借鑒學(xué)習(xí)與融合：德國裝配式建筑發(fā)展深度分析

1.德國裝配式建筑發(fā)展概況

1.1德國裝配式建筑的起源

德國以及其他歐洲發(fā)達國家建筑工業(yè)化起源于1920年代，推動因素主要有兩方面：

(1)社會經(jīng)濟因素：城市化發(fā)展需要以較低的造價、迅速建設(shè)大量住宅、辦公和廠房等建筑。

(2)建筑審美因素：建筑及設(shè)計界摒棄古典建筑形式及其復(fù)雜的裝飾，崇尚極簡的新型建筑美學(xué)，嘗試新建筑材料(混凝土、鋼材、玻璃)的表現(xiàn)力。在雅典憲章所推崇的城市功能分區(qū)思想指導(dǎo)下，建設(shè)大規(guī)模居住區(qū)，促進了建筑工業(yè)化的應(yīng)用。

在1920年代以前，歐洲建筑通常呈現(xiàn)為傳統(tǒng)建筑形式，套用不同歷史時期形成的建筑樣式，此類建筑的特點是大量應(yīng)用裝飾構(gòu)件，需要大量人工勞動和手工藝匠人的高水平技術(shù)。隨著歐洲國家邁入工業(yè)化和城市化進程，農(nóng)村人口大量流向城市，需要在較短時間內(nèi)建造大量住宅辦公和廠房等建筑。標準化、預(yù)制混凝土大板建造技術(shù)能夠縮短建造時間、降低造價因而首先應(yīng)運而生。

德國最早的預(yù)制混凝土板式建筑是1926-1930年間在柏林利希藤伯格-弗里德希菲爾德(Berlin-Lichtenberg, Friedrichsfelde)建造的戰(zhàn)爭傷殘軍人住宅區(qū)。該項目共有138套住宅，為兩到三層樓建筑。如今該項目的名稱是施普朗曼(Splanemann)居住區(qū)。該項目采用現(xiàn)場預(yù)制混凝土多層復(fù)合板材構(gòu)件，構(gòu)件最大重量達到7噸。

1.2二次大戰(zhàn)后德國大規(guī)模裝配式住宅建設(shè)

二次大戰(zhàn)結(jié)束以后，由于戰(zhàn)爭破壞和大量戰(zhàn)爭難民回歸本土，德國住宅嚴重緊缺。德國用預(yù)制混凝土大板技術(shù)建造了大量住宅建筑。這些大板建筑為解決當年住宅緊缺問題做出了貢獻，但今天這些大板建筑不受歡迎，不少缺少維護更新的大板居住區(qū)已成為社會底層人群聚集地，導(dǎo)致犯罪率高等社會問題，深受人們的詬病，成為城市更新首先要該在的對象，有些地區(qū)已經(jīng)開始大面積拆除這些大板建筑。

1.3德國目前裝配式建筑發(fā)展概況

預(yù)制混凝土大板技術(shù)相比常規(guī)現(xiàn)澆加砌體建造方式，造價高，建筑缺少個性，難于滿足今天的社會審美要求，1990年以后基本不再使用?；炷怜B合墻板技術(shù)發(fā)展較快，應(yīng)用較多。德國今天的公共建筑、商業(yè)建筑、集合住宅項目大都因地制宜、根據(jù)項目特點，選擇現(xiàn)澆與預(yù)制構(gòu)件混合建造體系、或鋼混結(jié)構(gòu)體系建設(shè)實施，并不追求高比例裝配率。而是通過策劃、設(shè)計、施工各個環(huán)節(jié)的精細化優(yōu)化過程，尋求項目的個性化、經(jīng)濟性、功能性和生態(tài)環(huán)保性能的綜合平衡。隨著工業(yè)化進程的不斷發(fā)展，BIM技術(shù)的應(yīng)用，建筑業(yè)工業(yè)化水平不斷提升，建筑上采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場安裝的建筑部品愈來愈多，占比愈來愈大。

各種建筑技術(shù)、建筑工具的精細化不斷發(fā)展進步。小范圍有鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)裝配式技術(shù)體系的研發(fā)和實踐應(yīng)用。小住宅建設(shè)方面裝配式建筑占比最高，2015年達到16%。2015年1月至7月德國共有59752套獨棟或雙拼式住宅通過審批開工建設(shè)，其中預(yù)制裝配式建筑為8934套。這一期間獨棟或雙拼式住宅新開工建設(shè)總量較去年同期增長1.8%;而其中預(yù)制裝配式住宅同比增長7.5%!顯示出在這一領(lǐng)域裝配式建筑受到市場的認可和歡迎。單層工業(yè)廠房采用預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)或預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)在造價和縮短施工周期方面有明顯優(yōu)勢，因而一直得到較多應(yīng)用。

2.德國裝配式建筑的政策措施、發(fā)展建設(shè)研究

德國預(yù)制裝配式建筑發(fā)展過程中，規(guī)模最大、最有影響力當屬預(yù)制混凝土大板建筑。

2.1原東德地區(qū)的預(yù)制混凝土大板建造技術(shù)的應(yīng)用

由于戰(zhàn)后需要在短期內(nèi)建設(shè)大量住宅，東德地區(qū)1953年在柏林約翰尼斯塔(Johannisthal)進行了預(yù)制混凝土大板建造技術(shù)第一次嘗試。1957年在浩耶斯韋達市(Hoyerswerda)的建設(shè)中第一次大規(guī)模采用預(yù)制混凝土構(gòu)件施工。此后，東德用預(yù)制混凝土大板技術(shù)，大量建造預(yù)制板式居住區(qū)(Plattenbausiedlungen)。預(yù)制混凝土大板住宅的建筑風格深受包豪斯理論影響。

1972-1990年東德地區(qū)開展大規(guī)模住宅建設(shè)，并將完成300萬套住宅確定為重要政治目標，預(yù)制混凝土大板技術(shù)體系成為最重要的建造方式。這期間用混凝土大板建筑建造了大量大規(guī)模住區(qū)、城區(qū)，如10萬人口規(guī)模的哈勒新城(Halle-Neustadt)。在1972-1990年大規(guī)模住宅建設(shè)期間，東德地區(qū)新建、改建共300萬套住宅，其中180-190萬套用混凝土大板建造，占比達到60%以上，如果每套建筑按平均60平米計算，預(yù)制大板住宅面積在1.1億平米以上。東柏林地區(qū)1963-1990年間共新建住宅273000套住宅，其中大板式住宅占比達到93%(數(shù)據(jù)來源：Die »Lösungder Wohnungsfrage«作者Dieter Hanauske)。

住宅建設(shè)工程耗費了東德大量財政收入。為節(jié)約建造成本和快速建設(shè)，設(shè)計開發(fā)出不同系列產(chǎn)品，如Q3A, QX, QP,P2系列。預(yù)制混凝土大板住宅項目大量重復(fù)使用同樣戶型、類似的立面設(shè)計。大板建筑規(guī)劃形態(tài)僵硬缺少變化，在老城區(qū)通常采用推倒重建模式，破壞了原有城市肌理。大板建筑當時受到普遍歡迎

雖然大板建筑今天飽受詬病，但在當時大板住宅符合東德的社會意識形態(tài)，人人平等，整齊劃一。預(yù)制混凝土大板技術(shù)建造的工業(yè)化住宅，功能基本合理，擁有現(xiàn)代化的采暖和生活熱水系統(tǒng)，獨立衛(wèi)生間，比沒有更新改造的20世紀初期建造的老住宅舒適。由于得到東德政府的大量財政補貼，因而這種工業(yè)化住宅租金并不很高，受到當?shù)鼐用竦臍g迎。大量新建居住區(qū)，導(dǎo)致原有歷史街區(qū)中的住宅吸引力下降，出租率低，租金無法支持建筑的維護，歷史街區(qū)中的建筑逐漸破敗。這種現(xiàn)象也導(dǎo)致政策制定者重新思考補貼政策，甚至開始嘗試用預(yù)制技術(shù)進行老城歷史建筑的改造更新。

1980年代以后，東德政府開始在一些城市的重要地區(qū)，嘗試從規(guī)劃和城市空間塑造方面，借鑒傳統(tǒng)城市空間布局與建筑設(shè)計，打破單調(diào)的大板建筑風格。

2.2原西德地區(qū)的預(yù)制混凝土大板建造應(yīng)用

二次大戰(zhàn)之后，原西德地區(qū)也用混凝土預(yù)制大板技術(shù)建造了大量住宅建筑，主要用于建設(shè)社會保障性住宅。1957年西德政府通過了《第二部住宅建設(shè)法》(II.WoBauG)，將短期內(nèi)建設(shè)滿足大部分社會階層居民需求的、包括具有適當面積、設(shè)施、可承受租金的住宅，作為住宅建設(shè)的首要任務(wù)。混凝土預(yù)制大板技術(shù)以其建設(shè)速度快、造價相對低廉因而也在西德地區(qū)有大面積應(yīng)用。西德地區(qū)有大量預(yù)制大板建筑，雖然在總建設(shè)量中占比不高，但總量估計也有數(shù)千萬平米。西德地區(qū)居住使用面積1970年為人均22平米，1991年上升到人均36平米。2007年人均超過40平米。

3.德國裝配式建筑的標準規(guī)范研究

德國建筑業(yè)標準規(guī)范體系完整全面。在標準編制方面，對于裝配式建筑首先要求滿足通用建筑綜合性技術(shù)要求，即無論采用何種裝配式技術(shù)，其產(chǎn)品必須滿足其應(yīng)具備的相關(guān)技術(shù)性能：如結(jié)構(gòu)安全性、防火性能，以及防水、防潮、氣密性、透氣性、隔聲、保溫隔熱、耐久性、耐候性、耐腐蝕性、材料強度、環(huán)保無毒等。同時要滿足在生產(chǎn)、安裝方面的要求。

企業(yè)的產(chǎn)品(裝配式系統(tǒng)、部品等)需要出具滿足相關(guān)規(guī)范要求的檢測報告或產(chǎn)品質(zhì)量聲明。單純結(jié)構(gòu)體系，主要需滿足結(jié)構(gòu)安全、防火性能、允許誤差等規(guī)范要求;而有關(guān)建筑外圍護體系的裝配式體系與構(gòu)件最復(fù)雜，牽涉的標準最多。

4.德國不同類型裝配式建筑技術(shù)體系研究

工業(yè)化預(yù)制建造技術(shù)的優(yōu)點：

工業(yè)化預(yù)制建造技術(shù)的優(yōu)點是大量建造步驟可以在廠房里進行，不受天氣影響，現(xiàn)場安裝施工周期大幅縮短，非常適用于每年可以進行室外施工時間較短的嚴寒地區(qū)。另一方面優(yōu)點是建筑構(gòu)件部品在工廠加工制造，利用機械設(shè)備加工制造，工作效率高，精度和質(zhì)量有保障。

工業(yè)化預(yù)制建造技術(shù)的缺點：

成本高

在預(yù)制建筑出現(xiàn)的初期，工業(yè)化建筑產(chǎn)品成本低于傳統(tǒng)古典建筑。而今天用預(yù)制混凝土大板形式建造的住宅和辦公大樓的成本通常高于常規(guī)建造技術(shù)建造的建筑物。原因: 鋼筋混凝土墻是比砌體墻更貴。預(yù)制梁、板結(jié)構(gòu)上大都是簡支梁而非連續(xù)梁，因而需要較多的用鋼量。此外，預(yù)制件的連接點通常復(fù)雜，連接元素有些須采用昂貴不銹鋼材料。如果使用了保溫夾芯板構(gòu)造，節(jié)點更加復(fù)雜，大板縫隙的密封處理也會導(dǎo)致額外的費用。大體量的預(yù)制板的運輸導(dǎo)致更高的運輸成本。

缺少個性化

工業(yè)化預(yù)制建造技術(shù)的缺點是任何一個建設(shè)項目，包括建筑設(shè)備、管道、電氣安裝、預(yù)埋件都必須事先設(shè)計完成，并在工廠里安裝在混凝土大板里，只適合大量重復(fù)建造的標準單元。而標準化的組件導(dǎo)致個性化設(shè)計降低。

德國現(xiàn)代建筑工業(yè)化建造技術(shù)，主要可分為三大體系：(1)預(yù)制混凝土建造體系;(2)預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)建造體系;(3)預(yù)制木結(jié)構(gòu)建造體系

4.1預(yù)制混凝土建造體系

4.1.1預(yù)制混凝土大板體系

雖然上世紀中葉以后德國有大量混凝土預(yù)制大板建造的居住區(qū)項目，但這類項目今天看來大部分不太受歡迎，如今預(yù)制混凝土大板建造技術(shù)在德國已遭拋棄，從1990年代以后基本沒有新建項目應(yīng)用。取而代之的是追求個性化的設(shè)計，應(yīng)用現(xiàn)代化的環(huán)保、美觀、實用、耐久的綜合技術(shù)解決方案，滿足使用者的需求。通過精細化的設(shè)計，模數(shù)化設(shè)計，使大量建筑部品可以在工廠里加工制作，并且不斷優(yōu)化技術(shù)體系，如可循環(huán)使用的模板技術(shù)，疊合樓板(免拆模板)技術(shù)、預(yù)制樓梯、多種復(fù)合預(yù)制外墻板。因地制宜，不追求高裝配率。

4.1.2預(yù)制混凝土疊合板體系

德國大量的建筑是多層建筑。現(xiàn)澆混凝土支模、拆模，表面處理等工作需要人工量大，費用高，而混凝土預(yù)制疊合樓板、疊合墻體作為樓板、墻體的模板使用，結(jié)構(gòu)整體性好，混凝土表面平整度高，節(jié)省抹灰、打磨工序，相比預(yù)制混凝土實體樓板疊合樓板重量輕，節(jié)約運輸和安裝成本，因而有一定市場。有資料顯示混凝土疊合預(yù)制板體系在德國建筑中占比達到50%以上。采用這種裝配結(jié)構(gòu)體系，外立面形式比較靈活。由于德國強制要求的新保溫節(jié)能規(guī)范的實施，建筑保溫層厚度在20cm以上。從節(jié)約成本角度考慮，采用復(fù)合外墻外保溫系統(tǒng)配合涂料面層的建筑居多。

4.1.3預(yù)制混凝土外墻體系

2012年在柏林落成的Tour Total大廈，代表德國預(yù)制混凝土裝配式建筑的一個發(fā)展方向。建筑面積約28000平米，高度68米。外墻面積約10000平米，由1395個、200多個不同種類、三維方向變化的混凝土預(yù)制構(gòu)件裝配而成。每個構(gòu)件高度7.35米，構(gòu)件誤差小于3mm，安裝縫誤差小于1.5mm。構(gòu)件由白色混凝土加入石材粉末顆粒澆鑄而成，精確、細致地構(gòu)件、三維方向微妙變化富有雕塑感的預(yù)制件，使建筑顯得光影豐富、精致耐看。

4.2預(yù)制剛結(jié)構(gòu)建造體系

4.2.1預(yù)制高層鋼結(jié)構(gòu)建造體系

高層、超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑在德國建造量有限，大規(guī)模批量生產(chǎn)的技術(shù)體系幾乎沒有應(yīng)用市場。同時高層建筑多為商業(yè)或企業(yè)總部類建筑，業(yè)主對個性化和審美要求高，不接受同質(zhì)化、批量化、缺少個性的裝配式建筑。另一方面，近年來高層、超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的承重鋼結(jié)構(gòu)、以及為每個項目專門設(shè)計的復(fù)雜精致的幕墻體系，都是采用工業(yè)化生產(chǎn)、到現(xiàn)場安裝的建造形式。因此可以歸納到個性定制化裝配式建筑。

法蘭克福德國商業(yè)銀行總部大樓是德國為數(shù)不多的高層鋼結(jié)構(gòu)建筑。鋼制構(gòu)件和金屬玻璃幕墻采用工業(yè)化加工、現(xiàn)場安裝方式建造。獲得德國2012年鋼結(jié)構(gòu)建筑獎的帝森克虜伯總部大樓，代表德國近年來鋼結(jié)構(gòu)建筑的一個發(fā)展方向。由于混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)異的防火、隔聲、耐久、經(jīng)濟實用等性能，以及現(xiàn)代建筑技術(shù)能夠成熟地利用混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)異的蓄熱性能，來滿足愈來愈高的建筑節(jié)能和室內(nèi)舒適度要求，使混凝土或鋼混結(jié)構(gòu)成為德國高層建筑最主要的結(jié)構(gòu)形式。建筑核心筒和樓板通常采用現(xiàn)澆混凝土形式、梁和柱采用鋼材、鋼混或混凝土形式，以滿足承載、防火、隔聲、熱惰性等綜合技術(shù)要求;建筑外墻、隔墻地面、天花等部品則大量采用預(yù)制裝配系統(tǒng)。

2014年落成的歐洲央行總部大樓，一定程度上代表了德國高層辦公建筑發(fā)展的特點。項目位于法蘭克福，建筑高度185米。采用雙塔形式，兩棟塔樓之間形成一個巨大的室內(nèi)中庭，中間用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)置多層連接平臺，布置綠化和交往空間。建筑結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土，以滿足承載、防火、隔聲、熱惰性等綜合技術(shù)要求;高性能的全玻璃幕墻、隔墻、樓面、天花等采用預(yù)制裝配系統(tǒng)。

4.2.2預(yù)制多層鋼結(jié)構(gòu)建造體系

漢諾威VGH保險大樓采用一種模塊化、多層鋼結(jié)構(gòu)裝配式體系建造。由承重結(jié)構(gòu)、外墻、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和建筑設(shè)備組成?；緲?gòu)件：樓板5.00x2.50m，厚度20cm(可加長到10.00)，墻板3.00x1.25m，厚度15cm。樓板和墻板由U型鋼框架和梯形鋼板構(gòu)成，表面防火板。樓面地面可采用架空雙層地面構(gòu)造。樓板和承重墻板之間采用螺栓固定，并用柔性材料隔絕固體傳聲。墻板之間可作為窗、門、百葉等。非承重隔墻采用輕鋼龍骨石膏板墻體。

有特殊要求的多層建筑項目亦有采用預(yù)制裝配形式建造。法蘭克福SQUAIRE商業(yè)綜合體，內(nèi)部功能包括商業(yè)零售、餐飲、酒店、辦公等。建筑位于法蘭克福機場高鐵站上方，因為需要橫跨鐵路線，因而建筑整體坐落在鋼絎架之上，為減輕重量，建筑結(jié)構(gòu)進行了多方面優(yōu)化設(shè)計。鋼結(jié)構(gòu)和幕墻體系采用工業(yè)化生產(chǎn)現(xiàn)場安裝形式建造。

國外的裝配式建筑在模數(shù)化設(shè)計、標準化生產(chǎn)、裝配化施工，節(jié)能、防火和抗震等方面已非常成熟，尤其是相配套的墻體、樓板等圍護部件的應(yīng)用也非常完善，施工周期特別短，這值得我們借鑒和學(xué)習(xí)。以上內(nèi)容就是“借鑒學(xué)習(xí)與融合：德國裝配式建筑發(fā)展深度分析”，更多裝配式新發(fā)展新資訊，歡迎繼續(xù)關(guān)注環(huán)球網(wǎng)校裝配式建筑行業(yè)頻道!點擊下方免費下載，獲取裝配式精華考點/課程講義。