装配式建筑在欧洲的发展历程及其对中国的启示

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摘要：本文详细阐述了装配式建筑在欧洲的发展历程。二战前装配式建筑主要采用的是实心构件装配系统，二战后采用的大板式建筑体系主要解决了快速和低成本建造的问题。同时，分析了欧洲建筑工业化体系建立过程中的经验教训，提出装配式建筑总体设计方案的初始阶段应系统性地选择一种适宜的装配式体系；装配式建筑体系需要逐步完善并针对不同类型的建筑物提出解决方案；避免装配式建筑体系和现浇施工体系并行。

关键词：实心构件 大板式建筑 装配系统 工业化体系 发展历程

1 装配式建筑在欧洲的初期发展

约瑟夫 · 莫尼尔（Joseph Monier）于1867年发明了钢筋混凝土的专利技术，而后混凝土构件很快得到了广泛的应用。与现浇混凝土技术相比，预制构件在质量、速度、健康、安全等诸多方面有着巨大优势。

在二次世界大战之前，装配式建筑主要采用的是实心构件装配系统（连接技术采用灌浆、焊接和螺栓的方式）。该系统在发明之初既有优点也有局限性，其最大的局限性是连接部分抗震能力不足；此外还存在技术层面的制约因素：大型预制构件的工厂化生产技术是可行的，但当时的运输、起重及施工设备却难以匹配。

二次世界大战使城市遭到破坏，战后德国的住房严重短缺；同时，1950年代科技的日新月异，极大地推动了欧洲装配式建筑的发展，德国在这方面取得了尤为巨大的成就。

二战后装配式建筑早期主要采用的是大板式建筑体系，实心混凝土构件在工厂内完成生产并运送到施工现场进行安装（图1）。但随着战后欧洲人民生活水平的提高，尤其是对居住环境和城市规划要求的提高，在区域划分、结构设计、绿化、人口密度控制等方面提出了“康居”的概念，直接推动了欧洲卫星城概念的产生。

当时形成的大板式建筑体系，主要解决的是快速和低成本制造建筑的问题，但在此过程中也出现了很多负面特性，如审美缺陷、建筑质量差等，部件的标准化还造成了建筑缺乏个性的问题。因此，该体系在欧洲建筑设计和城市规划的后期应用中越来越不受欢迎。但由于这种大板式建筑体系可以通过简单的部件实现完全标准化的设计，快速建起大量的经济适用型住宅，因此对建筑个性化设计要求较低的地区目前仍在沿用。

2 装配式建筑在欧洲的进一步发展

1950年代桁架钢筋技术的出现，以及1960年代中期该技术在混凝土构件生产中的应用，成为现代装配式建筑工业化的起点。当时的生产方法非常简单，主要采用固定台座的生产方式，起重设备因而成为非常重要的生产工具（图2）。简单的生产方式吸引了大量企业进入到装配式建筑构件生产领域，制约因素由此产生：如何优化建筑设计及建造过程？如何减少现场施工工作量并提高建筑物和构件的质量？在1980～1985年期间，市场上的半预制叠合墙体（也称双层墙叠合装配式建筑体系）应运而生。

1960～1980年代逐渐形成的叠合装配式建筑体系，是将工厂生产的叠合墙板和叠合楼板运至施工现场，而后通过现场配筋和现浇混凝土进行建筑的整体装配。从建筑结构来看，这种体系非常接近现浇施工方法，但相比之下其模板的费用大大降低（图3）。

随着1980年代个人电脑及计算机辅助设计（Computer-Aided Design，CAD）软件的普及，产品设计逐渐实现数据化；而后随着可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）控制系统的发展，叠合装配式建筑体系越来越多地利用自动化控制机器进行生产。两方面技术的融合实现了CAD数据直接用于生产过程的全自动化控制，如绘图机和混凝土布料机的直接链接。CAD/CAM（Computer-Aided Manufacturing，计算机辅助制造）软件也在此期间诞生，与原来的人工生产台座方式相比，该循环流水生产系统的生产效率提高了2/3以上，同时产品的表面和边缘质量得到大幅提升（图4）。在此过程中，许多其他自动化机械也被逐步应用于实际生产中，如自动化钢筋生产设备（焊接机）、脱模设备、激光投影设备、混凝土自动布料机和计算机中心控制系统。

相比于大板建筑体系，叠合装配式建筑体系不仅在生产的高效性及设计的灵活性上有大幅提升，在整体结构静力学的设计，特别是针对风载、抗震载荷的计算和设计匹配方面也更灵活。基于该体系的解决方案已经在多个国家和地震高发区域被系统地应用。

跨入21世纪，德国和欧洲其他国家越来越多的专家和客户开始关注城市规划和建筑结构质量方面的可持续性，装配式建筑在可持续发展方面所具有的明显优势也越来越受到重视。在可持续建筑、个性化智能化建筑、与环境共生、和谐发展等要求下，建筑总体设计规划变得更加重要。

图1 典型大板式建筑

3 为何欧洲建筑工业化体系的建立需要40年

3.1 生产和施工分离

在装配式建筑领域，欧洲主要有两大类公司：一类主要负责构件生产，另一类主要负责现场装配施工。两类参与装配式建筑体系技术发展工作的公司，由于业务分离的现实而需要长期密切地沟通交流，效率较低而成本较高。不同于中国装配式建筑领域的发展，欧洲装配式建筑领域呈现的是资源分散的特点，小公司众多，无法形成顶层设计的合力，导致整个行业的发展问题无法得到解决。

3.2 多体系长期并存

人们总是误以为欧洲的预制装配式建筑只采用叠合剪力墙体系，其实在其发展过程中长期存在多体系并存的情况。除人们熟知的叠合剪力墙体系之外，大板装配式体系、预应力构件装配式体系以及现浇混凝土体系等多种体系长期并存或混合使用，这种情况导致装配式体系的优势不能充分体现，甚至在相当长的时期里阻碍了装配式建筑行业的发展。

3.3 标准建立缓慢

在欧洲，装配式建筑标准的建立和完善也经历了一个相对缓慢的过程。由于缺少顶层设计和引导，相关标准是在生产实践中逐步摸索建立起来的。

图2 固定台座生产方式

图3 在建的双面叠合剪力墙装配式体系建筑

图4 自动化模具循环系统

3.4 非工业化生产方式成本高

初期采用台座等人工或半自动生产方式，多体系并行，长期成本过高，体系发展缓慢。直到1985年，通过完善叠合装配式建筑体系，并使之更适应高度自动化生产模式，才逐步降低工业化生产预制构件的成本，使装配式建筑得到快速发展。

3.5 关键材料发展水平制约

装配式建筑的技术发展也受到材料科学发展水平的制约。例如水泥性能、混凝土配合比优化和钢筋网片自动化进入预制生产环节等方面改善缓慢，连接、密封材料的发展进步缓慢，都在很长的时间里制约了体系的发展。

3.6 安装效率问题

安全方面长期片面的认识，如必须采用套筒连接的方式，直接提高了对构件生产、现场装配精度以及对操作和施工人员熟练程度的要求，严重降低了生产和装配效率。通过长时间标准试验及沟通，叠合装配式建筑体系中采用了搭接连接方式，才降低了生产过程中对连接件精度的要求，大大提高了装配效率。

如今在德国和欧洲各国，装配式建筑不仅用于社会保障性项目，也参与了越来越多的高端及重大项目，甚至包括大量的高端自建住宅项目。各种设计效果丰富的混凝土表面，实现了高品质和工业化（快速、经济）的完美融合。

4 总体设计在现代建筑工业化上的重要性

对总体设计规划工作来说，相比于现浇混凝土建筑，装配式建筑在建筑技术、建筑结构、预制生产和装配过程等方面的跨学科相互关联程度都更为复杂，且不是每一个现浇混凝土建筑结构都可以1:1地转换成装配式建筑结构。所以在采用装配式建筑的工业化建筑设计时，需要在项目之初制定一个全面的一体化综合方案，而不是采用双体系逐渐提高预制率，或在整体规划完成后的施工过程中修改设计，其特点有以下5个方面。

4.1 规划装配式建筑总体设计方案

在对装配式建筑进行总体规划时，必须提前规划建筑装配的支撑方案，并使之与项目的构件类型相匹配；在对构件类型进行清晰的比较之后，决定使用全预制、半预制或是混合形式的构件类型；必须提前考虑预制工厂生产设备、加工构件的能力和生产效率，使构件生产、物流运输及现场施工的需求相匹配。在一个装配式建筑项目的实施期间进行修改调整，不仅很难实现，还会带来非常高昂的时间和经济成本。

4.2 建筑部件的生产状态

总体规划设计必须明确所有建筑部件的生产状态，特别是混凝土浇筑——是在工厂还是在现场进行。

4.3 公差

起决定性作用的是建筑物施工允许的公差。由于构件生产的通常公差要求，在工厂生产时很容易做好控制。但在大多数情况下，装配式建筑物都有部分使用现浇混凝土，修正错误非常困难。

4.4 运输和安装

构件制品体量增大，连接点和起吊次数会成倍减少，装配成本越为经济。但是公共道路上的运输和设备的最大起重能力都会对制品的大小产生限制，这些限制条件必须在总体规划阶段予以综合考虑。

4.5 建筑物理特性

使用者对装配式建筑的隔声、隔热和防火保护等方面的要求日益严格。因此要特别注意连接和接缝处建筑物理特性的总体设计，不能产生声桥或冷、热桥；必须满足耐火等级要求等其他因素。

5 给中国的建筑工业化发展的启示

中国的建筑市场十分巨大，绝大多数地区都处于告别短缺阶段，因此装配式建筑体系在住宅和商业建筑领域会有一个巨大的发展机会，若能总结吸取欧洲40年来装配式建筑的经验和教训，应该能够实现跨越式的可持续装配式建筑工业化的发展。

首先，装配式建筑系统成功的最关键因素是顶层设计，即通过系统性的方法在装配式建筑整体设计的初始阶段，选择一种适宜的装配式建筑体系。

其次，在了解欧洲的装配式建筑体系发展历程后，可以发现装配式建筑体系需要逐步完善，不能试图找寻一个适用于所有建筑类型的通用技术体系，需要针对不同类型的建筑物，开发完善一套既具备系统性又量体裁衣的、有针对性的解决方案。

再次，一定要避免装配式建筑体系和现浇施工体系并行，通过制定预制率引入装配式建筑体系的情况。即建筑工程项目初期就应该选择100%使用装配式建筑体系或是100%使用现浇体系，而不是两者并存，因为两套不同体系同时用于建筑施工中，就意味着双倍的成本和组织管理投入，对于质量管控和建设速度的提升毫无优势可言。

最后，从建筑技术来看，装配式建筑的综合规划设计至关重要。综合规划应集成城市规划要求、建筑结构设计、生产过程控制、物流和装配条件，以避免日后的重大错误。

中国信息化技术发展方兴未艾，随着“中国制造2025”战略的制定，在告别短缺经济和供给侧改革展开的背景下，有理由相信中国能够吸收世界各国在建筑工业化方面的经验，进行顶层设计，利用本国巨大的市场基础，通过5～10年的努力迅速打造像高铁一样具有本土化特色且与国际接轨、有竞争力的世界级建筑工业化最高技术体系，在今后的“一带一路”及国际建筑领域迅速超越。

2017-03-30

DEVELOPMENT PROCESS OF PREFABRICATED BUILDING IN EUROPE AND ITS ENLIGHTENMENT TO CHINA

Abstract：This paper details the development process of prefabricated building in Europe. The prefabricated building mainly uses the solid component assembly system before World War II. After World War II, the use of large-board building system aims to solve the rapid and low-cost construction problems. Meanwhile, it also analyzes the experiences and lessons of the process of the building industrialization system in Europe. It is suggested that a suitable assembly system should be selected systematically in the initial stage of the overall design. The assembly system needs to be refined and solutions for different types of buildings. The cast-in-place construction system and assembly building system could not exist in one project at the same time.

Key Words：Solid Component, Large-Board Building, Assembly System, Building Industrialization System, Development Process

收稿日期：