前文《装配式建筑 | 真的能“象造汽车一样造房子”吗?》介绍了汽车是如何设计和建造的。汽车工业采用模块化制造方式,将汽车分成车身总成、动力系统总成、内饰和仪表总成、悬架和底盘总成、车轮和轮胎总成等5个大模块,分别进行制造,然后在总装配线上将这些模块组装在一起。这种模块化的生产模式,大大提高了汽车制造的质量和生产的效率,奠定了现代汽车行业竞争力的基础。
在技术上,汽车制造与房屋建造差异巨大,很难直接借用。前文提到,汽车的生产组织,除了车身是整车厂自己进行生产,其他的部件基本上都由专业的供应商进行制造和供应。汽车的供应商分为总成制造商、分总成制造商、组件制造商和零部件制造商4个层级。
图1 汽车供应商层级(根据《再造建筑—如何用制造业的方法改造建筑业》绘制)
图2 汽车供应链全景图(图片来自网络)
(1) 汽车制造企业是供应链的核心,也是供应链的物流调度与管理中心,担负着信息集成与交换的作用,在产品设计、制造、装配等方面具有强大优势。不但可以拉动上游供应商的原材料供应,也可以推动下游分销商的产品分销及客户服务。
(2) 汽车行业供应链的重点在于整车厂对供应链的整合和协调,整车厂与供应商、分销商之间战略合作伙伴关系的构建,供应链物流模式的创新,供应商与分销商的管理,产、供、销关系的协调与控制等。
(3) 供需间的关系十分密切。汽车制造商和供应商伙伴间形成共同开发产品的组织,持久合作。供应商提供具有技术挑战性的部件;伙伴成员共享信息和设计思想,共同决定零部件或产品以及重新定义能够使双方获益的服务。
(4) 物流配送功能的专业化。原材料及汽车零部件供应商、汽车制造商的物流配送体系与其主业剥离,社会化、专业化的物流体系逐步完善,以汽车物流为纽带整合供应链,第三方物流配送中心完成汽车供应链物流配送功能。
(5) 利用计算机网络技术全面规划汽车供应链中的物流、商流、信息流、资金流,构建电子商务采购和销售平台,通过应用条码技术、EDI(Electronic data interchange,电子数据交换)技术、电子订货系统、POS数据读取系统等信息技术,做到供应链成员能够及时有效地获取需求信息并及时响应,以满足顾客需求。
讨论完汽车制造,让我们把目光转向船舶制造,看一下现代船舶是怎么建造的。
下面这个视频比较形象地展示了一艘游轮是如何建造的。
现代模块化造船(视频来自网络)
四年以前,有机会参观造船厂,第一次了解到大型轮船的建造,也对造船行业的高效率有了深刻印象。据了解,一艘十万吨级的大型船舶(甲板面积摊开也差不多10万多平方米),从设计到交船大约18-24个月,这比建造一栋楼房要快多了!2016年以后,因为研发箱板钢结构装配式建筑,几次参观造船厂,对造船业有了更深入的了解。
现代船舶尺度巨大,尤其是一些大型邮轮,能容纳几千人在上面生活居住和游玩,被誉为“海上的建筑”。当前世界最大的游轮“海洋交响号”( MS Symphony of The Seas)是皇家加勒比游轮有限公司的绿洲级游轮,总吨位达228,081吨,高约72.54米,长约362.10米,甲板高度达到18层,船上设有2759间客房,最大载客量为6680位游客,满载总人数达8880人,堪称一座海上城市。
图3 世界上最大的游轮-海洋交响号(图片来自网络)
图4 世界上最大的游轮-海洋交响号的室内(图片来自网络)
船舶的种类繁多,大致可分为如下九大类:高速船、海洋石油船、渔船、港区/远洋工作船、干货船、液货船、客船、可潜船和军船。常见的是干货船、液货船和客船。
图5 船型(根据[英]D.J.Eyres G.J.Bruce 著 李锋 赵芳 施璟 译 《船舶建造》第七版 绘制)
船舶系统十分复杂,总体上可以分为船体、动力装置和舾装三大部分。
1、船体是船舶的基本部分,可以分为主体和上层建筑两大部分。主体一般指甲板以下的部分,由船壳和上甲板围成的空心体,为船舶提供浮力、航行性能和船体强度。上层建筑位于上甲板以上,由左右侧壁、前后端壁和各层甲板围合而成,主要用于布置各种舱室。
现代主流的船舶的船体都是以钢质材料采用焊接工艺制造而成的,所用钢材主要包括钢板和型材。除了特殊部位,大多数民用船舶的主体所用钢板的厚度大多在6-12mm,尤其是上层建筑的钢板大多为8-10mm。
图6 造船用的型材(图片来源:[英]D.J.Eyres G.J.Bruce 著 李锋 赵芳 施璟 译 《船舶建造》第七版)
2、动力装置主要有推进装置、辅助机械设备系统、电站及其它辅助机械和设备等。
3、舾装包括舱室内部装修、家具和生活设施、涂装和油漆、门窗、楼梯和栏杆、桅杆,舱口盖等,除以之外,船舶上还有各种各样的设备,如锚和系泊设备、舵设备、救生设备、消防设备、通信设备、导航设备、照明设备、信号设备、起货设备、通风空调和冷藏设备等设备系统,这些设备系统因船舶的不同功能而定,一般情况下,设备系统占总投资的1/3左右。
2. 船舶设计和制造流程
2.1. 船舶设计设程
一般情况下,船舶的订单往往是单船或小批量的,因此,船舶的生产要根据船东的需要进行专门的设计,而不是像汽车那样进行流水化大批量生产。这一点,船舶设计与建筑设计类似,都属于订制设计。
船舶的设计流程一般分为初步设计(国外也称基本设计)、详细设计和生产设计三个阶段。
图7 船舶设计阶段划分图(图片来源:根据 王平、任南等,船舶集成制造管理理论与方法,科学出版社,2010 绘制)
初步设计的初期叫做报价设计(也称概念设计)。首先,按照船东的任务书进行船舶总体方案设计,主要为方案评估和选择提供足够的基本技术信息。然后,通过对概念设计进行细化,按照功能、系统和专业完善船舶布置和结构,优化船舶的使用性能,船厂根据这些初步设计的信息就可以进行投标,所以也叫做合同设计。初步设计的主要成果有技术规格书、说明书、总体布置图、基本结构图、典型剖面图、舱室布置图、主要厂商、设备材料列表等。经过船级社审查之后的初步设计图纸,大约占全部设计工作的60%。
详细设计以造船合同和经审查的初步设计为蓝本,按区域分段进行设计,主要满足功能需求、安全需求和经济需求。详细设计的图纸和技术文件要符合合同的要求,并满足法定检验机构和船级社审查的要求,同时也要提供订货所需要求材料、设备清单,并为生产设计提供必需的图纸、技术文件和数据。详细设计阶段的技术资料主要包括:基本结构图、分段划分图、外板展开图、艏艉货舱区域结构图、系统图、设备布置图等,以及相应的设备材料采购清单等。
生产设计是面向船舶生产建造而进行的设计,主要对生产的过程、方法和工艺进行设计和计划。在详细设计的基础上,按区域/阶段/类型,以中间产品为导向进行生产设计。生产设计主要的成果包括:钢板下料切割图、部件装配图、分段装配图、舾装件制作图、舾装安装图、托盘表以及系泊试验操作大纲等。
船舶的设计分“一站式设计”和“库存设计”两种方式。一般来讲,大多数客船仍然采用“一站式设计”流程,即从开始到交船进行全过程定制设计。而商用货船,往往会采用“库存设计”,即以一种“母船”的设计为原型,进行适当修改,以满足船东的要求。采用这样的设计会大大简化造船的流程,提高建造的速度,有利于降低成本。
图8 船舶基本设计螺旋线(图片来源:[英]D.J.Eyres G.J.Bruce 著 李锋 赵芳 施璟 译 《船舶建造》第七版)
2.2. 船舶制造流程
总装造船是当前船舶建造的主流方式。在中间产品专业化生产的基础上,首先,将船体划分为船艏、船艉、船舯和上层建筑等区域;然后,将以上区域进一步分解成各级中间产品——总段、分段、组件、部件、零件等,并将具有相同工艺过程的中间产品,按照场地、设备、人员、流量、流程来组织专业化生产,从而使单件小批量生产转化为批量流水生产,建立既有柔性又是流水生产的现代化生产方式。
图9 船体分段示意(图片来源:[英]D.J.Eyres G.J.Bruce 著 李锋 赵芳 施璟 译 《船舶建造》第七版)
造船的主要工艺流程大致可以归纳为8个步骤:(1)原材料准备,(2)下料加工,(3)从小组立、中组立到分段组立,(4)分段舾装,(5)分段总装,(6)船台搭载,(7)码头试验,(8)交船。
图10 造船流程示意(图片来源:根据 王平、任南等,船舶集成制造管理理论与方法,科学出版社,2010 绘制)
图11 造船流程示意(1钢板和型材制成楼板,2楼板和墙板装配成分段,3分段装配成总段,4大约80个总段装配成整船,图片根据 www.meyerwerft.com 资料组合)
实际上,造船工艺流程是并行工程,船体建造与舾装作业是并行分道进行作业的,涂装作业安排在分道生产线的两个小阶段之间。
图12 造船工艺流程(图片来源:根据 王平、任南等,船舶集成制造管理理论与方法,科学出版社,2010 绘制)
3. 造船模式的发展
造船工业的发展,大致可以分为5个阶段。
图13 船舶制造发展的5种模式
第一阶段,是1940年代以前的整体建造模式。这种模式的基础是木船制造技术,主要采用铆接的方式进行造船,按照专业和系统逐次进行建造,先船体、再舾装,后涂装方式,是一种串行的工作方式,前端工作未完成,后续专业难以展开。这种造船方式效率低,经常出现各工种争夺工作面,不协调的情况很多(是不是跟建筑行业很相似?)。
第二阶段,是1940年代中后期的全焊接造船的分段制造模式。这种模式的基础是焊接技术,采用按系统和区域为导向的建造方式。造船效率比以前有了大幅度的提升。
第三阶段,是从1950年代末到1960年代初的分道制造模式。这种模式的基础是成组技术(Group Technology),按照区域、类型和阶段进行组织生产。这种造船模式,奠定了现代造船模式的基础。
第四阶段,是1970年代以后的大批量定制的模式。这种模式的基础是模块化造船技术,按照区域、阶段、类型一体化组织生产,该模式沿用到现今,是当前造船界最先进的造船模式。
第五阶段,随着信息化技术和分工协作的进一步发展,在造船业出现了“敏捷制造模式”。
表1 造船技术水平、模式及特征对比表
第一级水平 |
第二级水平 |
第三级水平 |
第四级水平 |
第五级水平 |
|
整体制造模式 |
分段制造模式 |
分道制造模式 |
大批量定制模式 |
敏捷制造模式 |
|
木船制造技术 |
焊接技术 |
成组技术 |
模块化造船技术 |
敏捷制造技术 |
|
系统导向 |
系统和区域导向 |
区域、类型和阶段(中间产品)导向 |
|||
船台散装 |
分散建造 |
分段建造 |
壳舾涂一体化 |
设计制造一体化 |
|
码头舾装 |
预舾装 |
区域舾装 |
|||
整船涂装 |
预涂装 |
区域涂装 |
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劳动密集型 |
设备密集型 |
信息密集型 |
知识密集型 |
||
离散型生产过程 |
连续生产过程 |
||||
传统造船 |
现代造船(模块化造船模式) |
未来造船 |
4. 现代“模块化造船”技术
模块化造船(Modular Construction Process)(也称为总装造船)是当今船舶制造的主流技术,也就是采用各种模块来建造船舶。传统的造船方式与房屋建造有些类似,是按功能、系统和专业进行设计和制造的;现代造船则采用区域造船方式,是按区域、阶段和类型进行设计和制造的。
现代造船模式是一种以“块”(区域)代“条”(系统)的造船模式,也就是把“模块”作为船舶建造过程的一个高度集成的中间产品,通过人、财、物等生产资源的整合,进行船体建造(壳)、舾装(舾)和涂装(涂)一体化作业。这种空间分道、时间有序的生产模式可以简化设计,降低生产难度,提高建造质量,提高生产效率,缩短建造周期,降低船舶运行的复杂性,降低运营成本。
“模块“的划分并不固定,可以按照功能或大小进行划分,主要考虑生产组织和供应链的管理。模块可分为船体结构模块、船舶舾装模块、船舶电气模块、船舶设备(武备)模块等;也可以按照区域分成船艏、船舯、船艉、上层建筑等大小不同的模块。
模块是高度集成的中间产品,中间产品的成品化程度,决定了造船的质量和效率,也体现了造船水平的高低。在总段建造的基础上,通过扩大预舾装和涂装的范围,可以使总段的预舾装达到很高的完整程度,除接口位置外,内部的壳、舾、涂工作可以接近于完成状态。用这样的模块在船台或船坞里进行合拢建造整船,就实现了模块化造船。
(1)模块具有标准尺寸和标准构造。
采用模块化造船的目的之一就是要缩短设计与制造周期,而标准化是简化设计、方便制造的有效措施。根据原材料和配套设备的标准化状况,可以确定船体构件和舾装单元的标准尺寸和标准构造,以减少尺寸种类和构造类型,从而可以加快设计进程,方便施工建造。
(2)模块具有标准件和可选部件的特点。
船舶制造属于订货加工型的装配式生产,设计必须满足客户的要求,而装配式生产却必须依赖外部配套厂商提供的各种标准器材和定型设备。因此,尽可能采用标准件,再加上可选件,进行组合,从而满足客户定制要求,是船舶设计的一种特色。可选件的作用在于用模块内所含设备的可调换性来满足船东的特定要求。
(3)模块是预制件,具有组装特征。
造船企业是否有竞争力,一个重要的指标就是建造周期。房屋的建造周期一般以年计,而造船的周期则是以月来规划的。采用平行作业、预制预装是加快造船进度的基本措施。采用预制的船体模块(船体的分段或小分段)和舾装模块(预舾装单元)进行组装,这种模式是中间产品导向型的区域造船方式,能够保证在以月为单位的造船周期内按时交船。
模块化造船能够简化产品的系统结构,简化设计、制造和管理。由于模块具有标准化、通用化和独立的功能,便于形成船舶中间产品,有利于专业化大生产。由独立、高效、专业化的模块厂向船厂提供各类模块,船厂则成为“总装厂”。
5. 现代造船的六个基本理论
船舶制造是一个复杂系统,客户需求、产品组成、生产技术、制造流程、实验维护、项目管理等方面均十分复杂。船舶制造系统的复杂性决定了管理的复杂性。现代集成造船的基本理论主要有以下六个。
图15 船舶制造六个基本理论
5.1. 集成管理理论
船舶集成制造强调的是设计、生产、管理、信息一体化下的均衡连续高效的船舶建造。在集成和协同思想指导下进行最优设计控制与管理,进行生产要素资源的最佳配置和优化,改进产品开发流程,缩短造船整体周期。
船舶制造需要大量的人力和机器设备进行协同工作,是一个非常复杂的系统。现代造船管理的指导思想,也从强调分工转化为强调集成与协同。
5.2. 系统工程理论
系统工程是组织“系统”的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法。就是为了更好地达到目标,对系统的构成要素、组织结构、信息流动和控制机构等进行分析与设计的技术,从而实现系统最优化。系统工程在船舶制造上,是将船舶及其建造看成是一个复杂的大系统,将其分解为壳、舾、涂三种作业系统,按照区域阶段类型,逐一分类成组,进而形成各类作业的子系统。应用系统工程理论船舶建造,可以做到设计、制造、管理信息一体化,壳、舾、涂一体化,站在全局、全厂、全船的角度来统筹和协调各个系统的问题,从而使船舶建造实现整体最优。
5.3. 成组技术理论
成组技术(group technology)通过识别和发掘生产活动的相似性,并利用成组技术,把相似问题归类成组,并寻求用相对统一的最优方案解决这一组问题,以获得所期望的经济效益。运用成组技术的基本思想,可以将多品种、小批量或单件的船舶制造转变成大批量的生产。在造船上,以船舶的中间产品为导向,替代以工种专业化为导向的生产组织。成组造船技术,包含船体分道建造法、区域舾装法、区域涂装法、管件组制造法和船体建造、涂装、舾装一体化。
5.4. 精益制造理论
精益制造根本思想就是消除一切浪费,通过识别一切不增值的活动并进行改善,将制造过程中的物流模式由推式改为拉式,达到准时化生产(just in time,JIT),实现一种只在需要的时候才制造和运输所需要产品的生产系统。精益制造把产品的生产过程分为有效时间和无效时间两部分,传统造船模式中的无效时间远远大于有效时间。无效时间会造成生产的停顿,产生浪费。传统造船模式中,往往更重视提高作业加工的生产效率,通过设备的更新、改造工人的熟练技能以及工艺技术的进步来缩短有效作业时间;在精益造船模式下,更注重减少中间环节的浪费,缩短不增值的无用时间来缩短生产周期。
5.5. 并行工程理论
并行工程(Current Engineering)也称同步工程(Simultanous Engineering)或生命周期工程(Life Cycle Engineering)。并行工程强调产品设计、生产、技术准备、采购生产等活动并行交叉进行,交叉的方式可以按部件并行交叉,也可以针对单个部件的工艺过程等进行交叉。在并行工程中,要在信息不完备的情况下开始工作。设计人员在设计时,不仅仅要考虑设计,还要考虑工艺、生产和维修。工艺部门的人员也要考虑其他的过程。采用并行工程的产品开发工作要始终考虑整个过程和产品目标。与传统的串行工作方法相比,并行工程,是观念上的大转变。并行工程并不追求单个部门、局部过程和单个部件的最优,而是强调系统的集成与全局优化,并追求产品整体的竞争能力。
造船采用并行工程,从一开始就考虑船舶全寿命期的所有因素。在开工之前,设计师要同时进行船舶设计并考虑相关因素,包括船舶的建造工艺、生产计划、配套协作、质量保证和交船后的服务等因素。传统造船模式采用先舶体、后舾装、再涂装的作业排序,导致大量的舾装和涂装作业集中在船台和码头上,无序的交叉和相互的干扰,致使船台周期和码头周期无法得到保障。现代造船采用并行工程,将船体建造与舾装作业并行分道组织,涂装作业安排在分道生产线的两个小阶段之间,船体与舾装分道生产线,在各阶段持续的汇入壳、舾、涂一体化生产流程。
5.6. 项目管理理论
造船项目管理是将船舶建造工程作为项目来管理,运用项目管理的思想和方法,对造船进行管理。按照项目进度管理的要求,将船舶制造过程分为设计、建造、下水、实验、完工、交船等子项目,每个项目进一步分解,得到工作包分解结构。
图16 常见船舶项目工作包结构分解
6. 造船与造房子的对比
6.1. 船舶制造与房屋建造的相似之处
(1)现代造船和造房子,都属于单件或小批量定制生产。
船舶是大型机电产品,价值巨大,船舶建造往往是单船或几艘的订单,很少有船东订制大批量相同型号的轮船。因此,船舶的设计和制造需要根据船东的要求进行量身订制。虽然有的船型可以采用“库存设计”,但由于每条船运行的路线不同、船东的要求也不同,很难出现完全相同的两条船舶。
与之类似,房屋的建造,由于城市规划的要求和开发项目的特点,也很少会出现几十栋、上百栋一模一样的建筑,需要对每一栋房屋进行单独设计和建造。
这种单件/小批量的特点,决定了船舶和房屋难以象汽车一样采用流水化的作业方式进行生产。
(2)船舶与房屋一样,体量都很巨大,很难像造汽车一样在工厂室内完成制造。
(3)船舶产品与房屋一样,个性化要求高。
船舶是根据船东的要求进行设计建造的,不同客户、不同航线、不同的载货要求,不同的船级社的规范要求,使得船舶的个性化程度很高。同样,由于地点不同、客户不同、不同的建造方法、投资不同、不同的时代,很难找到完全一样的两栋建筑。
(4)生产周期长,复杂程度高,涉及专业多。
与汽车的生产以小时计相比,船舶的生产则是以月为单位进行计算的,而房屋的建造则是以年为单位进行计划的。由于涉及专业多、涉及的部门多、涉及的供应商众多、相关干系人众多,船舶与房屋在建设过程中均会面临多种不确定因素。
图17 汽车、飞机和船舶的制造时间(图片来源 www.meyerwerft.com)
6.2. 船舶制造与房屋建造的区别
船舶的生产过程,兼具了制造与建造的双重特征;房屋建造,也有制造的因素。但是,总体来看,船舶制造和房屋建造还是有很大的区别的。
6.2.1. 设计的不同
(1)指导思想不同
现代造船设计,不仅要解决“造什么样的船”的问题,还要解决“怎样造船”的问题。因此设计指导思想和理论方法也就不相同。传统的造船设计是以功能/系统/专业进行的,现代造船则以成组技术制造原则、相似性原理、系统工程思想和统筹优化理论为指导思想,对“怎样造船”进行合理规划。建筑设计与传统船舶设计类似,主要关心设计的建筑是什么,对如何建造关注不多。
(2)设计流程不同
传统船舶设计只关心船是什么样的,因此对生产如何进行并不关注。现代造船,在初步设计和详细设计之后,增加了生产设计,并把它作为船舶设计的重要内容,解决“怎样造船”和“怎样合理组织造船生产”的问题。
传统建筑设计只做到施工图阶段,对工厂内如何进行部(构)件的生产并不涉及。现在大多数建筑设计单位,由于自身能力所限,也将这部分生产设计工作甩给了构件厂,并没有将生产设计与建筑设计有机结合起来。
图18 传统建筑与装配式建筑设计流程对比图
(3)设计原则不同
造船设计是建造驱动的设计。由于造船是按区域组织生产的,因此,设计也是按区域进行的;船舶制造是以中间产品为导向的集成制造,因此,设计也是以中间产品为导向的设计;现代船舶制造强调设计生产管理一体化的原则,因此设计过程中也必须实现与制造、管理、信息的有机结合,把怎样造船以工作图和管理图表的形式体现在设计上,以指导现场作业;现代船舶制造采用壳舾涂一体化的工作方式,因此生产设计也要协调好三种作业方式,以实现各种作业均衡、连续地进行。
由于建筑设计独立于施工建造,并处于施工建造之前,因此,现有的建筑设计对采用什么样的施工建造方式并不太关注,这也导致了建筑行业技术革新难的一个重要因素。
(4)设计模式不同
并行设计是现代造船的主要模式。船舶的并行设计基于网络进行。并行工程通过三步来实现:首先,建设局域网和工程数据库,初步实现CAD(计算机辅助设计)、CAPP(计算机辅助工艺过程设计)、CAM(计算机辅助制造)功能;其次,推行信息集成,推行PDM技术、特征建模技术,形成一个CAD/CAPP/CAM集成系统;第三,在设计、工艺、制造部门建立统一的产品模型,初步实现并行工程,进一步与船厂的ERP管理系统与CAD/CAPP/CAM进行集成,全面实行并行工程。并行设计不仅有利于提高效率,也能够大大提高了设计的质量。
传统建筑设计基本上是一种串行的设计方法。装配式建筑由于部品部(构)件需要在工厂生产,因此,并行设计也日益为大家所重视,但真正的进行并行设计,无论在工作方法和网络技术上都还有很长的路要走。
6.2.2. 建造方式不同
船舶建造是以中间产品为导向的壳舾涂一体化区域建造方式。制造船体的中间产品(零部件、管系和模块)是在工厂内或不同的工厂内采用钢板和型钢等基本材料进行处理和加工,做成零件,然后用零件焊接成为小组立,小组立组合成中组立和大组立,大组立合成分段,分段拼装成总段,最终在船台上或船坞内合拢形成整船。零件、组立、分段和总段的制造基本上可以在室内完成的。虽然船舶制造,无法象造汽车一样采用流水化作业,由于船舶制造采用成组技术和并行工程技术,可以提高中间产品的生产效率和质量,由于采用了壳、舾、涂一体化的技术,可以对分段、总段进行预舾装,大大提高了总段的成品化程度,大大减少了船台和船坞舾装的工时,提高了船台和船坞的周转效率。
房屋建筑仍然处于以大量人力为基础,采用原材料在现场进行建造的方式。由于房屋建成之后无法移动,需要在工地进行建造,因此,大量的施工安装作业在工地完成,建造活动均需在一个狭小的空间内完成,因此施工组织管理复杂,效率低,质量保证难。装配式建筑中有一部分部(构)件在场外预制,因此,具备了一部分制造业的特征。但由于发展的惯性,绝大部分的工作仍然在工地完成。
与造船的发展阶段相对照,我们可以发现,房屋建造的方式与1940年代以前的传统造船模式非常相似。
首先,设计与建造是分离的。设计由专业的设计机构进行设计。设计人员关心的是如何满足技术和规范的要求,对如何建造关注较少。
其次,设计过程中是分专业进行设计,专业之间的协同和优化并不多。专业工程师大多关注本专业的技术合理性,对其他专业是否协调、总体是否最优关注不多。
第三,施工单位被要求“按图施工”,对如何优化设计没有太多的发言权,也没有太多积极性,施工单位更关注建造成本和施工工期。
第四,施工过程中基本上是按照先结构、再机电、后装修的顺序进行建造的,因此建设周期长,前后工序矛盾的问题层出不穷,造成浪费多,投资效益低下。
传统造船模式,采用先船体、再舾装、再涂装的作业排序,导致大量的舾装和涂装作业集中在船台和码头上完成,作业面狭小,工序的无序交叉和相互干扰致使船台周期和码头周期根本无法保证。
造船行业的技术和管理模式,经过几代发展已经演进到模块化造船模式——以区域和中间产品为导向,采用壳舾涂一体化的作业方式,采用设计、生产、管理一体化的建造模式,实现了均衡、连续、高效地总装造船。
将现代造船模式与传统造船模式做个对比如下表所示。
特征 |
传统造船模式 |
现代造船模式 |
|
初级阶段 |
高级阶段 |
||
生产组织特征 |
系统导向型 (按功能/系统/专业) |
区域导向型 (按区域/阶段/类型) |
产品导向型 (按中间产品/阶段/类型) |
设计技术特征 |
手工画图 |
手工与计算机画图相结合 |
计算机画图 |
制造技术特征 |
按专业划分作业 |
按区域划分作业 |
按中间产品划分作业 |
管理技术特征 |
按专业分系统管理 属调度型 |
按区域综合管理 属计划调度型 |
按中间产品综合管理 属计划型 |
计算机应用特征 |
性能计算 |
CAD/CAM/MIS |
CIMS |
非常有趣的是,我们发现如果把上表中的传统造船改为房屋建造,上表中的内容大体也是成立的。
7. 装配式建筑——向现代造船业取经
与现代船舶制造相比,房屋建造无论在质量、还是在效率上,都存在巨大的差距。装配式建筑的发展应以提高效率、提高质量为目标,向造船业学习,改变建造的指导思想、生产方式、建造流程,实现行业的升级和高质量发展。
(一),装配式建筑应该实行设计、生产和管理的一体化,要改变现在的设计、生产、施工分离的行业格局。当下推行的工程总承包、全过程工程咨询和建筑师负责制应该是不错的新政策。
(二),装配式建筑应该在设计、生产和施工的三个阶段,运用并行工程的理论和方法,实现结构、设备管线和装修的一体化,提高装配式建筑的效率,从而提升核心竞争力。
(三),装配式建筑要统筹好工厂和现场两个工作场所。当下最重要的应该是增强工厂的作用,需要将大量的现场作业前移到工厂内来完成,尤其是将现场操作复杂、质量难以保证的作业移到工厂内完成,减少现场的工作量;其次,要将工厂培育成为总承包企业的系统供应商,要将系统供应商与总承包企业结为战略伙伴,共享技术,共同发展,总承包企业变为“总体装配工厂”。这样将工厂与现场有机结合起来,实现“高空作业地上做,露天作业室内做”,现场施工向“总体装配”转变。
(四),装配式建筑应进行标准化设计已经成为行业共识,但如何进行模块化设计,进而实施模块化建造,无论在理论还是在方法上尚不明确,需要进行细化和深化。装配式建筑应学习造船业的先进经验,建立以“中间产品”为导向的理论和方法,实行建筑设计模块化、工厂制造模块化、现场建造模块化,从而真正实现集成化造房。在这方面,应该向现代造船业取经,在工厂内将结构构件、装修构造和管系进行集成,做成集多功能于一体的建筑模块,现场进行连接和嵌补。这样新型建造方式,能够实现智能制造与建造的有机融合,装配式建筑的高质量发展才有更广阔的空间。
参考文献:
[1]牛慧丽. 转自:赵钿-公众号:将制造与建造融合 提高装配式建筑竞争力 [N]. 中国建设报, 2020-09-08(007).
[2](英)大卫·约翰·艾尔斯(D.J.Eyres),(英)乔治·约翰·布鲁斯( G.J.Bruce)著;李锋,赵芳,施璟 译 2018.船舶建筑[M].北京:国防工业出版社
[3]王平,任南,潘燕华,葛世伦. 2010.船舶集成制造管理理论与方法[M].北京:科学出版社[4]斯蒂芬·基兰,詹姆斯·廷伯莱克.2009.再造建筑—如何用制造业的方法改造建筑业[M].北京:中国建筑工业出版社
前文:
1. 政策?技术?成本?什么才是装配式建筑的核心竞争力
3.装配式建筑|中国建设报专访转自:赵钿-公众号:智能制造助推装配式建筑高效发展
本文是装配式建筑系列文章之六,围绕着如何提高装配式建筑的质量与效率,研究制造与建造的融合,尝试找到提升装配式建筑效益的方法,探索一条装配式建筑创新发展的成功之路。