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摘要：裝配式是通過工廠預制建筑構件（詞條“建筑構件”由行業大百科提供），現場直接拼裝，用來減少現場的工作量，提高施工質量的新技術。裝配式并不是新出現的技術，是通過不斷的嘗試，逐步形成的建筑技術。在幕墻門窗（詞條“門窗”由行業大百科提供）行業，窗框在工廠的組裝，幕墻鋼骨架在工廠的焊接（詞條“焊接”由行業大百科提供）完成等都屬于比較早期的裝配式做法。單元幕墻則是相對比較完整的針對特定幕墻系統的裝配式做法。幕墻的裝配式相對單元幕墻可實施的幕墻系統更多，板塊尺寸更大，單元化的程度也更高。幕墻的裝配式需要跳出幕墻專業的范疇，站在整個建筑專業的基礎上進行思考，在建筑早期將相關可能性考慮清楚，盡可能的將建筑表皮模塊化、標準化，為幕墻裝配式提供理論上的可能性。
關鍵詞：裝配式、幕墻、標準化
1.什么是裝配式建筑
裝配式建筑最早出現在上世紀60年代，是指把傳統建造方式中的大量現場作業工作轉移到工廠進行，在工廠加工制作好建筑用構件（詞條“構件”由行業大百科提供）和配件(如樓板、墻板、樓梯、陽臺等)，運輸到建筑施工現場，通過可靠的連接方式在現場裝配安裝而成的建筑。裝配式建筑類似搭積木，因為所有的構件都是工廠加工，質量能夠得到保障，同時材料消耗也會降低，建筑垃圾也會大幅度的減少。早期的裝配式建筑形體比較呆板，建筑千篇一律，隨著科技的發展，能夠滿足建筑功能要求和建筑多樣性的裝配式建筑已經可以實現。
采用裝配式的雄安市民中心
2. 政策對裝配式建筑的推動
為進一步貫徹落實中央城市工作會議精神和《國務院辦公廳關于大力發展裝配式建筑的指導意見》(國辦發〔2016〕71號)，落實推行全國裝配式建筑發展工作，全國各主要省市都針對裝配式建筑出臺了鼓勵政策。目前已有超過31個省市發布了裝配式建筑政策
裝配式政策發布區域
2.1 北京市
2020年3月2日，北京市住房和城鄉建設委員會發布《2020年生態環境保護工作計劃和措施》的通知，內容強調：繼續穩步推進裝配式建筑工作，力爭2020年實現裝配式建筑占新建建筑面積比例達到30%以上;
2.2 上海市
[上海市住建委]關于進一步明確裝配式建筑實施范圍和相關工作要求的通知滬建建材〔2019〕97號-裝配式建筑指標要求
2016年4月1日以后完成報建或項目信息報送的項目，建筑單體預制率不低于40%或單體裝配率不低于60%。
2015年1月1日至2016年3月31日完成報建的項目，建筑單體預制率不低于30%或單體裝配率不低于50%。
2015年1月1日之前完成報建的項目，建筑單體預制率不低于25%或單體裝配率不低于45%。
3. 裝配式建筑的分類
目前裝配式建筑主要有墻板式和集裝箱式兩種實現方式。
墻板式集裝箱式
3.1 墻板式
墻板式是按照建筑元素將建筑進行拆分，分別在工廠進行預制，在現場進行拼接，其中典型的建筑元素如下：
柱子
梁
疊合樓板
樓梯
室內隔墻
室外維護墻
集成式廚房
集成式衛生間
墻板式是目前比較成熟的裝配式實現方式，已經在很多項目中實行，只是不同的項目實行的裝配式程度不同。
3.2 集裝箱式
集裝箱式裝配建筑是基于建筑空間體塊進行建造的建筑。基本空間體塊平面內以建筑軸距為平面單元，高度方向為一個層高。每個體塊包含了完整的建筑元素，四周將建筑的柱、梁、樓板等受力結構融入箱體內，作為箱體的四周骨架。箱體內側將地面、墻面、吊頂面等所有硬裝在工廠內完成。箱體的一個面為建筑的外圍護面，為幕墻或者窗墻系統。箱體本身自承重，類似磚結構系統，是和積木最像的建筑實現方式。
4. 幕墻裝配式的思考
4.1 什么樣的幕墻是裝配式幕墻
根據裝配式的定義，建筑構件在工廠加工，現場安裝就是裝配式，那目前所有的幕墻系統都屬于裝配式。比如傳統框架玻璃幕墻，在工廠生產埋件、立柱、橫梁、膠條、玻璃面板、保溫棉等材料，在現場進行安裝。單元式幕墻（詞條“單元式幕墻”由行業大百科提供）是裝配化程度更高的裝配式建筑，在工廠加工形成單元板塊，通過類似積木一樣的單元板塊的插接，形成整個建筑表皮。
裝配式也有不同的等級，傳統構件式幕墻是比較低級的裝配式建筑。雖然在現場的安裝都是干作業，但是因為安裝工序過于復雜，需要在現場安排大量的工人進行安裝，失去了裝配式提高安裝效率的初衷，所以幕墻在裝配式方面還有很長的路要走。超大板塊整體安裝是未來幕墻裝配式的方向。
位于美國紐約第十一大道100號的項目進行了產業化大板塊安裝的嘗試，最大的板塊位于八層轉角處，總長36英尺9英寸半(約合11m)，高11英尺(約合3.3m)，內有17個小單元，最大玻璃板塊2620mm×1460mm，最長玻璃3.3m×1.0m。有12種不同規格、15種不同角度、8種不同的配置，兩個開啟扇。這個單元在工廠做好后重達8t，要用一個40英尺長的開頂貨柜單獨裝載，運輸過程中固定它的鋼材就達4T。
紐約第十一大道100號
4.2 幕墻早期做過哪些裝配式的嘗試
4.2.1單元式幕墻
單元幕墻一般為鋁合金龍骨（詞條“鋁合金龍骨”由行業大百科提供）系統，通過型材開模，形成可以相互插接的單元公母料。插接部位設置可以閉合的膠條進行防水。利用等壓腔原理，將進入的雨水排出，形成防水性能很好的建筑表皮。單元幕墻因為依賴鋁合金插接龍骨，所以板塊尺寸不會太大，且只適用于標準的比較規整的立面。
4.2.2 單元鋼骨架
單元鋼骨架是在工廠將鋼結構（詞條“鋼結構”由行業大百科提供）焊接完成，運到現場后直接吊裝的安裝方式。單元鋼骨架解決了傳統鋼龍骨現場焊接引起的精度差、焊縫強度低、有火災隱患等一系列問題。下圖為觀音圣壇的蓮花瓣鋼架，鋼架整體為雙曲異形，重量超過5噸，為單元鋼骨架，整體吊裝。
單元玻璃幕墻吊裝觀音圣壇蓮花瓣鋼架
4.2.3 GRC系統
GRC系統因為系統特點，需要模具成型，且板塊尺寸很大，是較早采用類似裝配式工藝的幕墻系統。GRC正常應用在異形部位，板塊尺寸很大，背襯鋼架，通過特制轉接件（詞條“轉接件”由行業大百科提供）與主體結構進行連接。且隨著裝配式理念的推行，GRC系統也較早實現了與其它材料的組合生產，整體吊裝。
傳統GRC安裝裝配式小單元安裝
4.2.4 空中連廊系統的整體吊裝
如重慶來福士廣場的空中連廊，連廊橫跨在四棟超過200米的建筑屋頂上，連廊底部部位距離地面超過200米，傳統的構件安裝方式很難操作。傳統的裝配式板塊，因為運輸的需要，板塊尺寸很小，在200米高度吊裝幾百個小板塊不安全，也很難操作。該部位最終選擇了在現場通過胎架組裝超大板塊，整體吊裝的方案。
現場利用胎架組裝超大板塊板塊整體吊裝
4.3幕墻在裝配式方面還需要做哪些工作
幕墻相對其他建筑分項工程起點更高，但幕墻在裝配式方面仍然有很大的發展空間。
4.3.1與其它系統的融合
建筑系統正常包括土建、內裝、機電、幕墻等建筑分項工程，裝配式是針對整個建筑的裝配式，不是各個分項工程各自裝配，要突破系統劃分的限制，將各專業相互融合，才能體現裝配式的最大價值。如幕墻系統可以考慮和原來內側的墻體、結構、保溫等進行組合設計，整體吊裝。
組合外圍護墻體的安裝
近些年，EPC開始逐步流行，EPC模式是工程總承包模式的一種類型，通常以EPC合同的形式出現，即：設計-采購-施工(Engineering-Procurement-Construction)合同。在EPC模式下，工程總承包商接受業主委托按照合同約定對工程項目的設計、采購和施工進行總承包，并對其所承包工程的質量、安全、工期和造價等全面負責。對于業主而言，其只需負責整體性的、原則性的目標管理和控制。作為總承包方，擁有對各個專業設計和施工的把控能力，能夠更好的推進各專業的融合，對裝配式的發展是有利的。
4.3.2 幕墻構造做法的提升
原來的幕墻做法都是針對構件散裝進行設計的，在裝配建筑中要充分利用裝配建筑精度高的特點，簡化幕墻構造做法，同時考慮幕墻作為整體板塊運輸過程中的穩定性。
如板塊拼接部位的防水做法，傳統的打膠和單元幕墻的插接防水都不太適合大板塊，要針對項目特點設計簡單可靠的防水設計。
大板塊拼接部位的防水做法
4.3.3對各幕墻系統的裝配式研究
幕墻作為建筑外圍護構件，從上世紀九十年代在中國開始使用以來，逐漸形成了針對不同材料和做法的幾十種幕墻系統，如玻璃幕墻就包括單元玻璃幕墻、框架幕墻、單層索網幕墻、全玻幕墻、點支幕墻等。并不是所有的幕墻都可以作為大板塊整體吊裝，如索網幕墻是基于柔性索的預應力實現的，只能按照目前的方式進行安裝。全玻幕墻因為整體尺寸很大，及玻璃肋的脆弱性，也不適合在工廠組裝后一起吊裝。要對現有的幕墻系統進行梳理，針對不同幕墻系統各自的特點進行裝配式設計方面的提升。
5.幕墻在墻板式裝配建筑中的應用
墻板系統是針對建筑功能構件的不同分別進行預制，幕墻屬于外圍護墻體的一部分，在工廠進行預制后運輸到現場直接進行吊裝。
墻板式外圍護墻的吊裝
5.1墻體板塊的劃分
墻體板塊的劃分要考慮以下因素：
哪些地方適合留縫
墻體結構的布置
版面元素的重復
與內側隔墻及軸線的關系
運輸及吊裝的考慮
以上海北外灘某公寓項目為例：
上海北外灘某項目局部立面
通過對外側墻體元素及分格尺寸的分析，板塊劃分如下：
板塊上下及左右分縫位置均設置在了不同材料交接部位，能夠最大限度的保證整體立面的完整。
交接節點（詞條“節點”由行業大百科提供）如下：
左右交接節點上下交接節點
如果外圍護墻體比較復雜，有多種單元樣式組合而成，需要根據材料的分布規律和大小，對板塊進行劃分，統計標準板塊類型。
板塊類型的劃分
5.2 維護墻體的結構
外圍護墻體可以采用工廠預制鋼框系統，在鋼框上安裝保溫及裝飾面層，最后嵌入窗系統，形成標準外圍護墻體板塊。
預制鋼框安裝保溫及裝飾面板在洞口中嵌入窗系統
5.3 板塊掛接及交接防水設計
墻體板塊與主體結構的連接可上下兩邊均進行連接，也可只固定上邊，下邊與下板塊上口進行連接。連接要考慮現場安裝的便捷性，采用機械連接的方式，避免焊接。
板塊交接部位采用內外雙道防水設計，同時在構造上可利用高差形成防水構造，在密封膠失效的時候避免雨水滲入。
6.幕墻在集裝箱式裝配建筑中的應用
6.1 標準集裝箱大小的劃分
仍然以北外灘某公寓項目為例，如果采用集裝箱結構，箱體劃分可按照標準軸距進行劃分，如下圖所示
集裝箱的劃分
6.2 集裝箱模塊的組成
組成建筑的集裝箱模塊是整個建筑的縮影，包含了建筑幾乎所有的建筑元素，具體組成如下圖所示：
集裝箱模塊的組成
6.3 集裝箱箱體結構的種類
目前集裝箱箱體結構主要有混凝土和鋼結構兩種類型。
混凝土結構 鋼結構
6.4 幕墻與集裝箱箱體的組合設計
幕墻在工廠與箱體一起加工成型，幕墻與箱體上下連接，考慮箱體運輸過程中對幕墻的保護，設計過程中避免幕墻出現凸起等易破壞的情況。
在設計過程中就考慮箱體的劃分對幕墻的影響，避免劃分部位出現在玻璃部位。對于板塊的拼接縫部位要做好防水及美觀效果的處理，在箱體安裝完成后進行統一處理。
對于混凝土結構，外圍護墻體有窗的情況可以將窗邊框做預埋處理，窗邊框建議采用鋁合金框，避免腐蝕。采用預埋窗邊框整體外觀效果更好且不容易漏水。
混凝土預埋窗邊框
6.5其它近似集裝箱的做法分項
6.5.1集裝箱的局部應用
由金螳螂施工的合景泰富售樓處在樣板區部位采用了集裝箱的安裝方式，集裝箱在工廠加工完場后，在現場整體吊裝，大大加快了施工進度。
合景泰富售樓處
6.5.2 半集裝箱設計
集裝箱式結構為了形成圍合的結構，需要六面都有結構，對于開間比較大的部位并不適用。只有地板和外圍護墻，其他穩定構件設計成可拆卸的桁架桿件，也可以實現近似集裝箱的安裝方式。
半集裝箱設計
7. 裝配式的未來展望
7.1 對裝配式的大膽設想
像搭積木一樣建造房子，是很多人對裝配式發展最終目標的理解。
積木模型
設想一下，50年之后，裝配式發展的終極目標已經實現，通過多年來國家對建筑裝配式的持續推進，解決了裝配式的所有技術難點，將建筑元素細分為各種規格和尺寸的建筑構件，初步預期有幾千種的建筑裝配構件，包括各種尺寸的梁、柱、樓板、箱體模塊等。那個時候整個行業和現在相比有哪些改變呢?
7.1.1建筑設計的改變
因為所有的建筑必須以模塊為基礎進行搭建，可以預期，到時候目前所有的建筑軟件都會消失，會被一種國家研究發布的軟件替代，這是一種類似搭積木的游戲軟件，內置所有的建筑標準構件。每個建筑師都是搭積木的高手，通過幾千個可以選擇的構件，從地基基礎開始搭設，模擬建筑建造的過程。相信除了軟件，也會有與實際建筑構件對應的等比例縮放的積木模塊，模塊自帶智能感應芯片，用于輔助建筑師進行積木的搭設。等軟件中或者實體的積木搭設完成了，整個建筑設計也就完成了。軟件會自動生成搭接所需的建筑構件清單和構件搭接關系圖。
7.1.2對施工的影響
施工單位根據構件清單采購對應的構件產品，在現場直接進行構件搭接，那個時候我們已經突破了構件連接技術，實現了快速拼接。
7.1.3 對材料廠商的影響
目前的材料廠商都會消失，與之對應的是各個建筑構件的加工廠。加工廠的名字是以建筑構件的編號進行命名，每個加工廠只生產一種建筑構件，全國有幾千個構件加工廠。
7.2 要實現終極目標需要克服哪些困難
7.2.1 設計理念的改變
目前的裝配式都是建筑方案設計完成后工業化設計師才介入，將已有的建筑方案對應的元素進行拆分，相當于先有了一個模型，然后將這個模型切為一定數量的積木，然后去生產積木。這個是一個本末倒置的設計理念。當我們用樂高積木去搭建模型的時候，都是用已有的樂高模塊去搭建，為每個模型單獨去設計樂高模塊并不現實。建筑設計應該基于裝配式的規則限制，在有條件約束的情況下進行建筑的設計。
7.2.2 標準的統一
建筑裝配式又叫建筑工業化，工業化就是把建筑構件的加工搬到工廠中，像生產產品一樣去生產建筑構件。工廠的優勢是質量高，效率高，因為都是技術成熟的工人重復生產，質量有保證。所有這些能夠實現的前提是建筑構件的重復生產，只有生產足夠多的相同的產品，工廠的生產成本才會下降，高昂的模板費用可以分攤到成千上萬的構件上，最紅成本忽略不計。要實現所有構件的尺寸都相同就依賴于標準的制定，讓相同的構件在不同的項目中通用才是標準化的真正目標。
7.2.3 關鍵技術的突破
任何看起來簡單的東西背后都有大量技術研究的支撐，就好像蘋果手機用起來很簡單很流暢的原因得益于IOS系統幾千萬行代碼的運行。
要實現簡單的建筑搭接還需要突破以下技術
①構件的適用性
建筑由上萬個建筑構件組成，不同位置的建筑構件受力是不同的，相同的構件用在樓頂部位可能是安全的，用在二層可能就會破壞。在設計過程中怎么快速判斷這個構件是否可行需要強大的算法的支撐和智能設計輔助系統的幫助。
②構件的連接技術的突破
以目前混凝土構件為例，構件的連接節點部位的混凝土都是后澆設計，原因就是單純的構件連接無法做到剛性連接，不滿足受力要求，最終造成了現在的構件連接措施很復雜。后期的構件搭接技術可以預期會引入新的材料和構件連接方式，連接方式為純干性連接，簡單快捷。
③施工技術的突破
裝配式技術成熟之后，現場施工的時間會被大大壓縮，原來幾年的施工工期會變成以周為單位，在很短的時間內完成建筑的安裝。目前以塔吊為中心的建筑施工系統很難滿足建筑構件快速搭建的需求，相信會有更加快速高效的施工技術出現。構件的空間測量定位也會更加智能和高效，通過空間定位芯片和磁性對接等技術，實現構件安裝的快速和準確。
7.2.4 建筑構件的設計
這里的建筑構件不是傳統意義上的預制梁、柱等，是將建筑各個元素融合在一起的建筑構件。強電、弱點、管網、空調等系統要全部集成在這些構件中，構件拼接的過程就是這些系統管網聯通的過程，這個是相當復雜和系統性的東西。在構件設計中，要借助BIM技術對構件可能使用的部位及可能存在的搭接進行模擬，保證建筑構件的通用性。
7.3 建筑裝配式與智能化
未來的建筑構件是極其精細化的，以后要以生產手機的方式生產建筑構件，建筑構件將作為智能構件應用在整個建筑中，最終形成的建筑也將是智能建筑（詞條“智能建筑”由行業大百科提供）。
8.結語
任何技術的進步都是循序漸進的，都要不斷通過技術的積累，厚積薄發，實現從量變到質變的飛躍。當前是裝配式替代傳統施工技術、BIM替代傳統CAD設計的關鍵時期，面對挑戰，我們要突破自己的舒適區，勇于改變，順應時代的潮流。作為幕墻行業的一員，我們要有全局觀，要突破行業的界限，站在整個建筑行業的角度去思考問題，審時度勢，勇于擔當，為裝配式終極目標的實現貢獻自己的力量。
作者單位：蘇州金螳螂幕墻有限公司
未經許可不得轉載
