[摘要] 近年来，模块化项目已经拥有了将预计项目时间缩短20%—50%的稳定记录。这种新模式还具有减少大量成本的潜力，尽管这仍然是例外，而非今天的常态。
2019年6月，麦肯锡公司发布一篇关于模块化建筑的市场报告《模块化建设：从项目到成品》这份报告得指出：
模块化建设可以发展到市值1000亿的欧美房地产行业中，并每年为其节省200亿美元。
到2030年，欧洲以及美国新建市场的市场规模可能超过1300亿美元。到2030年，模块化建设可以每年节约220亿美元。
作为全球最大的行业之一，建筑业的巨大改革可能会产生重大影响。近年来，模块化项目已经拥有了将预计项目时间缩短20%—50%的稳定记录。这种新模式还具有减少大量成本的潜力，尽管这仍然是例外，而非今天的常态。研究表明，准备进行转变并优化生产规模的领先房地产商能够节约超过20%的建设成本，尤其是在他们都研究了学习曲线后。在恰当的渗透率假设下，到2030年。新型房地产下的模块化建设市值可以达到1300亿美元。
模块化建设：从项目到成品
2017年，麦肯锡全球研究院和麦肯锡资本项目与基础设施实践公布的研究分析了建筑行业生产力停滞不前的原因，并概述了促进生产力发展的措施。该报告提出了七项提高生产率的策略，提高率最高可达60%。总的来说，这些策略可以产生1.6万亿美元的价值——足以支付世界基础设施大约一半的支出。
研究还指出了一个更重大的长期机会：转向基于更高效的制造型生产系统和预制组件的模块化建筑模型。虽然建筑行业曾以各种形式尝试过该模型，但它从未实现过全面运用，也没有证明它本应该具备的革命性生产力增益。
房地产商和基础设施客户对建筑已经采用了更加工业化的模式，或者已经制定了如何实现工业化的战略。同样，在最近一份关于英国现代建筑方法的报告中，接受调查的住宅建筑商中有40%表示他们已经投资生产设施，或者打算在不久的将来投资。早些时候，美国模块化建筑供应商Katerra宣布从软银公司获得一轮融资，其估计总价值超过40亿美元。
种种迹象都表明模块化建设具有持久力和增长潜力的趋势。本报告深入探讨了适用于房地产市场的生产系统和模块化结构的概念。我们研究了潜在的利益，最佳实践方法，可以被更广泛运用的部分，以及这种转变带来的潜在生态系统破坏。
模块化建设可以发展到市值1000亿的欧美房地产行业中，并每年为其节省200亿美元。
模块化建设在优化以及可交付时，可以通过合适的项目展示其优于传统结构的的优势。之后我们会更加详细地对其进行研究，但简要地说它们包含以下几个优势：
1.降低了建筑成本和建筑物整体生命周期成本——虽然这并不是常态，但我们将讨论如何解锁这种节省的方法。
2.加速构建计划
3.在构建时间和成本方面具有更高的确定性
4.提高建筑质量，包括更好的能源和抗震性能
模块化建设尤其需要参与者和建筑类型作为参考，因为以上的优势在这方面发挥着重要的作用。
例如，经济适用房，学生宿舍和酒店都是高度标准化和可重复的。但这并不意味着这些建筑现在都需要一模一样——了解终端客户所需的定制水平，以及制造过程中可以构建的内容是发展模块化建设的关键要素。就单位面积而言，狭窄的酒店客房比宽敞的大堂更容易预制。与简单结构相比，具有高内置价值的浴室更易于模块化。
将这些权衡应用于不同的房地产部门以预估可能的渗透率，到2030年，欧洲以及美国新建市场的市场规模可能超过1300亿美元。到2030年，模块化建设可以每年节约220亿美元。除了房地产之外，还有很多机会将模块化技术应用于基础设施和工业结构。
模块化建设涵盖多种形式
从广义上讲，模块化建设涉及在异地工厂制造标准化的预制结构，然后在现场组装。诸如场外施工，预制和模块化结构等术语可互换使用，且该术语涵盖一系列不同的方法和系统(如图示)。这些系统根据所汇集元素的复杂程度而变化。最简单的是使用标准连接和接口剪切在一起的单个元素。
重点介绍两种主要类型的模块化产品：主要在现场作业装配的2D构件;以及更加适合在场外制作的3D实体。
一个建筑项目的具体需求决定了是否应该采用模块化建筑体系。例如独栋的住宅、学校、监狱、郊区的社保房、高层预制混凝土建筑、低层及多高层的公寓及酒店都适合采用模块化建筑体系，发挥其“标准化+复用+节省成本”的特性。
3D模块化：最大限度地提高生产效率
3D模块化是完全装配的单元，它可以构成一个房间或房间的一部分，可以像一系列乐高积木一样在现场组装。它们是用木材，钢材或混凝土开发的，由于重量和物流优势，前两种材料更常见。
现场装配包含将模块提升到位并连接诸如电气和管道之类的服务。大部分工作都是在异地的工厂完成的。
3D模块化拥有发挥最大效率和节省时间的潜力——但权衡取舍需要考虑运输成本和体积限制。无需警察巡逻的公路可运输的物体最大宽度通常约为3.5米。或许这也增加了运输更大单元的成本或者限制了模块的尺寸，从而使得3D元件最适合于酒店，旅馆或经济适用房。对于具有更复杂装饰的房间，尤其是诸如浴室和厨房的湿室，它仍旧处于优势地位。3D元件最适用于具有高度重复性和干湿度比例较高的项目。值得注意的是，高度重复性并不意味着所有产品都需要看起来相同。相反，可以将不同的标准化模块拼凑在一起以制造出定制的最终结果。
2D构件：优化物流和灵活性
2D构件类似于家用家具中使用的扁平包装组装方法。必要时，构件会包含必要的管道用以加热，通风和空调(HVAC)，并连接标准连接器。
现场装配工作比传统构建要简单得多，但它比组装3D模块化更复杂，而且现场装配工作需要更多的内部修整。当然从好的方面来说，运输2D构件比体积更大的3D模块化容易。在理想的情况下，构建多个房间所需的组件可以放在一个标准的25英尺的空间中。因此，扁平包装板可以一次性运输可以构建更大建筑面积的材料。运输2D构件大约250公里所花费的单位面积物流成本约为8美元，而同等条件下，输送3D模块化所花费的单位面积物流成本却多达45美元。
2D构件比起3D模块化更为灵活：例如，大型开放式办公室不太适合单个3D模块化元件。由于差异化在项目中发挥着重要作用，干湿区域比例偏低，因而2D面板同样适用于高端住宅项目，无论是独户住宅还是公寓。
2D&3D混合：两全其美
也可以在项目中将3D模块和2D构件混合，或者将这些方法与传统的现场工作相结合(例如，对于大型项目的地下室和第一层)。通常，淋浴区域被制造为浴室吊舱，而建筑物的其余部分由2D构件制成。这样可以优化建筑物两个不同区域的流程，为浴室区域带来高效率的改进，并为所有其他区域提供最大的灵活性。然而，提供两种混合方案所需的制造过程会变得更加复杂，供应链间的协调也会更难以平衡。
例如，当评估可运用于这四个楼层经济适用房的这三个选项之间的差异时，我们发现2D解决方案比传统方法便宜17%，而2D和3D混合解决方案可降低20%的成本， 3D解决方案可节约24%。差异因项目而异，但这些预估都表明了模块化建设存在节省成本的可能。
模块化建设可以缩短20%—50%的预计项目时长，并减少20%的成本。
模块化建设需要在思维方式和生产方法上发生重大转变——更不用说建立合适的制造环境的必要性。但它可用于建造美观，完美的结构——并全程保持高效率生产。
模块化结构稳定地加快项目进度
虽然早期的模块化项目在成本节约方面有着不同的记录，但它们一直比传统的现场构建快20-50%。
|设计
模块化项目目前往往比传统项目花费更多时间在设计方面，因为设计师在学着将模块化建设与制作过程保持一致。设计决定需要预先制定，后期实施过程中的变更既耗费成本又会让项目难上加难。现在业界不习惯以这种方式工作。设计公司也正在为制造过程开发模块库努力，因为该方法可能通过自动化设计从而加速和简化设计过程，这也将缩短设计周期。一位客户也正是通过使用模块化库节省了近15%的设计时间。
|地基
在典型的项目中，构建子结构(即地下室和地基)所需的时间不受向模块化过渡的影响。但是，因为模块是以轻便运输为目的设计的，这可以减少地基的尺寸和复杂性，并节省一些时间。
|异地制造
由于封闭和可控的工厂环境，协调性和重复性以及不断提高的自动化水平，高效低耗的异地制造过程远远快于同等条件下的现场作业。生产能力和产出时间也受到班次数量的影响;通常，工厂使用两个八小时的班次，但如果找到合适的劳动力，理论上可以实现三班制。与传统项目的线性时间表不同，异地制造可以与建造地基工作同时进行。
|现场施工
将模块化建设融入现场作业与传统构建相比，操作被大大简化。它基本上归结为在现场组装3D模块并将服务连接到主站点。通常，一个由五名工人组成的团队每天可以组装多达六个3D模块，或270平方米的成品建筑面积。这比传统建设快得多，因此更便宜。
|返工
在工厂环境中质量控制比在施工现场更容易，效果也更好，因为施工现场对返工有者巨大影响。减少或消除返工可显著改善施工进度，可能加快长达数月的进度。通常施工现场还有可能存在缺陷，这些缺陷可能直到几个月或几年之后才会被发现，而这些缺陷难以纠正并且纠正费用极其高昂。
短期项目计划对于以单元出售或出租的开发商来说是一个巨大的优势。因为这类项目可以让他们很快开始收益，达到更高的内部收益率，改善现金流并减少市场周期风险。项目周转加快也使开发商能够在机会窗口期间更有效地清算土地银行。虽然待售的开发商受到市场吸收率的限制，担心通过向市场涌入太多单元会降低商品价格，但产品多样化可以缓解这些压力。自建者可以节省在外住宿的租金，同时还可以拥有为自己建造的新房。所有利益相关者都可以从项目计划中获得确定的利益。
模块化可以节省高达20%的建筑成本，如果做得好，还可以带来生命周期成本效益？
建设成本
节约建设成本涉及到不同领域。首先，模块化建设中涉及的集成化流程消除了对分包商的需求以及它们在报价中包含的利润。此外，主要的权衡取决于在潜在性的材料成本的提高和物流成本增加的背景下，现场劳动力的节省。模块化项目往往具有较高的前期设计成本，而返工和重新设计的成本较低。
考虑到这些权衡因素，最有可能实现最大成本节约的项目是那些劳动密集型活动比例最高，重复性最高的项目。因此，学生住宿，酒店和经济适用房等最有可能实现成本节约，而高端公寓和办公楼则是目前难以实现重大节约的例子。
考虑了包括地基在内的建筑项目的全部费用(如果建筑物包含更多的现场地下结构，模块化建设可以影响总体成本节约)
RAD Urban是模块化供应商的一典例，它希望在高层建筑上节省30%的成本，在中层项目上节省20-25%的成本。该公司的目标是将85-90%的现场劳动力投入工厂，因为在此条件下劳动力的生产率预估是现场作业的两倍，并且每小时可以节省大量成本。自动化是其下一个目标，公司将致力于提高生产力——制造业的生产力，与现有的传统建筑方法相比，若生产率提高两倍，这将让他们未来增加十倍优势。
|设计
由于缺乏设计模块化方案的经验，或者由于如果项目最初是为传统方法设计导致很多项目可能需要重新设计，因而节省项目时间通常被认为是成本优势的关键因素。但是，随着行业调整以创建可以多次使用和调整的可重复设计，成本也就可能会降低。自动化设计等数字工具的开发将对节约成本有所帮助。
|工地管理费
模块化建设已经在加快项目进度方面有着良好的记录，同时又降低了现场管理费用和施工管理费用。
|材料
与现场作业相比，有几个因素可以增加或降低异地制造材料的成本。因此，很难确定材料成本总体上是高还是低;但是，异地制造总体可以实现5%至10%的成本减少量。
新型制造设备更加自动化是成本增加的首要因素，因为自动化需要更高精度的所用材料公差。在传统建筑作业上经验丰富的木匠知道如何以精密的机器人当前无法解决的方式处理轻微变形的木材。而自动化增加了材料的质量要求，这也就可能增加建设成本。其次，生产可运输产品需要一些重复的材料。所有产品属性都需要结构合理，但使用异地建设建造的单元也需要结构合理，同时在整个运输过程和组装阶段能实现升高和降低。关键结构元件，例如梁，柱，以及可能的墙壁和地板，必须在三维模块中重复以用于运输目的。这可能会显著增加材料成本，但具体取决于材料选择和设计优化水平。
为了抵消以上成本，建筑商可以通过集中采购工厂来节省材料成本，而不是以单个项目进行多次小额采购。以下三种节约方式可以将成本降低约20%：首先，如果工厂采用直接采购，通常可以削减中间商;第二，这种方法使建筑商能够更好地控制优化交付，从而降低物流成本;第三，购买通过工厂的所有单位与个别项目的规模经济具有重大影响。此外，工厂生产过程的废弃率也远低于施工现场，可能会使成本降低10%。
|劳动力
在模块化构件中，高达80%的传统劳动力活动可以移到现场制造设施。一些技能密集型和劳动力昂贵的工作可由低成本的制造工人处理，从而减少工资。更重要的是，工厂的标准化，自动化和受控制的操作环境可以使生产率提高一倍，超过传统构建可以实现的效率，从而消除大量的现场停机时间。甚至在考虑建立简化，重复过程或先进自动化设备的生产效率之前。现场，模块的组装还需要较低技能且因此成本较低的劳动力。
一家制造商估计现场作业25%的时间用于创造价值，而75%的异地建设用时间创造了价值。总的来说，我们希望过渡到异地建设，以将项目的人工成本降低多达25%。当更多的高价值活动(如电气，管道和HVAC安装)可以异地迁移时，以上因素都是非常重要的。
|物流
在模块化建设的世界中，模块的协调和交付至关重要——尤其是在必须移动大型3D单元时。在运输法规有限制的地方，项目总成本会增加10%。在考虑使用3D模块时，建筑商必须确保生产率得以提高以超过此成本，仔细权衡制造工厂与产品最终目的地之间的工资差异，以及交付的距离。
|返工
虽然预制增加了第一次正确设计的责任，但它提供了节省成本的机会;通常可以避免绝大多数返工成本，并且它们更容易在标准化单元中推出。
|融资
目前的供应链不发达且支离破碎，这意味着不同运营商之间缺乏标准化。在拥有小型运营商和有限的业绩记录的市场中缺乏互操作性使得破产风险更加强大。今天，利用异地建设的项目的贷款利率往往更高，因为这是一个相对较新的概念，并不总是被金融业完全理解。但随着时间的推移，随着研发的进行，跟踪记录的发展以及规模的实现，这将随着时间而变化。更重要的是，由于时间等于金钱，加速项目的能力可以降低成本。但需要注意的一点是，使用此方法的项目中的预付款通常较高。在一个为期两年的传统建筑项目中，开发商可能会为土地支付一半的费用，而另一半则在两年的建设时间内分摊。在循环时间压缩到一年的模块化设置中，整个付款可能是预付款，但是只需要一年而不是两年的融资。假设10%的资本成本，在这个例子中，融资成本将下降约占项目总成本的5%。
|工厂成本
建造工厂的成本需要考虑这些成本节省。需要包括偿还资本投资和运营工厂的持续运营费用。投资成本的典型范围很难定义，因为它受设施规模和实施自动化水平的驱动。但是，基于最近的新设施，价值在5000万美元到1亿美元之间是一个合理的范围。通过为工厂本身构建业务案例并假设设施的合理回报率以及折旧，运营支出和机器更换，我们可以估算每个项目的成本影响。根据设置，分配的工厂成本可占建筑项目总成本的5%到15%。
动态劳动力以及市场需求
它成为推动采用模块化建设的首要因素
七个因素决定了模块化建设是否可能渗透到特定市场。劳动力短缺和无法满足需求是最具决定性的。
有限的熟练劳动力供应往往会提高工资和成本，这通常为模块化建筑解决方案奠定了基础。如前所述，转向非现场制造工作的成本更低——甚至可能吸引新员工进入劳动力市场，他们不希望在项目之后从一个建筑工地搬到另一个工地。
从现场到异地建设的转变需要对制造设施进行大量投资——传统上，项目是一次采购一个，这使得设施所有者很难有信心，特别是考虑到开发的周期性以及这将对工厂利用率产生的影响。但今天，许多市场正面临着深刻的结构性供应短缺，需要数年才能解决。例如，之前的MGI研究发现，到2025年，加州需要建造350万套住房，才能缩小住房差距。在许多市场中，维持生产设施的需求显然已经足够，特别是考虑到许多现有设施已经满负荷运转等待很长的名单。
一些额外的驱动因素会对模块化结构的吸引力产生重要影响，包括供应链和物流。运输法规限制了某些市场(包括美国某些州)可以通过公路运输的模块的大小，并且在一些密集的城市地区也可能限制访问。第二个和相关点涉及其他类型的局部约束。例如，在斯堪的纳维亚半岛，冬季有限的日光使其对减少现场施工特别有吸引力。在其他情况下，紧凑型站点可能需要交付和快速安装模块，而不需要大量存储材料。第三，拥有充足低价材料(如木材)的地理位置是自然市场。
另一个主要因素是质量感知。在一些市场中，该行业需要克服战后时代挥之不去的看法，即预制房屋只是一种质量低劣，千篇一律的大众解决方案。一条途径是强调可持续性和未来能源和维修费用的节省。
另一条途径是将重点放在住宅市场部分模块化建设的吸引力上，在这些市场中，消费者已经预期大规模的标准化产品。如旅馆，公共住房项目，退休社区和酒店。我们的客户还表示，他们的客户，尤其是年轻一代的客户，对于过渡到工业化制造方法的质量影响表示赞赏。此外，从开发人员的角度来看，在许多细分市场中构建到销售市场以及构建到销售的部分，客户甚至不知道模块化和传统构建方法之间的区别，因此只要设计和功能质量需求，就不会对差异有强烈意见满足了。
最终的决定因素是监管。质量认证标准和保证是可以告知客户并给予他们信心的重要驱动因素。这些认证和保证也有助于提供融资，因为发展融资提供者和抵押贷款提供商需要他们同意贷款。随着规模的实现和破产风险的缓解，融资也将变得更加容易。政府还可以通过在公共项目中包括非现场制造目标来帮助推动采用。例如，在新加坡，所有政府住房项目都必须使用预先完成的体积模块。可持续性要求和激励措施也将有助于推动行业走向最具碳中和的产品和实践。另一种选择是为非现场制造的房屋支持抵押贷款。同样，建筑标准将在推动模块化建筑的发展方面发挥重要作用。他们越能在不同地区和行业之间实现协调，供应商就能越多地将规模扩展到管道中。
以上就是建筑行业中模块化建筑的有关知识分享，真是学习了好多呢，大家在工作和学习中要多加积累和掌握，才能对建筑学有更深的理解。建筑界建筑知识频道分享更多超高层建筑关建筑结构知识，共同学习建筑结构资讯知识，欢迎关注我们~
