深度分析：向德國學(xué)習(xí)，如何發(fā)展裝配式建筑

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。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(biāo)準(zhǔn)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。

一、德國裝配式建筑發(fā)展歷史

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。

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(dāng)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。

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。

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(dāng)屬預(yù)制混凝土大板建筑。

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(fēng)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(biāo)，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 ?L?sungder 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)出不同系列廠品，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。

雖然大板建筑今天飽受詬病，但在當(dāng)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(dāng)?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(fēng)格。

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(dāng)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)?；炷令A(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。

較著名的項目包括：格羅皮烏斯和科布希埃參與的著名的柏林漢莎街區(qū)的住宅項目；慕尼黑紐帕拉赫居住區(qū)（Neuperlach）；紐倫堡朗瓦薩居住區(qū)（Langwasser）；柏林曼基仕居住區(qū)（M?rkisches Viertel）；法蘭克福西北新城（Nordweststadt）；漢堡施戴斯胡珀（Steilshoop）；曼海姆佛格斯唐居住區(qū)（Vogelstang）；科隆克崴勒新城（Chorweiler）。

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。

二、德國裝配式建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

德國建筑業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系完整全面。在標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)最多。裝配式建筑相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)非常多，部分標(biāo)準(zhǔn)分列如下:

有關(guān)混凝土及砌體預(yù)制構(gòu)件、裝配式體系的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范包括：DIN 1045-3混凝土，鋼筋預(yù)應(yīng)力混凝土機構(gòu)。第3部分：建筑施工DIN13670的應(yīng)用規(guī)則；DIN 18203-1建筑誤差第1部分:混凝土、鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制件；DIN EN 13369預(yù)制混凝土產(chǎn)品的一般性規(guī)定；DIN 1045-4混凝土，鋼筋預(yù)應(yīng)力混凝土機構(gòu)。第4部分：預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)及合規(guī)性的補充規(guī)定；DIN EN 13670混凝土結(jié)構(gòu)的允許誤差根據(jù)DIN 18202及DIN18203；DINEN 14992預(yù)制混凝土產(chǎn)品-墻體；DINEN 1520帶開放結(jié)構(gòu)的輕集料混凝土預(yù)制件；DIN EN 13747預(yù)制混凝土產(chǎn)品樓板系統(tǒng)用板；DIN1053-4砌體-第四部分：預(yù)制構(gòu)件。

有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)、裝配式體系的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范包括：DIN EN 1993-1-1/NA鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計第 1-1部分:建筑物一般性規(guī)定和設(shè)計規(guī)則，歐盟標(biāo)準(zhǔn)3國家參數(shù)；DIN EN 1993-1-2/NA鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計第 1-2 部分:結(jié)構(gòu)防火設(shè)計一般規(guī)則，歐盟標(biāo)準(zhǔn)3國家參數(shù)；DIN 18800-1鋼結(jié)構(gòu)建筑第一部分設(shè)計和構(gòu)造；DIN 18800-7鋼結(jié)構(gòu)建筑-第 7 部分: 施工和生產(chǎn)資格；DIN EN ISO 16276-1鋼結(jié)構(gòu)腐蝕防護涂層系統(tǒng)，涂層附著性(粘結(jié)強度)的評估及其驗收標(biāo)準(zhǔn)，第 1 部分: 撕裂測試；DIN EN 10219-2由非合金和細晶粒結(jié)構(gòu)鋼制造的建筑用冷加工的焊接空心型鋼，第2 部分: 限制大小、尺寸和靜態(tài)值；DIN 18203-2: 建筑公差-第2部分，預(yù)制鋼構(gòu)件；BFS-RL 07-101 生產(chǎn)和加工建筑鋼結(jié)構(gòu)。

有關(guān)預(yù)制木結(jié)構(gòu)、裝配式體系的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范包括：DIN EN1995-1-1/NA: 木結(jié)構(gòu)的設(shè)計和構(gòu)造，1-1部分: 一般性規(guī)定-一般性規(guī)則和有關(guān)建筑物規(guī)定，歐洲規(guī)范5-國家參數(shù)；DIN EN 1995-1-2/NA,木結(jié)構(gòu)的設(shè)計和構(gòu)造，1-2部分:一般性規(guī)定-承重構(gòu)件的防火設(shè)計，歐洲法規(guī) 5-國家參數(shù):；DIN EN 14250木構(gòu)建筑-對采用釘片連接的預(yù)制承重構(gòu)件產(chǎn)品的要求；DIN EN 14509兩側(cè)帶有金屬覆層的承重復(fù)合板-工廠加工產(chǎn)品-技術(shù)要求；DIN EN 408,木結(jié)構(gòu)-承重木材和膠合木材-物理和力學(xué)性能的規(guī)定;；DIN EN 594,木結(jié)構(gòu)-試驗方法-板式構(gòu)造墻體的承載能力和剛度;；DINEN 595,木結(jié)構(gòu)-試驗方法-檢測框架式梁確定其承載能力和變形情況；DIN EN 596,木結(jié)構(gòu)-試驗方法-板式構(gòu)造墻體柔性連接的檢測；DIN EN 1075, 木結(jié)構(gòu)-試驗方法-釘板連接；DIN 18203-3,建筑公差-第 3 部分: 木材和木基材料的建筑部品。

有關(guān)預(yù)制金屬幕墻、裝配式體系的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范包括：DIN EN 1999-1-1承重鋁結(jié)構(gòu)的設(shè)計和構(gòu)造，第1-1部分:一般設(shè)計規(guī)定；DIN EN 1999-1-4/A1承重鋁結(jié)構(gòu)的設(shè)計和構(gòu)造，第1-4部分:冷彎壓型板；DIN EN 14509, 自承重式雙面金屬覆蓋夾芯板-工廠制造產(chǎn)品-規(guī)格；DIN EN 14782 (Norm), 適合室內(nèi)和室外工程使用的、自承重式金屬屋面板和墻面板-產(chǎn)品規(guī)格和要求；DIN EN 14783適合室內(nèi)和室外工程使用的、整面支撐的金屬屋面板和墻面板，-產(chǎn)品規(guī)格和要求；DIN 18516-1帶后側(cè)通風(fēng)構(gòu)造的外墻覆板，第一部分：要求，檢驗原理；DIN 24041 穿孔版。

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(biāo)準(zhǔn)單元。而標(biāo)準(zhǔn)化的組件導(dǎo)致個性化設(shè)計降低。

三、德國現(xiàn)代建筑工業(yè)化建造技術(shù)

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：預(yù)制混凝土建造體系、預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)建造體系、預(yù)制木結(jié)構(gòu)建造體系。

預(yù)制混凝土建造體系包括三個方面：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)，疊和樓板（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。

預(yù)制混凝土疊合板體系。德國大量的建筑是多層建筑?，F(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。

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。

預(yù)制剛結(jié)構(gòu)建造體系包括兩個方面：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)。

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。

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