模块化设计模式在建筑设计企业应用的思考

人口老龄化加剧和双碳力推的背景下，建筑工业化是大势所趋。建筑工业化就会倒逼设计工业化，要求实现建筑自动化和标准化设计。我们认为通过模块化设计转型，实现量产型建筑的标准化设计和即时出图是设计企业未来的主流方向。这一模式能够持续推动建筑设计行业效率的极大提升。目前模块化设计模式还处于早期的探索阶段，从科研到生产实践可能还需要三五年时间。

“模块”半自律性的子系统，通过和其他同样的子系统按照一定的规则相互联系而构成的更加复杂的系统或过程。建筑设计现在的生产模式是“建筑→结构→机电”+“施工生产”。建筑设计本质上看是一种可组合模块化，允许任何数量的不同构件类型按照任何方式进行配置，只要每一构件与另一构件以标准接口进行连接。所谓建筑设计模块化转型就是利用现代信息化技术，在统一的操作平台（规则体系）上，将建筑物的若干个既相对独立又相互关联的模块组成一个可交付产品的过程。每个设计模块尽量将设计规则的相互依赖关系放在模块内部，减少模块的相互依赖性，也就是说一个单一模块要包含建筑、结构和机电的尽量多的信息和规则，未来要实现像制造汽车一样设计建造房子。模块化设计思路有点类似谱系化模块建筑营造。模块化设计最大的好处就是以更低的成本实现大规模个性化设计生产服务，大大提高了产品多样化创新的效率。建筑模块化设计产品的代表是米兰垂直森林。2014年，建筑师斯塔法诺·博埃里在米兰建立首座垂直森林。随后，米兰垂直森林这种模块化的标准设计产品先后在荷兰埃因霍温、瑞士洛桑、美国芝加哥、印度孟买、印尼雅加达、中国黄冈等地进行标准化设计和生产，仅需根据当地气候、生态环境等因素进行微调。

在模块化设计体系下，设计业务初期会被分为两种类型，一种是定制化的原创作品，部分应用模块化，当然更多的是参数化的数字化设计方式，建筑师的创意将得到进一步加强；另一种是量产型的产品，更多依靠模块化生产体系产生，在某些特定情况下，甚至可以不需要建筑设计师。随着模块化转型的纵深推进，参数化将与模块化形成融合，共同提供数字化设计服务，设计业务的生产模式会转变为“创意建筑设计+模块化设计体系”。这种模式与建筑师负责制和工业化建筑生产是完美融合在一起的。

建筑设计行业的特点就是知识密集型，关注作品而非产品，“小而美”成为核心价值观。但从行业实际情况看，产品才是行业的主流。据不完全统计，全国定制化设计占40%，量产型设计占60%。量产型设计常见的是居住建筑、产业园办公、学校、医院、酒店等功能定位明确的建筑，其中天华等房产设计企业已经在标准化设计方面走在行业前列。随着信息技术的发展，行业表现出量产型设计的比重逐步提高的趋势，可能会达到90%，甚至在最非标的公共建筑领域，60%也将是量产型设计。

在定制化设计中应用较多的是参数化数字设计手段，典型的就是应用Grasshopper等设计软件或者自主开发参数化设计工具，完成机场、公共交通导向开发（TOD）等高度复杂的个性化设计服务。在量产型设计中，目前国内外有两种推动方式。一种是围绕AI生成设计，如国内的小库科技、诺亚科技 ，国外的挪威建筑平台、边路实验室 等。AI生成设计模式现主要应用于居住建筑等民用建筑中，存在的主要问题就是产品缺乏快速迭代能力，应用范围较为狭窄，客户体验还有待提高。另外一种就是在设计企业存量知识库的基础上，探索推进模块化设计。如天华等较大的民营设计企业，万科等大型房地产企业的设计体系，阿里等互联网企业+设计院的联合模式，华为等研发制造企业+设计院的联合模式等。我们认为能够颠覆行业的还是来自内部的力量，以存量庞大知识库为基础，形成的模块化设计模式，将会是建筑设计行业生产组织方式的一次颠覆。模块化设计模式的优点主要是可以充分发掘存量设计知识，能够聚集主流设计师的力量，实现量产型建筑的标准化设计和即时出图，提高传统设计企业的生产效率和客户体验。民营设计企业的行业推动力不足，大型房地产企业开放性不足，制造研发企业更多关注的是物联网应用，未来主流的模式应该是大型国有设计企业+互联网企业。

一个模块化设计体系包含3个方面：一是一个平台；二是若干产品线；三是无数模块。平台就是操作系统，隐含着模块整合的所有规则，也是技术迭代的主体。若干产品线是指教育、医疗、养老、住宅等不同的标准化的建筑专项化产品线。初期是相对简单的建筑，比如廉租房，后期随着技术的不断发展，模块化设计可以逐步复杂化，形成能够面向机场、超高层建筑、TOD等形式的产品体系。建筑模块就是包含可通用的构件、楼梯、核心筒，实现地上单体建筑图纸可重复使用，有点类似计算机的优盘，可实现随插随用。模块知识来源于设计企业的传统数据库，越是历史积累丰富的企业越是受益，是AI生成设计很难替代的。从长期看，建筑模块还将包括建筑算量模型、招采信息、施工组织等信息，甚至存在与地理信息系统（GIS）地理大数据相互连接的可能性。

模块化设计体系转型的几个要点：

（1）并联设计。 支撑结构、维护结构、暖通空调系统、可再生能源系统及室内部品体系之间从原先的串联设计转变为并联设计，建筑前端完成，后端所有部分也随之完成。

（2）规则内化。 传统设计规则在建筑、结构和机电之间不断反馈，形成正向循坏。模块体系则要求设计规则尽量内化在模块中，在模块内部进行平衡，降低不同板块之间的交互，进而提升设计效率。

（3）即时可视。 模块化设计平台是一个可视化的信息系统，客户可以在操作系统中看到三维设计效果，类似三维BIM效果。

（4）开放共享。 平台类似淘宝，不同的设计企业和设计师可以在平台的统一规则的基础上，上传和下载各种模块，也可以在平台上形成设计产品。客户可以在平台自主选择，形成开放共享生态。

以传统建筑企业知识库为基础，推动建筑设计模块化转型需要以下几个关键的技术和管理机制的保障。

（1）建立非结构化数据的分析体系。 很多传统设计企业已经形成海量的设计数据，单靠人力是很难形成大量可再利用模块。需要建立基于大数据与AI技术的海量非结构数据查询，内容分析与索引；基于数据挖掘与大数据AI技术的图纸内的分析，推荐与挖掘；基于AI和自然语言处理，大数据技术的文本数据挖掘与知识提取，问答式查询与知识库系统，实现传统设计知识库内设计图纸信息的快速抓取、分析和建模。

（2）建立设计后端的智慧运维体系。 模块化设计体系建立以后需要不断迭代，持续提升产品的能级和客户体验。这就需要建立智慧运维体系，能够将智慧运维体系和模块化设计体系构建成一个正向反馈的PDCA循环体系。这也意味着：一方面设计企业需要介入后端的智慧运维体系，并掌握大量的建筑运维数据；另一方面设计专稿企业还需要在建筑智慧运维领域进行大量投资。

（3）需要建立鼓励开放共享的利益机制。 模块化设计体系的大规模应用可能会影响结构和机电设计师的队伍，而且建筑设计师习惯于传统生产方式和利益分配模式，对模块化设计体系的抗性较大，需要以青年建筑设计师为主体，探索新的利益分配机制，增加项目试错和迭代机会，逐步推进模块化设计转型。在类似淘宝的开放平台上，也应构建模块定价和知识共享的利益分享机制，鼓励设计师开发和应用各种模块，打造模块化设计生态。

在建筑设计企业内部，参数化设计和模块化设计是设计数字化转型的两个方向。参数化设计主要针对的就是异型定制化建筑，模块化设计主要针对的就是标准化的量产型建筑。前者产生的就是建筑作品，后者产生的就是建筑产品。沿着建筑模块化转型方向并且持续与建筑工业化相匹配，是未来的主流，值得建筑设计企业投入大量人力物力去探索和完善相关模式和机制。

从发展趋势看，一方面，要尽快形成模块化体系，并且能够进行产品化封装，形成有竞争力的商业模式。另一方面，模块化体系中可以将设计信息、材料信息、价格信息、施工信息、建设管理信息等纳入其中，打造一个全过程的建筑生产数字化管理体系。值得探索的就是这个数字化的模块化体系向业主的设计管理部门开放，业主可以在平台上，通过自主选择模块的方式形成自主出图的客户体验，设计师也许会从设计产品或者作品，演变成设计模块，这将可能颠覆现在的设计管理体系。

参考文献：

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来源｜上海建设科技