國際視點丨德國裝配式建筑及全裝修的發展
廣東裝配式建筑分會 2021-07-07 2553
德國以及其他歐洲發達國家建筑工業化起源于1920年代，其推動因素主要有兩方面：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。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。在1920年代以前，歐洲建筑通常呈現為傳統建筑形式，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用裝飾構件，需要大量人工勞動和手工藝匠人的高水平技術。隨著歐洲國家邁入工業化和城市化進程，農村人口大量流向城市，需要在較短時間內建造大量住宅辦公和廠房等建筑。標準化、預制混凝土大板建造技術能夠縮短建造時間、降低造價因而首先應運而生。德國最早的預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）建造的戰爭傷殘軍人住宅區。該項目共有138套住宅，為2~3層樓建筑。如今該項目的名稱是施普朗曼（Splanemann）居住區。該項目采用現場預制混凝土多層復合板材構件，構件最大質量達到7t。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技術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巨大貢獻，但今天這些大板建筑不再受歡迎，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。與常規現澆加砌體建造方式相比，預制混凝土大板技術造價高，建筑缺少個性，難以滿足今天的社會審美要求，1990年以后基本不再使用。混凝土疊合墻板技術發展較快，應用較多。目前，德國的公共建筑、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，德國在建筑上采用工廠預制、現場安裝的建筑部品愈來愈多，占比也愈來愈大。各種建筑技術、建筑工具的精細化不斷發展進步。小范圍有鋼結構、混凝土結構、木結構裝配式技術體系的研發和實踐應用。小住宅建設方面，裝配式建筑占比最高，2015年達到16%。2015年1~7月開工建設的住宅中，預制裝配式建筑為8934套。這一期間獨棟或雙拼式住宅新開工建設總量較2014年同期增長1.8%；而預制裝配式住宅同比增長7.5%！顯示出在這一領域裝配式建筑受到市場的認可和歡迎。單層工業廠房采用預制鋼結構或預制混凝土結構在造價和縮短施工周期方面有明顯優勢，因而一直得到較多應用。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（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 m , 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。（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217472000m，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%。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：（3）高效保溫防曬節能雙腔 PET-Low-E 玻璃幕墻；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 /m·a）；設置蓄熱裝置（△ T60K，30m）之后為 0 kwh；熱泵運轉所需電能為每年約 1400kwh。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。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。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 9 德國法蘭克福“歐洲街區”多層住宅建設工地▲圖 10 德國法蘭克福“歐洲街區”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 m。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 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預制裝配式建筑發展過程中，規模最大、最有影響力當屬預制混凝土大板建筑。由于二戰后需要在短期內建設大量住宅，東德地區1953年在柏林約翰尼斯塔（Johannisthal）進行了預制混凝土大板建造技術的第一次嘗試。1957年在浩耶斯韋達市（Hoyerswerda）的建設中第一次大規模采用預制混凝土構件施工。此后，東德用預制混凝土大板技術，大量建造預制板式居住區（Plattenbausiedlungen）。預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，東德地區開展大規模住宅建設，并完成300萬套住宅確定為重要政治目標，預制混凝土大板技術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模住區、城區，如10萬人口規模的哈勒新城（Halle-Neustadt）。在1972-1990年大規模住宅建設期間，東德地區新建、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，預制大板住宅面積在1.1億平米以上。東柏林地區1963-1990年間共新建住宅27.3萬套，其中大板式住宅占比達到93%。住宅建設工程耗費了東德大量財政收入。為節約建造成本和快速建設，設計開發出不同系列廠品，如Q3A,QX,QP,P2系列。預制混凝土大板住宅項目大量重復使用同樣戶型、類似的立面設計。大板建筑規劃形態僵硬、缺少變化，在老城區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，但在當時大板住宅符合東德的社會意識形態，人人平等，整齊劃一。預制混凝土大板技術建造的工業化住宅，功能基本合理，擁有現代化的采暖和生活熱水系統，獨立衛生間，比未更新改造的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，因而這種工業化住宅租金并不很高，受到當地居民的歡迎。大量新建居住區采用大板建筑，導致原有歷史街區中的住宅吸引力下降，出租率低，租金無法支持建筑的維護，歷史街區中的建筑逐漸破敗。這種現象也導致政策制定者重新思考補貼政策，甚至開始嘗試用預制技術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，嘗試從規劃和城市空間塑造方面，借鑒傳統城市空間布局與建筑設計，打破單調的大板建筑風格。二次大戰之后，原西德地區也用混凝土預制大板技術建造了大量住宅建筑，主要用于建設社會保障性住宅。1957年西德政府通過了《第二部住宅建設法》(II.WoBauG)，將短期內建設滿足大部分社會階層居民需求的、包括具有適當面積、設施、可承受租金的住宅，作為住宅建設的首要任務。混凝土預制大板技術以其建設速度快、造價相對低廉因而也在西德地區有大面積應用。格羅皮烏斯和科布希埃參與的著名的柏林漢莎街區的住宅項目，0.6萬居民；慕尼黑紐帕拉赫居住區（Neuperlach），5.5萬居民；紐倫堡朗瓦薩居住區（Langwasser），3.6萬居民；柏林曼基仕居住區（MrkischesViertel），3.6萬居民；法蘭克福西北新城（Nordweststadt），2.3萬居民；漢堡施戴斯胡珀（Steilshoop），2萬居民；曼海姆佛格斯唐居住區（Vogelstang），1.3萬居民；科隆克崴勒新城（Chorweiler），10萬居民。西德地區有大量預制大板建筑，雖然在總建設量中占比不高，但總量估計也有數千萬平米。西德地區居住使用面積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。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。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。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。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。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。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。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。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%。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。
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