曹爽 高志强

中国建筑标准设计研究院有限公司

近年来，随着经济飞速发展，我国正步入社会经济产业转型升级、实现高质量发展的全新阶段。长期以来，我国建筑业现场作业条件差、建造效率低、资源消耗大、垃圾排量大、建筑质量不稳定等问题日益凸显，这种粗放的生产方式与我国目前推行的高质量、节能减排、环保等国家顶层政策相悖，建筑业亟需转型升级。建筑业是我国国民经济的重要支柱产业，若想尽快摆脱传统落后的生产建造模式，最有效的途径便是加速建筑产业现代化建设、全面推动生产建造方式转型升级。

在当前的时代背景下，2020年住房和城乡建设部等多部门联合印发了《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》和《智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》等相关政策文件，为以装配式建筑为核心的新型建筑工业化指明了发展方向。

不同于传统现浇结构，装配式建筑重点强调“装配”的概念。所谓“装配”，即现场组装，是将原来在施工现场建造调整为预先在工厂完成部品部件生产、运输到施工现场进行组装的建造方式，强调的是标准化设计、工厂化生产、装配化施工、信息化管理及智能化应用。因此，工厂生产加工环节是承接装配式建筑前端设计与后端施工的重要一环，直接影响着建筑整体的工程质量及建造效率。

1 装配式建筑的精益生产理论

装配式建筑的蓬勃发展促使建筑行业的生产建造方式发生了巨变。近年来，由于装配式建筑自身特性，现场湿作业大量减少，建筑工人的需求量随之降低。与此同时，部品部件的生产企业大量涌现，对机械生产加工和信息化、智能化制造的依赖日益加强。随着人民对建筑品质要求的不断增长，只有通过有效缩短工期、提高效率、提升品质的精益生产模式方能将装配式建筑的技术优势充分发挥。

精益生产（Lean Manufacturing）的概念源自丰田等工业制造类企业，它将精益生产的理论和方法应用到建筑过程之中，是国际先进的建筑工业化模式，能够有效破解建筑行业生产方式粗放与效率低下等问题。精益生产，即将精益思想融合于部品部件的工厂化生产过程之中，对装配式建筑部品部件生产全过程进行科学、系统的管理，进而有效避免甚至消除生产过程中的浪费和不确定性，提高产品质量和生产效率，实现企业利润的最大化[1]。

精益生产理论诞生于20世纪资源价格持续上涨和市场需求趋于多样化的大环境下。装配式建筑的精益生产除了先进的工业技术之外，很大程度依赖于先进的管理理念和管理模式。上文提到，精益生产概念源自丰田等生产制造企业，丰田精益生产的精髓便是“即时制（JIT）”和“自动化（Jidoka）”，如图1所示。目前，精益思想已在日本、新加坡、澳大利亚及欧美等发达国家的工业化建筑中广泛应用，并取得了显著效果，而在我国建筑业仍旧处于学术研究层面，尚未得到真正的推广与应用。

对于我国装配式建筑的发展而言，应尽快以精益生产理念指导装配式部品部件生产加工，以最少的人力、空间、资金和时间，生产出最符合客户和市场需求的产品，达到用户与企业均满意、成本与质量最佳匹配以及产品性价比最高的终极目标[2]。

2 预制混凝土构件的工业化生产

装配式建筑的工业化生产不能简单等同于在工厂中生产。对于预制混凝土构件而言，其生产过程应充分结合工业化生产理念、生产设备和信息化管理手段，通过明确自身发展战略和相应目标，充分考虑设计、生产、施工等各个阶段的相互影响及各自需求，将精益生产理念贯彻落实，有效提高生产效率和成品质量。

预制混凝土构件的工业化生产主要包括生产准备、生产流程及生产质量全过程管控三部分[3]，如图2所示。其中，生产准备环节是基础，生产流程是核心，质量管控则贯穿于整个生产过程之中，为预制混凝土构件的工业化生产保驾护航。

2.1 生产准备

随着建筑工业化进程的不断推进，现阶段很多国内预制构件生产企业逐渐打开思路，逐步借鉴现代工业制造生产流水线的做法（图3）。理想中的现代工业制造生产线，能够采用工作流转的作业方式，充分融合系统化、智能化、自动化的理念与技术，在生产全过程中各工作环节协调性好、生产线自动化程度高、人员投入小、人为因素引起的误差少、加工效率高。然而，由于目前装配式建筑尚处于发展阶段，大部分预制构件标准化程度较低，预制混凝土叠合板等构件存在大量外伸钢筋，使得预制构件的生产无法直接使用流水线作业，自动化系统便也无法真正实现。以上问题，在很大程度上制约了我国装配式建筑工业化生产的前进步伐。

面对上述现状，预制构件生产企业应充分结合自身产能、技术水平等相应的配套管理体系和质量监督体系，制造最优产品。为切实保障预制混凝土构件的生产质量和生产效率，有效规避生产过程中的风险和意外，在工厂正式启动生产流程之前，应从人员、物资、设备、工艺以及场地等方面全面开展相应的准备工作，以满足预制混凝土构件工业化生产所应具备的前提条件。其中包括根据成本目标、效率目标及质量目标进行人员的组织架构策划及生产技术、质量意识、安全意识、责任意识等相关培训，根据预制构件的各项性能指标合理选用原材料并做好进货验收工作，根据生产需求采购所需的必要生产设备，建立相适应的生产工艺流程，对生产场地的平整度、布置等予以合理的规划布局。

2.2 生产流程

预制混凝土构件的生产流程主要包括模具组装、钢筋绑扎及埋件安装固定、混凝土成型、混凝土养护、构件脱模起吊、质量检验、构件标识以及存储和运输等环节。

对于装配式建筑而言，若要真正意义上实现预制混凝土构件的工业化生产，宜广泛采用成型钢筋。机械加工而成的成型钢筋不仅可以大量节约材料、便于施工，更可以充分提高预制构件的生产质量和生产效率，完全契合装配式建筑的工业化生产理念。随着建筑工业化的不断发展，现阶段越来越多的钢筋自动化成型设备投入使用，如数控钢筋焊接网片生产设备、数控桁架钢筋生产设备等。

目前，我国装配式建筑虽起步较晚，很多技术落后于国外发达国家，但随着近年来工业化和信息管理技术的不断发展与完善，越来越多的工业化技术及理念逐步应用于预制构件的生产环节之中。例如，混凝土输料系统等自动化生产设备越来越多地投入于混凝土成型环节（图4）、预制构件的标识越来越多地应用于预埋芯片或二维码、采用基于RFID（Radio Frequency Identification）的信息化管理系统进行预制构件的存储和运输管理等，均为装配式建筑的精益生产提供了强有力的技术支撑。

2.3 生产质量全过程管控

不同于传统现浇建筑体系，精益生产的质量管控应贯穿于整个生产制造过程之中，且应充分发挥其对于生产质量、生产效率及生产成本的保驾护航作用。生产质量管控涵盖了质量策划、过程控制、监督检验、质量评价、质量改进等核心流程，理论上应该形成PDCA闭环管理。

预制混凝土构件的生产质量管控涵盖了材料质量检验、配件质量检验、钢筋加工质量控制、生产过程质量控制以及产品质量检验等环节，应重点关注隐蔽工程质量管理、成品质量管理及常见质量缺陷等。

生产质量全过程管控是预制混凝土构件生产制造过程中非常重要的一环，预制构件厂应充分结合精益生产的管理理念和管理模式，切实做好生产全过程的质量监管，保证产品质量、提高生产效率、降低生产成本，进而实现真正意义上的工业化生产。

3 装配式建筑工业化生产管理

目前，国内的装配式建筑倡导新型建造管理模式。所谓新型建造管理模式，则是以工程总承包为实施载体、以信息化为技术手段、以工业化为生产方式，全部或部分部品/部件在工厂中预制、现场装配成建筑产品的新型工程建设组织模式[3]。作为新型建造管理模式中的核心环节，工业化生产不同于将设计与施工等环节完全分离的传统方式，而是强调在装配式建筑建造过程中设计与施工的关联性和整合性。这是建筑生产方式的变革，能够有效助力我国建筑行业尽快摆脱传统路径，实现从传统人工“建造”向现代工业“制造”的飞跃。

1 丰田精益生产理念图示

2 预制混凝土构件工业化生产图示

3 预制混凝土构件自动化生产线示意图

4 混凝土输料系统

3.1 全过程、全专业的一体化建造

从根本上讲，装配式建筑由结构、外围护、内装、设备与管线四大系统集成，各个系统及系统之间基于部品部件通过一定的规则集合组装而成，其核心是企业生产的标准化[4]。只有在部品部件的生产阶段充分加强与前端设计、后端施工的协同工作，统筹考虑设计阶段及施工阶段的相关影响，方可切实将装配式建筑全过程、全专业一体化的建造思想落地实施。生产环节是承接设计环节和施工环节的纽带，应对设计和施工环节提出相应要求并做好衔接配合工作。

3.1.1 生产环节与前端设计的衔接

装配式建筑的设计阶段主要包括技术策划、方案设计、初步设计、施工图设计和深化设计。技术策划时，生产企业应与设计方配合，根据生产线及生产工艺的具体情况，协调或初步确定部品部件的尺寸及形状；方案设计时，生产企业需要向设计方提供生产加工的基本原则，配合设计方进行部品部件的选型设计；初步设计时，生产企业应及时提供生产设备的相关资料，给设计者提供选用部品部件的参考意见；施工图设计及深化设计时，生产企业应积极配合各专业设计人员进一步完善和优化部品部件及连接节点的设计工作。

3.1.2 生产环节与后端施工建造的衔接

施工阶段是整个装配式建筑建造过程的重点与难点，也是工程管理的核心环节。为有效避免后续施工环节中出现吊装、安装等严重影响工程质量和工程进度的相关问题，应充分做好生产环节与施工环节的衔接工作。首先，在部品部件生产过程中，施工单位应派专人对部品部件的生产过程、生产进度等进行监督检查，并结合施工吊装、安装工艺等检查部品部件的细部构造，并在部品部件进场之前，仔细核对其型号、数量等相关信息；其次，在整个施工安装过程中，生产企业应委派技术人员协助施工单位装配安装，便于及时解决安装过程中所出现的相关技术问题。

3.2 信息化技术与管理

信息化技术是实现装配式建筑工业化生产管理的强大助力。近年来，越来越多的装配式建筑部品部件生产企业在其生产过程中采用BIM、射频识别RFID、互联网、云计算、大数据等信息化技术作为辅助手段，结合生产企业的企业资源管理（ERP）、生产制造和运输安装管理（MES）等平台，逐步打通设计、生产、施工等关键环节，通过信息化技术的应用实现对质量、进度与成本的管理与把控。

BIM技术起源于欧美发达国家，是当下建筑信息技术的集中体现，与装配式建筑系统集成的理念不谋而合。在装配式建筑的生产阶段合理而充分地利用BIM技术，可以直观高效地对接生产方，也可以通过库存控制、物料控制、进度控制、质量管控和成本管控等实现对生产加工过程的流程化管理与控制，有效减少人为操作失误、提高生产效率和产品质量。同时，BIM平台可通过建立部品部件的编码体系将其与BIM模型及部品部件数据库进行关联，实现其全生命周期的可追溯性质量管理。其次，基于BIM的信息化管理手段也可用来实现装配式建筑生产企业物资的信息化管理，BIM信息化管理平台能够根据部品部件尺寸、运输条件等因素同构规划运输路径，为协调生产环节与施工环节提供保障。

近年来，随着BIM技术在装配式建筑领域的不断发展，国内各设计、生产单位基于BIM软件开发出大量相关插件，许多大型企业构建并完成了本企业的标准化部品部件库，搭建了适用于自身的BIM应用平台。目前，国内生产企业使用较为广泛的是德国内梅切克混凝土预制件设计软件Planbar。该软件在生产应用中已实现了预制构件深化设计功能，并可将设计数据传递至相关的生产系统，支持2D和3D建模，能够将CAD设计和BIM建筑信息模型结合为一体。

4 小结

现阶段，我国装配式建筑虽已由起步期进入快速发展时期，对于装配式建筑的生产环节而言，仍处于传统生产模式向新型工业化生产模式的过渡阶段，有大量问题亟待解决。

（1）部品部件及其接口标准化程度不足，直接影响生产质量和生产效率。

对于装配式建筑而言，标准化的核心和基础是企业生产的标准化部品部件。在结构构件标准化设计方面，目前我们还缺乏一套完善的规则、方法，导致结构设计、深化设计人员随性发挥，这也是造成构件标准化程度低的原因之一。因此，应在前端设计统筹协调，优化部品部件的尺寸，保证其标准化，方能提高部品部件生产模具的重复使用率，便于部品部件的生产制造与施工，提高生产速度和工人的劳动效率，进而实现大规模的工厂化生产。

（2）生产企业大量涌现，生产技术和产品质量参差不齐。

作为我国一项新兴技术，近几年装配式建筑在全国遍地开花，一时间全国范围内涌现大量部品部件生产加工企业。由于发展过快，标准体系尚不完善，市场监管体制也在逐渐搭建过程中，导致目前我国装配式部品部件生产企业数量虽多，生产技术和产品质量却是参差不齐，距离理想状态的工业化生产还有很大差距，一定程度上也制约了装配式建筑的发展步伐。

（3）信息化管理水平欠缺，生产管理模式依旧落后。

近年来，虽然我国以BIM技术为代表的一系列信息化技术发展较快，但是相比于发达国家还存在差距。尤其是在生产管理环节，大部分部品部件生产企业仍旧采用传统的生产设备与生产理念，生产管理理念严重欠缺。究其原因，主要还是因为装配式建筑在我国发展过快，相关从业人员没能真正理解建筑工业化的基本理念便匆匆投入生产之中，忽略了装配式建筑的核心。

（4）设计、生产、施工各阶段相对独立，未实现真正意义的全过程一体化。

不同于传统现浇结构，装配式建筑强调的是全专业、全过程一体化理念。目前，工程总承包的管理模式（EPC）虽备受业内认可，却并未广泛应用于项目之中，这就导致大量从业人员依旧采用传统的思维理念去对待装配式建筑，依旧将设计、生产、施工环节割裂开来，没有统筹协调，违背了装配式建筑的初衷，也丧失了装配式建筑的技术优势。

基于此，为有效解决现阶段装配式建筑生产问题，亟需充分借鉴发达国家及其他行业的先进工业化生产管理技术及理念，加速推进装配式建筑工业化生产进程，方能切实推动我国建筑产业现代化的高速发展，尽早实现真正意义上的新型建筑工业化。

图片来源

图1，2 由作者自绘；图3，4 来源于文献[3]。