模块化结构:面向未来的平板包装

建筑是最基本的工程部门之一。自从人类走出洞穴以来，我们就一直在建造庇护所。我们做这件事的方式明显没有改变。建筑材料——无论是木材和稻草、泥土、砖块、石头，还是钢铁和玻璃——都被运送到建筑所在的场地，由专业人员组装成定制设计的形式。

下一个阶段是从我们第一次拥有服务基础设施的城市开始的，大约4000到5000年前。专业的商人来到现场，接替建筑商的工作，连接服务(在水管工的情况下，最近是电工)，并应用专业的饰面，如抹灰和装饰。时代变了，但罗马的建筑商或工程师肯定能认出今天伦敦的建筑工地。

但这种情况可能正在改变。世界各地(尤其是欧洲，尤其是英国)的建筑行业，都受到生产率低下和质量问题的困扰。解决这个问题的一种方法是转向模块化建筑，这在各种建筑领域变得越来越重要。

在过去，这被称为预制，并没有一尘不染的声誉。战后幸存下来的“预制件”在英国有一种声望，但在当时，尽管受到欢迎，但它们并不是所有人都喜欢——需要在有限的地点快速建造，这意味着它们往往很小，没有吸引力，而且完工质量很差。它们原本只打算保存10年，而任何一个幸存下来都是对环保主义者的证明。一些读者可能还记得1968年东伦敦罗南角(Ronan Point)塔楼的部分倒塌，原因是预制墙板的装配技术不佳。

但是今天的模块化建筑是不同的。它的特点是希望将现代工业化制造业的优势引入建筑业。与在现场从小部件开始建造所有东西不同，整个房间、完整建筑物的一部分或高度完成的面板都是在工厂建造的，并将服务纳入其结构中，运送到现场并在现场组装。

控制工厂内部环境的能力，使用最新的数字设计和制造工具，并在制造业严格的质量控制规则下工作，是模块化建设优势的关键。将大部分工作从露天建筑工地(通常是潮湿、多风或过热、往往是危险且总是不可预测的环境)移走，应该能加快建筑的建造速度，提高生产率，同时也使建筑更安全，并提高最终产品的质量。

“数字化是关键，”工程基础设施巨头AECOM的建筑和场所首席执行官彼得·弗林特(Peter Flint)告诉记者工程师。“这是我们在3D环境中进行设计的能力，以及将设计直接发送到制造的能力，这使我们能够正确地做到这一点。你想要做的关键是在安全的工厂环境中创造比目前更高质量的美妙家园，而数字设计是使我们能够做到这一点的工具。”

AECOM活跃于住宅建筑领域，并倾向于一种被称为体积的模块化建筑。许多模块化建筑涉及到在工厂制造面板——无论是墙壁、地板还是天花板——这些面板作为扁平包装运送到现场并相应地组装，而体积模块化建筑制造的房间——更像我们许多在20世纪80年代受过教育的人所熟悉的便携式教室——用拖车运送到现场。

在AECOM的案例中，这些模块将会很大:Flint解释说，它的原型两居室公寓由两个模块组装而成。“你在建造一个盒子，你在装修，你在包覆它，”他说。“这些盒子是在工厂里制作完成的。然后它们被包裹起来，保护起来，抬起到位，你需要做一点工作将它们连接在一起:把它们放在合适的位置的平板上，插入服务，在盒子连接的地方，需要做一点现场工作来密封它并完成连接。”他解释说，这种水平的非现场装修允许尽可能多的建筑在高质量、高精度、可控的条件下完成。AECOM采用轻量化的钢架结构，使成品模块的重量足够低，便于提升和运输;重量曾经是体积法的绊脚石。

这种方法的先天缺点是，它依赖于单位之间非常高的标准化水平。变化保持在最低限度，这意味着每个单位或多或少是相同的。弗林特说:“这并不适用于所有情况——你不会把它用于泰特现代美术馆的扩建，但我不认为重复一定意味着糟糕的建筑。”事实上，从进入模块化住宅建设开始，AECOM的设计合作伙伴一直是Rogers Stirk Harbour Partnership, Richard Rogers的建筑实践，他可能是世界上最著名和最受尊敬的建筑师。“它们将是美丽的空间，”弗林特评论道。

伦敦可能很快就会体验到罗杰斯设计的模块化住房。直到最近，AECOM还积极参与了一个重新开发码头区Silvertown地区的项目，该项目在62英亩的土地上建造了3000套住宅。该项目是AECOM与开发商First Base的合作伙伴关系，AECOM与First Base有着长期的合作关系，但该网站已被出售，产品目前被搁置。无论网站的新主人是谁，弗林特都希望能参与其中。一个特别的卖点可能是该公司计划在当地建造工厂来制造模块，从而为伦敦这个相对贫困的地区提供就业机会。

弗林特说:“当地政府对此非常感兴趣，因为它不仅提供了快速、精确建造的住房，还为当地提供了就业机会。”“这是伦敦很多行政区的情况，住房需求非常明确，如果解决方案还能提供当地就业机会，地方当局就会非常兴奋。”

AECOM正在诺丁汉郡的纽瓦克生产其模块化住宅产品的全尺寸原型，并将在那里进行全面测试，并且正在与几家开发商讨论将其计划付诸实践。该公司还与位于谢菲尔德的先进制造研究中心(AMRC)合作，研究其产品制造的工程方面。

由于软件是模块化构造范例中如此重要的一部分，因此软件屋成为故事的主要部分也就不足为奇了。欧特克建筑业务战略高级总监萨拉•霍奇斯(Sarah Hodges)解释说，该公司的角色几乎就像一个保姆，引导建筑行业的公司进入制造业世界，到目前为止，制造业还不是他们的组成部分。虽然他们从制造商那里购买物品，比如固定装置和配件，但他们自己并不是制造商。

当然，欧特克也不是制造商工程师据报道，该公司目前的业务重点是帮助客户制作数字设计，并研究如何使这些设计具有物理形式。“我们考虑的是工业化建筑，”霍奇斯说。“我们认为这有三个主要组成部分。首先是为制造而设计。第二个组成部分是在工厂中发生的预制和模块化建筑，第三个是在建筑工地本身发生的事情。所以我们直接为制造进行无缝设计，我们在工厂制造组件，然后在现场安装。

虽然AECOM是欧特克的客户，但这家软件公司在非住宅领域(即医疗保健领域)看到了大量模块化建筑活动。对于医院来说，标准化是模块化建设的关键，这是一个积极的优势。霍奇斯解释说:“例如，在医院的任何地方，浴室往往都是一样的。“它们有相同的尺寸，相同的配件和相同的布局。因此，它们不仅可以为每个站点批量生产，还可以为多个站点批量生产。”

根据Hodges的说法，两年前，医疗保健项目是模块化建筑的最大市场(住宅正在迅速赶上，现在可能已经超过了它)，可以为医院指定五种不同的标准化房间类型，并在工厂生产和现场组装的详细设计。“我们可以详细指定这五种类型的房间所需的组件，制造它们并及时将它们送到现场进行组装。”

霍奇斯解释说，模块化在医疗保健领域的流行主要有两个驱动因素。首先，有许多老化的医疗设施需要现代化，其次是“婴儿潮一代”人口老龄化，他们越来越需要医院设施。“无论在哪里，医院往往看起来都是一样的，当你在不同的地方照顾有类似情况、需要类似治疗方案的人时，模块化和标准化是一种优势。”

虽然到目前为止，建筑业可能还没有一个高科技产业的形象，但现在应用于建筑业的工具正处于最前沿——甚至包括人工智能。霍奇斯说:“今天，我们花费了大量的时间和研发时间，研究如何更无缝地设计出合适的细节和规格，以便直接制造，这涉及到机器学习智能的各个方面，以识别有助于架构的模式，并为模型的制造做好准备。”

由于Autodesk与各种客户合作，这些客户采用不同的模块化结构技术概念，因此它与AECOM使用的体积模型无关。其在模块化建筑领域的合作伙伴包括波士顿的制造厂和旧金山的Project Frog(对持续增长的灵活响应)，两者都专注于模块化设计的可制造性，后者是面板化的专家，生产平面包装设计，以最大限度地运输到现场。霍奇斯说:“他们考虑预制和平面包装，以便及时交付和现场优化，因此组件非常容易组装，几乎就像宜家家具一样，但规模更大。”

建筑师已经开始转向数字化方法，并经常使用BIM(建筑信息管理)系统，将设计中使用的材料和产品的许多细节合并到工作图纸中。霍奇斯说:“我们对使用基于bim的系统来推动模块化建设做了一些研究，这些模型估计，通过设计和直接制造的细节水平，项目的总体浪费减少了90%:他们说生产率提高了30%，安全风险降低了四倍。”“这对许多对建筑行业至关重要的因素都产生了巨大影响，主要是在建筑过程中产生的大量废物，以及确保我们所有工人的安全。”

Hodges的角色包括大量的国际旅行，她认为英国、荷兰和北欧国家在采用模块化建造方法方面远远领先于世界其他地区。部分原因是对住房和基础设施的巨大需求;在英国，这是为了更新老化的住房存量和建筑环境，在其他地方，这是为了增加小城市的产能。但她认为，对于这个地区来说，不可预测的天气和建筑工地的恶劣条件肯定是一个因素。

霍奇斯建议，另一个新的发展可能是建立“飞行工厂”来制造模块。部分原因是，如果工厂尽可能靠近，将模块运送到现场的物流因素将大大减少。她表示，能够建立一个临时工厂，而不是依赖一个永久性的大型工厂，也可能降低成本。她补充称，斯堪斯卡(Skanska)等公司正在研究这种可能性。

在工程领域，“范式转换”是一个被滥用的术语:每个人都认为自己处于一场革命之中，即使事实并非如此。但就建筑行业而言，霍奇斯认为，模块化技术确实可能代表这个备受诟病的术语，因为它看到了这个行业从泥泞、充满风险的千年过去，转变为未来加入汽车、航空航天和其他制造业，成为一个以工厂为基础、光线充足、气候可控的现代工业，与那些罗马建筑者可能认识到的几乎没有关系。毫无疑问，一些退伍军人会为在脚手架梁周围穿梭、在周围吊起砖块的日子的逝去而哀悼，但这是一个不断变化的世界，许多人会很高兴看到它的过去。n

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