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(chǔ)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(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)件預(yù)制工廠化、施工機械化”的“三化論”。從20世紀(jì)80年代末期開始，我國的裝配式建筑經(jīng)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(jì)迎來了復(fù)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(xué)習(xí)“三化論”的基礎(chǔ)上，提出了新的“五化一體”概念，補充增加了“機電內(nèi)裝一體化與管理信息化”。2016年葉浩文同志在中國建筑學(xué)會建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展委員會成立大會上，代表學(xué)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(zhuǎn)型發(fā)展，向著工業(yè)化、綠色化、信息化系統(tǒng)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(jié)合中國條件，逐步實現(xiàn)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(chǎn)方式來多快好省地建設(shè)社會主義的。

  19世紀(jì)中葉以后，在一些技術(shù)先進的國家里生產(chǎn)已逐步走上機械化生產(chǎn)的道路。唯獨房屋的建造，卻還是基本上以手工業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)、加工和運輸，都已逐漸走向機械化；但到了每一棟房屋的設(shè)計和建造，卻還是像千百年前一樣，由設(shè)計人員個別設(shè)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(shè)計，這樣施工，自然就越來越難以適應(yīng)不斷發(fā)展的生產(chǎn)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(fù)、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(jīng)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(tǒng)形式以及繁縟雕飾，以簡化設(shè)計施工的過程，并且在藝術(shù)處理上企圖把一些新材料、新結(jié)構(gòu)的特征表現(xiàn)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(yīng)用了生產(chǎn)汽車的方式制造運輸艦只，徹底改變了大型船只個別設(shè)計、個別制造的古老傳統(tǒng)，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(jié)構(gòu)、施工等各個方面探索研究，進行設(shè)計。“預(yù)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(jié)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(gòu)件在工廠預(yù)制；要預(yù)制就必須使構(gòu)件的類型、規(guī)格盡可能少，并且要規(guī)格統(tǒng)一，趨向標(biāo)準(zhǔn)化。因此標(biāo)準(zhǔn)化就成了大規(guī)模、高速度建造的前提。

  標(biāo)準(zhǔn)化的目的在于便于工廠（或現(xiàn)場）預(yù)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(xí)慣。此外，既是預(yù)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(gòu)件搭在一起，房子就蓋起來了。因此，“標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)的制定，除了要從結(jié)構(gòu)、施工的角度考慮外，更基本的是要從適用——即生產(chǎn)和生活的需要的角度考慮。這里面的一個關(guān)鍵就是如何讓求得一些最恰當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)尺寸的問題。

  多樣化的生產(chǎn)和生活需要不同大小的空間，因而需要不同尺寸的構(gòu)件。怎樣才能使比較少數(shù)的若干標(biāo)準(zhǔn)尺寸足以適應(yīng)層出不窮的適用方面的要求呢？除了構(gòu)件應(yīng)按大小分為若干等級外，還有一個極重要的模數(shù)問題。所謂“模數(shù)”就是一座建筑物本身各部分以及每一主要構(gòu)件的長、寬、高的尺寸的最大公約數(shù)，每一個重要尺寸都是這一模數(shù)的倍數(shù)。只要在以這模數(shù)構(gòu)成的“格網(wǎng)”之內(nèi)，一切構(gòu)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(yīng)不同的需要。模數(shù)不但要適應(yīng)生產(chǎn)和生活的需要，適應(yīng)材料特征，便于預(yù)制和機械化施工，而且應(yīng)從比例上的藝術(shù)效果考慮。我國古來雖有“材”、“分”、“斗口”等模數(shù)傳統(tǒng)，但由于它們只適于木材的手工業(yè)加工和殿堂等簡單結(jié)構(gòu)，而且模數(shù)等級太多，單位太小，顯然是不能適用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)。

  建筑師們還發(fā)現(xiàn)僅僅使構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化還不夠，又從兩方面進一步發(fā)展并擴大了標(biāo)準(zhǔn)化的范疇。一方面是利用標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件組成各種“標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化配合，湊成種種標(biāo)準(zhǔn)單元。一幢住宅就可以由若干個這種或那種標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)部管線設(shè)備比較復(fù)雜的房間，如住宅中的廚房、浴室等，在廠內(nèi)整體全部預(yù)制完成，做成一個個“匣子”，運到現(xiàn)場，吊起安放在設(shè)計預(yù)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(yù)制和裝配施工的角度考慮，首先要解決的是標(biāo)準(zhǔn)化的問題。但從運輸和吊裝的角度考慮，則構(gòu)件的最大允許尺寸和重量又是不容忽視的。總的要求是要“大而輕”。因此，在吊車和載重汽車能力有限的條件下，如何減輕構(gòu)件重量，加大構(gòu)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(jié)果：一方面是許多輕質(zhì)材料，如礦棉、陶粒、泡沫矽酸鹽、輕質(zhì)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(jié)構(gòu)方法的產(chǎn)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(yīng)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(yù)制，務(wù)求既大且輕。同時，怎樣使這些構(gòu)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(shè)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(jīng)有了無軌塔式起重機，但尚未普遍應(yīng)用）。在“設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化，構(gòu)件預(yù)制工廠化，施工機械化”的前提下圓滿地處理建筑物的藝術(shù)效果的問題，在“千篇一律”中取得“千變?nèi)f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(tǒng)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(lián)和其他技術(shù)先進的國家已經(jīng)有了不少相當(dāng)成功的嘗試。“三化”是我們多快好省地進行社會主義基本建設(shè)的方向。但“三化”的問題是十分錯綜復(fù)雜，彼此牽掛聯(lián)系著的，必須由規(guī)劃、設(shè)計、材料、結(jié)構(gòu)、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(xiàn)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?！叭闭诎呀ㄖ┕ひ稀案稍铩钡牡缆?。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(jié)構(gòu)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(jié)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(shè)的任務(wù)比較輕了。

  我們應(yīng)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(nèi)科學(xué)研究的重點中心問題，以期在將來大規(guī)模建設(shè)中盡可能早日實現(xiàn)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(guān)鍵詞，例如“模數(shù)”、“網(wǎng)格”、“標(biāo)準(zhǔn)化單元”、“匣子”、“三化”等。雖然時間過去了半個世紀(jì)，這些關(guān)鍵詞依然是發(fā)展裝配式建筑經(jīng)常被提及的概念。就目前而言，有些內(nèi)容是進步了的，有些還是在原地踏步，還有一些甚至出現(xiàn)了倒退?，F(xiàn)階段我們肩負著歷史與行業(yè)發(fā)展的使命，以“預(yù)制夢想、裝配未來”為發(fā)展理念，提出“五化一體”的產(chǎn)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(nèi)容摘自《裝配式混凝土建筑設(shè)計》，該書由中建科技有限公司、中建裝配式建筑設(shè)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。