裝配式建筑的“三化論”

  緒論

  裝配式建筑古已有之，希臘古典柱式中的柱頭、柱身及柱礎以裝配的方式組裝在一起。裝配式建筑不是舶來品，我國古建筑中的榫卯、斗栱均采用了裝配組裝的方式，整棟建筑甚至可以不用一顆鉚釘和一滴膠水，僅通過榫卯干式連接的方式就可以建造完成。建筑業(yè)泰斗梁思成先生在1962年即提出了“設計標準化、構件預制工廠化、施工機械化”的“三化論”。從20世紀80年代末期開始，我國的裝配式建筑經歷了從一度繁盛到逐步走向衰落的過程。停滯了近20年的裝配式建筑，終于在21世紀迎來了復蘇。隨著時代的發(fā)展和科技的進步，裝配式建筑行業(yè)在吸收并學習“三化論”的基礎上，提出了新的“五化一體”概念，補充增加了“機電內裝一體化與管理信息化”。2016年葉浩文同志在中國建筑學會建筑產業(yè)現代化發(fā)展委員會成立大會上，代表學會作了《建筑工業(yè)化“三個一體化”的發(fā)展思維》主題報告，首先提出了“三個一體化”發(fā)展論，為行業(yè)轉型發(fā)展，向著工業(yè)化、綠色化、信息化系統集成的方向邁進提供了理論支持和實踐方法論。

  裝配式建筑的“三化論”

  1962年9月9日梁思成先生在《人民日報》上撰文《從拖泥帶水到干凈利索》。在此非常有必要以敬仰的心態(tài)，重溫梁先生的文字，原文如下：

  “結合中國條件，逐步實現建筑工業(yè)化?！边@是黨給我們建筑工作者指出的方向。我們是不可能靠手工業(yè)生產方式來多快好省地建設社會主義的。

  19世紀中葉以后，在一些技術先進的國家里生產已逐步走上機械化生產的道路。唯獨房屋的建造，卻還是基本上以手工業(yè)生產方式施工。雖然其中有些工作或工種，如土方工程，主要建筑材料的生產、加工和運輸，都已逐漸走向機械化；但到了每一棟房屋的設計和建造，卻還是像千百年前一樣，由設計人員個別設計，由建筑工人用雙手將一塊塊磚、一塊塊石頭，用濕淋淋的灰漿壘砌；把一副副的桁架、梁、柱，就地砍鋸刨鑿，安裝起來。這樣設計，這樣施工，自然就越來越難以適應不斷發(fā)展的生產和生活的需要。

  第一次世界大戰(zhàn)后，歐洲許多城市遭到破壞，亟待恢復、重建，但人力、物力、財力又都缺乏，建筑師、工程師們于是開始探索最經濟地建造房屋的途徑。這時期他們努力的主要方向在擺脫歐洲古典建筑的傳統形式以及繁縟雕飾，以簡化設計施工的過程，并且在藝術處理上企圖把一些新材料、新結構的特征表現在建筑物的外表上。

  第二次的世界大戰(zhàn)中，造船工業(yè)初次應用了生產汽車的方式制造運輸艦只，徹底改變了大型船只個別設計、個別制造的古老傳統，大大地提高了造船速度。從這里受到啟示，建筑師們就提出了用流水線方式來建造房屋的問題，并且從材料、結構、施工等各個方面探索研究，進行設計?！邦A制房屋”成了建筑界研究試驗的中心問題。一些試驗性的小住宅也試建起來了。

  在這整個探索、研究、試驗，一直到初步成功，開始大量建造的過程中，建筑師、工程師們得出的結論是：要大量、高速地建造就必須利用機械施工；要機械施工就必須使建造裝配化；要建造裝配化就必須將構件在工廠預制；要預制就必須使構件的類型、規(guī)格盡可能少，并且要規(guī)格統一，趨向標準化。因此標準化就成了大規(guī)模、高速度建造的前提。

  標準化的目的在于便于工廠（或現場）預制，便于用機械裝配搭蓋，但是又必須便于運輸；它必須符合一個國家的工業(yè)化水平和人民的生活習慣。此外，既是預制，也就要求盡可能接近完成，裝配起來后就無需再加工或者盡可能少加工?？偟哪康氖且笊w房子像孩子玩積木那樣，把一塊塊構件搭在一起，房子就蓋起來了。因此，“標準應該怎樣制訂”就成了近20年來建筑師、工程師們不斷研究的問題。

  標準的制定，除了要從結構、施工的角度考慮外，更基本的是要從適用——即生產和生活的需要的角度考慮。這里面的一個關鍵就是如何讓求得一些最恰當的標準尺寸的問題。

  多樣化的生產和生活需要不同大小的空間，因而需要不同尺寸的構件。怎樣才能使比較少數的若干標準尺寸足以適應層出不窮的適用方面的要求呢？除了構件應按大小分為若干等級外，還有一個極重要的模數問題。所謂“模數”就是一座建筑物本身各部分以及每一主要構件的長、寬、高的尺寸的最大公約數，每一個重要尺寸都是這一模數的倍數。只要在以這模數構成的“格網”之內，一切構件都可以橫、直、反、正、上、下、左、右地拼湊成一個方整體，湊成各種不同長、寬、高比的房間，如同擺七巧板那樣，以適應不同的需要。模數不但要適應生產和生活的需要，適應材料特征，便于預制和機械化施工，而且應從比例上的藝術效果考慮。我國古來雖有“材”、“分”、“斗口”等模數傳統，但由于它們只適于木材的手工業(yè)加工和殿堂等簡單結構，而且模數等級太多，單位太小，顯然是不能適用于現代工業(yè)生產。

  建筑師們還發(fā)現僅僅使構件標準化還不夠，又從兩方面進一步發(fā)展并擴大了標準化的范疇。一方面是利用標準構件組成各種“標準單元”，例如在大量建造的住宅中從一戶一室到一戶若干室的標準化配合，湊成種種標準單元。一幢住宅就可以由若干個這種或那種標準單元搭配布置。另一方面的發(fā)展就是把各種房間，特別是體積不太大而內部管線設備比較復雜的房間，如住宅中的廚房、浴室等，在廠內整體全部預制完成，做成一個個“匣子”，運到現場，吊起安放在設計預定的位置上。這樣，把許多“匣子”壘疊在一起，一幢房屋就建成了。

  從工廠預制和裝配施工的角度考慮，首先要解決的是標準化的問題。但從運輸和吊裝的角度考慮，則構件的最大允許尺寸和重量又是不容忽視的?？偟囊笫且按蠖p”。因此，在吊車和載重汽車能力有限的條件下，如何減輕構件重量，加大構件尺寸，就成了建筑師、工程師，特別是材料工程師和建筑機械工程師所研究的問題。研究試驗的結果：一方面是許多輕質材料，如礦棉、陶粒、泡沫矽酸鹽、輕質混凝土等等和一些隔熱、隔聲材料以及許多新的高強輕材料和結構方法的產生和運用；一方面是各種大型板材（例如一間房的完整的一面墻做成一整塊，包括門、窗、管、線、隔熱、隔聲、油飾、粉刷等，一應俱全，全部加工完畢），大型砌塊，乃至上文所提到的整個房間之預制，務求既大且輕。同時，怎樣使這些構件、板材等接合，也成了重要的問題。

  機械化施工不但影響房屋本身的設計，而且也影響到房屋組群的規(guī)劃。顯然，參差錯落，變化多端的排列方式是不便于在軌道上移動的塔式起重機的操作的（雖然目前已經有了無軌塔式起重機，但尚未普遍應用）。在“設計標準化，構件預制工廠化，施工機械化”的前提下圓滿地處理建筑物的藝術效果的問題，在“千篇一律”中取得“千變萬化”，的確不是一個容易解答的難題，需要作巨大努力。

  我國古代哲匠的傳統辦法雖然可以略資借鑒，但顯然是不能解決今天的問題的，但在蘇聯和其他技術先進的國家已經有了不少相當成功的嘗試?！叭笔俏覀兌嗫旌檬〉剡M行社會主義基本建設的方向。但“三化”的問題是十分錯綜復雜，彼此牽掛聯系著的，必須由規(guī)劃、設計、材料、結構、施工、建筑機械等方面人員共同研究解決。幾千年來，建筑工程都是將原材料運到工地現場加工，“拖泥帶水”地砌磚壘石、抹刷墻面、頂棚和門窗、地板的活路。“三化”正在把建筑施工引上“干燥”的道路。近幾年來，我國的建筑工作者已開始做了些重點試驗，如北京的民族飯店和民航大樓以及一些試點住宅等。但只能說在主體結構方面做到“三化”，而在最后加工完成的許多工序上還是不得不用手工業(yè)方式“拖泥帶水”地結束?！叭边€很不徹底；其中許多問題我們還未能很好地解決。目前基本建設的任務比較輕了。

  我們應該充分利用這個有利條件，把“三化”作為我們今后一段時間內科學研究的重點中心問題，以期在將來大規(guī)模建設中盡可能早日實現建筑工業(yè)化。那時候，我們的建筑工作就不要再拖泥帶水了。

  梁先生在文章中提到了很多關鍵詞，例如“模數”、“網格”、“標準化單元”、“匣子”、“三化”等。雖然時間過去了半個世紀，這些關鍵詞依然是發(fā)展裝配式建筑經常被提及的概念。就目前而言，有些內容是進步了的，有些還是在原地踏步，還有一些甚至出現了倒退?，F階段我們肩負著歷史與行業(yè)發(fā)展的使命，以“預制夢想、裝配未來”為發(fā)展理念，提出“五化一體”的產業(yè)發(fā)展方向，堅持“三個一體化”核心思想，時刻牢記“兩提兩減”的裝配式建筑發(fā)展初心。

  注：本文文字內容摘自《裝配式混凝土建筑設計》，該書由中建科技有限公司、中建裝配式建筑設計研究院有限公司、中國建筑發(fā)展有限公司編著，為國家重點研發(fā)計劃資助項目（2016YFC0701900 /2016YFC0701500）研究成果，本書編委會主任葉浩文，副主任葉明、樊則森，由中國建筑工業(yè)出版社出版、發(fā)行。