装配式建筑破局-标准化批量化生产
1 装配式建筑的前途
近年国家强力推行装配式建筑，一个最重要的原因就是环保问题。近几年的环保问题非常严峻，已经到了威胁全国人民身体健康、城市国家形象地步，产生这种严重的空气污染的原因也非常明显，工业废气，汽车尾气，建筑粉尘是空气污染的三大人为因素，有数据显示北京雾霾颗粒中机动车尾气占22.2%，燃煤占16.7%，扬尘占16.3%，工业占15.7%，所以国家的政策也非常明确，关闭大量排放超标的重工业企业和强制煤改气，提倡新能源汽车，推行装配式建筑。这些政策执行比较深入的是重工业企业的关闭和煤改气，比如关闭了大量钢铁、水泥、铝制品等生产企业，北方供暖之前全部采用的是煤矿，现在强制改用天然气供暖。在新能源汽车推行方面也有显著的成绩，几乎所有的出租车和公交车都改为天然气或者电动汽车，下一步是逐步推广新能源私家汽车。在推行装配式建筑方面则遇到很大阻力，虽然在局部取得一定成绩，比如上海，但是还远没有达到国家的要求。这些环保政策当然也带来了很多问题，比如原材料价格上涨，大量工人失业，但是我们现在可以明显感受到的是空气质量要比前几年好太多了。如果在推行装配式建筑方面更加深入，空气质量将更加好。
2 装配式建筑面临的困境
装配式建筑推广在开发商和政府层面都受到了严重的阻力。我们前几年在推广装配式建筑时经常用的口号是环保、建设快、成本低，但实际的情况是环保、建设慢、成本高，这样一个现实对于开发商来说是绝对不愿意接受的，因为开发商只关心两件事，高周转和高利润，环保对于开发商来说只是一个政治口号。所以现在因为政策原因，开发商对于装配式建筑仅仅是有兴趣，没行动。在政府层面，因为这个推广装配式建筑是国家的战略，所以政府也是用各种补贴的方式来鼓励开发商进行装配式建筑建设，但是由于质检机关发现实际的装配式建筑由于施工技术和人员素质原因导致在建工程远远达不到设计的安全性要求，这样强推下去势必会为下一次地震埋下一颗巨雷，所以最近在官方层面，对于装配式建筑推广的口风也在缩紧。
既然装配式建筑遇到这么多问题，那还有没有必要推广？当然是应当推广的。首先装配式建筑对环保来说是非常有利的，人力成本在将来将会大幅度上升，批量同质化生产可以大幅降低商品成本并极大缩短建设周期-真正实现房子从金融属性向商品属性转换，并且目前已经有了比较完善的设计技术规程，所以不能因为一些困难就止步不前。
3 装配式建筑破局
(1)深刻理解工业化核心思想
前面已经讲到，装配式实际运用过程中其实是建设周期慢、成本高、安全性不可靠。其实这些问题的根源就在于目前每一栋装配式建筑都只能算是实验样品。我们通常描述装配式建筑时都会加上工业化这个关键词，但是我们并没有体会到工业化的核心-批量化、标准化、验证样品。汽车和手机生产是工业化的典型代表，生产一辆汽车或者手机，涉及到的零件成千上万，每个零件都需要对应的模具，和装配式构件模具一样，模具的设计制作成本非常高，如果一套模具只用于一辆汽车或者手机，那一辆汽车或者手机的价格将是天价。正是由于大规模批量生产标准零件，将模具费均摊到每个零件中，然后大批量组装成一模一样的汽车或者手机，我们今天才能用相当低廉的价格购买，批量化的结果就是让商品成本无限接近材料成本。更为重要的是，每一款汽车或者手机，都是有过若干工程样品的，在研发时用于验证设计的正确性、产品的可组装性、产品的安全性等，简单来说，样品就是残次品，但它却是合格品的基础。我们目前的每一栋装配式建筑就是残次品，因为没有通过各种验证。
(2)构建装配式建筑的样品验证体系
装配式建筑也是可以借鉴工业化思路做样品验证的，但是有个前提，也必须进行批量生产。装配式建筑由于体型巨大，所以不可能像汽车或者手机一样，可以全部采用1:1样品验证，所以生产装配式建筑样品非常复杂，成本也高昂。装配式建筑的样品验证方法按照不同建筑物和不同阶段可分为原尺寸验证、缩尺寸验证、单层验证、3D打印验证、软件仿真模拟验证。
原尺寸验证就是用1:1的预制构件组装成样品进行验证。很明显这种方式最接近实际情况，但是不能用于太高或者太大的建筑，最适合用于别墅，因为别墅可以同质化批量生产。
缩尺寸验证是生产按比例缩小的预制构件组装成样品进行验证。这种情况可以用于较高或者较大的建筑，但是缩尺后几何形状和拼装可能性基本能验证，但是对于受力情况却不能简单用线形关系来验证，这就需要进行比较复杂的非线性等效受力分析。
单层验证是用1:1的预制构件组装建筑的某一层来进行验证。该方法可以完全验证几何形状和可组装性，但是不能完全验证受力特征。适用于平面复杂的建筑，需要重点验证几何和可组装性。
3D打印验证是利用3D打印机打印出构件组装成样品进行验证。该方法可用于验证几何形状和可组装性，不能验证受力特征，该方法特点是构件生产成本低、重量轻，验证周期短，适用于初步验证。
软件仿真模拟验证是利用专业BIM软件将信息化预制构件在虚拟环境中组装成样品来验证。该方法可以验证几何形状和可组装性，未来也可以验证受力特征，但是由于在虚拟环境中验证，因此和实际情况会有一定差别。该方法相比3D打印，验证成本更低、周期更短，所以适用于最初的验证阶段。目前业界提的比较多的模拟施工就属于该方法。
从上面提到的样品验证方法可以看出，基本都能验证几何形状和可组装性，但是对于受力特征验证不是所有方法都可以，其实只要按照设计规范进行装配式建筑设计，那么验证阶段受力特征是可以弱化或者忽略。另外，和汽车或者手机不一样的是建筑是固定物体，所以需要有基础，而基础会因地而异，所以基础变化形式较多，让相同的上部结构适应不同的基础是一个值得研究的问题。
(3)消除大众对于装配式建筑的惯性认知
批量化生产可能面临一个大众认知问题。由于惯性思维，我们认为每一栋建筑都应该不一样，开发商投入大量财力建设，消费者花了一辈子的积蓄购买，两者都认为建筑应该是一件独一无二的艺术品，所以从来没有想过在不同的小区也可以有一样的房子。这种认知会阻挡开发商的建设热情和消费者的购买欲望，但是这种观念是比较容易改变的。房子的价格有贵有便宜的，但是不取决于产品本身，更多取决于地价，所以我们要清楚认识到大部分钱是花在毫无美感的土地上的。我们花了几百万购买的跑车也绝对不是独一无二的，肯定是有大批量同款投入了市场，估计也就是千万级别的豪车才有正真意义上的私人定制，我们花几十万购买的私家车满大街都一样，所以为什么我们要在乎长一样的房子呢？即使有时候需要彰显个性，我们可以进行普通定制，工业化范畴的普通定制基本就是颜色定制和局部材料定制，没必要进行建筑行业的全过程独一无二的定制设计。批量化的装配式建筑实际价值就相当于一辆私家车，住着一样的房子并不显得我们都一样庸俗，并且只要不改结构，改一下建筑的颜色和局部材料，对于装配式建筑也比较容易定制，所以不要太在乎一栋建筑的外形，实际上也没有几个人实际欣赏或者品味自家小区的形态，更多只是心理上的在意。
(4)装配式建筑设计要有新思维
装配式建筑的批量化生产除了统一几何形状外，难点是统一构件的受力特点。但是钢结构设计提供了一个比较好的思路，先选钢材型号，对于型钢来说，型号确定了，受力特征就定了，然后再用选定的构件型号进行设计。混凝土构件也完全可以做到，工厂提供一个带有受力特征的构件库供设计师选择，或者国家来制定一个标准构件图集供设计师选择，比如一根200x400的梁，根据跨度不同，配筋不同，承受的弯矩、剪力、扭矩也不同，配筋可以50KN.m的弯矩增量来设计，然后设计成100KN.m、150KN.m、200KN.m、250KN.m、300KN.m、350KN.m、400KN.m的梁，如果在设计中，首先选择了有根200x400的梁需要309KN.m的承载力，那就可以选择350KN.m型号的预制构件。从构件选型来看，承载力可能会出现富余情况，会提高成本，但是只要进行了批量化生产，每个型号的构件都能用于不同建筑物，这种成本的增加将完全可以忽略。这种试算设计方式比较容易实现，当解决了构件设计和标准化的问题，装配式的实际应用就前进了一大步。
(5)装配式建筑施工质量控制
装配式建筑施工是非常重要的一个问题，目前正是因为施工质量不达标才导致政府层面不敢轻易大力推广装配式建筑。构件成型的精度是施工质量好坏的重要因素，因为构件的组装往往需要准确搭接各种直径的钢筋，还有各种错综复杂的钢筋穿插关系，处理这些钢筋关系可能差个5mm就会导致很大的组装问题，这种问题一多就导致比较大的施工问题。除了构件精度这个因素，施工技术是一个更加关键的因素，这涉及到人员技术能力、施工管理能力、机械载重能力。目前很多施工问题都是由于人员错误操作导致的，比如在套筒对接不上时割断钢筋，随意弯折预留伸出钢筋，灌浆质量差，这些操作会极大影响建筑的安全性。装配式建筑的构件数量特别多，目前施工方对于构件的存放非常不合理，经常起吊错误构件，吊装方向错误，花费很长时间寻找待组装构件，组装先后顺序错误，这些问题严重影响建设进度。混凝土构件的重量大，运输时对车辆的要求高，运输费用高，吊装时对机械的载重能力要求高，构件惯性大，难精确放置。相比设计和构件制作，施工技术更加需要工程经验的积累。
(6)装配式建筑目前最佳突破口
混凝土装配式别墅是推广装配式建筑的突破口。众所周知，别墅就是住宅，住的舒服是消费者唯一诉求，设计再复杂也就是客厅、卧室、厨卫、书房、阳台进行不同组合，这么多年的建设经验几乎把所有的组合都尝试过了，所以别墅的平面布置可以采用消费者接受高且成熟的组合。别墅是多层建筑，对基础承载力要求不高，基础设计简单。别墅只要不是非常异形，其结构安全且受力简单，其结构内力很小，基本都是构造配筋，统一构件配筋的代价小，构件容易归并生产。更重要的是别墅体型较小，可以异地进行原尺寸验证，在验证阶段可以培养技术人员的技术能力、充分优化施工管理、确定合适的吊装设备。某个户型一旦通过样品验证，再进行构件批量生产和实地组装将最大限度避免各种问题，一旦在短时间内大量建设出质量优良的装配式别墅，这将是整个建筑行业的里程碑。
4 政策要和工业化相适应
前面讲述的几乎全部是技术分析，然而，工程建设由于涉及资金巨大，事故后果严重，所以与政策有着相当密切的联系。一项工程建设，前期的操作基本都与政策相关，比如拿地流程、设计条件、报建程序等都是侧重政策性操作，设计过程的消防、人防、施工图审核政策，施工阶段环保、合同纠纷政策，出售时的预售、定价政策，总之建设工程全过程都和政策有密切关系。
政府要制定与装配式建筑相关的政策才能顺利推广装配式建筑。目前针对于装配式的政策基本都是开发前期政策，比如认证装配式建筑的装配率政策，鼓励开发商进行装配式建筑建设的面积奖励、金额补贴、税费降低政策。因为成熟的装配式建筑在工地施工时间短、环境污染小，所以施工阶段的政策无需做出太多调整。目前缺少的是设计阶段的政策，如果要批量生产相同的装配式建筑，就有必要取消每栋建筑的施工图都要审核的政策，对处于相同抗震等级、相同地质条件下的装配式建筑进行一次图审即可，以达到节约图审时间，变相缩短建设周期。改变装配式建筑施工图权属关系，从之前由开发商委托设计院进行设计改为由装配式厂家委托设计院进行设计，这类似工业化企业对其产品拥有知识产权的情况，这会督促构件生产厂家重视其提供产品的质量。装配式厂家提供各种房子产品，开发商转变为经销商，根据市场反馈从厂家采购热销产品，这样才是建筑工业化道路。
近年国家强力推行装配式建筑，一个最重要的原因就是环保问题。近几年的环保问题非常严峻，已经到了威胁全国人民身体健康、城市国家形象地步，产生这种严重的空气污染的原因也非常明显，工业废气，汽车尾气，建筑粉尘是空气污染的三大人为因素，有数据显示北京雾霾颗粒中机动车尾气占22.2%，燃煤占16.7%，扬尘占16.3%，工业占15.7%，所以国家的政策也非常明确，关闭大量排放超标的重工业企业和强制煤改气，提倡新能源汽车，推行装配式建筑。这些政策执行比较深入的是重工业企业的关闭和煤改气，比如关闭了大量钢铁、水泥、铝制品等生产企业，北方供暖之前全部采用的是煤矿，现在强制改用天然气供暖。在新能源汽车推行方面也有显著的成绩，几乎所有的出租车和公交车都改为天然气或者电动汽车，下一步是逐步推广新能源私家汽车。在推行装配式建筑方面则遇到很大阻力，虽然在局部取得一定成绩，比如上海，但是还远没有达到国家的要求。这些环保政策当然也带来了很多问题，比如原材料价格上涨，大量工人失业，但是我们现在可以明显感受到的是空气质量要比前几年好太多了。如果在推行装配式建筑方面更加深入，空气质量将更加好。
2 装配式建筑面临的困境
装配式建筑推广在开发商和政府层面都受到了严重的阻力。我们前几年在推广装配式建筑时经常用的口号是环保、建设快、成本低，但实际的情况是环保、建设慢、成本高，这样一个现实对于开发商来说是绝对不愿意接受的，因为开发商只关心两件事，高周转和高利润，环保对于开发商来说只是一个政治口号。所以现在因为政策原因，开发商对于装配式建筑仅仅是有兴趣，没行动。在政府层面，因为这个推广装配式建筑是国家的战略，所以政府也是用各种补贴的方式来鼓励开发商进行装配式建筑建设，但是由于质检机关发现实际的装配式建筑由于施工技术和人员素质原因导致在建工程远远达不到设计的安全性要求，这样强推下去势必会为下一次地震埋下一颗巨雷，所以最近在官方层面，对于装配式建筑推广的口风也在缩紧。
既然装配式建筑遇到这么多问题，那还有没有必要推广？当然是应当推广的。首先装配式建筑对环保来说是非常有利的，人力成本在将来将会大幅度上升，批量同质化生产可以大幅降低商品成本并极大缩短建设周期-真正实现房子从金融属性向商品属性转换，并且目前已经有了比较完善的设计技术规程，所以不能因为一些困难就止步不前。
3 装配式建筑破局
(1)深刻理解工业化核心思想
前面已经讲到，装配式实际运用过程中其实是建设周期慢、成本高、安全性不可靠。其实这些问题的根源就在于目前每一栋装配式建筑都只能算是实验样品。我们通常描述装配式建筑时都会加上工业化这个关键词，但是我们并没有体会到工业化的核心-批量化、标准化、验证样品。汽车和手机生产是工业化的典型代表，生产一辆汽车或者手机，涉及到的零件成千上万，每个零件都需要对应的模具，和装配式构件模具一样，模具的设计制作成本非常高，如果一套模具只用于一辆汽车或者手机，那一辆汽车或者手机的价格将是天价。正是由于大规模批量生产标准零件，将模具费均摊到每个零件中，然后大批量组装成一模一样的汽车或者手机，我们今天才能用相当低廉的价格购买，批量化的结果就是让商品成本无限接近材料成本。更为重要的是，每一款汽车或者手机，都是有过若干工程样品的，在研发时用于验证设计的正确性、产品的可组装性、产品的安全性等，简单来说，样品就是残次品，但它却是合格品的基础。我们目前的每一栋装配式建筑就是残次品，因为没有通过各种验证。
(2)构建装配式建筑的样品验证体系
装配式建筑也是可以借鉴工业化思路做样品验证的，但是有个前提，也必须进行批量生产。装配式建筑由于体型巨大，所以不可能像汽车或者手机一样，可以全部采用1:1样品验证，所以生产装配式建筑样品非常复杂，成本也高昂。装配式建筑的样品验证方法按照不同建筑物和不同阶段可分为原尺寸验证、缩尺寸验证、单层验证、3D打印验证、软件仿真模拟验证。
原尺寸验证就是用1:1的预制构件组装成样品进行验证。很明显这种方式最接近实际情况，但是不能用于太高或者太大的建筑，最适合用于别墅，因为别墅可以同质化批量生产。
缩尺寸验证是生产按比例缩小的预制构件组装成样品进行验证。这种情况可以用于较高或者较大的建筑，但是缩尺后几何形状和拼装可能性基本能验证，但是对于受力情况却不能简单用线形关系来验证，这就需要进行比较复杂的非线性等效受力分析。
单层验证是用1:1的预制构件组装建筑的某一层来进行验证。该方法可以完全验证几何形状和可组装性，但是不能完全验证受力特征。适用于平面复杂的建筑，需要重点验证几何和可组装性。
3D打印验证是利用3D打印机打印出构件组装成样品进行验证。该方法可用于验证几何形状和可组装性，不能验证受力特征，该方法特点是构件生产成本低、重量轻，验证周期短，适用于初步验证。
软件仿真模拟验证是利用专业BIM软件将信息化预制构件在虚拟环境中组装成样品来验证。该方法可以验证几何形状和可组装性，未来也可以验证受力特征，但是由于在虚拟环境中验证，因此和实际情况会有一定差别。该方法相比3D打印，验证成本更低、周期更短，所以适用于最初的验证阶段。目前业界提的比较多的模拟施工就属于该方法。
从上面提到的样品验证方法可以看出，基本都能验证几何形状和可组装性，但是对于受力特征验证不是所有方法都可以，其实只要按照设计规范进行装配式建筑设计，那么验证阶段受力特征是可以弱化或者忽略。另外，和汽车或者手机不一样的是建筑是固定物体，所以需要有基础，而基础会因地而异，所以基础变化形式较多，让相同的上部结构适应不同的基础是一个值得研究的问题。
(3)消除大众对于装配式建筑的惯性认知
批量化生产可能面临一个大众认知问题。由于惯性思维，我们认为每一栋建筑都应该不一样，开发商投入大量财力建设，消费者花了一辈子的积蓄购买，两者都认为建筑应该是一件独一无二的艺术品，所以从来没有想过在不同的小区也可以有一样的房子。这种认知会阻挡开发商的建设热情和消费者的购买欲望，但是这种观念是比较容易改变的。房子的价格有贵有便宜的，但是不取决于产品本身，更多取决于地价，所以我们要清楚认识到大部分钱是花在毫无美感的土地上的。我们花了几百万购买的跑车也绝对不是独一无二的，肯定是有大批量同款投入了市场，估计也就是千万级别的豪车才有正真意义上的私人定制，我们花几十万购买的私家车满大街都一样，所以为什么我们要在乎长一样的房子呢？即使有时候需要彰显个性，我们可以进行普通定制，工业化范畴的普通定制基本就是颜色定制和局部材料定制，没必要进行建筑行业的全过程独一无二的定制设计。批量化的装配式建筑实际价值就相当于一辆私家车，住着一样的房子并不显得我们都一样庸俗，并且只要不改结构，改一下建筑的颜色和局部材料，对于装配式建筑也比较容易定制，所以不要太在乎一栋建筑的外形，实际上也没有几个人实际欣赏或者品味自家小区的形态，更多只是心理上的在意。
(4)装配式建筑设计要有新思维
装配式建筑的批量化生产除了统一几何形状外，难点是统一构件的受力特点。但是钢结构设计提供了一个比较好的思路，先选钢材型号，对于型钢来说，型号确定了，受力特征就定了，然后再用选定的构件型号进行设计。混凝土构件也完全可以做到，工厂提供一个带有受力特征的构件库供设计师选择，或者国家来制定一个标准构件图集供设计师选择，比如一根200x400的梁，根据跨度不同，配筋不同，承受的弯矩、剪力、扭矩也不同，配筋可以50KN.m的弯矩增量来设计，然后设计成100KN.m、150KN.m、200KN.m、250KN.m、300KN.m、350KN.m、400KN.m的梁，如果在设计中，首先选择了有根200x400的梁需要309KN.m的承载力，那就可以选择350KN.m型号的预制构件。从构件选型来看，承载力可能会出现富余情况，会提高成本，但是只要进行了批量化生产，每个型号的构件都能用于不同建筑物，这种成本的增加将完全可以忽略。这种试算设计方式比较容易实现，当解决了构件设计和标准化的问题，装配式的实际应用就前进了一大步。
(5)装配式建筑施工质量控制
装配式建筑施工是非常重要的一个问题，目前正是因为施工质量不达标才导致政府层面不敢轻易大力推广装配式建筑。构件成型的精度是施工质量好坏的重要因素，因为构件的组装往往需要准确搭接各种直径的钢筋，还有各种错综复杂的钢筋穿插关系，处理这些钢筋关系可能差个5mm就会导致很大的组装问题，这种问题一多就导致比较大的施工问题。除了构件精度这个因素，施工技术是一个更加关键的因素，这涉及到人员技术能力、施工管理能力、机械载重能力。目前很多施工问题都是由于人员错误操作导致的，比如在套筒对接不上时割断钢筋，随意弯折预留伸出钢筋，灌浆质量差，这些操作会极大影响建筑的安全性。装配式建筑的构件数量特别多，目前施工方对于构件的存放非常不合理，经常起吊错误构件，吊装方向错误，花费很长时间寻找待组装构件，组装先后顺序错误，这些问题严重影响建设进度。混凝土构件的重量大，运输时对车辆的要求高，运输费用高，吊装时对机械的载重能力要求高，构件惯性大，难精确放置。相比设计和构件制作，施工技术更加需要工程经验的积累。
(6)装配式建筑目前最佳突破口
混凝土装配式别墅是推广装配式建筑的突破口。众所周知，别墅就是住宅，住的舒服是消费者唯一诉求，设计再复杂也就是客厅、卧室、厨卫、书房、阳台进行不同组合，这么多年的建设经验几乎把所有的组合都尝试过了，所以别墅的平面布置可以采用消费者接受高且成熟的组合。别墅是多层建筑，对基础承载力要求不高，基础设计简单。别墅只要不是非常异形，其结构安全且受力简单，其结构内力很小，基本都是构造配筋，统一构件配筋的代价小，构件容易归并生产。更重要的是别墅体型较小，可以异地进行原尺寸验证，在验证阶段可以培养技术人员的技术能力、充分优化施工管理、确定合适的吊装设备。某个户型一旦通过样品验证，再进行构件批量生产和实地组装将最大限度避免各种问题，一旦在短时间内大量建设出质量优良的装配式别墅，这将是整个建筑行业的里程碑。
4 政策要和工业化相适应
前面讲述的几乎全部是技术分析，然而，工程建设由于涉及资金巨大，事故后果严重，所以与政策有着相当密切的联系。一项工程建设，前期的操作基本都与政策相关，比如拿地流程、设计条件、报建程序等都是侧重政策性操作，设计过程的消防、人防、施工图审核政策，施工阶段环保、合同纠纷政策，出售时的预售、定价政策，总之建设工程全过程都和政策有密切关系。
政府要制定与装配式建筑相关的政策才能顺利推广装配式建筑。目前针对于装配式的政策基本都是开发前期政策，比如认证装配式建筑的装配率政策，鼓励开发商进行装配式建筑建设的面积奖励、金额补贴、税费降低政策。因为成熟的装配式建筑在工地施工时间短、环境污染小，所以施工阶段的政策无需做出太多调整。目前缺少的是设计阶段的政策，如果要批量生产相同的装配式建筑，就有必要取消每栋建筑的施工图都要审核的政策，对处于相同抗震等级、相同地质条件下的装配式建筑进行一次图审即可，以达到节约图审时间，变相缩短建设周期。改变装配式建筑施工图权属关系，从之前由开发商委托设计院进行设计改为由装配式厂家委托设计院进行设计，这类似工业化企业对其产品拥有知识产权的情况，这会督促构件生产厂家重视其提供产品的质量。装配式厂家提供各种房子产品，开发商转变为经销商，根据市场反馈从厂家采购热销产品，这样才是建筑工业化道路。