场构配件的质量等级与预制构件相去甚远。同时，预制构件的大批量生产模式，无疑会形成低成本的优势。这种价格优势目前之所以表现并不明显，主要原因在于市场的占有度较小，规模不经济。工业化所带来的低成本在其他行业中已经得到了证明，建筑业不会出现特例。

  2.3.2 经过设计的特定连接模式可以在地震中实现特殊功能

  预制结构是通过构件之间的后期连接而形成的，可以通过特定的连接设计，实现现浇结构所不能实现的特殊功能需求。

  ①柔性连接可以构成整体结构的能量耗散模式，形成特定的结构延性。

  传统的建筑抗震理论多以提高结构体系的整体性与刚度来对抗结构的地震反应。预制结构的整体性与刚度低于现浇结构，因此被认为是抗震性能较差的不安全结构。但最新的抗震理论已经逐渐从抗震向避震方向发展，将建筑物的能量耗散作为结构抗避震的主要形式，以“避震”模式逐步替代“抗震”模式。

  从避震观点来看，装配式结构所具有的“松散”模式，为建筑结构避震所需的阻尼提供了有效的变形。通过连接设计与处理，在保证构件之间的可靠连接的同时，也可以保证构件之间的弹性、延性变形性能，从而在地震发生时，以变形吸收能量，避免现浇结构出现的整体性破坏。

  ②后期连接点的预设破坏模式，可以有效避免大的损失并有利于灾后救援。

  地震作用是随机的，现浇结构在地震中的破坏是不可预设的。而预制结构存在的先天“缝隙”，确定了其地震中的必然性的破坏模式——以拼装缝隙为基础的开裂、坍塌模式。因此作为设计者来讲，完全可以预设建筑物的破坏模式与坍塌过程，使其按照预设模式进行坍塌，形成有效的逃生通道、避免随机性破坏的不可预设性，避免生命损失。

  同时，预制结构的先天缝隙更有利于在救援中的切割作业，可以在短时间内实现建筑解体，形成相对较小的体积与重量，更可以使用小型的起重设备，这使得震后救援的难度大大降低，时间大为缩短。

  综上所述可以看出，基于预制结构实现真正的建筑工业化是完全可能的，有必要的，并且存在这巨大的优势。

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  3 集成建设系统——建筑工业化产业组织模式的一种选择

  作为工业化的典型，制造业基于新的产业组织模式——集成制造系统(CIMS，Contemporary Integrated Manu-Facturing Systems)，取得了惊人的成就，集成化已经成为制造业实现现代化的基本路径选择。借鉴制造业的集成化、产业链模式，构建建筑业的“集成建设系统”(CI-CS，Contemporary Integrated Construction Systems)，也将成为建筑工业化产业组织体系变革的一种路径选择，其中包括系统集成化、组织集成化与信息集成化。

  3.1 系统集成，建设产业系统的协调与集成化

  所谓系统集成，即以建筑物的生产组织流程系统为基础，全面协调建设项目的产业组织过程，使之摆脱目前的散乱模式，实现研发、设计、施工有机结合的模式。

  从目前的建筑业产业组织流程来看，建筑设计、施工组织与产品研发的过程是相互分离的。如前文所述，正是由于这种无组织的、不连续的过程，使得建筑产业上下游之间的信息传递被人为的阻隔，形成建筑产业组织流程的不连续性，阻碍了建筑工业化的顺利发展。

  改变现有的设计、施工与产品研发相分离的模式，通过产业系统的集成过程，实现以施工方(承包商)为核心的、向前延伸——施工工艺设计(而不是建筑设计)、向后延伸——预制构件研发(而不是生产)的产业集成体系。

  工艺设计、施工组织的一体化，并不是完全的设计施工一体化，不是剥夺设计者应有的职能与权力。作为施工承建方，不承担建筑物的方案设计与宏观设计工作，而是根据设计者所完成的建筑设计方案，根据施工方的技术专项、技术标准、产品系统而进行的具体的施工工艺协调设计。这意味着基于该设计过程，可以在不改变建筑物基本功能与造型的前提下，改变其施工 工艺构成方式——在微观上最大限度地以标准化的构配件、模块重新构建宏观的建筑物。系统集成可以最大程度的提高施工方对于建筑设计过程的介入度，有利于以施工单位的工艺标准来构建建筑物，消除设计与施工过程中的信息阻隔，有效地保证了预制构配件、模块与建筑物之间的构成联系。

  产品研发与施工一体化，就是预制构配件、模块的研发过程由施工单位来承担，研发单位与施工单位的一体化。施工单位要投入研发过程，对于建筑物宏观构成进行有机的分类、分解，使之趋于标准化、模块化，并形成完整的技术检验标准与生产流程标准。基于这些标准，施工单位一方面可以实现设计施工一体化，另一方面可以实现预制构件的外包化生产，将建筑物微观的零部件生产从宏观建筑中分离出来、独立出来，从而实现构配件的预制化、生产过程的并行化，建设过程的敏捷化。

  3.2 组织集成，建设管理系统的协调与集成化

  仅仅实现研发、设计、施工流程的集成化是远远不够的，产业组织的集成化也是集成建设系统的关键环节。大而全的纵向一体化或横向一体化的企业组织模式，是不能够适应建筑市场变化的。施工单位需要以产业链集成为核心的组织集成化——相关生产企业基于共同的产业链流程而形成的生产组织模式，不是固化的企业或企业集团，而是边界模糊、组成动态、依靠生产流程的必然性而构成的松散型的，而同时又是集成化的生产组织形态。该组织体系最大的特点就是以特定的施工单位为核心，众多的构配件生产供应商参与构成的生产联合体。

  在这一联合体中，以总承包商构成特定的核心单位，同时进行研发与施工工艺设计，负责构建预制构配件的技术标准并承揽建设项目，其他参与者通过市场遴选的方式与总承包商之间构成分包与供应关系，并承担着专业化的施工过程或符合标准的构配件的生产与供应。该联合体并非实体企业，而是以生产组织流程与任务需求为基础，以契约关系、技术协定、利益分享模式为纽带的产业链集成。

  3.3 信息集成，建设信息系统的协调与集成化

  信息化与信息集成是集成建设系统实现系统集成与组织集成的基本前提与有效保证。从管理模式来看，集成建设系统并非实体企业，而是很多企业所构成的松散联合体，生产与施工组织过程中的地域限制、空间隔阂、标准差异、沟通障碍等问题，会致使信息指令的传递速度比实体企业缓慢，偏差也会大大增加。因此，全面、快捷的沟通与交流，减少信息沟通中的障碍、偏差与损失至关重要。

  信息集成就是通过信息平台与信息门户的构建，使得集成系统与产业链中的相关分包商、供应商与核心企业能够实现信息共享、及时沟通与办公自动化；实现基于信息系统的辅助建设过程——CAC(Computer Aided Construction)。

  除此之外，信息化不仅仅意味着信息的流转过程，更意味着建筑物与预制构件的信息化——BIM(Building Information Model，建筑信息模型)。通过的信息处理技术，将实体建筑物信息化，并进而借助于相关技术实现建筑物施工过程的虚拟化(Virtual Construction，虚拟建设)，对建筑物的“可施工性”进行度量与评估——构建预期建筑物与现实的标准化的零部件、构配件、建筑模块之间的相关关系，实现模拟拼装与施工流程模拟，从而有效的指导现实的施工过程。

  同时在施工组织中，通过信息集成与编码控制系统，实现从实体建筑的拆解、标准化构配件的成组化、委托加工，到零部件的验收、工作包拆分到构配件在具体建筑上的还原过程中，对于相关零部件、构配件的全过程跟踪与监测的全过程信息化管理。

  可见，系统集成、组织集成与信息集成是集成建设系统的不同层次与侧面，三种集成模式相辅相成，共同构成了完整的集成建设系统。

  4 建筑工业化尚需要决的解现实问题

  从前文中可以看出，建筑工业化不是简单的机械化、预制化；而是产业组织模式的工业化，是产业组织从独立企业的封闭模式，向全面社会协作的开放模式的转变；是从间断的、孤立的生产过程，向连续化的产业组织过程的转变；是从传统的技术、资金与劳动力密集型的产业向信息密集型的转变。在这些转变过程中，会遭遇各种现实问题的困扰。

  首先，必须面对建设管理制度与法律体系的障碍。我国建设管理制度中，建筑设计与建筑施工属于不同的建设生产过程，相关企业按照不同的业务流程进行组建。尽管有关管理部门大力推行设计施工一体化，但限于历史与管理制度方面的原因，真正的一体化难以实现。

  同时，建筑法律体系在对于分包的限制过于严格的同时，却不能对于分包行为进行具体而准确定义，这使得以分包体系而构建的集成建设系统将经常面对法律上的空白。

  其次，预制建筑结构的实体技术研究并未完成，这将使得任何基于预制结构的产业组织体系成为无本之木。没有预制结构的建筑工业化是不完善的，仅仅是表象的。目前的建筑工业化产业组织问题，仅仅是建立于“预制结构从技术上不存在问题”的基本假设基础之上的推论。尽管从目前相关或类似建筑结构技术的发展状况而言，预制结构从理论上并无绝对的缺陷，而同时还具有一定的优势，然而鉴于相关技术研究的不完善性，这种假设有时并不完全或者必然成立。因此，相关建筑结构技术的研究发展，将成为建筑工业化最终实现的基本前提。

  第三，建筑工业化的产业发展缺乏足够的实证。由于工业化最终优势体现为规模化生产与规模化经济效应，单一的建设项目、生产企业的成功案例或问题并不能说明产业发展中的优势与问题。因此，从目前建筑业的发展状况来看，需要政府相关部门大力推广与协作，支持相关基础研究，扩大产业试点，从中获取更多的实证、信息以推动其良性发展。

  5 结语

  综上所述存在诸多现实的问题，但建筑工业化依旧是建筑业的发展方向。建筑工业化也不仅仅是机械化的生产模式，更重要的是其产业组织模式的工业化与现代化。建筑工业化的根本在于建筑结构体系的预制化、工业化，在于产业组织的集成化。建筑工业化的践行者主体是施工总承包企业，突破施工的局限性，工艺设计与构配件研发过程的发展，实现系统集成；突破企业的限制，基于多级分包与社会化的协作，实现组织集成；突破企业内部封闭的信息传递，实现信息共享的信息集成，将成为建筑工业化的基本模式与路径之一。

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