国外装配式建筑发展起源于20世纪,二战战后快速经济复苏重建成了装配式建筑发展的“导火索”。尤其是欧洲,在战后欧洲国家由于二战的影响受到极大的创伤,经济萧条、住房问题、就业问题、社会安定问题等凸显,欧洲采取“工业化流水线”的建造方式快速重建新家园,并针对装配式建造技术形成了一系列的标准体系。
装配式建造技术发展起源于20世纪30年代,“大板建筑”成为德国在装配式建筑领域的典型代表。20世纪七八十年代,德国在东德地区建造的预制装配式建筑占当时新建建筑就达 60%以上。随后德国开始研究建筑节能,又提出了零能耗的被动式建筑体系的概念。典型案例就是柏林利希藤伯格-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,为两到三层建筑,如今该项目的名称是施普朗曼(Splanemann)居住区(图1-1),该项目采用现场预制混凝土多层复合板材构件,构件最大重量达到7吨。
图1-1 德国最早的预制混凝土建筑—柏林施普朗曼居住小区
德国的装配式住宅主要采取叠合板、剪力墙结构体系,剪力墙板、梁、柱、楼板、内隔墙板、外挂板、阳台板等构件采用预制装配式混凝土结构,耐久性较好。由此可见,德国的装配式建造方式采用了多类型构件形式,构件连接方式也是德国政府大力提倡、强制革新的手段,因此德国产业现代化发展的步伐特别快。
法国是世界上推行建筑工业化最早的国家之一,在1891年就已实施了装配式混凝土结构建造技术研究与应用,迄今有130年的历史,代表性建造技术为混凝土装配式框架结构体系,该技术体系在当时吸引了众多行业学者的关注,装配率极高,可达80%以上。到了20世纪70年代,法国在标准化设计方面属于“先行者”,逐步开展“建筑模数制”,使法国装配建筑技术发展在国际上产生了重大影响力,其中“世构体系”成了法国装配式建筑发展的典型建造新技术,即预制预应力框架结构体系(图1-2)。
图1-2 法国巴黎28套公寓楼(法国世构体系建筑)
英国装配式建筑甚至可以追溯到一战时期,世界上第一座采用玻璃和铁架进行装配的大型建筑——英国水晶宫(图1-3)。它是近代最早的装配式建筑,开创了近代功能型装配式建筑的先河。到了21世纪初期,英国装配式建筑行业的产值约占新建建筑市场的3.6%,并以每年25%的比例持续增长。
美国的装配式建筑起源于20世纪30年代,经济大萧条迫使美国人民采取“流动式”生存模式,“房车式”住宅是美国装配式建筑的“雏形”。到20世纪70年代,美国国会通过了国家工业化住宅建造及安全法案,同年住房和城市发展部(HUD)又制定行业内统一标准规范,并沿用至今。美国在装配式钢结构和装配式木结构方面发展快速(图1-4),不完全数据统计,1997年美国的装配式建筑占比达到了新建建筑的77%,其中装配式木结构更是占了88%,装配式钢结构占比达22%。同时,美国城市发展部出台了一系列严格的行业标准规范,一直沿用至今,并与后来的美国建筑体系逐步融合。美国城市住宅结构基本上以工厂化、装配式混凝土结构和装配式钢结构为主,降低了建设成本,提高了工厂通用性,增加了施工的可操作性。总部位于美国的预制和预应力混凝土协会PCI编制的《PCI设计手册》中着重强调加强装配式构件连接节点构造设计,并要求在项目实施过程中及时更新技术手段,不断对已编制的《PCI设计手册》进行优化,逐步形成一套更加成熟的设计规程。
图1-3 英国水晶宫
图1-4 美国钢结构、PC挂板组合结构
日本装配式建筑发展速度更快,二战结束后,日本政府颁布了一系列相关法律规范助推装配式建筑在日本快速发展。1951年,日本颁布了《公营住宅法》,1968年提出住宅产业化的理念,颁布《推动住宅产业标准化五年计划》。到了70年代,日本又建立BL认定制度,住宅产品进行统一审核鉴定。随后发布《住宅建设计划法》《住生活基本法》《住宅品质确保促进法》等住宅方面的相关法规。到2008年,日本装配式住宅占全部住房总量的42%,装配式钢结构、装配式木结构在日本装配式建造技术领域发展水平较高。同时,日本在建筑抗震方面做得比较好,比如东京塔(图1-5)。
日本住宅建筑工业化的三个特点:
设计标准化是建筑生产工业化的前提条件,包括建筑设计的标准化、建筑体系的定型化、建筑部品的通用化和系列化。建筑设计标准化就是在设计中按照一定的模数标准规范构件和产品,形成标准化、系列化的部品,减少设计的随意性,并简化施工手段,以便于建筑产品能够进行成批生产。钢结构小别墅,标准化产品。顾客可以直接过来看实体房子,选定房子后就按图施工建造,减少设计过程的改动,简化施工手段,方便产品批量生产。但标准化并不代表产品单一,为了适应不同经济条件、审美品位的顾客,房产公司设置了不同面积段,从两百平方米到四五百平方米,从现代风格、英式、日式到美洲草原别墅风格(图1-6)。
图1-5 日本东京塔
图1-6 日本住宅展示区
生产方式工业化是指将建筑产品形成过程中需要的中间产品(包括各种构配件等)生产由施工现场转入工厂化制造,用工业产品的方式控制建筑产品的建造,实现以最短的工期、最小的资源消耗,保证住宅最好的品质。日本建筑工业化借助信息化手段,用整体集成的方法把工程建设组织起来,使得设计、采购、施工、机械设备和劳动力配置更加优化,提高了资源的利用效率。由于机械化程度高,现场都是专业施工技术人员,而不是我们工地现场的建筑班组。由于建筑构配件大部分在工厂制造,机械及技术施工受气象因素影响小,工人严格按照 8 小时工作,现场有条不紊,房屋建造过程特别精细(图1-7~图1-8)。
图1-7 日本装配建筑特色样板房构造剖析
图1-8 日本装配式预制构件精细化生产
日本是一个地震多发地区,国民特别关注建筑的安全和抗震性能。另外,日本也是一个高纬度国家,保温节能也是购房者的现实需求。某些样板房会直接把一栋楼内的结构体系、维护构造做法、隐蔽工程的施工层面等内容展示给购房者,让购房者对建筑技术和材料有直观的了解。再加上技术人员的现场讲解,更有一种身临建造过程的感觉。对于一些较为专业的概念,房屋还设置有专门的工法展示区,和国内的做法类似,只是增加了一些声、光、电的试验仪器,使得展示更加清晰直观,提高说服力。
新加坡装配式建筑发展主要表现在住宅领域,装配式建筑发展的典型代表就是“装配式组屋”。由于新加坡在装配式建造领域发展相对较晚,直到20世纪90年代,新加坡政府才将装配式建筑作为行业发展的需要,主要研究预制剪力墙、楼板、梁、柱、卫生间、楼梯、垃圾槽等装配式构件。成果就是新加坡最著名的达土岭组屋(图1-9),高度达到150 m,预制装配率达到了90%以上。
图1-9 新加坡达土岭组屋