搭积木?装配式建筑成为城市“新宠”

来源:解放日报[2020/03/02]

核心提示:2020年2月,火神山和雷神山两座医院在亿万国人的关注下迅速落地建成。在这令人惊叹的“中国速度”背后,除了一线建设者的辛勤付出,装配式建筑所具有的高效便捷、规模化、产业化的特点同样功不可没。

  2020年2月,火神山和雷神山两座医院在亿万国人的关注下迅速落地建成。在这令人惊叹的“中国速度”背后,除了一线建设者的辛勤付出,装配式建筑所具有的高效便捷、规模化、产业化的特点同样功不可没。许多人也因此对这种建筑类型产生了好奇心。

  究竟什么是装配式建筑?它是缘何得到世界各地建设者的青睐,成为城市“新宠”的?世界上又有哪些备受好评的代表性装配式建筑?

  建房子成了“搭积木”

  说到装配式建筑,人们首先要了解的是“建筑工业化”的概念。

  简单来说,建筑工业化是建筑业、现代工业、现代信息业深度融合的一个行业,是整个建筑业的全面转型升级。如果说传统建筑业是基于施工现场的人工作业与项目管理,那么工业化体系的建筑则是通过系统化的设计,把整栋楼拆分成许多部品、部件,将其变成成熟的工业化产品,随后到现场进行组装。

  按通俗理解,装配式建筑技术让建房子变成了“搭积木”一样的操作。原本的高空作业被放到了地面上进行,室外作业被放到了厂房内进行,人工作业则交由机器来完成。最终,在极短的时间内,就能呈现出一个高品质的工业化建筑。

  早在19世纪中期,英国就依靠标准化工业生产完成了一项“不可能的任务”。当时,英国为了举办一场万国工业博览会,建造了一座大型展馆——“水晶宫”。令人意外的是,这座面积达7.4万平方米的建筑仅用了9个月便建造完成。究其原因,是因为水晶宫各面的铁架与玻璃采取的是模块化的建筑设计,大大降低了其建造成本,并缩短了安装时间。

  而装配式建筑真正迎来发展,则是在上世纪50年代。

  二战后,欧洲国家、日本等房屋损毁严重,迫切需要解决大量居民的住宅问题。而制造成本低、建设周期短的装配式建筑迎合了这种刚需。与此同时,第三次工业革命科技革命兴起,机械化、自动化生产线成为工业主流,这为装配式建筑的发展提供了良好的经济和技术条件,原本在建筑工地砖砌的墙面可以提前放到工厂中预制,装配式建筑的标准化、模块化理念开始形成,装配式建筑的发展具备了市场化基础。

  迫切需要兴建住宅的日本,在1969年制定了《推动住宅产业标准化五年计划》,随后开展对材料、设备、制品标准、住宅性能标准、结构材料安全标准等方面的调查研究,并加强住宅产品的标准化。到70年代,日本住宅的部件尺寸和功能标准开始有固定的体系。只要厂家按照标准生产出来的构配件,在装配建筑物上都是通用的。为此,日本创立了优良住宅部品认定制度,这一制度对住宅部品的质量、安全性、耐久性等诸多内容进行综合审查。

  当时,日本的先锋建筑设计师也对装配式建筑产生了浓厚的兴趣。1972年,日本建筑师黑川纪章设计的中银胶囊塔引发了广泛关注。设计师主张建筑物如同生命体一般,遵循着生老病死、新陈代谢的规则。因此,他设计的建筑物由一些可拆换的模块组成,如同拼图一般可以更换和组合。在他的设计中,每一个居住单元成了统一标准的小盒子(2.3m×3.8m×2.1m),像是积木一样插在建筑骨架上。建筑核心骨架则包括电梯楼梯和机械设备,用来满足建筑的服务需求。

  经过几十年的发展,日本住宅生产现在已经可以做到“如同生产汽车一样生产房屋”。固化产品标准、机器生产大量部件,细化建筑过程等,使得日本成为住宅装配化的标志性国家。

  如今,日本每年新建低层住宅20万幢左右,建筑面积约300万平方米,大都是轻钢结构装配式住宅,其装配式建筑渗透率甚至已接近90%。

  经过多年的探索,德国、美国、法国、新加坡等国家的装配式建筑也已经发展到相对成熟的阶段。有资料显示,德国是世界上住宅装配化发展最快的国家,住宅预制装配式构件比例达到94.5%。

  悉尼歌剧院的“难题”

  在世界范围内,装配式建造方式之所以得到大量实践和发展,与其所具有的优点密不可分。

  其中,缩短工期、节约时间是最为人们熟知的一个特点,也是很多紧急情况下,装配式建筑被“委以重任”的重要原因。装配式建筑易于运输移动的施工可以减少在地建设的时间。这归功于更好的施工管理计划、更少的场地气候影响、更少的承包商工期拖延以及更快的制造时间(不同原件可以同时制造)。在很多案例里,预制化可以减少一半左右的施工时间。

  经济节省也是装配式建筑的一大优势。许多人不知道的是,闻名遐迩的悉尼歌剧院就是典型的装配式建筑。尽管享有很高的声誉,悉尼歌剧院的建造历史却并不是那么一帆风顺。由于最初的总设计师约恩.伍重在开始的设计中没有给出具体的形状,直接导致了后来的工程陷入了麻烦,最直接的影响就是对于歌剧院的“壳”的设计。一开始,这些“壳”被定义为由一系列的混凝土构件组成的排骨支撑起来的抛物线。然而,工程师们无法给出满意的建造这些“壳”的方案,如果采用原地浇筑混凝土的方法,由于不同的屋顶要使用不同的模具,造价成本会远远超出预期。

  最终,设计队伍找到了解决办法:使用一个共同的模具浇注出不同长度的圆拱,然后将若干有着相似长度的圆拱段放在一起形成一个球形的剖面。而其中,利用装配式做出的预制混凝土构件既节约了时间,同时节省了成本。

  与此同时,模块化施工可以方便地拆卸并组装在不同的场地。这会减少对原材料的需求,同时降低能源和时间消耗。这也是为什么人们认为装配式建筑是一种环保的建筑方式的原因。

  相比之下,传统的施工往往会造成许多额外的材料浪费。而工厂预制化的方式则可以更加精准地确定生产数量,而多余的材料也会被当场回收并等待再次利用。这可以大大节省将施工废料运往垃圾场的人力物力消耗。同时,工厂预制可以让节点更加结实、施工组件尺寸更加精准、空气过滤更加完善。这些都可以提升能源利用效率。

  另外,因为大部分的组成件都来自工厂,将大量减少工地的卡车运输、器材和材料堆积,并减少传统施工所导致的场地破坏(噪音、污染、废弃物等影响)。

  地标性建筑的选择

  如今,在国外,装配式建筑已经被广泛应用于住宅、办公楼和校园的建设中,有些还成了地标式建筑。

  以新加坡的达士岭组屋为例。拥有两个世界之最(最长的空中花园与最重的空中桥梁)的达士岭组屋位于新加坡中心区的西南边缘,是一组灰白相间、具有极简主义风格的超高层建筑群,它属于新加坡建屋发展局的政府公租房项目。

  达士岭组屋总共有7座住宅大楼,共1848个单位。其中,四房式有1232个单位,五房式有616个单位。组屋总高度为145米。建造时,先由加工厂预制剪力墙、楼板、梁、柱、卫生间、楼梯、垃圾槽等各个部件,再进行组装。整栋建筑的预制装配率高达94%。

  达士岭组屋是新加坡至今最高、最优秀的公共住房,它的建筑成本比普通组屋高出三成左右,但也因其绿色、节能、环保、智能的建筑特点,从而保证它达到全生命周期价值最大化。

  荷兰著名高等学府瓦格宁根大学的图书馆也是一栋装配式建筑,它是该校区内最具视觉特征的建筑之一。建筑外立面极具辨识度的混凝土网格便是全预制结构。每一个菱形造型的混凝土为一个预制单元,构件之间拼缝通过锚孔灌浆连接,每个连接部位均设有企口,方便构件安装到位。

  澳大利亚墨尔本南十字火车站的办公楼也是一栋设计巧妙的装配式建筑。由于坐落在铁轨旁,为了保证铁路正常运行,建筑采用了场外预制、场内快速组装的方法。预制板的尺寸方便生产、运输和组装,同时节省了费用。一般来说,这类公众服务性设施会做得比较务实,但是建筑师将这种为“公众”服务的自豪表达了出来,将建筑做成一个精致的“箱子”,赋予了它一定的观赏性。

  在荷兰海牙,2011年5月建成的第二市政厅是当地最出名的装配式建筑。建筑外形像一艘船,以白色不规则四边形斜插向地面,成为区域地标的同时,尽情地表现着结构之美。建成后,该市政厅就被列入海牙现代建筑的代表。大楼总建筑面积约33000平方米,功能多样,其中包含会议大厅、市政办公、音乐厅及图书馆,甚至还有公寓。

  在建筑结构上,市政厅以实现建筑的高品质、低资源消耗和低环境影响,作为主要标准。其主体结构构件采用了混凝土预制墙板。这种预制墙板同时具备隔音和防火的功能,同时也使得办公室区域的布局变得灵活。

(责任编辑:徐洁)

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