夏海山:建筑工业化与信息化

北京交通大学建筑与艺术学院院长夏海山


我今天要讲的主题是“建筑的工业化和信息化”。中国建筑经过这些年的发展,伴随着快速城镇化成就巨大,但同时也带来了高污染、高能耗和低质量、低效率等问题。因此建筑效率成为中国建筑行业再发展的一个瓶颈,超过全球工程量50%的中国建筑业需要寻求一个全新的设计建造模式。我们国家经济发展、环境发展因建筑业承担了很大的压力,所以建筑行业其实责任非常大。特别是在新的经济转型期,国家提出“一带一路”发展战略,中国建筑行业也承担着走出去的责任。我们不仅要建设自己,还要走向国际。现在建筑行业也是全球化的过程,对中国建筑业来说,需要注入新的活力。“中国建造”也亟待升级转型,支撑我们国家的“一带一路”战略。

 

中国建筑行业亟待面临的问题较多,和发达国家特别是建筑业比较发达的一些国家相比,他们的工业化程度相当高,特别是具有质量可控、成本可控、进度可控的优势,这些国家的建筑综合效率已经大幅度提高,施工周期和传统方式相比,仅为传统方式的1/3,同时用工量大大减少,施工现场粉尘、噪音、污水等问题都得到了非常好的解决。实际上建筑工业化作为一个成熟的技术在发达国家得到广泛应用,我们对建筑工业化并不陌生,但现在时代的建筑工业化跟以往的建筑工业化还存在很大的差别。

 

简单看一下各国:瑞士80%的住宅是用通过部件为基础建造的;美国住宅标准化率和商业化程度几乎达到100%;法国工业化程度也非常高,建筑行业主要采用的是预应力的混凝土框架式装配体系,这个体系装配率能达到80%,与我们国内现浇建筑方式相比,施工模板减少了85%,脚手架用量减少50%,节能70%,节水80%,节约钢材20%,节地、节石等等都是非常可观的,同时还能减少建筑垃圾83%,节省人工20%-30%,缩短工期30%-50%,这些数据可以看到工业化的效率。

 

特别是现在我们的建筑行业面临环境压力,中国建筑的资源化率实际上到现在为止还不到5%,资源化率非常低,但十几年前,日本、韩国已经达到90%。所以从中国大量建造的成就来看,我们还存在很多问题。在新的时代,我们经济发展面临的压力下,中国建筑行业急需寻找一个新的方式改变原有粗放的建造方式,BIM给建筑工业化注入了强劲的支撑。新的思维和新的技术下,建筑行业面临新的挑战,同时社会需求对建筑行业也是巨大的,在新思维和新技术层面上,大家都在广泛谈论大数据、建造数字化、网络信息技术等,给传统思维模式带来很大的冲击,特别是我们从原有因果的思维逻辑到现在的联系的思维逻辑,这个行业其实是一个跨领域、跨学科的涉及面非常广的行业,涉及资金的投入也非常大,同时在新的理念下,建筑内涵也在发生变化,尤其是我们的生态和能量概念注入到建筑里,原有建筑内涵也发生了很大改变,需要重新评估并重组现有的建筑设计过程、生产施工过程和运行管理的过程,因此重新建构建筑企业、部门、组织以及人员间多方面的协同、协作关系等等,来提升建筑本身的品质和效率。

 

在技术层面上,以英国做一个比对。1999年,英国在一个官方报告里提出:五年内要通过应用信息技术,英国建筑业可以节约30%的项目成本。根据各国相关报道,其实信息化的介入确确实实可以将施工效率大大提升,保守地说将施工工期缩短15%(这是很早以前的数据)。建筑市场带入互联网,可以节约30%-35%的项目成本。这是英国在2000年前后提出的认识,英国这十几年中,在新的技术推动下,建筑行业发展迅速。

 

不仅是英国,各国家都在新的信息化时代推出相应的研究和一些政策导向,特别是德国前几年提出了工业4.0的概念,使得以信息技术为特征的新型工业化成为未来整个全球竞争力的焦点。实施以信息化带动工业化战略,是改造和提升传统建筑行业的一个突破口,是中国建筑从“建造大国”走向“制造强国”的一个必经之路。所以今天我们讨论的话题特别有意义,深入研究如何以信息化带动建筑工业化,是我们中国建筑行业再发展的当务之急。

 

在整个行业里,因为信息技术以及相关很多新的技术出现,也给我们这个行业提供了很多创新驱动,创新方法不断涌现。

 

信息技术和建筑工业4.0

 

信息时代,建筑设计的科学性和准确性,迫切需要用信息技术新的设计方法进行研究和推进建筑行业的发展。但是现在在很多设计第一线看到这个行业有些倒置,施工行业特别有积极性用新技术来推动创新,但是设计行业反而相对滞后,大多数设计师、工程师仍然是用以往的经验进行设计,粗放的方法进行建造,没有把新的技术用到建筑行业里,所以大规模建造建筑的效率和品质很难有大幅提升。

 

总的来说,信息技术为建筑发展所需要的多重系统交互协同的设计,提供了平台和可能。信息技术是促进新型建筑工业化的一个强有力的推手。这里所说的新型建筑工业化,也区别于以往建筑工业化的概念。工业化的核心是一种组织管理的模式,就是一整套系统,特点是分工协作、资源优化配置、程序优化,用最经济的材料在最短的时间建造完成,明确的工业化分工有利于专业化,提高生产效率。

 

以往的建筑工业化一般有三个方面的特点:构建标准化、模式化;施工机械化;现场的装配化、分工细化、程序化。这是我们以往对工业化的一个认识,工业化确实能做到这些优势。但新型工业化有其另一方面的特点,就是新的技术来推动。BIM技术的出现,使建筑工业化迅速加快,特别是BIM技术的参数化、协调性、可视化、模拟性的特点,给建筑工业化提供了很多以往解决不了的解决方案。建筑构件独特性和工业生产的标准化的矛盾,建筑设计和构件制造脱离的矛盾,建筑设计和施工脱离的矛盾等等相关问题,BIM技术都可以有效地解决。

 

新型工业化,是指用信息技术去推动工业化,从设计、预算、建造以及运维各个阶段都能大幅度提高效益。新型工业化有以下几个特点:

 

1、在设计环节构建体系,实现构件化设计,社会化制造和采购,利用互联网技术,跟以往工业化概念有所不同。

 

2、大规模生产与个性化的定制结合,实现快速大规模的定制。这是信息时代出现的特点,工业化不一定是呆板的,可以定制化,也可以个性化。

 

3、将多专业先进技术集成到建筑设计建造中,实现技术集成,克服传统工业化的难题。

 

工业4.0和未来建筑发展趋势

 

德国提出工业4.0指向性非常明确,美国也在新的时代里提出信息时代新硬件时代的战略,中国也提“互联网+”,相对德国来说,工业4.0指向非常精准,利用德国制造业优势,在新的时代里继续保持国家发展的优势。

 

工业4.0包含集中式控制向分散式增强型控制转变,对于建筑行业来说意义非常大,建筑大量采购和运输其实在工业4.0里很多东西得到了颠覆性改变,就像我们现在很多行业一样,最大的出租车公司是自己没有车的,最大的零售商是自己没有实体店,没有产品库存。所以建筑行业未来怎么样?其实我们的信息和网络时代也是带来革命性的变化。

 

将产品的全生命周期和全制造流程的数字化以及基于信息通信技术的模块化的集成,将形成高度灵活个性、数字化的产品与服务的一种生产模式,在这种模式下,BIM是一个核心的技术平台。因此我们看到信息化和工业化的关联性,BIM是促进新型工业化和建筑业信息化发展重要的技术和技术平台。BIM技术是推动建筑的颠覆性革命。在三年前我们开始在住建部承担基于BIM技术绿色建筑数据库项目,这个项目已经完成,也开始在数据库建设,这也是对未来建筑行业很大的变革。

 

建筑的“BIM+”时代

 

我们说“互联网+”,在建筑行业里可以称为“BIM+”。在BIM技术平台上,很多东西可以加载进来。美国目前在BIM领域里大幅推进,不断更新BIM标准的版本,在这方面中国还有大量的工作要做。“BIM+”时代的到来,跟互联网、云计算、大数据以及3D打印、VR/AR技术结合在一起,包括3D GIS结合在一起,从BIM技术平台上有很多延展。比如在3D GIS和BIM集成方面延展到城市层面上,智慧城市、数字城市可以打通平台,一起高效率进行设计施工和运行维护。

 

BIM+VR也是可以大大提升建设很多原来的痛点,解决很多原来难以解决的问题,比如所见非所得和工程控制难的一些问题。实际上VR提供了很多技术新手段,有一种说法是,数字化设计的平台和VR结合将来成为我们泛设计企业的核心竞争力。AR伴随着VR快速发展,不仅是在虚拟环境里,叠加到现实环境里,BIM和AR的结合也有很多发展空间,为我们的城市建造和建筑设计、施工带来了很多可能性。

 

BIM+3D打印、BIM+机械臂施工方面,现在机械臂从硬件上来说已经不成问题了,真正在工程上的应用,技术不是难度,关键我们现在是否在工程领域、设计领域、施工领域真正把这些用起来,这给我们的建筑师提供了很大的想象空间,一些造根据建筑需要生成的造型比较特别的建筑,以往属于比较难以建造的建筑形式,现在通过BIM和3D、BIM和机械臂的制造都可以实施。我们原来一些设计上用非线性做的东西,可能也需要用3D技术和机械臂真正去建造实施出来。

 

最后我想谈一谈中国制造的转型升级。中国要从建筑业大国成为建筑强国走向世界,粗放的中国建造需要升级和转型,这需要以工业化和信息化为核心。其中有三个要点:1、精致化建造,即怎么低能耗、高效率地去建造。2、智慧化的关键,建筑要为使用者考虑,很多东西从设计、施工、运营一直到使用监管,智慧的思想要能够始终贯穿进来。3、建筑要以绿色化为引领。

(本文整理自“第二届中英BIM研究院年会暨中国BIM与建筑工业化学术峰会”) 

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