工程创新对建筑设计的启发

1、工程创新对建筑设计的启发前言一直以来，创新都是工程实施的核心推动力。工程作为实践的造 物活动，具有唯一性和当下性，致使创新必然成为工程活动的内在要 求1。一切科学理论、生产工艺、管理制度等都要在工程活动中应用、 革新和发展。在从事工程活动时，工程实施者往往会运用理性思维来 进行工程创新。建筑设计也是一个创新的过程，与工程创新具有可比 性。建筑师可以向工程创新学习，在建筑设计中秉持理性思维，这或 许是实现“美的建筑的基木途径。1创新与工程工业创新经济学作者克里斯弗里曼把创新定义为：第一次引 进一种产品（工艺）所包括的技术.设计.财政、管理和市场的全过 程2。创新的本质特征是科技成果和经济发展的结

2、合。创新的根本目 的是推动科技成果转化为具有功效性和经济性的产品或者工艺的过 程。工程是利用物质和社会资源，运用相关科学知识和技术手段, 通过不同专业的人员协同合作，实现既定目标的人类的造物活动。工 程是各种创新活动的主要领域，通过创新活动来产生社会和经济效益。工程创新是重新组合工程物质和社会要素的过程，可以解决工程中产 生的一些矛盾。王宏波教授将工程创新活动的种类和形式用公式表现 岀来（工程创新二工程理念创新+工程技术创新+工程管理创新+工程制 度创新）4o木文通过对具体工程实例的分析探究工程创新中工 程实施者运用的理性思维，以获得对建筑设计的启发。2丄程创新解析2丄周期性的流程经济学领域中

3、创新，其一般流程为“创造发明一技术应用一市场推 广。经济学家熊彼得认为创新的出现必然会引起模仿，模仿会引起 创新浪潮带动经济的发展。当许多企业都实现模仿之后，创新的浪潮 也就停止了。这时就需要新的创新浪潮出现来引发经济的再次波动增 长5。可以看出创新流程的周期性推动着经济的持续发展。这种理论 也适用于工程创新，工程创新也是一个周期性的流程，由此推动工程 不断发展。以产品开发创新为例，其一般的流程具有线性递进的特点。工程实施者在其中扮演的是一个全局把控者的角色，而不是仅仅进 行产品的设计。产品开发创新不仅包括产品的设计创新，还包括产品 的技术应用和市场推广，形成产业开发创新的一个周期。根据上市推

4、 广所得的产品销量和顾客反馈情况再进行产品的设计，可以有效地降 低成本.提高效率，并得到更加符合消费者需求的新产品（见图Do2.2集成性的体系集成是通过某种方式将一些孤立的事物或元素改变原有的分散状 态集中在一起，构成相互联系的整体过程。工程是规模庞大而复杂的, 工程创新往往呈现出集成性的特点，是一个重新组合物质因素和社会 因素的横向体系，涉及不同的学科领域。物质因素包括知识要素.技 术要素、材料要素等；社会要素包拾法律要素、管理要素.伦理要素 等。技术创新是工程创新集成性的重要体现。技术创新不是单个技术 的创新，而是多个技术的集成创新。工程实施者通过统一配置物质和社会资源，选择和集成各类技术

5、，追求技术的集成和构成优化。在工 程技术创新中，创造发明固然是其中重要的组成部分，但是更重要的 是如何将发明创造转化为具有实际功效性的单个技术，最终再转化为 具有社会和经济效益的集成技术。如港珠澳桥隧工程的技术创新。该 工程而对诸如台风、洋流等恶劣的环境条件，同时需要建造桥梁.人 工岛和海底隧道的技术创新（见图2）o J：程实施者通过对一系列的 单个技术进行革新，如大型钢管复合钢技术、埋床法全预制墩台技术、 预制墩身连接技术以及大悬臂钢箱梁耐疲劳结构设计技术等，最后形 成了在海上建造跨海大桥的创新技术体系。港珠澳桥隧工程建成后能 够抵抗16级台风、8级地震，预期使用寿命能够达到120年。2.3

6、结构性的网络工程需要经过诸如规划、设计.建造以及使用等阶段才能完成。工程创新存在于每个阶段之中，不断地革新与发展，有着纵向的时间 维度。同时如上文所说，工程创新是一个综合各组成要素的横向体系。由此可以看出工程创新是一个纵横交错的结构性网络。工程创新来源 于实践，它在不同阶段对工程组成要素的整合会带来经过检验的、相 对全而.正确的模式。这些模式包括在不同外部情况下组成要素的数 量比例.排列次序、结合方式、关联变化等，不同的工程创新活动都 能遵循这些模式顺利地完成。如港珠澳桥隧工程的管理创新。北京等 5省市在2006年12月开展了设计施工总承包试点工作。截至目前, 内地己有十余个试行设计施工总承包

7、的项目，为港珠澳桥岛隧工程的 管理模式创新提供了宝贵的经验。考虑到该工程的跨境性和综合性, 工程实施者采用了设计与施工联动的管理模式一一设计施工总承包 模式，规定了工程的人员构成、责任分配以及奖惩制度，来解决施工 过程中信息不畅.沟通困难.效率低下等矛盾。该工程以施工负责人 作为联动体的总负责人，全面负责联动体各成员完全履行合同，并同 步负责施工团队统筹协调管理工作，而设计负责人则在总负责人的统 筹管理下，具体负责设计团队的统筹管理工作；明确施工对设计的反 馈和协调责任，设计方在施工图设计前需要充分听取施工方的建议, 使设计方案符合有关规范与指标，尽星符合施工方的要求，便于施工 的进行；建立完

8、善的奖惩管理制度，工程的每一项任务都具体落实到 个人，根据工程任务完成质量，由总负责人和设计负责人具体落实对 团队的奖励或者违约处理。这种设计施工总承包模式为同类型的大体 量的跨境性工程项目提供了样板，能够有效提高工程效率、缩短工期、 确保工程质量刀。3对建筑设计的启发（1）建筑是循环的周期一一可持续的建筑设计理念与工程创新相似，建筑的实施过程也应该是一个循环的周期，是 一个包括规划与设计、建造与运输、运行与维护直到拆除与回收的过 程。建筑设计理念应该从传统的设计一建造一使用一废弃转变为“设 计一建造一使用维护一再利用。建筑师在整个建筑的循环周期中需充 当全局把控者的角色，在设计阶段就应该考虑

9、到建筑的建造、使用 和回收，并在之后的阶段与其他专业部门做好协同工作（见图3）。湖南省郴州市的万花冲一号绿色建筑项目，就是在建筑是循环的周期理念下的实际应用。建筑师在项目的设计阶段采用了全寿命周 期成本分析，定星地测算岀整个工程开发、设计、建造、运行的成本 费用，并通过绿色技术在项目中后期节约出来的经营方面的成本弥补 前期设计方案选择所带来的增量投资。据相关资料显示，该建筑项目 约十二年后就能回收增量成本投资，如果考虑到建筑的拆除回收期节 省的成本，其经济效益还将有进一步的提高。（2）优化的信息整合一一计算机技术的集成在建筑设计中，计算机辅助建筑技术，如CAD、SU等已经被建筑 师广泛接受。但

10、是对于大多数建筑师来说，这些技术只是代替了传统 的图纸，建筑的设计信息仍然是二维的、弱关联的，这给建筑的平、 立、剖面的同步修改带来诸多不便。同时，这样的设计信息在建筑的 设计和建造阶段传递，容易造成解读困难、信息流失其至信息断层等 现象。目前正在逐步推广的BIM技术虽然能较好地解决这一问题，但 是随着建筑项目规模的扩大和管理模式复杂化，传统的分析算法已难 以满足智能化管理的需求。建筑设计可以学习工程创新的集成性体系, 对各类新技术进行集成。如近年来被广泛应用于制造、医疗.能源和 通信等工程项目中的大数据.云计算和物联网等新型计算机技术。通 过对BIM技术、大数据、云计算、物联网等计算机技术的

11、集成应用, 使建筑数字化.网络化、智能化。原本运用于其他行业的新型计算机 技术，如今正被建筑师灵活地运用于建筑的设计、建造和管理之中。如在运行维护阶段，运用物联网技术对建筑的机电设备进行实时监测, 并将其与BIM模型中的设备进行绑定，从而在BIM平台中进行可视化查询和管理。该技术己经在中国尊等项目中得到成功运用9。虽然 由于各地自身条件的限制，这些技术还没有普及，但是工程带给我们 的技术创新集成性体系，建筑师已经在积极.努力地做出回应。（3）程序化的行为准则一一可操作的设计模式克里斯多弗亚历山大在建筑的永恒之道一书中描述了模式的 通用规则：它表示了一个特定的环境、一类问题和一个解决方案之间 的

12、关系。每一个模式描述了一个不断重复发生的问题，以及该问题解 决方案的核心设计10O建筑设计也是一个创新的过程，其与工程创 新一样，应当拥有在设计实践中得到的相对全面、正确的设计模式。这种设计模式是在应对不同的环境条件和各种矛盾中形成的，是一种 程序化的行为准则，帮助建筑师清晰.明确地表达自己的设计理念。不可否认，建筑师在建筑设计时是需要感性的意象构思的，但是在具 体的操作层而又依赖于理性的设计模式。在理性的设计模式下，设计 切入点和切入方式的不同是建筑最后呈现形式不同的原因。如建筑师 诺曼福斯特设计的彭博欧洲总部大楼，为了实现建造一座兼顾历史 与时代特征的石砌建筑的目标，福斯特以建筑表皮作为切

13、入点，对竖 向遮阳板的制造提出了很高的要求。该竖向遮阳板需要不同专业的人 员协同合作，经过采集、加工.测试等一系列步骤才能完成。最后的 材料呈现岀历史感与工业感的交织，呼应了伦敦市区的社会风貌，使 建筑在整片区域中能够十分自然地融入。同时竖向遮阳板还与自动通 风系统有机结合，通过竖向遮阳板的开闭，调节室内的气流，改善了 室内的办公品质，同时还降低了建筑能耗。经过测算，预计将每年节 省600750兆瓦时的电能，减少约三百吨的二氧化碳排放量(见图 4)o4结语通过前文的探讨，可知工程实施者在进行工程创新时，往往会采 用整体的、客观的理性方式来节省成木.提高效率，以实现其既定的 目标。建筑师主要可以

14、借鉴其三点经验：在建筑设计中秉持可持续的 设计理念、运用集成的计算机技术以及遵循可操作的设计模式。或许 这样能够为我们带来基于真实、正确的设计结果，才有可能实现“美 的建筑。参考文献:李伯聪工程创新：聚焦创新活动的主战场J中国软科 学,2008(10):44-51+64.2英克里斯弗里曼著工业创新经济学M华宏勋译北京大学 岀版社,2004.徐长山工程十论:关于工程的哲学探讨M西南交通大学出版 社,2010.4 王洪波工程哲学与社会工程简论Z首次全国自然辩证法学术 发展年会会议论文,2001.孟凡超,刘明虎，吴伟胜,张革军，张梁港珠澳大桥设计理念及桥 梁创新技术J中国工程科,2015,17(01):27-35+41.孟凡超,刘明虎，吴伟胜,张革军，张梁港珠澳大桥设计理念及桥 梁创新技术J中国工程科,2015,17(01):27-35+41.张劲文,朱永灵