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德國裝配式建筑及全裝修發展趨勢

時間:2020-04-20

1 德國裝配式建筑的定義

德語中沒有與中文“裝配式建筑”的內涵及外延完全一致的對應單詞。最接近的詞是“Fertigteilbau”,德文詞字面直譯為“預制構件建筑”,在相關專業語境里大體相當于當今中文“裝配式建筑”的含義。因而,在本文中將其譯為裝配式建筑。

德 國 統 計 部 門 對 裝 配 式 建 筑“Fertigteilbau”的定義為:一座建筑當其大部分承重外墻或內墻、采用樓層高度或房間寬度的預制構件建造,稱為裝配式建筑。裝配式建筑的大部分承重構件必須是預制構件,在評估是否大部分承重構件是以預制構件時,是 以 承 重 構 件 的 體 積 計 算 的, 包 含 通 常 以 常規 建 造 方 式 建 造 的 建 筑 基 礎 和 地 下 室 部 分。 因 為這 個概 念 非 常 關 鍵, 現 把 德 文 原 文 也 附 在 此 處:Ein Bauwerk gilt im Hochbau als Fertigteilbau, wenn überwiegend geschosshohe oder raumbreite Fertigteile für Au?en- oder Innenw?nde verwendet werden. Hierbei ist notwendig, dass der überwiegende Teil der tragenden Konstruktion ( gemessen am Rauminhalt ) aus Fertigteilen besteht. Für die Beurteilung ?überwiegend“sind die meist konventionell errichteten Fundamente oder Kellergeschosse mit zu berücksichtigen.

這段話中“大部分承重構件”可以理解為超過50% 的承重構件。因此,德國裝配式建筑的定義可以用以下方式表述:當一棟建筑承重構件(以體積占比計算)超過 50% 由預制構件組成,則該建筑為裝配式建筑。在計算承重構件體積總量時,包含建筑基礎和地下室的承重結構。

由于在德國采用裝配式建筑建造方式不會獲得任何補貼,因而建設方不會刻意追求建筑的裝配率。如果項目適合采用裝配式方式建造,裝配式承重結構構件的占比往往明顯高出 50%,因而德國在統計工作中判定一棟建筑是否為裝配式建筑時采用“大部分承重構件”這一相對模糊的表述、已經足夠明確且不會產生誤解,沒有像中國《裝配式建筑評價標準 GB/T 51129-2017》中,對建筑的主體結構、圍護墻和內隔墻以及裝修和設備管線的裝配比例及建筑整體的裝配率做出嚴格明確的規定。

 德國裝配式建筑發展概況

德國以及其他歐洲發達國家建筑工業化起源于1920 年代,推動因素主要有兩方面:一是社會經濟因素。城市化發展需要以較低的造價、迅速建設大量住宅、辦公和廠房等建筑;二是建筑審美因素。建筑及設計界摒棄古典建筑形式及其復雜的裝飾,崇尚極簡的新型建筑美學,嘗試新建筑材料(混凝土、鋼材、玻璃)的表現力。在雅典憲章所推崇的城市功能分區思想指導下,建設大規模居住區,促進了建筑工業化的應用。

二次大戰結束以后,由于戰爭破壞和大量戰爭難民回歸本土,德國住宅嚴重緊缺,德國用預制混凝土大板(PC)技術建造了大量多層、高層住宅(見圖 1)。這些大板建筑為解決當年住宅緊缺問題作出了貢獻,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已成為社會底層人群聚集地,導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改造的對象,有些地區已經開始大面積拆除這些大板建筑。

圖 1 1972 年建設的慕尼黑奧運村 , 德國比較成功的裝配式建筑群

預制混凝土大板技術相比常規現澆加砌體建造方式,造價高,建筑缺少個性,難于滿足今天的社會審美要求,德國在 1990 年以后基本不再使用。而預制混凝土疊合板技術發展較快,應用較多。

德國大量的建筑是多層建筑?,F澆混凝土支模、拆模,表面處理等工作需要人工量大、費用高,而混凝土預制疊合樓板、疊合墻板作為樓板、墻體的模板使用,配合部分現澆,結構整體性好,預制混凝土板表面平整度高,節省抹灰、找平工序,相比全部現澆工程,節約成本、工程質量高,因而得到廣泛應用。

德國今天的公共建筑、商業建筑、集合住宅項目大都因地制宜、根據項目特點,選擇現澆與預制構件混合建造體系或鋼混結構體系建設實施,并不追求高比例裝配率,而是通過策劃、設計、施工各個環節的精細化優化過程,尋求項目的個性化、經濟性、功能性和生態環保性能的綜合平衡。隨著工業化進程的不斷發展,BIM技術的應用,建筑業工業化水平不斷提升,建筑上采用工廠預制、現場安裝的建筑部品愈來愈多,占比愈來愈大。

3 德國最新裝配式建筑統計數據及相關解讀

德國聯邦統計局公布的建筑行業相關統計數據中有裝配式建筑一項統計內容,有關裝配式建筑的統計數據分布在不同的統計范圍及統計口徑的數據中。筆者根據相關數據,加工制成表格(如表 1、表 2 所示)。

表 1 2017 年德國審批通過的新建居住建筑總量與裝配式占比統計表

 

表 2 2017 年德國審批通過的新建非居住建筑總量與裝配式占比統計表

3.1  1 統計數據說明及解讀

(1)德國建設活動比較理性慎重,前期通常進行系統地準備工作,一旦完成報批圖紙文件設計、并通過建設審批,項目基本都能夠按照計劃實施。德國建筑業統計中“年度審批通過的建設項目”相關數據是準確可靠的,其指標的意義有些類似中國年度開工建設量數據的意義。

(2)德國建筑業統計中房屋建筑的體積是一個重要數據,用來衡量建設規模,同時它也是估算建筑造價的依據。因而,許多統計數據以房屋建筑體積為重要因素而不是建筑面積,表 1 也如此。

(3) 德國統計數據中的居住建筑指以居住功能為主的建筑,包含養老院、老人護理院等建筑。

(4) 從表 1 可以看出,德國 2017 年獲批居住建筑總量(以建筑體積計算)為 161490000 m3 , 其中裝配式建筑占 11.91%。

(5) 德國 2017 年獲批居住建筑總量中鋼筋混凝土 + 砌體結構占 87.63%,其中只有 2.93% 為裝配式建造方式。

(6) 德國 2017 年獲批居住建筑總量中 11.24% 是木結構,其中 77.08% 為裝配式建造方式。

(7)德國 2017 年獲批居住建筑總量中只有 0.02%是鋼結構,但其中 95.0% 為裝配式建造方式。

3.2  表 2 統計數據說明與解讀

(1)德國非居住建筑指居住建筑以外的建筑,包含農業建筑、工業建筑、商業建筑、酒店餐飲及其他非居住建筑。

(2)德國 2017 年獲批非居住建筑總量為217472000m2,其中,72.47% 為鋼筋混凝土 + 砌體結構,24.04% 為鋼結構,5.54% 為木結構。

(3)2017 年獲批非居住建筑中裝配式建筑占比為50.0%。

4 德國裝配式建造方式案例分析

4.1 裝配式鋼結構住宅

斯圖加特索貝克零能耗鋼結構住宅(見圖 2、圖3、圖 4)八大技術要點: (1)鋼結構全裝配式結構;

(2)建筑全部構件為可回收性材料;(3)高效保溫防曬節能雙腔 PET-Low-E 玻璃幕墻;(4)自然通風及效率 70% 以上的熱回收系統;(5)高效水源熱泵與低溫天花供冷制暖系統;(6)長效地下蓄熱裝置;(7)太陽能光伏發電設施,無損耗并網;(8)智能化自動感應控制體系,可從世界各地調控。

圖 2 斯圖加特索貝克鋼結構住宅外景

圖 3 斯圖加特索貝克鋼結構住宅夜景

圖 4 斯圖加特索貝克鋼結構住宅內景

該建筑的空調采暖能耗計算如下:

最大供熱負荷為 7~12kw;最大制冷負荷為 8kw;所需供暖熱量 : 在沒有蓄熱裝置情況下為每年 7600 kwh( 23 kwh /m2·a);設置蓄熱裝置(△ T60K,30m2)之后為 0 kwh;熱泵運轉所需電能為每年約 1400kwh。

4.2 德國工廠化生產、全裝修木結構別墅

德國賀府(HUF)公司在德國傳統木構桁架建筑(Fachwerkbauten)的基礎上,從 20 世紀 60 年代開始研發新型木構桁架建筑體系,繼承傳統木構建筑工藝,將大量優秀的工匠手藝,構造施工技術挖掘整理。逐步轉化為工廠化生產、現場組裝,并不斷融入最新建筑科技成果,轉化為高品質的工藝與產品(見圖5、圖6、圖7)。這一過程經過幾代人的努力和沉淀,形成了自己獨特的技術體系,特別是在舒適、健康環保和生態節能方面有突出成就。

 

圖 5 德國工廠化生產、全裝修木結構別墅外景

圖 6 德國工廠化生產、全裝修木結構別墅內景

圖 7 德國工廠化生產、全裝修木結構別墅內景

從木結構的材料加工,到現代化的外圍護結構,遮陽保溫設備,先進的能源系統,生態節能技術體系,衛生間上下水隔聲系統等,設計師始終把建筑藝術美感和舒適環境、人性化放在首位,通過工業化精確加工,形成高品質整體房屋產品。

4.3 多層混凝土結構公寓式住宅

德國多層住宅大多采用鋼筋混凝土加砌體結構,電梯核心筒多采用現澆結構,墻體大多為混凝土構造柱結合人造石灰砂巖磚等大尺寸砌塊。部分墻體采用疊合墻板加現澆,樓板多采用預制疊合樓板加現澆形式。樓梯采用預制構件或現澆形式建造都很常見(見圖 8、圖 9、圖10)。

圖 8 德國法蘭克?!皻W洲街區”多層住宅

圖 9 德國法蘭克?!皻W洲街區”多層住宅建設工地,電梯核心筒采用現澆結構,地下室墻體采用預制疊合樓板加現澆形式

圖 10 德國法蘭克?!皻W洲街區”多層住宅建設工地,墻體采用混凝土構造柱結合人造石灰砂巖磚等大尺寸砌塊

4.4 德國超高層住宅項目

德國高層及超高層住宅建設量不多。法蘭克福塔(Grandtower-frankfurt)是德國目前在建的最高的居住建筑(見圖 11、圖 12、圖13)。建筑高度達到 172 m,共有 412 個公寓單元,建筑面積 ( 不含停車樓 ) 為 44000 m2。

預計竣工時間是 2019 年 8 月。建筑采用鋼筋混凝土核心筒,外立面采用管狀陽臺,造型獨特,為工業化生產部件現場組裝而成,這種陽臺設計可提供開敞視野和私密性及遮陽功能。

圖 11 德國法蘭克福超高層公寓“法蘭克福塔”效果圖

圖 12 德國法蘭克福超高層公寓“法蘭克福塔”近景效果圖

圖 13 德國法蘭克福超高層公寓“法蘭克福塔”施工現場

4. 5 德國預制混凝土密柱結構辦公建筑

2012 年在柏林落成的 Tour Total 大廈,是德國預制混凝土裝配式建筑非常有創意的一項工程。建筑面積約 28000 平方米,高度 68 米。建筑采用混凝土現澆核心筒、預制混凝土外墻密柱、現澆混凝土樓板(30cm 厚)的結構體系,形成樓層內部寬敞的無柱空間。結構柱外掛預制混凝土裝飾構件,在結構柱與外觀裝飾構件之間是保溫層和遮陽設施(見圖14~圖18 )。

外墻面積約 10000 平方米,由 1395 個、200 多個不同種類、三維方向變化的混凝土預制構件裝配而成。每個構件高度 7.35 米,構件誤差小于 3mm,安裝縫誤差小于 1.5mm。構件由白色混凝土加入石材粉末顆粒澆鑄而成,精確、細致地構件、三維方向微妙變化富有雕塑感的預制件,使建筑顯得光影豐富、精致耐看。

圖 14 柏林Tour Total 大廈外景

圖 15 柏林 Tour Total 大廈近景

圖 16 柏林 Tour Total 大廈外墻預制裝配構件

圖 17 柏林 Tour Total 大廈外墻預制裝配構件分解圖

圖 18 柏林 Tour Total 大廈標準層辦公空間內景

 德國建筑全裝修

5.1 德國房地產開發項目基本上都是全裝修建筑產品

在室內裝修方面德國并不刻意追求高比例的預制化率,建筑上采用何種裝修技術、產品,主要取決于房屋產品功能品質要求及經濟因素。在辦公等公共建筑上,吊頂、隔墻,架空地面等部位大量采用工廠化產品,現場干作業施工安裝。在建筑單元重復率較高的建筑中、如經濟型酒店、養老院等,有整體衛浴、整體裝飾墻板等技術的應用。在較高品質要求的酒店及主流住宅產品上,更多的采用現場施工,包括必要的瓷磚、地磚濕作業。輕質隔墻大多采用輕鋼龍骨石膏板隔墻系統。德國室內裝修所采用的上下水系統、電器系統的產品品質相當高,室內裝修的施工質量整體較好。

5.2  德國商品房的個性化裝修

德國商品住房的銷售提供較高的個性化裝修選項。獨棟或雙拼別墅,通常是業主購買建設用地,自己委托建筑師設計或選擇不同類型的工廠化預制別墅建造系統,房屋內部裝修的所有內容都可以挑選定制。

多層、高層公寓類商品住房也提供相當高的個性化室內裝修。住宅戶內非承重墻位置(房間分割方式)、室內門位置,衛生間布置、室內燈具位置、電氣開關、插頭的數量和位置等可以根據購房者需要進行調整改變,當然上述設計修改費用不菲。德國商品房室內裝修風格基本上都是現代簡潔風格。室內裝修材料可在菜單中選擇不同品牌、不同價格的瓷磚、地板、墻面裝修、室內門、玻璃門、衛生潔具、衛生間五金件、玻璃淋浴隔斷等。所有個性化裝修須在設計階段進行,避免在工地上拆改產生垃圾,價格透明。

德國全裝修住房一般不包含櫥柜,由于德國許多公寓采用開放式廚房,廚房與客廳合為一體,櫥柜成為客廳家具的重要組成部分,櫥柜的色彩、材料質感對室內整體家居風格影響較大,且櫥柜的檔次和價格差別巨大,因而開發商難以選擇幾種櫥柜做成菜單來滿足大部分客戶的需求,一般是開發商根據購房者確定的櫥柜設計,預留上下水、電器點位、鋪好瓷磚,客戶從櫥柜生產廠家自行定制櫥柜。

5.3 德國商品房全裝修質量及室內空氣品質控制

德國商品房(見圖 19)全裝修的質量控制主要通過以下四方面實現。

圖 19 德國商品房內景

5.3.1 行業標準高

德國建筑裝修各項內容都有詳細的技術質量標準,施工合同中工程質量、驗收方法等都以此為準,對施工方有較強約束力,如果沒有達標賠償責任重大,因而可有效保證工程質量。

德國室內裝修工程相關標準非常全面細致。對各種建筑材料、產品、分項工程都有詳細標準。如德國的木地板種類劃分較細。僅實木地板就分為條塊實木地板(Stabparkett),馬賽克拼花木地板(Mosaikparkett),薄實 木 地 板(Lamparkett), 豎 向 層 壓 實 木 地 板(Hochkantlamellenparkett),大 廳 實 木 復 合 地 板(Parkettdiele),大廳實木地板(Massivdiele),高檔大面積拼花實木地板(Tafelparkett)等不同種類,木地板各種相關標準有近百種。

德國石材 / 陶瓷地板相關標準也非常細致,特別是對材料的各種性能(物理、化學、力學、抗老化、耐久性等)、粘結劑的性能、質量要求、有害物釋放、檢測方式等做出詳細規定。相關標準也有數十種。其他建筑材料與部品如地毯、涂料墻漆也都有詳細標準。

5.3.2 產品質量高

德國建筑裝修所使用的材料和產品的質量普遍較高、有害物質含量較低。通過建筑產品質量市場準入限制、產品質量認證體系、產品環保性能認證,產品環保性能聲明、配合監管體系和高額違規懲罰措施,使市場上流通的建筑產品普遍具有較高的質量和環保性能。

5.3.3 施工質量高

建筑室內裝修需要專業熟練工人,只有這樣才能保證裝修工程的質量。德國建筑行業有悠久的手工藝工匠精神傳統,進入工業社會以來,德國通過建立與現代化工業相適應的職業培訓教育和管理體制,使得工匠精神得以傳承和發揚光大,專業工匠有較高的收入和一定社會地位,各專業工種的工匠后繼有人。

5.3.4 高水平簡潔自然的設計

德國新建居住建筑室內裝修多為現代簡約風格 , 較少采用復雜裝修,個性化室內風格主要依靠家具、軟裝、飾品實現。新建住宅很少用復合板材對墻面、天花板等部位進行裝飾,幾乎沒有在現場進行家具制作、噴涂油漆等施工,有效降低由于大量使用各種復合板材、粘結劑等產品造成的污染排放,因而很少有新建住宅室內空氣有害物超標的情況。

 結語

6.1  德國裝配式建筑發展

從德國建筑工業化的發展可以看出,20 世紀初伴隨著人口流向城市以及戰后居住空間嚴重缺乏的情況下,人們試圖通過預制混凝土大板(PC)建造技術,快速解決住房缺乏的問題,由于當時的規劃指導思想的局限性以及經濟及技術條件的限制,PC 建筑過分強調整齊劃一,建筑單元、戶型、建筑構件大量重復使用,造成這類建筑過分僵化,缺乏特色,缺少人性化。有些采用預制混凝土大板(PC)技術建造的城區成為失業者、外來移民等低收入、社會下層人士集中的地區,帶來較嚴重的社會問題,部分項目被迫拆除。中國在推廣實踐裝配式建筑的過程中,應避免德國等歐洲國家在預制混凝土大板(PC)建造技術應用上所走的彎路。

預制混凝土大板建造技術德國從 1990 年代以后基本沒有在建項目應用,取而代之的是追求個性化的設計,應用現代化的環保、美觀、實用、耐久的綜合技術解決方案,通過精細化的設計。模數化設計,使大量建筑部品可以在工廠里加工制作,并且不斷優化技術體系,如可循環使用的模板技術,疊和樓板、多種復合預制外墻板、預制樓梯等。

德國裝配式建筑定義與中國裝配式建筑定義有所區別,業內人士需要注意。德國 2017 年居住建筑建設總量中裝配式建筑占 11.91%。居住建筑總量中鋼筋混凝土及砌體結構占 87.63%,其中 2.93% 為裝配式;木結構在居住建筑總量中占 11.24%,其中 77.08% 為裝配式;鋼結構在居住建筑總量中占 0.02%,其中 95.0% 為裝配式。

德國 2017 年非居住建筑建設總量中 72.47% 為鋼筋混凝土 + 砌體結構,24.04% 為鋼結構,5.54% 為木結構,其中裝配式建筑占比為50.0%。

6.2  德國建筑全裝修

德國房地產開發項目基本上都是全裝修建筑產品,同時提供非常高的個性化服務。在室內裝修方面并不刻意追求高比例的預制化率,建筑上采用何種裝修技術、產品,主要取決于房屋產品功能品質要求及經濟因素。商品房全裝修的質量控制主要通過行業高標準、高品質建材、高品質施工和高水平簡潔自然地設計實現。

參考文獻:

[1] vStatistisches Bundesamt ,Bauen und Wohnen,Baugenehmigungen/Baufertigstellungen,2018.

[2] www.skyscrapercenter.com/berlin/tour-total/15345.

[3] www.grandtower-frankfurt.com.

作者:

德國可持續建筑委員會國際部董事北京五合國際工程設計顧問有限公司  盧求

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