叶浩文：新型建筑工业化与未来建筑的发展

随着国家节能减排战略的实施和新型城镇化水平的不断提升，要求传统建筑业加快转型升级的呼声也越来越高。在此背景下，积极研究新型建筑工业化和未来建筑的发展方向，无疑对加快建筑业适应国家可持续发展战略，具有积极的推进作用。

一、未来建筑的探索与思考

1.未来建筑的研究背景

随着工业4.0时代的到来，全球工业信息化和自动化带来计算机技术与建筑领域的不断融合，基于“碳中和”、“正能耗”等背景的建筑新目标被不断提出，人们将会越来越重视未来建筑对人的行为和环境变化的回应、互动，未来建筑也应基于自然规律而存在，用最合理的方式、最少量的资源，实现最高的性能。高性能建筑作为由多种技术打造的人性化、智能化建筑“系统”，必将成为未来建筑形态的主流。而当今不断发展的建筑技术与工艺材料，所带来的建筑外形设计、建筑外表皮、建筑生态等方面的崭新面貌，也为我们构想未来建筑提供了丰富、广阔的视野。所有这些，都为我们构想未来建筑的概念和实现方向，打下了很好的基础。

2.未来建筑的概念

建筑因“人”而生。未来建筑更应以人为本，适宜并满足人在建筑中办公、生活需求。从需求的角度来分析未来建筑，这是定义未来建筑概念的基本出发点。在此基础上，未来建筑的概念，还应充分考虑社会、自然和科技等多方面背景因素。综合起来，可从以下角度描述未来建筑。

（1）未来建筑是以人为本的建筑。未来建筑首先必须是最大化满足人的需求的建筑。

（2）未来建筑是工业化的建筑。从建筑业的发展方向看，集成科研、设计、制造、装配、回收及评价一体化的全产业链建筑工业化体系，应是未来建筑首选的建造方式。

（3）未来建筑是近零能耗建筑。迈向“零能耗”是建筑发展的终极目标。未来建筑应成为是（近）零能耗建筑的示范项目。

（4）未来建筑是绿色建筑。绿色建筑是未来建筑的发展路径，国务院《绿色建筑行动方案》和《国家新型城镇化规划》，都对绿色建筑的发展提出了明确的要求。

（5）未来建筑是智能化建筑。科技发展必将改变人们生活工作的方式。智能穿戴设备、物联网、互联网＋等，都将参与到日常的生活与工作用。

（6）未来建筑是零排放建筑。未来建筑在达到零能耗的同时还应实现零碳排放，其全部生活废水将通过收集循环利用，实现零排放。

（7）未来建筑是健康建筑。未来建筑是更生态友好、更人性化和更健康的绿色建筑，在生物循环利用、与大自然共生、有利于人体健康等方面都有质的飞跃。

（8）未来建筑是广泛使用新材料、新工艺的建筑。新材料、新工艺的广泛开发应用，将进一步提升未来建筑的层次。

二、未来建筑的实施方向

基于对未来建筑概念的梳理，未来建筑的建造不仅需要很好地融合各种建筑理念，还需要科学规划实施路径，有效集成多种实用技术、前沿技术、探索技术和新材料新工艺。

1.未来建筑——新型建筑工业化方式建造

（1）新型建筑工业化的含义。新型建筑工业化是以“设计标准化、生产工厂化、现场装配化、主体装饰机电一体化、全过程管理信息化”为特征，能够整合设计、生产、施工等全产业链，实现建筑产品节能、环保和全生命周期价值最大化的可持续发展新型建筑生产方式。

（2）新型建筑工业化的目标。用一体化的方式，植入绿色智能化基因，从设计、生产、制造、施工、运营服务的建筑生命全周期，提出全产业链解决方案，将未来建筑打造为集智慧社区、智慧办公、智能家居为一体的智能服务体系。

（3）新型建筑工业化的实施路径。未来建筑采用 EPC 模式建造，实行设计、生产、施工和机电装修的一体化，使项目设计更优化，更有利于实现建造过程的资源整合、技术集成及效益最大化，推动建筑业生产方式的转变。

（4）新型建筑工业化可选用技术。适用于未来建筑的装配式建筑技术体系，可包括：标准化设计技术、工厂化生产技术、装配化施工技术和信息化管理技术等。这里仅对基于BIM +互联网的全产业链信息化管理技术，加以举例说明如下：

全产业链信息化管理技术，以BIM 协同理念为研发主线，以BIM 模型信息为集成基础，通过建立底层结构，来整合企业的构件系统、应用数据源等，实现企业内部 BIM 设计软件、BIM 协同平台、企业资源计划系统（ERP）、制造执行系统（MES）、控制系统（DNC\DCS\PLC）、施工现场 5D 管理系统以及管理链条中的其他系统之间无缝的数据共享和交换，并利用物联网技术，实现设计、生产、施工的一体化协同管理，为组织的战略决策信息化提供坚实的基础平台。平台全面助力建筑工业化的工程总承包 EPC 五化一体模式的推广，从而推动建筑业的全产业链发展。

2.未来建筑——绿色施工

（1）绿色施工的含义。未来建筑的施工过程应充分体现绿色施工的机械化、低碳化、信息化及智能化，在保证质量、安全等基本要求的前提下，通过科学管理和技术进步，最大限度地节约资源并减少对环境负面影响。

（2）绿色施工的目标。实现施工过程的“四节一环保”即“节能、节地、节水、节材和环境保护”。

（3）绿色施工的实现路径。未来大厦的绿色施工，应基于BIM 技术信息化管理平台，在对环境影响最低的基础上，最终实现文明施工、高度机械化施工、高度智能化施工和人性化管理，实现节能、环保、智能、高效和以人为本。

（4）绿色施工可选用技术。

1）在实用技术方面。主要包括：基于 BIM 和大数据应用的现场管理技术、多方协同管理信息化系统、施工现场智能化管理技术、工程安全事故预警管理系统、放样机器人、隔震技术、施工降水和雨水回收再利用技术、现场喷淋降尘技术、垃圾回收处理再利用及分类外运技术等。

2）在前沿技术方面。主要包括：3D打印技术、“移动造楼工厂”、自带塔机微凸支点智能顶升多功能作业平台技术等。

3）在探索性技术方面。可考虑推行“建筑机器人”技术。受“白蚁行为”的启发，哈佛大学工程系已经制造出一个无需监管的建筑机器人小分队。自动机器人小分队可以建造复杂三维建筑，如古塔、城堡和金字塔，无需中心控制或专人监管。机器人只需四个传感器和三个制动器即可运转，能搬砖、建楼梯、爬楼梯上高层加砖。可以适应项目需求调整自身功能，还可以派往人们难以开展工作的地点开展工作。采用这种机器人为节省劳动力、降低劳动强度提供了终极解决方案。

3. 未来建筑——零碳排放

为应对全球气候变化，减少碳排放已成为全球性共识。在2015 年 11 月联合国气候大会上，我国承诺：二氧化碳排放将在2030 年左右达到峰值并争取尽早达峰，单位国内生产总值二氧化碳排放比2005 年下降 60%—65%。

（1）零碳排放含义。无限地减少污染物排放直至零的活动。

（2）零碳排放目标。零碳排放不是没有二氧化碳排放，而是使用植树等自然方式补充等量的氧气与人们排放的二氧化碳相抵而达到平衡。

（3）零碳排放路径。一是要控制生产过程中不得已产生的废弃物排放，将其减少到零；二是将不得已排放的废弃物充分利用。实现将一种产业生产过程中排放的废弃物变为另一种产业的原料或燃料，从而通过循环利用使相关产业形成产业生态系统。

（4）碳减排策略。主要可分为5个阶段：一是规划设计阶段：绿色设计、优选建材、因地制宜；二是工厂化生产阶段：绿色生产、低碳生产、高效能源供给；三是建造施工阶段：绿色施工、工业化精益建造、信息化管理；四是使用维护阶段：提高能源使用效率、利用可再生能源、提高使用者节能减排意识；五是拆除清理阶段：延长建筑使用年限、提高废旧建材和部品部件回收利用率。

未来建筑的碳减排策略：还应从整体性上，交集式考虑建筑全生命周期的碳减排，包括超低能耗设计、工业化建造、信息化与智能化应用等。实时监控能耗，为碳减排提供技术和数据支撑。

4.未来建筑——零能耗建筑

（1）零能耗建筑的含义。建筑物可再生能源产生的能源总量大于等于建筑消耗的能源总量。高层办公塔楼实现“零能耗建筑”还较困难，欧洲目前广泛实施“近零能耗建筑”。

（2）零能耗建筑的目标。零能耗：适用于有大面积场地或扁平形建筑且位于可再生能源资源丰富地区的建筑；近零能耗：对于高层建筑或可再生能源不丰富的区域，保证建筑达到：包括所有用能的一次能源消耗量≤120kWh/(m2•a)。

（3）零能耗建筑的实施路径。实现（近）零能耗建筑的路径有三方面：一是被动式技术：优异的保温隔热维护结构、高性能门窗、高气密性措施、无热桥设计，同时利用热工设计方法使得建筑对能量的需求降到最小；二是高效用能系统：集成高效空调系统降低能源消耗，创造舒适的室内环境，实现超低能耗。三是可再生能源：利用地源热泵等可再生能源实现近零能耗，进一步实现零能耗。

（4）零能耗建筑的可选用技术：

1）被动式建筑设计技术。在实用技术方面，主要包括：场址微环境优化、建筑形态节能、建筑位置与朝向设计优化、围护结构的保温隔热、被动式太阳能采暖、遮阳技术、自然通风技术等；在前沿技术方面，主要包括：建筑表皮适应性技术、一体化设计、气密性设计、无热桥设计、相变材料、节能涂料等；在探索性技术方面，主要包括：气凝胶保温材料、变色太阳能技术等。

2）高效用能系统。在实用技术方面，主要包括：排风热回收、空调末端设置技术、空气净化装置、置换通风系统、照明节能、办公设备节能和能耗监测系统等；在前沿技术方面，主要包括：太阳能制冷系统、太阳能除湿技术等；在探索性技术方面，主要包括：智能立面技术等。

3）可再生能源技术。在实用技术方面，主要包括：地源热泵技术、太阳能热水、太阳能光伏发电等；在前沿技术方面，主要包括：太阳能热电联供、太阳能光热中高温系统、新一代太阳能光伏、生物质能、风电建筑一体化技术等；在探索性技术方面，主要包括：生物供电、太阳能光电玻璃、石墨烯材料、墙力充电宝（有机太阳能薄膜和预制混凝土装饰造型板技术）等。

举例说明两项前沿技术和探索性技术，如图8- 所示。

会跳舞的立面（前沿技术）：是指一种由支撑结构和活动元素组成的创新构造体系。起支撑作用的是固定在多边形玻璃立面上的不锈钢斜撑，它与竖直方向的不锈钢导轨组装在一起。这些面板可以活动，既能彻底的将立面封闭，也能完全敞开。有多个马达和中央控制系统让这些活动元素在三维空间中平滑移动，使得建筑立面能够不可思议地千变万化，人们可以像电影上映一样在立面上“播出”这些变化组合。

会跳舞的立面（来自网络）

生物发电（探索性技术）：通过植物苔藓在光合作用中产生的细微电量来对生物燃料电池进行供电，从而进一步减少设备使用能耗。

5. 未来建筑——智慧建筑

（1）智慧建筑的含义。未来建筑的智能系统就是一个楼宇虚拟管家，能全程主动对环境做出智能调节。适应人们的生活、工作、娱乐需求，是集合舒适、便捷的智慧大厦。

（2）智慧建筑的目标。智慧建筑的打造方式是以分布式智能云平台为基础，通过物联网化、“互联网+”化、智能化的方式，做到大厦中各个系统功能彼此协调运作，其本质是更加透彻的感知、更加广泛的联接、更加集中和更有深度的数据计算，为大厦肌理植入智慧基因。利用传感器、控制器、机器和人员的重新组合，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化网络的智慧建筑。通过大数据自我学习、优化，创建一个高效的建筑物的服务和管理信息系统。

（3）智慧建筑的实施路径。未来建筑是利用计算机来控制和管理建筑物。将楼宇的通风、供暖给排水、内外通讯和信息服务等功能用电子计算机控制，通过对建筑结构、设备系统、管理服务等基本要素以及内在联系的优化组合，为使用者提供了一个经营高效、办公舒适、安全便利的环境，满足商、住、娱乐、办公等多功能。并最终通过“互联网+”实现在任何地点都可以与未来建筑感知互动。

（4）智慧建筑的可选用技术。①实用性技术。主要包括：传统智能化系统、无线AP覆盖技术、无源光纤技术、双向电视传输技术、远程家庭智能化技术、卫星实时通讯技术等。②前沿性技术。主要包括：“物联网+互联网”人工智能运营技术、面部识别技术、智能化设备集成控制技术、联合能耗监测管理技术、弱电智能化设备集成控制技术等。③探索性技术。主要包括：视频分析技术、虚拟现实系统、立体停车技术、自控系统运行优化技术、电力载波信息技术传输等。面部识别（前沿技术）：在未来建筑中，通过与物联网平台相连，面部识别时间仅0.7s，随即建筑内嵌的授权智能系统自动启动。此技术可用于智能设备的自动启动与关闭，它也可以提供考勤、能耗数据查询、资费交易等功能。当智能系统开启时，网络平台内的所有设备即刻开始工作。如会议室的智能系统启动后，“智能化”将贯穿于会议从预定到结束的整个流程，包括：通过移动、PC端在线一键操作，开展会前远程预订通知；通过无线设备启动、脸部识别签到，服务会前准备；通过全息数字演示代替ppt、同声传译借用、大数据储存等技术，服务整个会议进程等。

6. 未来建筑——绿色生态建筑

（1）绿色生态建筑的含义。绿色生态建筑是建筑与生态环境协调发展的建筑样式，它贯穿于建筑设计、建造、使用的整个周期中，综合考虑了建筑物+环境保护+高新技术+能源+相关联因素。绿色生态建筑进一步升级了建筑的使用功能，不仅有益于使用者的身心健康，并符合了“资源有效利用”的环保要求。

（2）绿色生态建筑的目标。绿色生态建筑坚持“以人为本”，推崇建筑与环境共生的理念，从人文、能源、室内环境、资源、自然、经济等方面考虑全周期设计。在最大化利用现有环境因素的同时，尽最大可能减小对环境的污染。

（3）绿色生态建筑的实施途径。通过在未来建筑设计及施工中采用室内空气质量保障技术、室内声光热环境质量保障技术、场地绿色生态技术、节水节材技术等适合项目自身特点的技术措施，实现未来建筑的绿色、生态、健康的目标。

（4）绿色生态建筑的可选用技术。①实用性技术。主要包括：变色玻璃、太阳能板屋面中水循环系统、屋面绿化、POE监测等。②前沿性技术。主要包括：采光追逐镜系统、三体绿化、室内检测小气象站、水生态自净系统等。③探索性技术。主要包括：空气净化型表皮技术、自产能型调光玻璃技术、生物链型能源传递技术、生态型表皮技术和酸碱度自调节墙面技术等。其中，前没技术中的三体绿化技术将会在未来建筑中广泛使用。三体绿化。指的是屋面水平绿化+表皮竖直绿化+内部绿化节点。从空间使用角度来说，它提供了绿色空间使用的多样性，可用于等待、交流和阅读；从使用者角度来说，它提供了休闲、愉悦、漫步的功能，集中体现了绿色生态建筑的特点。

7. 未来建筑——健康建筑

（1）健康建筑的含义。建筑物像“健康生命体”般自主调节，自动适应环境，提供良好的空气、阳光、水、营养等，最大限度地保证使用者身体及心理健康。

（2）健康建筑的目标。健康建筑以人类价值实现为中心，在建筑的规划、设计、施工、运营管理等环节，从建筑的参与方、利益相关方出发，通过相应的技术和管理手段，实现建筑与环境、社会的互适融合，保证人们身体健康的同时，提升人们的精神愉悦度，优化人们的生活工作方式，实现健康建筑对社会发展和未来进步的需要。

（3）健康建筑的实现路径。以使用者的健康为基本需求因素，因地制宜采取适宜项目自身特点的相关技术，来保证满足人的健康对室内空气、声、光、热、水等多方面的质量需求，最终实现未来建筑的健康目标。

（4）健康建筑可选用技术。包括：

1）实用性技术。主要包括室内空气质量、室内光环境质量、室内声环境、水质量技术等。

2）前沿技术。主要包括模块化智能天窗系统、CF-TiO2（纳米二氧化钛）协同空气净化技术、测定VOCs（挥发性有机物）的催化发光阵列气体传感器技术、OLED照明技术等。

3）探索技术。主要包括微生物净化技术、气体传感器智能化技术、QLED照明技术、活性炭纤维吸声材料技术等。

OLED中文名称为有机发光二极管，是一种薄膜发光二极管，它的发射层是一种有机物。这些器件的加工相比传统的LED成本低很多。OLED被称之为“绿色光源”，具有独特的优点，如：OLED不需要像LED一样要通过额外的导光系统来获得大面积的白光光源；OLED照明可根据需求，设计所需颜色的光；OLED可在多种衬底材料如玻璃、陶瓷、金属、塑料材料上制作，使得设计照明光源时更加自由；OLED在照明系统中还可被用作可控色，允许使用者根据个人需要调节灯光氛围；OLED器件的工作电压很低，使用非常安全等等。

8. 未来建筑——新产品新材料新工艺广泛应用

（1）透光混凝土。光线可以从混凝土的一面透至另一面，增加室内亮度，节省人工照明需求，周围物体可显示出阴影，体现朦胧美感。

（2）收缩式遮阳表皮。双层皮间的遮阳设备，根据自然光的强度自动收缩，很好地调节建筑的遮阳效果。

（3）复合型表皮。采用金属板+太阳能板+电致变玻璃建造的储能型建筑表皮，能就地产生清洁能源，为楼宇提供能源供应。

（4）多种技术工艺的融合集成。未来建筑是相关门类科学技术发展的产物，它决不是某一项或几项技术的简单叠加，而是充分尊重人的需求与自然协调发展的多项适用技术的有效集成和无缝互融。可包括：雨水收集回收系统、微风发电系统、模块化系统、绿化立面、生物质能、空中花园/绿色空间、智能立体停车场、智能玻璃、立面热回收玻璃、光伏幕墙、太阳能光伏涂料、智能表皮、防微尘纱窗、高效节能垂直电梯和水平电梯、创新楼宇自动化及能源管理、清洁与维修机器人系统、机器人组装、物联网+互联网人工智能运营、远程展示设备、资源自动分离回收中心、实时数据显示显示能耗、数字化制造设备、基材再回收、地源热泵系统、生物质能转化系统、新型高效基础隔振系统等。

9. 未来建筑的办公生活情景预设

（1）未来建筑——办公方式的创新。未来建筑可设置多种全新的、人性化的、创意氛围浓郁的办公模式。

（2）未来建筑——厨房空间。未来厨房将与人们的生活紧密相连。它将具有以下特点：绿色厨房。人性化的设计和配置，将让厨房生活充满正面的、积极的情感，为使用者带来美好的、愉悦身心的体验，摒弃厨房里烟雾缭绕的印象。智慧厨房。未来厨房还能对用户进行引导和指导，成为用户的“良师益友”。目前已有一些能用于未来厨房的科技产品。

（3）未来建筑——浴室空间。未来建筑的卫浴，应该是一个集节约、清洁、安全、交互、保健、娱乐和资源化于一体的建筑空间。

（4）未来建筑——公共休闲区域。办公类的未来建筑，都设有公共休闲区域，既满足缓解员工紧张工作的休息放松、交流娱乐需要；也为到未来建筑的来访人员提供休憩的空间。

10. 对未来建筑的总结性描述

结合未来建筑的研究背景，在尊重人与自然协调发展的基础上，通过梳理未来建筑的概念，提出未来建筑的实施方向，并充分畅想未来建筑的生活办公情景，对未来建筑作出以下五点总结性的描述：

（1）未来建筑是在满足人的不断发展变化的需求基础上建立的，需要符合未来人类的工作、生活模式；

（2）未来建筑是在以人为本原则下包括但不限于以下元素的组合集成：工业化、 (近)零能耗、绿色生态、智慧、健康、碳减排、+/-N（个性化、可变化等），各项指标并不是简单的+、-关系，而是函数关系，相互影响，互为变量；

（3）未来建筑发展目标：基本功能 +“幸福空间”（生理+心理）；

（4）未来建筑期待着新材料、新工艺、新技术的出现；

（5）未来建筑是大众参与、万众创新的产物。

三、结语

经过几十年递进式发展，我国建筑业已走到了一个十分关键的关口。当下，大力推进装配式建筑的发展；着眼明天，积极构建未来建筑的实施方向。这是一个建筑人的思考，也是整个全行业的责任。行业内要增进交流、抓住机遇、形成合力，加快建筑业的创新发展，共同迎来建筑业更加美好的明天。

（责任编辑：何雯丽）