数字造房:一代中国「建筑产业」的新式史诗

1957年4月,《建筑学报》发表了一篇会务报告,原文表述“参加编制和推行标准设计,为逐步实现建筑工业化而奋斗”,这是当时中国建筑学会首届理事长周鑫荣提到的学会任务之一。

不过早在1956年5月,国务院便发布文件,要求对建筑业进行技术改造,向建筑工业化过渡。

随后,作为国内现代意义上最早的装配式建筑之一,北京民族饭店于1959年4月图纸全部完成,8月底基本竣工。文献资料显示,该建筑最早共计12层(不包括地下层)、高48.4米,涉及构件800种、共计6697件。

或许,中国现代建筑工业化的故事,由此启程。

在过去60年的时间里,建筑行业拥有着无数光荣的产业故事。提及它,人们脑海中往往会浮现出背着工具包、穿梭在高空脚手架的建筑工人,上百辆夹杂着尘土与轰鸣声的工程机械,有秩序可循但遍地杂乱的材料堆场,它们共同构成了中国基建高速发展的产业底色。

在60年后的今天,这个底色开始有了新的填充,科技正在成为最新注脚,建筑工业化走向新潮。从装配式BIM设计平台到工厂生产管理MES系统,从仓储运输管理到重型机械自动化作业,从手工表格记录到模块的一物一码,这些正在成为造房的新式表达。

中国建筑国际旗下的科技公司——中建海龙是最早可以讲好新故事的企业之一。

比如,海龙智能工厂完成单个集成式钢箱体仅需30分钟,所谓“集成”是指箱体已完成从结构、装修、水电、设备管线、卫浴设施等所有施工工序;60米高的项目建造精度可控制在1毫米之内;据内部测算,大多项目工期较传统建筑减少80%以上……

变化不断在发生。

在过去的十年中,一个经常被问到的问题是:建筑业如何摆脱粗放式的生产模式?如果说之前是“人力+机械”给了中国基建生产运转的绝大部分能力,那么如今“数字+科技”则给了以中国建筑国际为代表的基建企业回答这类问题更多的可能性与想象力。

把科技糅进工地,用数字控制工厂,这是当下建筑业浪潮中最生动的答案。

01 自动化生产线、一物一码、工厂MES管理系统

其实,对于建筑工业化,中建海龙早在1993年就开始研究。

作为港澳最大的承建商——中国建筑国际集团的科技高地,中建海龙自诞生就承担着集团内部探索新型建筑工业化原创技术“策源地”的使命,涉及从研发、设计、生产与模块化建筑总承包、检测等全产业链环节。

落地成果是明显的。有些地区才刚刚把传统构件式的装配式1.0产品当作“新宠”。中建海龙已经迈过装饰一体化构件、整体厨卫,创新推出了模块化集成建筑MiC,突破了低多层的结构束缚,三年间落地超40个项目。

所谓模块化集成建筑MiC(Modular Integrated Construction),是将建筑拆分为模块化“单元”,工厂内完成模块的结构、装修、水电、设备管线、卫浴设施等施工工序,在现场通过可靠连接技术快速组合拼装成建筑整体,实现把建筑从工地搬进工厂的巨大转变。

66天完成17664个MiC单元生产,这是海龙智能工厂的速度。

从钢架与顶底板的焊接制作,外围护系统的安装,机电管线的排布到内部的装修,完成单个钢箱体仅需30分钟。其中也包含7632个走廊箱和楼梯箱。

过程中钢框架制作模台支持换型与调参,便于适应不同的标准化模块;六轴焊接机器人与大型组装焊接平台,可以实现工序的精度控制;加之独立分离的喷漆房与烤漆房,自研的模块定位系统生产流程,以及机器人辅助安装装修等等,均构成了“速度”能力的支撑。

MES生产管理系统是整个工厂的“大脑”。

大量的业务协同工作在上面运转,包括从吊装编号与MiC流水号的编制,到一物一码的制作粘贴、钢结构的扫码检查,再到装修材料的选择、箱型信息的反馈、生产过程的调度,以及最后的质检、入库与出货的操作。

中建海龙首席数字官毛晔表示,三年来,MES系统推行的思路也在不断改变,其管理颗粒度核心还是要适配企业的生产组织模式。他谈到,与汽车制造业相比,它的管理颗粒度不会特别细,关键是能够让施工员、质检员、出货员、管理人员等工作实现无纸化、在线化,后续再结合精益化思想进行流程的改善。

从MES到WMS,数字化的力量不断向外延伸。一些供应商的货品,如洁具等通过赋二维码的方式,与海龙的订单系统串联打通,便于实现信息流通,直接进行交易。

新旧模式开始转化,长期来看,相较于过去以工地为主阵地的建筑时代逐渐向工厂转移,工业化、信息化、数字化正给予中国建筑新的想象力和实践力。不过,在新的故事主线里,这条路遍地荆棘,并不顺畅。

就大多建筑生产工厂而言,当下它的本质还是基于项目运转,由于项目订单的不连续与不确定性,很难实现将多个项目的模块单元“合并同类项”统一生产;加之当下建筑产品需求各异,流水线的生产效率取决于标准模块的稳定程度,标准化在市场中的落地程度仍有待提高。

但是,数字化技术作为支撑,工业化是建筑行业的必行之路。

国家十四五规划指出,到2025年,装配式建筑占新建建筑的比例要达到30%以上;深圳建筑业发展“十四五”规划提到,装配式建筑面积要占全市新建建筑面积的60%,大力推广应用集成模块化建筑;在香港政府施政报告中,要求楼面面积≥300平方米的政府公共建筑必须采用MiC,私人发展商采用MiC建造房屋可以获取额外MiC占用楼面面积10%的奖励补偿。

背后的问题还有哪些?或者说,一条切实可行的现代化建造之路是怎样的?

02 中建海龙,新故事的探索

研发设计阶段尤为重要,很多难点问题初步得到解决。

比如多项节点连接技术从实验到落地,建筑抗风、抗震的安全性能100%得到保证,还有模块组合设计过程中外立面效果的研究成果初显,中建海龙总工程师王琼博士谈到。不过,模块产品标准化与市场建设成本的平衡仍需不断探索。

探索过程本质上也是在做市场化引导,这是任何新生事物必然要经历的一环。背后的驱动力来源于基本安全保障的要求,建筑设计的人文与艺术价值,政府所关注的城市效果,包括工厂生产线的高效运行与追求低成本投入。

可以看到,新故事中明显的变化,来自于装修、施工与运维等后端工作的前移。

反馈到实际项目的设计阶段,王琼博士表示,当下项目人员的数量达到传统人员的三倍左右。究其原因是BIM正向设计的要求、产品研发的人员投入,以及需要深化设计能力去配合工厂生产过程。

在BIM正向设计过程中,海龙不强调由模到图,而是关注思维的连续性,要求建立BIM模型的人同样也是出图的人,便于伴随式地去反思整个设计,及时解决管线排布等复杂问题。

鉴于装配现场、生产过程对前期设计错误的“零容忍”,在模块设计时候,他们就必须要考虑爬架的位置、整个模块拼接后的建筑线条、预留孔洞的尺寸位置,以及确定装修的最终方案等。更细节的是,由于模块本就是装修好的,安装过程即使踢脚线差两毫米也不允许。

过程中BIM正向设计的优势得到凸显,设计团队对下游的知识面要足够广成为了共识。

在生产装配环节,数字技术的力量起到了关键作用。

比如使用“不起眼”的二维码技术,可查询这些零星物资与材料的生产厂家信息,并绑定相应的质检人员和质检过程数据。背后带来的是管理流程的巨大变化。

毛晔告诉36氪,他们正在探索一种数字化交付模式,即通过APP扫码就能看到MiC箱体全环节的生产过程,包括它的质检情况、关键物料的封装信息,尝试改善过去必须向监管单位提交纸质材料的方式。

一个个朴实的小功能逐渐成为亮点。由于每个箱体在生产之前便设定好了具体出场的日期,特殊时期可以利用箱体出货前的时间差,结合工地的实际需求计划,实现按轻重缓急柔性调配。进而将数据呈现在数字大屏,演变成工厂的智能预警功能。

毛晔谈到,有时领导一天可能要看数十次,今天各个工厂的产量是多少?实际发货了多少?若看到某个工地急需哪一类箱体,除了传统赶进度外,也可以使用同型号的产品进行替换。

在细节处理中,可以看到MiC模块使用了两种编码体系,每个箱体有流水号,即固定的“身份证号”,也有自己的吊装号。其中,同型号的箱体进行替换本质上也是互换两个吊装号,这样加快了全局箱体的运转效率。

穿透数字大屏,工厂数据、运输数据与经营决策进行了在线化打通。

比如在中央援港抗疫项目中,大量数据呈现在公司的飞书协作平台“中海通”里面。毛晔告诉36氪,那时运输过程中的每个码头和堆场、每艘船、每辆车、每个模块的位置与状态都追踪的很清楚。

尤其当时超万人团队是临时调配组成的,且数十家工厂在协同生产,时间极短、项目信息传递复杂。海龙结合自身的工厂MES系统、智慧运输系统、C-Smart智慧工地系统,三者组成了项目的数字化调度指挥中心,在钢箱生产、安装装修、隐蔽验收、出货管理等十多个节点中进行协同。

变化是明显的。新型的建筑生产模式对设计侧的人员要求越来越高;工厂侧则已将结构制作与装修生产融为一体,过去单一功能的生产区域升级为流水作业的生产线,还有垂直作业为主的建造模式转变为并行操作。

技术革新带来生产效率的提升,反过来也倒逼管理模式的升级。

03 工地的变化,不再有“砖块”

反映在工地现场,与10年前对比,可谓翻天覆地。

过去扛钢筋,提沙石,高空作业是常态,包括管理环节漏洞百出。如今,工地上基本看不到砖块、杂乱堆场,并且人员、机械、材料、安全、质量、进度等管理工作都有了科技的加持。

比如,从人脸识别考勤系统到不同厂区人员的动态定位,从工地移动机械的监查到核心机械的自动化控制,从模块化单元的遥距监控到环境能耗的管理提升……

落到实际价值中,施工过程中将工地实际状态和轻量化BIM模型绑定,通过彩虹图来呈现整个进度管理过程,生产协同;也可以看到工人自动注册系统、电子健康申报、禁区的安全提醒、AI不安全行为分析等,底层来自于机器视觉、NLP等技术的基本应用。

还有通过智慧电箱,实时监控工地剩余电量,以及电流、功率、电线温度、漏电等潜在的危险情况;用AMPD流动电源储能代替嘈杂、危险的柴油发动机;包括塔机相机测绘及安全监控、AI防火监控、无人机航空测绘及进度对比、建筑机器人等单点应用。

种种场景,由点及线,由线到面,共同构成了系统化的智慧工地。

《数字造房:一代中国「建筑产业」的新式史诗》

C-Smart智慧工地系统(来源:中国建筑国际集团)

从数字技术到管理模式,过去设计院、工厂和施工单位都是割裂存在的。如今工程总承包EPC模式走向前台。

不过,真正去探索面向装配式建筑EPC模式的企业少之又少,目前也难有一套成熟的东西做参考。王琼博士谈到,EPC的项目承包方必须依靠强有力的施工能力、工厂生产能力,再配套自己的设计院来推动,海龙未来几年的目标就是摸索完这条路。

在此之下,分包制度、供应链在发生变化。专业设计能力也向下延伸到幕墙、景观、铝模爬架、装修等深化环节,这也能解答中建海龙为何要从0到1建立起30人的内装团队的原因了。

过程的难点不断在解决。比如MiC模块的荷载非常大,重型塔吊的布置设计必须限制位置;为了不频繁穿越装修好的模块“房间”,临时电梯的设计需要考虑占用永久井道……

或许,一条科技支撑着的现代化建造之路开始显现。

04 新式造房,谁在成为引领者?

每家科技企业都有自身的定位,并基于定位延伸出它的建设路径。

可以看到,从中国建筑集团“136”工程的顶层规划出发,到中海集团的“十四五”信息化规划,再到中国建筑国际的具体转型目标,旗下中建海龙定位在绿色科技版块,属于建筑工业化的产业培育方向。目前共有管理人员700人、工人1300人、专职设计研发人员189人。

类似的企业还很多,早到老牌企业远大住工的不断转型,新到广联达旗下的智建美住,模块化建筑正成为一种热潮。

业内专家岑岩公开谈到,长期以来,装配式建筑的发展过多地关注提高预制率,关注连接方式和工艺工法,导致普通民众对装配式建筑了解不深,缺乏体验感、获得感。

大力发展模块化建造,恰恰可以将与老百姓日常生活密切相关的装修装饰、家具橱柜、卫生洁具、开关插座等对标制造业,换道超车,按产品来进行设计并在工厂基本完成安装,真正做到以人民为中心。

回到建筑产品背后的数字化,当下的挑战不仅是单点环节的突破,更是全端模式的协同。

越来越多的人也意识到,结合互联网敏捷开发的理念,将业务场景和实践经验进行数字化沉淀,过程中不断进行团队的历练,小步快跑,逐步迭代,显得非常重要。

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