BIM与装配式,强强联手,还是抱团取暖?

最近装配式建筑火了,BIM的热度也跟着水涨船高。这两个技术有什么关联?BIM能给装配式建筑帮什么忙?工程中它们实现的程度又怎么样?

今天,咱们就带着几个问题,来聊聊装配式建筑和BIM技术。

建筑业和工业有什么本质的区别?

你上网搜一搜,装配式建筑还有好几个其他的称呼,比如建筑工业化,比如住宅产业化。严格来说,这几个概念说的不是一个层面的事儿,不过它们的核心思想是一样的,就是像制造汽车一样去制造房子。

其实造汽车和造房子本质上没什么不同,都是把一堆零件按照一定的方式组装到一起,形成更复杂的功能。它们唯一的区别,就是同样的设计、同样的劳动,重复的次数不一样,也就是规模化的区别。

一辆汽车,在设计的时候会投入非常大的成本,可一旦量产,这个设计成本就可以被均摊到每一辆汽车,不同车型之间的设计也可以一定程度的套用。工厂中一旦确定了汽车的加工流程,就可以用精细的分工合作,现代化的机械,和数字化制造去提高效率。

工业产品并不是天生就比建筑产品设计的更好,质量更高,管理更高效,污染更低,这些优点都是在规模化生产之下,在一道道工序的打磨中逐渐提高的,所以工业产品产量越大,成本就越低。

建筑业就不一样了,它的每一件产品都是独一无二的,无论是设计还是制造的流程都很难在下一个产品中沿用。一方面会在单独的项目中带来低效;另一方面,由于产品不可量产和不可复制,导致经验的积累没办法达到工业的量级,这也进一步影响整个行业的进步速度。

「装配式建筑」有多新潮?

建筑业一直很羡慕工业的高效,于是聪明的建筑师们就开始琢磨,整个建筑当然没法量产,可我们能不能在一个建筑里面,找出一部分一模一样的零部件,把它们的生产搬到工厂去呢?

这就是装配式建筑思想诞生的开始。

你得知道,装配式建筑可不是新鲜东西,它的历史可以一直追溯到一个多世纪以前,在这一个多世纪里,有几个事件推动了建筑工业化的发展。

第一个是工业革命。

19世纪的时候,大英帝国取得了工业革命的辉煌成果,女王维多利亚就打算在伦敦举办一场博览会,把全世界不同国家的工业和艺术产品放到一个建筑里,主要就是显摆一下大英帝国家大业大,这就是第一届世界博览会。

于是,1851年,在伦敦海德公园,不到九个月的时间就竖起了一幢7万多平米的建筑,外墙和屋面都使用玻璃,看上去明亮透明,被人们称为「水晶宫」。

▲ 水晶宫

这么短的时间内建成这样大规模的建筑,一下子就震惊了全世界。它的秘密就在于,整个建筑用了3300根一样粗细的铁柱,30万块一样大小的玻璃,一种木质框架和铁梁。这些标准构件在工厂全部生产好,再运到建筑场地组配到一起。

▲ 水晶宫建造

水晶宫无论是外形,还是建造过程,都充分彰显了工业革命带来的力量,引领了一次全球装配式建筑的思潮,这一波,女王赢了。

第二个事件,是战后重建。

战争之后,伤员、退伍军人都急需大量的住房,这要求一个国家短期内能够建起大量住宅。

1921年,法国建筑大师柯布西耶提出了「像造汽车一样造房子」的想法。

1930年间,德国在柏林建造了战争伤残军人住宅区。共有138套住宅,这个项目采用现场预制混凝土多层复合板构件,算得上是德国最早的装配式建筑了。

二战后的德国在1950年开始大面积使用装配法建造住宅,到1970年建筑工业化水平就达到了90%。

日本在1968年提出了装配式住宅的概念,1990年开始采用部件化,大力发展建筑中的通用部件,木结构占比较多,达到40%。

1976年,美国国会通过了国家工业化住宅建造及安全法案,也出台了一系列行业规范标准,发展到2001年,全美装配式住宅数量达到了1000万套。

第三个事件,是共产主义思想带来的城市化建设。

以苏联为代表的东欧国家,希望快速建立起一个发达的工业文明社会,当时大量农民成为工人阶级,莫斯科住房严重短缺。

1950年,由苏联最高领导人赫鲁晓夫亲自监督,达成了前苏联建筑师公约,目标就是低成本、高效率的建造住房。

1961年,苏联开发出著名的「赫鲁晓夫楼」,就是一种五层预制混凝土建筑。

赫鲁晓夫楼

咱们再看看中国的情况。

1956年,国务院发布了《关于加强和发展建筑工业化的决定》,前建工部也出台了一系列政策来大力发展建筑工业化。从时间上可以看出来,这是受前苏联的影响,历史原因咱们不细说了。

1957年,北京就进行了装配式大型砌块试验住宅建设,创造了8天盖好一套4层住宅的速度记录。这种数字在那个时代很抓眼球,原因你懂的。

1958年,一种新的装配式建筑登上了历史舞台,它是一种通过预制钢筋混凝土大板拼接而成的结构,名字叫大板房屋,到1964年国内开始大范围推广,从70年代到90年代,光是北京一个城市,就建成了1000多万平方米的大板房屋。

到了90年代,装配式大板房屋由于户型单一,无法满足户型多样化的需求,再加上技术的不成熟,尤其是防水、抗震、连接等关键技术存在重大缺陷,大板建筑被彻底否定,退出了历史舞台。

此后的三十年,「装配式」这个概念在中国神秘的消失了,历史原因咱们不必深究,也没那么重要。

直到2016年,国务院办公厅印发了《关于大力发展装配式建筑的指导意见》文件,「装配式」这个词才又回到了人们的视野,为响应国务院的号召,各地区纷纷出台政策,在中国未来十年内,装配式建筑占新建建筑的比例要达到30%。

于是,你又能看铺天盖地的,关于装配式建筑的文章了。

装配式重出江湖,历史问题解决了?

从这一个多世纪的发展来看,装配式建筑根本就不是什么新的概念,甚至还因为失败而退出过历史舞台。

如果说装配式就是把房子拆成块,搬到工厂去生产,然后运到现场像搭积木一样装到一起,建筑工业化就能实现,那这一个多世纪无数工程师的脑子一定是进了水了,才一直没有实现它。

过去几十年的技术咱们不说,就说说当下最火的PC装配式,这个PC,就是precast concrete,预制混凝土的意思。

随便搜一下「PC装配式」这个关键词,你能看到它无数的优点,安全性更高、质量更好、成本更低、施工速度更快、环境污染更小,等等等等,还有很多人把德国、日本的先进经验拿出来,套一个「黑科技」的壳子,冲击你的神经。

这类的文章看多了,你会有一种错觉,那就是:PC装配式是一种新概念,只要应用了这种全新的黑科技,什么成本问题、管理问题、工期问题、质量问题,就统统解决了。

然而事实却不是这样。在这个技术的每一个优点背后,都藏着一句潜台词,那就是:「在未来的理想状态下」。换一个说法就是,「在当下的一些技术细节问题被解决之后」,这些优点才能落地。

咱们来举几个例子,说说实现PC装配式需要解决的问题,和当下的真实情况:

1.装配式设计

可能你会觉得,装配式设计就是把设计好的楼拆成单元块,发给工厂加工就完了,可要是这么直接拆,工厂根本就没法生产,即便生产出来,也不能用。

在装配式建筑发展先进的日本,设计院在出建筑图纸时,还会直接作出PC厂的构件加工图,在做这一步设计的时候,除了要考虑构件的种类越少越好,也就是所谓的「模数」,还需要考虑机械怎么生产,未来到现场的吊装点,模块之间该怎么连接,连接点的安全性能和防水性能,等等。

而国内还有很多的项目,真的跟你想象的一样,施工单位拿着设计院出的建筑图,去进行二次深化,也就是把本来不是模块化设计的建筑,硬拆成装配式,究其原因,一是要凑装配率响应政策,二是因为懂装配式设计的设计院实在是太少了。

2.构件生产

在生产这个环节,首先要解决的就是材料问题,绝大多数工厂多年处理的都是塑料、橡胶、钢铁这样的材质,而PC构件是复合材料,而且混凝土的性能是在养护中逐渐生长的。这种对时间和节奏的把握,对传统工厂是一项很大的挑战。

另外,PC构件的生产需要很大程度的自动化,怎样开发出自动化的生产线是一个问题,生产线能不能低成本的灵活变化又是另一个问题——因每个项目的构件不一样,所以每个项目都要重新设计模具和自动化生产方式,这对工厂的设计优化能力和管理能力也是不小的挑战。

实际上,目前能够大批量生产PC构件的工厂很少,成本也非常高。

3.运输环节

对于施工现场来说,吊装的次数越少、需要处理的连接点越少,当然就越好,但是划分的模块越少,每块也就越大。

而在我国,货车总高度4米以上、总长度18米以上、总宽度2米5以上属于极限超载车辆,是不能上路的。

所以你看到国外整个房间都预制好到现场吊装的,清一色都是小面积的单间公寓。

那如何协调解决大构件需求和运输困难这对矛盾,包括构件装箱的成本优化,都是需要考虑和提高的地方。

4.施工要求

对于国内很多施工单位来说,装配式还是在「说起来又快又便宜,用起来又慢又贵」的阶段。

有很多的原因,比如现场的养护和堆放要专门管理,安装顺序要严格安排,这就带来更高的管理和人员成本。由于工厂生产方面的原因,预制构件的采购成本也是很高的。

多数施工单位在「满足装配率要求」这个前提下,尽量做横向构件的装配——也就是梁、楼梯、叠合板等,像墙和柱这种竖向构件能不做就不做。

究其原因,是因为现在还没有针对装配式的规范,来计算装配节点,设计师还是按照现浇的方式来计算。既然这么计算,就得按照现浇的方式来组装。

所以,竖向构件如果采用装配式,那在横竖向构件连接这个位置还是需要灌浆,而且灌浆料的成本非常的高,节点的防水等施工要求也更高,在目前的施工水平下,建造速度还赶不上传统的方式。

其实这也很容易讲的通,如果一项技术已经成熟的实现了低成本、高效率,那也就不需要政府大力扶持了,大家自然会抢着用。

上面这几点,只是大概描述了几个不同阶段的单点困难,更大的困难,是不同专业之间的整合。

说白一点,想把生产搬到工厂,是要在项目的一开始,就把设计、施工、工厂甚至包括物流,都统筹到一起,共同设计,并通过信息化技术,把设计思想和统筹管理贯穿整个项目。

说到信息化,你知道,BIM要出场了。

BIM能帮装配式什么忙?

如果你去查BIM和装配式,那结果同样是一片大好。这两个目前建筑业如日中天的火热词汇,似乎只要一碰撞,就能产生出无限的火花。

这二者的结合,目前能拿得出手的,主要有这么几点:

利用BIM在设计阶段精细化建模,拆分模型;

➤ 利用BIM的模块化设计来设计出可重复利用的构件,建立自由组合的模块库;

 利用BIM技术的自动统计功能和加工图功能,实现工厂精细化生产;

 利用BIM技术实现现场吊装和施工模拟,优化装配式施工。

这几点你都可以查的到,咱们也就不展开说了,可是这些应用背后有一个很关键的问题,那就是:

这些拆分模型、精细化设计、生产加工图、吊装模拟等工作,由谁来完成?

BIM可以提高这些工作的精确度和效率,但BIM不能帮你思考。如果一个团队没有人知道该怎么拆分模型、连接节点该怎么处理、现场该怎么管理、施工该遵循什么工序,那无论他们是否使用BIM,该解决的问题,还是没有解决。

在当前国内的实际情况下,BIM和装配式有很多相似的地方,比如:

同样有大幅度的政策扶持——这间接证明了他们还不是人们自愿接受的技术;

 同样有中国特色,为了获取政策优惠,有人做「先设计,后翻模」的「假BIM」,也有人做「先整体,后拆分」的「假装配式」;

 同样是听起来很简单,很新潮,实际上还有大量尚待解决的技术难题;

 同样缺乏普遍有力的行业规范;

 同样尚未打通不同生产角色的协作环节;

 同样在国外有成熟经验,被很多人看好,但还需要时间逐步发展。

用一句话来概括就是:这两个技术在国内,都还不成熟,都还有多方面的问题需要被解决。

用BIM助力装配式,就是用一项不成熟的技术去帮助另一项不成熟的技术。这两者目前与其说是两位大侠强强联手,不如说是难兄难弟抱团取暖。

可能你会说,不对啊,你看人家万科,BIM加装配式,搞得风生水起啊。对于大多数企业来讲,正如你不是正在开发无人驾驶的谷歌,也不是正在造宇宙飞船的Space-X,一项技术越是经常作为一流公司的技术被报道,越证明它还没有普及。

那么未来它们真正的结合会是什么样子呢?咱们通过这几张图来预测一下:

本来IT业、制造业和建筑业是三个独立的行业,后来人们在这几个领域的跨界处找到了各自提升自己的方法:

💡 IT业和制造业的跨界处,就是数字化制造;

💡 制造业和建筑业的跨界处,就是装配式建筑;

💡 建筑业和IT业的跨界处,就是BIM技术。

你看,中间还有一个区域,那里代表了未来。但是想要进入「跨界的跨界」这个中间区域,就需要在第一层跨界的地方,发展到足够深才行。

刚才咱们说了这么多,你能知道,建筑业和制造业结合处的装配式,还有很多的问题需要解决,比如设计规范、比如怎样通过规模化降低成本、比如安装和管理、比如建筑思想和工业思想的融合等等。

同样,建筑和IT行业跨界处的BIM技术,也还有大量的问题需要解决,比如跨专业协同、比如信息编码的统一、比如数据输入和传递的规范等等。

未来,随着BIM技术的发展,不仅是跨专业设计人员之间的数据可以被管理,设计和施工之间、施工到运营维护之间,整个行业中所有的数据都能够无缝的传递和管理,只有这样,BIM才能够进一步把数字化这只手伸向行业之外——也就是制造业领域。

而那个时候,作为建筑业和制造业跨界处的装配式技术,必须发展出合理的设计施工方法和管理模式,让BIM可以去「数字化」。

同样,装配式建筑和数字化制造这两者也必须深入合作,互相渗透出一套同时满足两个行业的生产模式。

这三个跨界领域进一步的结合处,就是建筑产业化。

还没完,等待在未来的,还有3D打印技术,一旦它成熟的应用到装配式建筑中,那「模数」就不再是阻碍工厂批量生产的难题了,任何形状的构件对于工厂来说,加工成本都是一样的。

还有大幅度提高制造效率的机器人技术,给计算机学习能力的人工智能技术,未来这些技术再融合到这个产业圈里,跨界再跨界的结合,我们已经无法预测它会成为什么样子,只能胡乱给它起个名字叫“超建筑”。

所以,今天BIMBOX给你讲了这么多,目的不是泼现在装配式和BIM的冷水,恰恰相反,我们认为这两个技术都是朝阳产业。

区分朝阳产业和夕阳产业很简单,首先看它是不是还有很多尚未解决的问题,然后看这些问题被解决后是不是可以让行业进步。

我们有幸生活在一个技术爆炸的时代,每天都有新的技术在世界的角落诞生。这让不愿学习的人充满愤怒和焦虑,也给了终生学习者无限的机会。

但是你需要知道的是,跨界和技术飞跃,绝不是咱们画这几张图这么简单。每一个行业之间的结合,都有成百上千的具体问题需要被解决,任何一个人,也都只能成为这个变革浪潮之中一滴小小的水珠。

打一个不太恰当的比喻,比如有这么个理念:未来科学可以把人类寿命延长到200岁。你可以对这句话深信不疑,并立志当一个科学家,但无论你把这个事怎么吹上天,它都永远不能自动实现。

你想要在这个领域有所建树,只能投身进去,去解决大背景下的一个小问题,比如,计算机模拟基因运算,比如器官克隆移植技术。只有这样,将来科学把人类寿命延长到200岁这个事,才有你的一份。

当下,无论是想投身于装配式浪潮还是BIM浪潮,我们给出的忠告都是:未来很美,机会很多,面对具体问题沉下心来精耕细作,不要被大概念冲昏头脑。

如果你想详细了解装配式建筑的技术发展,光看几篇公众号文章是远远不够的,在这儿给你推荐一本书:《从砌砖到装配-亲历我国建筑工业发展六十年》,作者陈振基教授是中国住宅建筑和新型墙体材料、建筑工业化的先驱,这本书凝结了陈先生六十多年的探索和心血,绝对是满满的干货。

 

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