有了面向制造和装配的设计，工业化建筑的潜力将得到充分发挥

• 面向制造和装配的设计（DfMA），通过一系列设计选择来制造并优化建筑部品和预制构件，正在彻底改变从桥梁到酒店等各种建筑的施工方式。
• 在建筑项目中运用制造工艺，不仅可以显著地降低成本、缩短工期，也可以极大地减少项目的复杂性、不确定性和环境影响。
• 作为工程和设计领域的先锋，英国伦敦的Bryden Wood公司先行采用了DfMA，展示如何在不同项目中应用DfMA原则。

随着人口的快速增长，为满足人们的住房、就业、服务等需求，全球各地有数以万亿计美元的新建筑项目正在开发中，而且快速完成建设的压力越来越大。然而，有些施工建设的过程是很混乱的。疫情大流行、极端天气、地缘政治动荡等因素都有可能破坏供应链，导致无法如期交付项目。再加上熟练劳动力的短缺，更使建筑项目难以按时、按预算交付。

那么，工程建设行业的企业又是如何应对的呢？想要缩短建筑项目的工期并削减成本、减少不确定性可不是一件容易的事，毕竟像组合楼板、预制覆盖层、各种可用螺栓固定的系统之类的先进技术早已最大限度地简化了施工过程。

对许多业内企业而言，答案就是借鉴制造业的做法，采用一种叫DfMA（面向制造和装配的设计）的流程。DfMA与近年来在工程建设行业兴起的建筑工业化和基于制造的设计是平行的，涉及将多个建筑系统甚至建筑物作为独立但可连接的部品组合在一起。DfMA通过一系列设计选择来有效地使用建筑部品和预制构件。也就是说，建筑部品和构件都是在工地外的工厂里高效地生产，然后再运送到施工现场进行简单、快速的组装。

英国伦敦建筑设计和工程公司Bryden Wood是DfMA的先行者之一。二十年前，该公司就意识到有必要找出一种方法，将大规模生产的效率和确定性与建筑施工的高度定制化和手工操作相结合。

每个新的建筑都需要组装，但Bryden Wood提出的问题很单纯，即是否应该一砖一瓦地建造，还是要将多个大型预制构件和模块连接起来，从中削减成本并实现流程改进？

需求巨大，产能有限

Bryden Wood的全球系统主管Jaimie Johnston说：“DfMA这个话题，人们已经谈论了几十年，但它之所以会真正被正视，是由于建筑业劳动力老龄化、可持续发展问题，再来就是全球人口预计到2100年达到110亿。这些逐年增加的人口都需要住房、教育，也需要医疗服务、用水、用电，而且还要有足够的数据中心容量来满足他们的数据需求，反正各类需求不计其数。人们的需求是毋庸置疑的，但我们满足这些需求的能力却极不确定。”

Johnston表示，要想弥合这一差距，就需要进行重大改革，因为即使能足够快地为足够多的人建造足够多的建筑，目前的方法也会破坏地球。

他说：“我们所需要建造的东西与我们的交付能力之间的差距实在是太大了，我们需要进行一些技术上的改进来缩小这一差距，才能达成目标。长期以来，这个行业一直在围绕这些问题进行探讨。如今不同的是，随着疫情加速了BIM（建筑信息模型）的普及和行业的数字化转型，人们的想法已有所改变。”

多年来，Bryden Wood始终在重大项目中应用BIM，其中最引人注目的或许是那些具有较高知名度的项目，例如伦敦希思罗机场和盖特威克机场的扩建，以及接通伦敦东西两侧既有通勤铁路的“大开掘”，即伊丽莎白线（原横贯铁路）项目。每个项目的设计都涉及在工地外制造，然后在施工现场组装。

部品定制化生产

Bryden Wood在开展希思罗机场和盖特威克机场项目的过程中，制定了一项计划来缓解并改善这两个机场各指廊间的人流量。为了最大限度地利用空间，登机口和飞机围绕着指廊密集分布。在这项目中，需要安装的新连廊共超过1.5公里。

为了尽量减少对旅客的干扰，Bryden Wood的设计和安装计划涉及在两个机场附近各设工厂，用于在工地外建造整段连廊。各段连廊建造完成后，再载送一小段路程到相应的机场进行简单的现场组装。

在伊丽莎白线项目中，Bryden Wood的任务是创造面板，用于在繁忙的托登罕宮路站、利物浦街车站和白教堂站地下开掘的新铁路隧道。该公司的设计师和工程师团队根据自身丰富的专业知识，设计出了一种可以在工地外制造并在施工现场快速组装的面板。

办公空间的新建设方式

伦敦新建的Forge商业综合体是与英国最大商业房地产商Landsec合作建设的。它由两栋10层写字楼组成，屹立在碎片大厦和泰特现代艺术馆之间，就位于圣保罗大教堂的河对岸。Johnston说：“这一带地处伦敦令人惊叹的一处，但作为施工工地又有很多限制。所以，从建筑的角度来说，这建筑物必须呼应其周边环境。在伦敦这一带，如果没有大量的相关方参与，是不可能开展建设活动的。那么，我们其实并不可以只单纯选择使用大型构件进行建造。”

在这个项目中，Bryden Wood最大的创新是将一种原本开发用于新建英国监狱的平台施工系统，应用到办公空间的建设。该公司的模块化平台是产品化的标准预制构件，通过相同的方法在施工现场进行组装。这有点像是在现代汽车生产中，制造商创建一种可以在多种车型上通用的车架或底盘。这些平台大大地加快了每一层楼的完工速度。

Forge项目的各构件安装在钢筋混凝土框架内支柱间9米距离的空间里。主梁都带有已经为公用事业和服务制作好的统一切口。平台立柱穿越各楼层并且是标准化的，地面和较低楼层的柱子因需承受上层的负载而较粗。

Johnston说：“我们不需要每个项目都设计出新的系统，我们创造了类似宜家组装家具或乐高积木的一种构件套件，可用来建造任何建筑。每个构件与其他构件很好地衔接起来，并相互配合。”据他解释，此平台方法还让Bryden Wood的设计师可以为建筑物自动生成数字模型。

他说：“我们只要输入一些关键的参数值，系统就自动生成一个描述了建筑物的数据集作为BIM模型的依据。而且那速度真的很快，我们要是对建筑物做出任何修改，并不需要回去调整模型，花个20分钟左右重新生成一个新的模型就可以了。这简直是大大地提高了我们的生产力。”

此外，在提高准确性和节约时间方面的收获也是可观的。由于那些平台送到施工现场时已预先切好而且都是标准化的，所以往往在进行修整时花在解决和调整公差问题的时间和材料就可以减到几乎为零。

建筑构件产品化和基于制造的设计，使得Forge项目产生的隐含碳比用一般方式建造的建筑物少30%。正因如此，Forge是第一座符合英国绿色建筑委员会净零碳办公大楼标准的建筑物。

BIM是推动者

Johnston认为，以上所述的一切都离不开BIM的促成。他说：“BIM鼓励你以特定的方式进行协作。过去，二维设计图纸中如有问题，可能要等到了施工现场才会被发现。但有了BIM，你可以在空间上更好地协调事情。你也会发现，一旦花了心思创建详细的三维模型，如果再将这模型转化为数千张图纸提供给施工现场人员，就似乎有点愚蠢了。”

Johnston表示，伊丽莎白线项目就是一个很好的例子。项目设计的各方面都首先在欧特克Revit中建模，并由Dynamo自动生成数百种制造和装配方案。Bryden Wood使用欧特克的Navisworks来优化装配流程并创建最高效的运输装配顺序。

他说：“以整个行业而言，在掌握好这些数字工具之前，我们是无法完全采用DfMA的。BIM的普及，既是技术变革也是文化变革，因为这促成了新的工作方式。这只是基础，而DfMA的更广泛采用将是结果之一。”