模块化在飞机制造、计算机制造、手机制造、汽车制造、重型设备制造、手表制造、发动机制造、自行车制造、快餐以及金融、法律服务和信息服务等行业得到广泛应用。随着复杂工程的出现，可施工性问题正成为愈来愈突出的问题，模块化逐渐引入建筑领域。事实证明：模块化是协调工程施工多样化需求，实现快速响应并降低施工成本的有效方法。工程建设模块化开发与制造领域的技术创新相比，既有共性，也有其自身的特点。在工法开发中，可以运用制造领域的模块化思维进行理论及实践创新，更好地实现工法开发目标。

（一）工法模块化开发的现实基础

1．建设工程的层次性

如前所述，建设工程一般按单项工程、单位工程、分部工程、分项工程、工序等进行项目划分。工程的层次性造成施工工法的层次性。工法可大可小，可主要针对某个单项工程，也可以针对工程项目中的一个分部工程，但必须具有完整的施工工艺，因为工法的核心就是施工工艺。

2．建筑工程施工模块化

模块化作为一种规则被应用于建筑设计，目的在于更好地协调建筑物的外形和环境，并克服设计者的认知不足。建筑结构的模块化设计促进了模块化施工的出现。长期以来，建筑行业的生产过程都存在着不同程度的模块化。模块化施工在发达国家应用比较普遍，也是近年来国内外各行各业普遍关注的新课题。例如，三门核电工程AP1000 核电机组共有119 个结构模块和65 个设备模块，采用了工厂制造多个模块，现场拼装技术。其中CA20 模块是AP1000 核电机组中最大的结构模块，CA20 模块吊装成功标志着我国在世界上率先使用模块化施工方法建设核电站。

模块化施工是一种现代先进的施工理念，既是一种施工模式的变革，又是一种施工技术的集成创新。模块化施工的建造理念并不是土建与安装的两道大工序，而是模块预制与现场建造的两道大工序。针对当今工程产品多样化、不确定施工环境对施工工法的快速响应要求，可重构模块化施工则刚开始。

总之，从建设工程的层次性到模块化施工的发展趋势，施工企业在技术创新中引入模块化开发是必然趋势。系统工法特性决定了其模块化特征，从模块化与系统工法的关系可以看出，需要用模块化创新理论分析系统工法的创新。尤其是现代工法的复杂性和系统性，迫切需要引入“化整为零”的模块化开发理念，降低系统开发的复杂性，进而降低系统的开发费用。

（二）知识模块化提供工法模块化开发的实现途径

复杂工法创新过程中所涉及的知识是高度复杂的，主要表现在：知识组分复杂性，即知识组成要素是多样化、异质化的；知识分布复杂性，即知识在工法构成中是不均匀分布的，复杂工法创新的多主体性及网络分布性是知识分布复杂的重要原因；知识运动的复杂性，即知识进化过程复杂。知识的复杂性使得对知识的管理变得更加复杂。

1．模块化降低知识之间的相互依赖性

模块与模块化的提出，其重要的意义在于它所呈现出的用于解决复杂系统问题的方法。由于知识不仅具有模糊性特征，而且还具有复杂性和系统性特征。系统性表现在知识之间具有强烈的相互依赖性，复杂性则主要体现知识不易掌握。例如土木工程涉及力学、材料、结构、建筑、道路、桥梁、规划、施工、管理等知识。模块化具有分解复杂系统的作用。因此，基于对知识的系统性的认识，模块化同样可以有效应用于知识管理领域，降低知识之间的相互依赖性。

2．模块化促进知识流动和知识创新

技术创新的主要内容是知识及知识的流动。从知识角度分析，模块化的作用在于通过体系结构和标准界面的建立，降低知识之间的相互依赖。知识的模块化可以分解复杂的知识系统，让每一模块可以在大系统条件下独立地发展或创新，使原来比较复杂的系统性创新变成了相对简单的创新及其创新后的组合，进而提高创新的速度和效率。此外，模块化具有分解复杂系统的作用，以模块化原理管理知识员工可以激发其创造力。因此，应用模块化原理管理知识创新有利于提高组合创新的机会，应付未来不确定性以及提高创新速度

每个知识系统都由一些相互依存的知识元素构成，元素的数量和元素之间的相互依存关系决定了系统的复杂性。知识管理系统的一个主要问题是如何降低这两个来源的复杂性，也就是系统的知识模块化。知识模块化要求知识本身具备独立性、通用性和组合性，这些知识构成之间具有相关性。知识模块化的特征可以从“知识模块的分解”到“知识模块的集中”的模块化维度进行理解。从而，知识的模块化使得知识具有多样、相对独立和嵌套等特性。

知识模块分解的策略包括界面集成和界面标准化。界面集成是将整个系统分解成若干个具有高度依存性元素的模块。在分解过程中复杂的界面可以集中在集成程度较高的模块中，每个模块包含的元素可能独立于另外模块中的元素活动。界面的标准化是通过事先设定标准化界面来降低依赖关系，避免各个元素间的协调关系混乱。

知识模块分解目的是尽可能地忽略知识之间的关系，而知识模块的组合则认为知识之间的关系借助持续的协调努力可使系统表现达到最大化。工法是知识的集合，不同的工法具有不同的知识构成。在新工法开发中，知识组合根据项目的需求，将不同的知识源不断转化、优化、融合和再建构，形成一个有机式和系统化的知识体系模块化开发，为工法开发提供平台。(www.daowen.com)

（三）工法模块化开发的内涵

随着模块化设计和施工的大量涌现，模块化的工法开发也将被接受。模块化对可分解系统各部件进行创造性的分解和再整合，从而实现复杂系统的创新。为开发具有多种功能的不同工法，不必对每种工法施以单独设计，而是精心设计出多种模块，将其经过不同方式的组合来构成不同工法，以解决工法品种、规格及开发周期、成本之间的矛盾，这就是模块化开发的含义。

工法模块化开发基本思想是以利用一个通用、成熟的工法平台，针对细分施工环境的需求，进行工法平台和基于工法平台的相关系列工法开发，以低成本和快速开发周期来满足不同施工环境的个性化需求。在工法模块化开发中，某个模块的开发和改进都独立于其他模块的开发与改进。

模块化开发以工法系列化、组合化、通用化和标准化的需求为基础。系列化的目的在于用有限技术来最大限度且较经济合理地满足施工项目对工法的要求。组合化是采用一些通用系列部件与较少数量的专用部件组合生成专用工法。通用化是借用原有工法的成熟部件，不但能缩短开发周期，降低成本，而且还增加工法的质量可靠性。由于高度的通用化，使得这些部件可以由施工项目部或专门的施工单位或科研院所单独进行专业化开发。

综上所述，模块化开发与传统工法开发在两个方面表现出明显的差异：第一，在遵循标准的前提下，模块创新分散进行，具有相当的独立性；第二，协调机制不再依靠一体化的组织，而是网络化的知识集成。因此，模块化是一种很好的研发理念，不能仅仅狭义的理解成一种工法开发工具或者方法。模块化工法开发的目的是以少变应多变，以尽可能少的投入开发尽可能多的工法，以最经济的方法满足各种要求。具体来说，可达到以下几个目的：①工法模块的组合配置可以创建不同需求的工法，满足不同施工环境的需求；②可以再利用已有工法模块和已有核心技术；③减少工法开发复杂程度，因为模块是工法部分功能的封装，工法开发人员使用具体模块时不用关心内部实现，可以使研发人员更加关注顶层逻辑，提高工法质量和可靠性。

工法模块化是复杂施工技术快速创新的一个思路选择。模块化工法开发过程中，通过不同模块的组合和匹配可以产生大量的变形工法，这种不同的组合体使模块化工法模型具有独特的功能、结构和性能特点、层次。因此，模块化工法是一种重要的柔性策略形式，即柔性的工法开发使施工企业可以通过组合现有模块或新模块，以快速、低成本地开发适应施工环境变化的工法。

模块并不是一个新的概念，早在20 世纪初期的建筑行业中，将建筑按照功能分成可以自由组合的建筑单元的概念就已经存在。此时，建筑模块强调在几何尺寸上可以实现连接和互换。随着模块化方法在设计和施工中的运用，系统工法模块化作为一种新的管理模式正日益受到人们的关注。

（四）施工工法族

施工企业的产品就是工程项目，即加工某类工程产品的施工能力。施工企业技术创新的根本目的就是要提高施工能力，而不是仅仅着眼于建好某一个特定的工程产品。比如说，攻克超高层房屋建筑技术就是意味着具备该类工程的施工能力，并不是建完某一个特定的超高层建筑后这种能力就消失。技术创新就在承建一个个有差异的同类工程的实践中得到加强。也就是说，施工企业业绩越多，技术创新成果和施工经验就越多，施工能力越强，就越能在竞争更多的同类工程占优势。因此，工法开发具有连续性和传承性。

工法创新的客体可以是工程、工艺或者管理方法。创新客体的多元化必然引起工法的多样化和序列化。工法族是以工法平台为基础，通过添加不同的个性模块，以满足不同项目施工环境个性化需求的一组相关工法。其中，个性化工法是在工法平台核心技术的基础上衍生出来的，是工法平台以及支撑它的技术的价值、潜力与边界在时间和空间中的展现。工法平台中的核心技术是个性化工法开发的基本模型，而个性化工法是核心技术歧异化衍生的结果。

以盾构工法的开发过程为例来说明工法族和个性化工法，盾构施工技术的发展和应用已有上百年的历史，目前已经成为国际上较为普遍的隧道工程施工方法。由于密闭型盾构工法的实用化，对开挖面稳定和地基沉降等周边环境的影响变小，盾构工法已成为地下铁道、上下水道、电力通信、道路、地下河渠等大规模的隧道工程施工条件不利情况下施工的主要方法之一。盾构掘进方法发源于1818年，盾构法创始人布鲁涅尔在伦敦市泰晤士河岸所设置的深度为21m 的工作坑处，采用“盾构”推出挡土结构，以工作坑后壁为支承墙，通过所使用的螺旋千斤顶作为推进动力，向前推移这个“挡土式盾构”。自从1818年布鲁涅尔提出盾构工法并获专利以来，盾构工法不断得到完善和扩展，从手掘式盾构、挤压式盾构向半机械式盾构、机械式盾构，从敞开式向闭胸式盾构工法演变。

（五）工法技术平台

复杂工法的开发不仅耗资巨大、周期较长，而且成功率较低、风险高。因此，施工企业常常依托一个基本技术核心，针对每一个独特的施工项目，利用变形或派生的方式，开发出不同型式（功能）的工法，而不是从零开始开发全新工法。这样的工法开发策略就是所谓的平台策略。依托平台的开发是以少变求多变的策略，采用“不变部分+可变部分”的方法组成新工法。平台越扩大、越发展，提供不变部分的能力越强，可变部分占的比重越小，新工法开发的工作难度和工作量也相应减少。

工法平台是工法族的基础，是能被某一系列工法共享的、可再利用的模块集合，具有相对稳定的结构。从而，工法平台主要基于工法之间的技术共性而设置。一个有效的工法平台是工法族的核心，是工法族内相关系列工法的基础，具有工法族内所有工法的共性特征。施工企业通过“核心技术、技术平台、工法平台、平台工法”开发工法。其中，核心技术是施工企业较长时期积累的一组先进复杂的、具有较大价值的技术和能力的集合体，而不是单个分散的技术。

不同施工企业沿着不同的工法平台推进工法开发。施工环境需求引起施工企业进行技术创新，技术创新带来新的观念，这种观念一旦模式化，就成了工法范式。工法范式就是解决施工问题的一种模型或模式，既是看问题的观念体系，也是解决问题的方法体系。工法范式如果在较长时间内发挥作用，产生影响，就相对固化为工法平台，这个平台上就会有持续的创新涌现。例如，日本以地基改良为主的RAITO 工程公司在1959年开发了“急速绿化工法”，为该公司的首例工法，在此基础上技术不断发展和深化，1980年开发岩石等无土地表绿化工法，形成了具有特色的系列绿化工法。