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火神山的装配化应用或成中国建筑升级拐点

详细介绍

  1月25日,武汉火神山医院在设计图纸尚不明确的条件下开始施工,平均每天4000多名建设者、近千台机械同时工作,参建人数最多时高达7000人,这还未将幕后的政府官员、企业管理者、后勤及物资供应、运输保障、工程设计技术人员等计算在内。

  2月2日,火神山医院宣告落成,全部建设用时不到10天,在突发的重大传染病疫情威胁的环境下,其高速的建造过程引起了社会广泛关注和赞叹,堪称奇迹。

  自此,平时属于生僻专业领域的装配式建筑、模块化建筑等建筑学名词成了热门话题。

  火神山速度更多的是体制的奇迹,而不是建筑技术的奇迹。

  就像2003年小汤山医院的成功一样,这是一个由无数决策人员、工程人员、医护人员和各行各业共同创造的奇迹,堪称中国式统筹协作的典范。

  此次建设收获了无数掌声,但作为长期专注于模块化建筑领域的建筑师,更想通过这次火神山医院建设引起的装配式建筑的关注热度,以及本次建设中暴露出的一些问题,从工程技术角度分析模块化建筑面临的困境,探讨其未来的发展方向和应用场景。

  模块化建筑是装配式建筑的集成形式,指在工厂完成的具有集成功能的空间单元。

  首先值得肯定的是,火神山医院的技术水准比小汤山建设时期已经有了非常大的进步。

  小汤山医院是那个年代普遍使用的活动板房,工艺简陋,通常作为临时工棚给施工人员休息使用,勉强可以说是装配化的初始状态,谈不上模块化。

  火神山医院采用的是从集装箱技术改进而来的厢式轻钢结构的箱体房,工艺比临时板房有了很大进步,可以说是模块建筑的雏形了。

  这种厢式房也被生产商称作打包厢,平时主要用于工地设施或者一些野外临时设施。

  近年来普遍替代了活动板房,本质上仍是一种临时性用房,远远达不到相关建筑规范的标准。

  即使不从规范的角度要求,仅从建筑本身构造的工艺、舒适性、心理感受等角度来讲,这种初级的模块建筑也达不到长久使用的要求。

  这些云监工们可以从图片和视频中清楚地看到。

  事实上,2003年建成的小汤山医院使用时间只有短短50天,2003年6月20日,随着最后一批18名非典患者康复出院,该院就被永久封存,到了2007年就被彻底拆除了。

  也有人将这些医院称之为野战医院,严格来说只是临时的专科传染病治疗隔离设施。这次疫情过后,火神山医院如果没有其他特别用途,大概也同样会面临封存或者拆除的命运。

  疫情严峻,事急从权本无可厚非,但我们为此动员了多少国家力量、付出了如此沉重的代价,却由于技术上的不足,使得它们只能是一组临时建筑,这是巨大的资源浪费。

  作为专业技术人员,我们理应思考在技术上如何避免这种情况的出现,如何开拓出模块化建筑更广泛的应用前景。

  倘若未来再有类似情况发生,不再需要动员这么大的社会力量,也可以快速满足国家的应急需求,同时又可以长久地使用。

  这需要技术上真正的突破。

  从建筑设计层面来讲,有些设计机构早已付出努力,完成了理论上的储备;

  有的设计机构联合大型企业甚至出台了试行的模块化集成建筑技术规程;

  还有一些设计机构开始专门研究模块化建筑在特殊领域的应用,比如医院、酒店、学校等。

  但这还远远不够,模块化建筑技术上真正的突破、真正的关键点是建造,准确地说不是建造,是制造!

  模块化建筑是建筑更是产品,依赖的是生产制造企业在具体的节点构造和工艺流程上的演进和集成体系的不断成熟。

  只有在工厂适宜生产的环境中,建筑、结构、水、电和通风全部实现部品化,统一集成在单元模块空间中,并解决了繁多的链接工艺,才会实现建筑最大化的预制,实现快速建设、永久使用的梦想。

  尽管当前建筑规范上认定模块化建筑虽然是临时建筑,但仍旧可以长久使用,可专业领域都知道,规范的制订与实际工程技术的进步速度相比,通常是落后的,这里认定的可以长久使用,在实操中并不适用。

  模块化建筑的关键点不是建筑设计院的理论图纸,也不是在工地狂热地施工,而是在工厂精准高效的制造!

  模块化建筑在工厂的最大化预制,可以减少现场施工中效率、精度等一系列问题,现场的工程量、施工人员的数量都会大幅降低。

  在不需要动用大量人员、支付高昂的人力成本的情况下工程进展也有保障。

  工程技术的进步也可以更大程度上降低气候条件对施工进度的影响。

  我们应该庆幸,火神山医院在建设过程中没有出现极端寒冷、降水、降雪等意外天气情况,否则以现在的技术,再强大的政体调动能力也是无法实现10天完工的建设进程。

  模块化建筑看似简单,但要取得真正的突破,还需要多专业的融合才能实现,因为它既是建筑的问题也是产品的问题。

  建筑设计院的图纸无论多么详细,其实也只是提供了最基础的理论。

  链接的工艺和构造超出了建筑师和结构工程师们可以理解的范畴,只有从机械专业的角度才可以解决。

  机械专业工程师又只能从加工工艺角度看问题,很难理解建筑专业对产品的要求。

  模块化建筑的大批量生产高度依赖建筑构建与部件的定型与数据化,这需要懂得数字技术的专业计算机软件工程师的深入研究。

  从目前的情况来看,这些繁杂的技术问题依靠不同行业、不同企业之间形成简单的甲乙方协作关系是无法产生耦合效应的。这需要统一在同一企业范畴内,达到利益的高度一致才可以真正的融合。

  建筑装配化不仅是建造的问题,更是制造的问题,同时也是产业运行模式的问题。

  现阶段装配式建筑产业链上,有房地产开发商、设计单位、施工企业、各分包商、预制构件生产商、材料商等多个经营主体。

  这些主体之间信息共享和协同作业程度极低,利益无法协调,难以耦合一体化、发挥协同效应。

  生产力没有实质性的提升,不能充分发挥装配式建筑的应有效率。

  虽然一些国有大型企业采取了总包模式下的全过程装配式集成解决方案,声称可实现模块化建筑工厂生产、工地安装。

  其实衔接工作需要多专业跨行业的高度集成,而任何一家总包单位都没有条件去专门培养这种新型跨界人才。

  由于无法获得切实地技术上的突破与支持,在实际操作中,总包单位依旧是把工程分包给产业链上各个主体经营单位。

  这种传统的总包加分包的模式管理粗放,建设速度、建设质量严重被制约,业主得不到实实在在的好处。

  目前建设运营模式存在的问题可以简单汇总成两点:一个建筑项目由多个经营主体建造;多经营主体建造模式下,产生不了满足社会需要的模块化建筑。

  在当前的运营模式下,模块化建筑产品根本无法形成真正意义上的高质量、高速度,无法形成稳定的建筑产品。

  与传统建筑一样,质量没有保障、成本粗放、施工周期长、污染环境,难以解决劳动人口下降、成本提升、环境要求高的社会现状。

  火神山和小汤山医院建设的运转完全依赖于政府的高度动员能力与统筹效率,强力调动大量企业同时建设。

  虽然得到了速度,但是由于没有工程技术的进步与建造体系的提升,单位效率很低,也不太可能被复制。

  三万平方米的建设场地,单日参建人员最高达7000名,人员密度高企的根源,正是工程技术的低洼。

  我们应该思考,如何推广模块化建筑在普遍社会环境下的应用,当无法集中调配全社会资源的时候,如何提高模块化建筑建造的运行效率?

  办法之一是在市场经济自由经营环境的情况下优化产业链,由多经营主体变为单一经营主体。

  根据模块化建筑的产品属性强、工程属性相对较弱的特点,由单一经营主体单位完成设计、制造、安装中的大部分工作,同时完成全产业链上下衔接的工作。

  我国的模块化建筑实践除了小汤山和火神山医院比较知名外,雄安市民中心也采用了模块化建筑的建造方式。

  雄安市民中心更接近模块化建筑的本来面貌,其建设汇集了中国大部分技术实力雄厚的国有企业和设计单位,但受制于时间和运营模式等原因,使得现场工作远大于工厂预制。

  尽管没有达到装配式建筑的理想状态,但雄安市民中心的建设是模块化建筑真正意义上的尝试。

  模块化建筑是建筑界长久以来一直存在的话题,早在20世纪初,现代建筑先驱勒·柯布西耶就提出了“建筑是居住的机器”的理念。

  日本建筑师黑川纪章大胆探索,于1972年设计的中银大楼就是一栋产生了世界影响的集装箱式模块化建筑。

  美国、日本等发达国家在过去几十年中也都发展了各自的预制化建筑系统。

  早期的探索主要为了适应快速建造和低成本社会住宅的需要,现在发展模块化建筑则是为了追求高效、绿色、可持续的社会发展目标。

  建筑工业化是社会、科技发展的必然趋势,当前的行业现状是产业工人人口数量逐步下降,生产效率提升缓慢。

  政府也从政策、资金等多方面着手,积极推进建筑装配化。

  目前,由于模块化建筑处于发展初期,其自身过于标准、机械的平面形式,比较适合于酒店、医院、办公、学校等标准化重复空间单元的工程。

  受制于行业规范和自身技术瓶颈,模块化建筑在其他领域的应用较少。

  要拓宽模块化建筑在其他场景的应用,需要平衡工厂标准化生产与需求多样化之间的关系。

  值得欣慰是,目前已经有很多企业和专业人士投入其中,做了大量的实践,非常值得称赞。

  火神山医院作为入门级的实践,已经让全社会感受到这种建筑方式带来的效率,这对于模块化建筑未来的推广和应用有着极大的正面作用。

  未来,随着技术的发展,效率将不断提升,当模块化建筑真正实现工业化预制的时候,再次发生应急需求时,即便仍需政府的集权统筹力,也会极大地降低社会成本,甚至可以同时从容应对全国范围内的多场所应急所需。

  模块化建筑在不远的将来,一定会成熟起来,就像汽车一样从工厂流水线上源源不断地输出,节省大量社会资源的同时,还可以满足国家和社会的紧急需求,由少量单一企业就可以从容应对紧急需要。

  模块化建筑也一定会找到更多适宜应用的场景,完成建筑工业化的使命,将创新技术手段与未来居住和生活方式相融合,打造出高品质、可持续的人类生活空间。


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