編者按：日前，由中國工程院院士肖緒文作序，中建科技集團有限公司董事長葉浩文撰寫的建築施工類重要專著《一體化建造》，已經由中國建築工業出版社正式出版發行。建築工業化裝配式建築網也以“高端訪談”的形式對專著作者進行了獨家專訪。為進一步讓“一體化建造——建造活動的思維方法和新時代的綠色發展觀”更加深入人心，助推我國建造方式變革，我們將陸續摘錄刊發該專著的相關內容，以饗讀者。敬請關注！
本期為大家推介的是“一體化建造”系列：以一體化建造的系統論推進裝配式建築高質量、可持續發展！
一、 系統工程理論
“系統工程”是實現系統最優化的管理工程技術理論基礎，發端於二戰之後，是二戰後人類社會若干重大科技突破和革命性變革的基礎性理論支撐和方法論。比如美國研製原子彈的曼哈頓計劃和登月火箭阿波羅計劃就是系統工程的傑作。我國兩彈一星以及運載火箭等重大項目的成功，也是受惠於錢學森先生將系統工程的理論和方法引入並結合了我國國情的需要。今天，我們發展裝配式建築，就是要向製造業學習，建立起工業化的系統工程理論基礎和方法，將裝配式建築作為一個完整的建築產品來進行研究和實踐，形成以達到總體效果最優為目標的理論與方法，才能實現裝配式建築的高質量、可持續發展。基於上述原因，應該有針對性地將一體化建造方法作為一個系統工程來研究和實踐，並遵循以下原則：
1．一體化建造的系統工程研究應採用先決定整體，後進入部分的步驟。即先進行建築系統的總體設計，然後再進行各子系統和具體問題的研究。
2．一體化建造的系統工程方法應該以整體最佳為目標，通過綜合、系統的分析，利用信息化手段來構建系統模型，優化系統結構，使之整體最優。
3．一體化建造應做到近期利益與長遠利益相結合，社會效益、生態效益與經濟效益相結合。
4．一體化建造應該以“三個一體化”的系統思想為指導，綜合集成各學科、各領域的理論和方法，實現專業間不同階段的融合、跨界、集成創新。
5．一體化建造研究強調多學科協同，應按照“系統工程”的要求組成一個專業配套度高，知識結構合理的共同體並採取科學合理的協同方式。
6．一體化建造的各類系統問題均可以採用系統工程的方法，本方法具有廣泛的適用性。
7．一體化建造應該用數學模型和邏輯模型來描述系統，通過模擬反映系統的運行、求得系統的最優組合方案和最優的運行方案。
二、系統設計理念
系統工程理論是裝配式建築設計的基本理論。在裝配式建築設計過程中，必須建立整體性設計的方法，採用系統集成的設計理念與工作模式。系統設計應遵循以下原則：
1．要建立一體化、工業化的系統方法。設計伊始，首先要進行總體技術策劃，要先決定整體技術方案，然後進入具體設計，即先進行建築系統的總體設計，然後再進行各子系統和具體分部設計。
2．要把建築作為整體的對象進行一體化設計。裝配式建築設計應實現各專業系統之間在不同階段的協同、融合、集成，實現建築、結構、機電、內裝、智能化、造價等各專業的一體化集成設計。
3．要以實現工程項目的整體最優為目標進行設計。通過綜合各專業的系統，進行分析優化，採用信息化手段來構建系統模型，優化系統結構和功能質量，使之達到整體效率、效益最大化。
4．要採用標準化設計方法，遵循“少規格、多組合”的原則進行設計。需要建立建築部品和單元的標準化模數模塊、統一的技術接口和規則，實現平面標準化、立面標準化、構件標準化和部品標準化。
5．要充分考慮生產、施工的可行性和經濟性。設計要充分考慮構件部品生產和施工的可行性因素，通過整體的技術優化，進而保證建築設計、生產運輸、施工裝配、運營維護等各環節實現一體化建造。
三、技術系統構成
對於建築技術系統的構成，按照系統工程理論，可將建築看作一個由若干子系統“集成”的複雜“系統”，主要包括主體結構系統、外圍護系統、內裝修系統、機電設備系統四大系統，如圖1-1所示。其中：
1.主體結構系統
主體結構系統按照建築材料的不同，可分為混凝土結構、鋼結構、木結構建築和各種組合結構。其中，混凝土結構是建築中應用量最大、涉及建築類型最多的結構體系，包括：框架結構體系、剪力牆結構體系、框架-現澆剪力牆(核心筒)結構體系等。
2.外圍護系統
外圍護系統由屋面系統、外牆系統、外門窗系統等組成。其中，外牆系統按照材料與構造的不同，可分為幕牆類、外牆掛板類、組合鋼（木）骨架類等多種裝配式外牆圍護系統。
3.內裝修系統
內裝修系統主要由集成樓地面系統、隔牆系統、吊頂系統、廚房、衛生間、收納系統、門窗系統和內裝管線系統8個子系統組成。
4.機電設備系統
機電設備系統包括給排水系統、暖通空調系統、強電系統、弱電系統、消防系統和其它系統等。
圖1-1建築技術系統構成與分類框圖
四、系統設計方法
1標準化設計
標準化設計是裝配式建築工作中的核心部分。標準化設計是提高裝配式建築的質量、效率、效益的重要手段；是建築設計、生產、施工、管理之間技術協同的橋樑；是裝配式建築在生產活動中能夠高效率運行的保障。因此，發展裝配式建築必須以標準化設計為基礎。
發展裝配式建築是建造方式的重大變革，是以標準化、信息化的工業化生產方式代替粗放的半手工、半機械建造方式。裝配式建築通過計標準化、生產工廠化、建造裝配化，實現建造全過程程工業化，優化整合產業鏈的各個環節，實現項目整體效益最大化。
標準化設計方法的建立，是實現建築標準化、系列化和集約化的開始，有利於建築技術產品的集成，實現從設計到建造，從主體到內裝，從圍護系統到設備管線全系統、全過程的工業化。
標準化設計是實現社會化大生產的基礎，專業化、協作化必須要在標準化設計的前提下才能實現。裝配式建築是以房屋建築為最終產品，其生產、建造過程必須實行多專業的協作，並由不同的專業生產企業協作完成，協調統一的基礎就是標準化設計；同時，部品部件的生產、製作也必須標準化，才有可能達到較高的精細化程度。因此，只有建立以標準化設計為基礎的工作方法，裝配式建築的工程建設才能更好地實現專業化、協作化和集約化，這是實現社會化大生產的前提。
標準化設計有助於解決裝配式建築的建造技術與現行標準之間的不協調、不匹配、甚至相互矛盾的問題；有助於統一科研、設計、開發、生產、施工和管理等各個方面的認識，明確目標，協調行動，進而推動裝配式建築的持續、健康發展。
2一體化設計
一體化設計，也叫做集成設計，是指以設計的房屋建築為完整的建築產品對象，通過建築、結構、機電、內裝、幕牆、經濟等各專業實現一體化協同設計，並統籌建築設計、部品生產、施工建造、運營維護等各個階段，充分考慮建築全壽命週期的問題。
一體化協同設計採用建築信息模型（BIM）技術，能夠實現各專業之間的高效協同與配合。一方面，一組協同的BIM模型可被各個專業共同使用，能夠完整地描述工程設計對象，真實反映建築產品的信息。BIM技術為建築工程提供了一種基於計算機模擬的可視化建築模型，幫助各專業改進和優化設計，提高設計、施工和運維的質量，減少浪費，創造價值。另一方面，BIM技術可以作為溝通協同的工作方式，為建築產品提供了多方可以在同一個平臺上協作的工作平臺，創造了一種新型的項目管理和協作模式。
一體化設計在工程項目的各個設計階段，應充分考慮裝配式建築的設計流程特點及項目技術經濟條件，對建築、結構、機電設備及室內裝修進行統一考慮，保證室內裝修設計、建築結構、機電設備及管線、生產、施工形成有機結合的完整系統，實現裝配式建築的各項技術系統得到協同和優化。
3系列化設計
系列化設計是標準化設計的延展。通過分析同類建築的規律，分析其功能、需求、構成要素和技術經濟指標，歸納總結出結構基本型式、空間組合關係、立面構成邏輯、機電設備選型和內裝部品組合，並做出合理的選擇、定型、歸類和規劃，這一過程即為系列化設計。系列化設計包括模數協調系列、建築標準系列，以及系列設計等內容。
裝配式建築的系列化設計與工業產品的系列化設計相比，內容更加寬泛，既可以是整體的系列化方式，也可以是部分的系列化方式。比如，保障性住房基於面積劃分的套型系列，既包括住宅面積、空間、配套等的系列化，也包括機電設備、裝飾裝修等的系列化。許多房地產開發企業會界定不同的投資標準、建設標準和售價標準，制定不同的產品系列。
建築系列化首先需要選擇對建設對象起到主導作用的參數，如造價、性能、配置等，然後對這些參數進行分檔、分級，確定合理的規格、形制和建設標準，以滿足建設和使用的需要，併為指導用戶選擇提供依據，並用於指導設計、生產、施工和銷售。系列化設計就是實現建築系列化的設計過程。
4多樣化設計
縱觀建築發展史，建築多樣化是人類的不同種群在多樣化的自然環境中發展演變而形成。最早的“巢居”、“穴居”、“棚屋”、“幹欄式房屋”等作為庇護所的建築，均是人類的祖先利用其現有的生存條件，因地制宜發展起來的。人類生存環境的多樣化，造就了古代建築的多樣化。以古希臘、古羅馬、古代中國等為代表的經典建築，就是這些地區受到氣候、水文、地理、建材、資源環境等物理條件和種族、宗教、戰爭、災害等歷史條件的影響而產生的建築多樣化典範。
近現代以來，隨著人類社會的發展進步，在工業化、信息化和互聯網等的衝擊下，以地球村為特點的全球化浪潮，削弱了人類文化的多樣性。在此背景下，日益活躍的全球化建築活動，形成了“國際式”、“千城一面”、“千篇一律”等與建築多樣化相對立的建築現象。因此，建築創作需要更加關注地域性、歷史性、民族性、人文性的元素，在全球化浪潮中保持建築的本土性和多樣化。
在裝配式建築發展中，“多樣化”與“標準化”是對立統一的矛盾體，既要堅持建築標準化，又要做到建築多樣化，的確不易。梁思成先生在《千篇一律與千變萬化》一文中的論述，比較清楚地說明了標準化和多樣化的辯證關係，“在藝術創作中，往往有一個重複和變化的問題，只有重複而無變化，作品就必然單調枯燥；只有變化而無重複，就容易陷於散漫零亂”。在建築創作中，標準化就像七個音符和各種音調，多樣化就像用這些音符和音調譜成的樂章，既有標準和規律，又能做到千變萬化。建築標準化包括建築功能多樣化、空間多樣化、風格多樣化、平面多樣化、組合多樣化和佈局多樣化等。
五、“三個一體化”的建造方式
按照系統工程理論方法，裝配式建築需要遵循“建築、結構、機電、裝修一體化，設計、生產、施工一體化，技術、管理、市場一體化”（簡稱三個一體化）的建造方式。主要解決三個制約裝配式建築發展的關鍵問題：一是建築、結構、機電設備、裝飾裝修各專業之間缺乏協同設計，只重視結構的裝配化，不注重建築圍護系統、內裝系統和機電設備系統的集成和配合，影響裝配式建築技術持續發展的問題；二是建築設計、加工製造、裝配施工各自分隔，設計不能滿足工廠加工生產和現場裝配施工的需要的問題；三是傳統的施工組織管理模式下，產業鏈碎片化割裂嚴重，生產關係不能適應產業健康發展的需要，沒有實現技術、管理、市場的有效整合問題。
1.建築、結構、機電、裝修一體化
從系統化設計角度，建築、結構、機電、裝修一體化主要解決工程設計層面的專業協同問題。在工程設計過程中，通過建築、結構、機電、裝修等各專業的一體化設計，主要是解決各專業技術之間的協同配合，設計出完整的最終產品（建築）。在設計過程中通過建立標準化的模數、模塊，形成統一的技術接口和規則，實現建築、結構、機電、裝修之間的專業協同；在實施路徑上，通過採用BIM信息化手段，確保各個專業在同一個虛擬模型上統一設計，實現“建築結構、機電設備和裝飾裝修的一體化，最終形成完整的高質量的設計產品。
2.設計、生產、施工一體化
從工程建設角度，設計、生產、施工一體化主要解決工程建造全過程的協調配合問題。在工程建設中，需要各主要環節之間的協調配合，解決技術鏈之間的有效銜接，形成高度的組織化管理，向管理要效率和效益。通過切實可行的高效管理方法，解決設計、製作、施工之間相互脫節，各分包企業之間相互“扯皮”的問題，並將會有效地消解工廠化、裝配化帶來的增量成本，減少過程中的浪費，大幅度地提升工程建設的效率和效益。
3.技術、管理、市場一體化
從產業化發展角度，技術、管理、市場一體化主要解決以包代管的傳統模式下，產業鏈碎片化割裂嚴重，生產關係不能適應產業健康發展的需要，沒有實現技術、管理、市場的有效整合問題。一直以來，我國建築企業的技術與管理“兩層皮”，技術是技術，管理是管理，技術研究缺乏與管理體系的融合，缺乏市場的需求研究，造成技術成果難以轉化，技術成果和管理體系形成了束之高閣，可持續發展的能力不強。要提高企業自身的可持續發展的能力，解決管理和運行機制不適合技術發展和市場需求的問題，需要實現“管理、技術和市場的一體化”。
一體化建造是發展觀的深刻變革。一體化建造方式具有工業製造的特徵，所以需要建立以建築為最終產品的系統工程理念，用工業化的設計思維和方法來建造房屋。一體化的建造過程是一個產品生產的系統流程，要通過建築師對建造全過程的控制，進而實現工程建造的標準化、一體化、工業化和高度組織化。毫無疑問，倡導一體化建造既是一場建造方式的大變革，也是生產方式的革新，更是實現我國建築業轉型和創新發展的必由之路。
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