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德国 | 装配式建筑及全装修的发展
发布者:本站 发布时间:2021-06-30

 

来源:欧美绿色建筑

 

一、德国装配式建筑发展概况

1.1 德国装配式建筑的起源

德国以及其他欧洲发达国家建筑工业化起源于1920年代,其推动因素主要有两方面:

社会经济因素:城市化发展需要以较低的造价、迅速建设大量住宅、办公和厂房等建筑。

建筑审美因素:建筑及设计界摒弃古典建筑形式及其复杂的装饰,崇尚极简的新型建筑美学,尝试新建筑材料(混凝土、钢材、玻璃)的表现力。在雅典宪章所推崇的城市功能分区思想指导下,建设大规模居住区,促进了建筑工业化的应用。

在1920年代以前,欧洲建筑通常呈现为传统建筑形式,套用不同历史时期形成的建筑样式,此类建筑的特点是大量应用装饰构件,需要大量人工劳动和手工艺匠人的高水平技术。随着欧洲国家迈入工业化和城市化进程,农村人口大量流向城市,需要在较短时间内建造大量住宅办公和厂房等建筑。标准化、预制混凝土大板建造技术能够缩短建造时间、降低造价因而首先应运而生。

德国最早的预制混凝土板式建筑是1926-1930年间在柏林利希藤伯格-弗里德希菲尔德(Berlin-Lichtenberg, Friedrichsfelde)建造的战争伤残军人住宅区。该项目共有138套住宅,为2~3层楼建筑。如今该项目的名称是施普朗曼(Splanemann)居住区。该项目采用现场预制混凝土多层复合板材构件,构件最大质量达到7t。

柏林施普朗曼居住小区

1.2 二次大战后德国大规模装配式住宅建设

二次大战结束以后,由于战争破坏和大量战争难民回归本土,德国住宅严重紧缺。德国用预制混凝土大板技术建造了大量住宅建筑。这些大板建筑为解决当年住宅紧缺问题做出了巨大贡献,但今天这些大板建筑不再受欢迎,不少缺少维护更新的大板居住区已成为社会底层人群聚集地,导致犯罪率高等社会问题,深受人们的诟病,成为城市更新首先要改造的对象,有些地区已经开始大面积拆除这些大板建筑。

1.3 德国目前装配式建筑发展概况

与常规现浇加砌体建造方式相比,预制混凝土大板技术造价高,建筑缺少个性,难以满足今天的社会审美要求,1990年以后基本不再使用。混凝土叠合墙板技术发展较快,应用较多。

目前,德国的公共建筑、商业建筑、集合住宅项目大都因地制宜、根据项目特点,选择现浇与预制构件混合建造体系或钢混结构体系建设实施,并不追求高装配率,而是通过策划、设计、施工各个环节的精细化优化过程,寻求项目的个性化、经济性、功能性和生态环保性能的综合平衡。随着工业化进程的不断发展,BIM技术的应用,建筑业工业化水平不断提升,德国在建筑上采用工厂预制、现场安装的建筑部品愈来愈多,占比也愈来愈大。

各种建筑技术、建筑工具的精细化不断发展进步。小范围有钢结构、混凝土结构、木结构装配式技术体系的研发和实践应用。

小住宅建设方面,装配式建筑占比最高,2015年达到16%。2015年1~7月开工建设的住宅中,预制装配式建筑为8934套。这一期间独栋或双拼式住宅新开工建设总量较2014年同期增长1.8%;而预制装配式住宅同比增长7.5%!显示出在这一领域装配式建筑受到市场的认可和欢迎。

在新建建筑中所占比例,总体平均达到到16%左右。

单层工业厂房采用预制钢结构或预制混凝土结构在造价和缩短施工周期方面有明显优势,因而一直得到较多应用。

二、德国最新装配式建筑统计数据及相关解读

德国联邦统计局公布的建筑行业相关统计数据中有装配式建筑一项统计内容,有关装配式建筑的统计数据分布在不同的统计范围及统计口径的数据中。笔者根据相关数据,加工制成表格(如表1、表2所示)。

▼表 1 2017 年德国审批通过的新建居住建筑总量与装配式占比统计表

▼表 2 2017 年德国审批通过的新建非居住建筑总量与装配式占比统计表

2.1 表1统计数据说明及解读

(1)德国建设活动比较理性慎重,前期通常进行系统地准备工作,一旦完成报批图纸文件设计、并通过建设审批,项目基本都能够按照计划实施。德国建筑业统计中“年度审批通过的建设项目”相关数据是准确可靠的,其指标的意义有些类似中国年度开工建设量数据的意义。

(2)德国建筑业统计中房屋建筑的体积是一个重要数据,用来衡量建设规模,同时它也是估算建筑造价的依据。因而,许多统计数据以房屋建筑体积为重要因素而不是建筑面积,表1也如此。

(3)德国统计数据中的居住建筑指以居住功能为主的建筑,包含养老院、老人护理院等建筑。

(4)从表1可以看出,德国2017年获批居住建筑总量(以建筑体积计算)为161490000m³ , 其中装配式建筑占11.91%。

(5)德国2017年获批居住建筑总量中钢筋混凝土+砌体结构占87.63%,其中只有2.93%为装配式建造方式。

(6)德国2017年获批居住建筑总量中11.24%是木结构,其中77.08%为装配式建造方式。

(7)德国2017年获批居住建筑总量中只有0.02%是钢结构,但其中95.0%为装配式建造方式。

2.2 表2统计数据说明与解读

(1)德国非居住建筑指居住建筑以外的建筑,包含农业建筑、工业建筑、商业建筑、酒店餐饮及其他非居住建筑。

(2)德国2017年获批非居住建筑总量217472000m²,其中,72.47%为钢筋混凝土+砌体结构,24.04%为钢结构,5.54%为木结构。

(3)2017年获批非居住建筑中装配式建筑占比为50.0%。

三、德国装配式建造方式案例分析

3.1 装配式钢结构住宅

斯图加特索贝克零能耗钢结构住宅(见图 2、图3、图 4)八大技术要点:

(1)钢结构全装配式结构;

(2)建筑全部构件为可回收性材料;

(3)高效保温防晒节能双腔 PET-Low-E 玻璃幕墙;

(4)自然通风及效率 70% 以上的热回收系统;

(5)高效水源热泵与低温天花供冷制暖系统;

(6)长效地下蓄热装置;

(7)太阳能光伏发电设施,无损耗并网;

(8)智能化自动感应控制体系,可从世界各地调控。

▲图 2 斯图加特索贝克钢结构住宅外景

▲图 3 斯图加特索贝克钢结构住宅夜景

▲图 4 斯图加特索贝克钢结构住宅内景

该建筑的空调采暖能耗计算如下:

最大供热负荷为7~12kw;最大制冷负荷为8kw;所需供暖热量 : 在没有蓄热装置情况下为每年7600kwh( 23kwh/m²·a);设置蓄热装置(△T60K,30m²)之后为0kwh;热泵运转所需电能为每年约1400kwh。

3.2 德国工厂化生产、全装修木结构别墅

德国贺府(HUF)公司在德国传统木构桁架建筑(Fachwerkbauten)的基础上,从20世纪60年代开始研发新型木构桁架建筑体系,继承传统木构建筑工艺,将大量优秀的工匠手艺,构造施工技术挖掘整理。逐步转化为工厂化生产、现场组装,并不断融入最新建筑科技成果,转化为高品质的工艺与产品(见图5、图6、图7)。这一过程经过几代人的努力和沉淀,形成了自己独特的技术体系,特别是在舒适、健康环保和生态节能方面有突出成就。

▲图 5 德国工厂化生产、全装修木结构别墅外景

▲图 6 德国工厂化生产、全装修木结构别墅内景

▲图 7 德国工厂化生产、全装修木结构别墅内景

从木结构的材料加工,到现代化的外围护结构,遮阳保温设备,先进的能源系统,生态节能技术体系,卫生间上下水隔声系统等,设计师始终把建筑艺术美感和舒适环境、人性化放在首位,通过工业化精确加工,形成高品质整体房屋产品。

3.3 多层混凝土结构公寓式住宅

德国多层住宅大多采用钢筋混凝土加砌体结构,电梯核心筒多采用现浇结构,墙体大多为混凝土构造柱结合人造石灰砂岩砖等大尺寸砌块。部分墙体采用叠合墙板加现浇,楼板多采用预制叠合楼板加现浇形式。楼梯采用预制构件或现浇形式建造都很常见(见图8、图9、图10)。

▲图 8 德国法兰克福“欧洲街区”多层住宅

▲图 9 德国法兰克福“欧洲街区”多层住宅建设工地
电梯核心筒采用现浇结构
地下室墙体采用预制叠合楼板加现浇形式

▲图 10 德国法兰克福“欧洲街区”多层住宅建设工地
墙体采用混凝土构造柱结合人造石灰砂岩砖等大尺寸砌块

3.4 德国超高层住宅项目

德国高层及超高层住宅建设量不多。法兰克福塔(Grandtower-frankfurt)是德国目前在建的最高的居住建筑(见图11、图12、图13)。建筑高度达到172m,共有412个公寓单元,建筑面积 ( 不含停车楼 ) 为44000m²。

预计竣工时间是2019年8月。建筑采用钢筋混凝土核心筒,外立面采用管状阳台,造型独特,为工业化生产部件现场组装而成,这种阳台设计可提供开敞视野和私密性及遮阳功能。

▲图 11 德国法兰克福超高层公寓“法兰克福塔”效果图

▲图 12 德国法兰克福超高层公寓“法兰克福塔”近景效果图

▲图 13 德国法兰克福超高层公寓“法兰克福塔”施工现场

3.5 德国预制混凝土密柱结构办公建筑

2012年在柏林落成的Tour Total大厦,是德国预制混凝土装配式建筑非常有创意的一项工程。建筑面积约28000平方米,高度68米。建筑采用混凝土现浇核心筒、预制混凝土外墙密柱、现浇混凝土楼板(30cm厚)的结构体系,形成楼层内部宽敞的无柱空间。结构柱外挂预制混凝土装饰构件,在结构柱与外观装饰构件之间是保温层和遮阳设施(见图14~图18 )。

外墙面积约10000平方米,由1395个、200多个不同种类、三维方向变化的混凝土预制构件装配而成。每个构件高度7.35米,构件误差小于3mm,安装缝误差小于1.5mm。构件由白色混凝土加入石材粉末颗粒浇铸而成,精确、细致地构件、三维方向微妙变化富有雕塑感的预制件,使建筑显得光影丰富、精致耐看。

▲图 14 柏林Tour Total 大厦外景

▲图 15 柏林 Tour Total 大厦近景

▲图 16 柏林 Tour Total 大厦外墙预制装配构件

▲图 17 柏林 Tour Total 大厦外墙预制装配构件分解图

▲图 18 柏林 Tour Total 大厦标准层办公空间内景

德国预制装配式建筑发展过程中,规模最大、最有影响力当属预制混凝土大板建筑。

4.1 原东德地区的预制混凝土大板建造技术应用

由于二战后需要在短期内建设大量住宅,东德地区1953年在柏林约翰尼斯塔(Johannisthal)进行了预制混凝土大板建造技术的第一次尝试。1957年在浩耶斯韦达市(Hoyerswerda)的建设中第一次大规模采用预制混凝土构件施工。此后,东德用预制混凝土大板技术,大量建造预制板式居住区(Plattenbausiedlungen)。预制混凝土大板住宅的建筑风格深受包豪斯理论影响。

1972-1990年,东德地区开展大规模住宅建设,并完成300万套住宅确定为重要政治目标,预制混凝土大板技术体系成为最重要的建造方式。这期间用混凝土大板建筑建造了大量大规模住区、城区,如10万人口规模的哈勒新城(Halle-Neustadt)。在1972-1990年大规模住宅建设期间,东德地区新建、改建共300万套住宅,其中180-190万套用混凝土大板建造,占比达到60%以上,如果每套建筑按平均60平米计算,预制大板住宅面积在1.1亿平米以上。东柏林地区1963-1990年间共新建住宅27.3万套,其中大板式住宅占比达到93%。

住宅建设工程耗费了东德大量财政收入。为节约建造成本和快速建设,设计开发出不同系列厂品,如Q3A,QX,QP,P2系列。预制混凝土大板住宅项目大量重复使用同样户型、类似的立面设计。大板建筑规划形态僵硬、缺少变化,在老城区通常采用推倒重建模式,破坏了原有城市肌理。

虽然大板建筑今天饱受诟病,但在当时大板住宅符合东德的社会意识形态,人人平等,整齐划一。预制混凝土大板技术建造的工业化住宅,功能基本合理,拥有现代化的采暖和生活热水系统,独立卫生间,比未更新改造的20世纪初期建造的老住宅舒适。由于得到东德政府的大量财政补贴,因而这种工业化住宅租金并不很高,受到当地居民的欢迎。大量新建居住区采用大板建筑,导致原有历史街区中的住宅吸引力下降,出租率低,租金无法支持建筑的维护,历史街区中的建筑逐渐破败。这种现象也导致政策制定者重新思考补贴政策,甚至开始尝试用预制技术进行老城历史建筑的改造更新。

1980年代以后,东德政府开始在一些城市的重要地区,尝试从规划和城市空间塑造方面,借鉴传统城市空间布局与建筑设计,打破单调的大板建筑风格。

4.2 原西德地区的预制混凝土大板建造应用

二次大战之后,原西德地区也用混凝土预制大板技术建造了大量住宅建筑,主要用于建设社会保障性住宅。1957年西德政府通过了《第二部住宅建设法》(II.WoBauG),将短期内建设满足大部分社会阶层居民需求的、包括具有适当面积、设施、可承受租金的住宅,作为住宅建设的首要任务。混凝土预制大板技术以其建设速度快、造价相对低廉因而也在西德地区有大面积应用。

较著名的项目包括:

格罗皮乌斯和科布希埃参与的著名的柏林汉莎街区的住宅项目,0.6万居民;

慕尼黑纽帕拉赫居住区(Neuperlach),5.5万居民;

纽伦堡朗瓦萨居住区(Langwasser),3.6万居民;

柏林曼基仕居住区(MärkischesViertel),3.6万居民;

法兰克福西北新城(Nordweststadt),2.3万居民;

汉堡施戴斯胡珀(Steilshoop),2万居民;

曼海姆佛格斯唐居住区(Vogelstang),1.3万居民;

科隆克崴勒新城(Chorweiler),10万居民。

西德地区有大量预制大板建筑,虽然在总建设量中占比不高,但总量估计也有数千万平米。

西德地区居住使用面积1970年为人均22平米,1991年上升到人均36平米。2007年人均超过40平米。

五、德国建筑全装修

5.1 德国房地产开发项目基本上都是全装修建筑产品

在室内装修方面德国并不刻意追求高比例的预制化率,建筑上采用何种装修技术、产品,主要取决于房屋产品功能品质要求及经济因素。在办公等公共建筑上,吊顶、隔墙,架空地面等部位大量采用工厂化产品,现场干作业施工安装。在建筑单元重复率较高的建筑中、如经济型酒店、养老院等,有整体卫浴、整体装饰墙板等技术的应用。在较高品质要求的酒店及主流住宅产品上,更多的采用现场施工,包括必要的瓷砖、地砖湿作业。轻质隔墙大多采用轻钢龙骨石膏板隔墙系统。德国室内装修所采用的上下水系统、电器系统的产品品质相当高,室内装修的施工质量整体较好。

5.2 德国商品房的个性化装修

德国商品住房的销售提供较高的个性化装修选项。独栋或双拼别墅,通常是业主购买建设用地,自己委托建筑师设计或选择不同类型的工厂化预制别墅建造系统,房屋内部装修的所有内容都可以挑选定制。

多层、高层公寓类商品住房也提供相当高的个性化室内装修。住宅户内非承重墙位置(房间分割方式)、室内门位置,卫生间布置、室内灯具位置、电气开关、插头的数量和位置等可以根据购房者需要进行调整改变,当然上述设计修改费用不菲。德国商品房室内装修风格基本上都是现代简洁风格。室内装修材料可在菜单中选择不同品牌、不同价格的瓷砖、地板、墙面装修、室内门、玻璃门、卫生洁具、卫生间五金件、玻璃淋浴隔断等。所有个性化装修须在设计阶段进行,避免在工地上拆改产生垃圾,价格透明。

德国全装修住房一般不包含橱柜,由于德国许多公寓采用开放式厨房,厨房与客厅合为一体,橱柜成为客厅家具的重要组成部分,橱柜的色彩、材料质感对室内整体家居风格影响较大,且橱柜的档次和价格差别巨大,因而开发商难以选择几种橱柜做成菜单来满足大部分客户的需求,一般是开发商根据购房者确定的橱柜设计,预留上下水、电器点位、铺好瓷砖,客户从橱柜生产厂家自行定制橱柜。

5.3 德国商品房全装修质量及室内品质控制

德国商品房(见图19)全装修的质量控制主要通过以下四方面实现。

图 19 德国商品房内景

5.3.1 行业标准高

德国建筑装修各项内容都有详细的技术质量标准,施工合同中工程质量、验收方法等都以此为准,对施工方有较强约束力,如果没有达标赔偿责任重大,因而可有效保证工程质量。

德国室内装修工程相关标准非常全面细致。对各种建筑材料、产品、分项工程都有详细标准。如德国的木地板种类划分较细。仅实木地板就分为条块实木地板(Stabparkett),马赛克拼花木地板(Mosaikparkett),薄实木地板(Lamparkett), 竖向层压实木地板(Hochkantlamellenparkett),大厅实木复合地板(Parkettdiele),大厅实木地板(Massivdiele),高档大面积拼花实木地板(Tafelparkett)等不同种类,木地板各种相关标准有近百种。

德国石材/陶瓷地板相关标准也非常细致,特别是对材料的各种性能(物理、化学、力学、抗老化、耐久性等)、粘结剂的性能、质量要求、有害物释放、检测方式等做出详细规定。相关标准也有数十种。其他建筑材料与部品如地毯、涂料墙漆也都有详细标准。

5.3.2 产品质量高

德国建筑装修所使用的材料和产品的质量普遍较高、有害物质含量较低。通过建筑产品质量市场准入限制、产品质量认证体系、产品环保性能认证,产品环保性能声明、配合监管体系和高额违规惩罚措施,使市场上流通的建筑产品普遍具有较高的质量和环保性能。

5.3.3 施工质量高

建筑室内装修需要专业熟练工人,只有这样才能保证装修工程的质量。德国建筑行业有悠久的手工艺工匠精神传统,进入工业社会以来,德国通过建立与现代化工业相适应的职业培训教育和管理体制,使得工匠精神得以传承和发扬光大,专业工匠有较高的收入和一定社会地位,各专业工种的工匠后继有人。

5.3.4 高水平简洁自然的设计

德国新建居住建筑室内装修多为现代简约风格 , 较少采用复杂装修,个性化室内风格主要依靠家具、软装、饰品实现。新建住宅很少用复合板材对墙面、天花板等部位进行装饰,几乎没有在现场进行家具制作、喷涂油漆等施工,有效降低由于大量使用各种复合板材、粘结剂等产品造成的污染排放,因而很少有新建住宅室内空气有害物超标的情况。

六、结语

6.1 德国装配式建筑发展

从德国建筑工业化的发展可以看出,20世纪初伴随着人口流向城市以及战后居住空间严重缺乏的情况下,人们试图通过预制混凝土大板(PC)建造技术,快速解决住房缺乏的问题,由于当时的规划指导思想的局限性以及经济及技术条件的限制,PC建筑过分强调整齐划一,建筑单元、户型、建筑构件大量重复使用,造成这类建筑过分僵化,缺乏特色,缺少人性化。有些采用预制混凝土大板(PC)技术建造的城区成为失业者、外来移民等低收入、社会下层人士集中的地区,带来较严重的社会问题,部分项目被迫拆除。中国在推广实践装配式建筑的过程中,应避免德国等欧洲国家在预制混凝土大板(PC)建造技术应用上所走的弯路。

预制混凝土大板建造技术德国从1990年代以后基本没有在建项目应用,取而代之的是追求个性化的设计,应用现代化的环保、美观、实用、耐久的综合技术解决方案,通过精细化的设计。模数化设计,使大量建筑部品可以在工厂里加工制作,并且不断优化技术体系,如可循环使用的模板技术,叠和楼板、多种复合预制外墙板、预制楼梯等。

德国装配式建筑定义与中国装配式建筑定义有所区别,业内人士需要注意。德国2017年居住建筑建设总量中装配式建筑占11.91%。居住建筑总量中钢筋混凝土及砌体结构占87.63%,其中2.93%为装配式;木结构在居住建筑总量中占11.24%,其中77.08%为装配式;钢结构在居住建筑总量中占0.02%,其中95.0%为装配式。

德国2017年非居住建筑建设总量中72.47%为钢筋混凝土+砌体结构,24.04%为钢结构,5.54%木结构,其中装配式建筑占比为50.0%。

6.2 德国建筑全装修

德国房地产开发项目基本上都是全装修建筑产品,同时提供非常高的个性化服务。在室内装修方面并不刻意追求高比例的预制化率,建筑上采用何种装修技术、产品,主要取决于房屋产品功能品质要求及经济因素。商品房全装修的质量控制主要通过行业高标准、高品质建材、高品质施工和高水平简洁自然地设计实现。

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