馬珂++曹娓

摘 要：本文通過對工業(yè)革命后裝配式建筑發(fā)展的進程脈絡進行梳理，以及對集成裝配建筑范式和實例深入分析，研究集成裝配建造范式的可持續(xù)發(fā)展進程，總結集成裝配建筑在各時代的技術形式表現(xiàn)，并對未來集成裝配式建筑的發(fā)展做出展望。

關鍵詞：裝配式建造；集成建筑；模數(shù)；可持續(xù)發(fā)展

中圖分類號：TU-023 文獻標識碼：A

Abstract： This essay will analyze study of the history of modern prefabricated technology，and study forms and Practice for integrated prefabricated construction. To find the relationship between sustainable development and forms of prefabricated construct，and outlook the history of the failure of integrated assembly architectural。From the perspective of research prefabricated construct the promotion of sustainable development of modern design.

Key words： Prefabricated Construct，Integrated Architectural，Modulus produce，Sustainable Development

引言

后工業(yè)時代時期末，數(shù)字信息時代發(fā)展的當下，新的社會生活模式使人們對建筑的各種需求不斷提高。人類在不同時期不同的技術手段進行建造與建筑設計，近代工業(yè)革命對社會生產(chǎn)力的大力推動衍生現(xiàn)代主義建筑。如今信息技術普及，資源與環(huán)境問題突出，對集成裝配式建造技術發(fā)展的探索，將促進建筑的多樣化發(fā)展，提高生產(chǎn)質量和速度，減少浪費，滿足新型社會的需要。

1.現(xiàn)代工業(yè)化背景下裝配式建筑發(fā)展起源

1.1工業(yè)化背景下預制裝配建筑發(fā)展溯源

西方建筑預制裝配的第一個高峰出現(xiàn)在19世紀后半葉，多在展覽館、火車站等大廳型建筑與多層廠房中應用，之后又在倉庫、商店、辦公樓等建筑中應用。其中最具標志性的例子是帕克斯頓（Joseph Paxton）1851建造于倫敦國際博覽會上的水晶宮（圖1）。整個龐大的結構完全是由重量小于一噸的簡單構件裝配而成，驚人的建造速度（預制構件的生產(chǎn)和裝配）、簡易的建造裝配和輕巧透明的建筑形象，無論從設計手法、建造手段、制造工藝等層面都發(fā)生了重大變革。水晶宮預示了一個革命的開端，成為了集成裝配建筑體系研究的先驅作品與里程碑。

集成裝配式建造的第二個高峰在20世紀初，主要為混凝土預制范式的建筑。戰(zhàn)爭造成了城市住房矛盾日益尖銳，迫切的住宅需求使工集成裝配建筑得到了重視?，F(xiàn)澆混凝土會受季節(jié)影響，而預制混凝土則沒有此缺點，且批量生產(chǎn)模式特別適合當時需求大量重復建造的住宅類型。

裝配式建造技術大規(guī)模的涌現(xiàn)是在二戰(zhàn)后，以集成裝配為技術基礎的工業(yè)化建造體系真正的建立起來，對應此時建筑學已步入現(xiàn)代建筑的時代。40年代末到50年代初，對高層建筑的需要與塔式起重機的出現(xiàn)，為了減輕維護墻體重量，開始使用標準化與模數(shù)化的集成預制建筑材料——幕墻。大面積玻璃幕墻代表作是1952年SOM事務所設計建造的利華大廈（Lever House）。（圖2）幕墻采用不銹鋼框架，色彩雅致，尺度適宜，成為了當時宣傳集中裝配建筑的絕佳實例。60年代中期，預制混凝土外墻板開始廣泛的采用。其中幾乎全部用預制混凝土外墻板覆面的大型建筑是勒·柯布西耶設計的馬賽公寓。馬賽公寓采用了兩種集成混凝土外墻板構件：①構成公寓單元正立面陽臺的格子板；②安裝在框架外的所有實體墻的覆面板。柯布西耶曾在《走向新建筑》中說到：“為了完善，必須建立標準”。標準化構件成為了大規(guī)模生產(chǎn)建筑構件的主要特征，后逐漸推廣到各種大型與公共建筑中使用。

工業(yè)與科技的發(fā)展伴隨著經(jīng)濟的復蘇，使集成裝配建造技術體系逐漸發(fā)展成形。在工業(yè)化裝配建造技術中，把過去相互分離割裂的設計、生產(chǎn)、建造程序統(tǒng)一整體，直接把房屋看成工業(yè)產(chǎn)品，對房屋的設計（包括建筑空間、結構、設備等設計），構配件的生產(chǎn)和運輸，現(xiàn)場施工組織和裝配，技術經(jīng)濟分析，市場需求與銷售等各個環(huán)節(jié)都需進行綜合研究，從而建立完整體系。60年代歐洲開展了不少各具特色的集成裝配鋼筋混凝土大板建造活動，其中法國先行，北歐質量較高，而數(shù)量最大則是前蘇聯(lián)與東歐國家。英國的輕鋼構架CLASP學校建造體系則是世界范圍內(nèi)第一個成功的裝配建造體系。而最著名的建造體系是美國的SCSD學校建造體系，這是在英國CLASP體系上進行的延續(xù)和發(fā)展。

70年代后，國際集成裝配建筑進入一個新階段，其特點就是現(xiàn)澆集成體系和全裝配體系，從專項體系向通用體系過渡。輕質高強度的建筑材料如鋼、鋁、石棉板、石膏、聲熱絕緣材料、木材料、結構塑料等構成的輕型體系，是當時集成裝配體系的先進形式。由于新的結構體系比混凝土結構更加易于生產(chǎn)、節(jié)點制作更多樣化、精度更高，從而發(fā)展拓寬了通用集成建造體系的適用范圍。

信息時代到來后，數(shù)字化語境下的集成建筑發(fā)展?jié)B透到建造技術的各個層面，諸如“數(shù)字化建構”、“虛擬現(xiàn)實”、“功能仿真”等概念術語在學術界風起云涌。人類使用電腦輔助設計建筑，用數(shù)控機械建造建筑，借用數(shù)字信息定位進行機械化安裝建筑。彼特·艾森曼作為這個改革的主導者之一，深刻強調(diào)：“從第二次世界大戰(zhàn)后的50年，產(chǎn)生了一種對建筑學體系機構影響的新范式轉型，從機械范式轉向電子范式。”集成裝配式建造技術也將迎來了信息化進程下信息范式的轉變。

1.2集成裝配式建造技術的可持續(xù)性

盡管在建造過程中，使用集成構建早已經(jīng)被提上了設計師和技術專家的議程，但是裝配式建造理論體系中并沒有和環(huán)境保護理論體系發(fā)生交叉。如今，人們已意識到建筑垃圾造成的嚴重環(huán)境破壞。根據(jù)統(tǒng)計，建造過程中產(chǎn)生的垃圾占整個城市垃圾重量的18%。在垃圾中大量的比例是包裝材料，在諸如木材加工、砌磚、粉刷和裝飾的過程中的切割和原料混合工序中由于沒有集成裝配的過程，也會產(chǎn)生多余而浪費，這種在建造過程中產(chǎn)生的浪費份額巨大。

采用像制造業(yè)般的裝配式建筑構件的建造過程將更快更高效，這不僅是大部分的建筑構件將在工廠完成，還意味著傳統(tǒng)的建筑運作方式的終結。開發(fā)商、生產(chǎn)商和供應商基于“合作關系”的協(xié)議被認為是追求更高的品質、可靠性和減少延誤的有效方法。集成裝配式建造的支持者認為將建筑的主要構件放進工廠中生產(chǎn)具有巨大優(yōu)勢，這將保證構件的精度，并且可在無污染的環(huán)境下由工人進行組裝，損耗和失誤都將減少，成品精度也隨之升高。這樣能大幅度的降低建筑造價，提高場地開發(fā)和建筑建設的速度，縮短施工周期，進而減少了資金和管理的相關支出。

2.集成裝配式建造技術結構范式

20世紀30年代眾多實驗性預制構件得到實踐，工業(yè)化是現(xiàn)代建筑興盛的基礎。集成裝配建筑一直追求高精度與標準化，希望在工廠里生產(chǎn)更多材料或建筑構件，切合了工業(yè)化生產(chǎn)過程。二戰(zhàn)后，各國建筑百廢待興，社會需要大量建筑，運用預制構件建造的住宅廣泛普及。其中大量使用所謂“大板”的系統(tǒng)進行建造，這一系統(tǒng)就使用預制混凝土板，板在邊緣與墻體相交，形成剛性的方盒子，可以省去獨立結構框架。

集成裝配建造系統(tǒng)不斷與時代科技相融合，今天的裝配式建造技術與數(shù)字信息技術擦出了新的光輝。人們對焦在建筑的“輕質”體系，并展開各項實驗性的設計方案，我問主要展開木構范式、鋼構范式、與模數(shù)集成三種類型的研究。

2.1 木構范式

木材與混凝土比較，主要優(yōu)點在于可再生和低能耗。技術的革命與更有效的建造方法將使木構架在現(xiàn)代裝配式建筑中有著更廣泛的應用，本文對中西方現(xiàn)代建筑的視角展開木構范式的研究。19世紀30年代的芝加哥，出現(xiàn)了集成裝配背景下Balloon預制木構架。Balloon木構架沒有古老而復雜的工藝要求去加工榫卯節(jié)點；只需用普通工具便可把這些密集而薄的部件裝配成型。此類型曾大量的被采用，占當時美國住宅總量的60%到80%。有人認為沒有Balloon木構架，芝加哥和舊金山就難以發(fā)展為今天的大都市。由于適應了當時社會需要條件，Balloon木構裝配式建造技術形成了成熟的體系。

近代實驗性的現(xiàn)代木構裝配建筑先驅是20世紀80年英國代發(fā)展起來的Segal系統(tǒng)。事實上這已經(jīng)不是真的使用集成裝配，但確實突出了標準化與簡單操作的建造技術體系，該方法已經(jīng)廣泛的運用于英國普通住戶為自己建造的住宅中（圖3）。國際木材研究發(fā)展協(xié)會（TRADA）也研發(fā)了一套木構裝配建筑體系，并將其運用到Integer住宅的原型中。瑞典的HufnPuf系統(tǒng)已經(jīng)被利用到Dulwich的開發(fā)區(qū)中，這個項目中將柱和梁系統(tǒng)建造在一個預制混凝土板造的地下室上，木結構能夠和很多的立面材料進行結合，以滿足遮風避雨以及防火需求。

2.2 鋼構范式

鋼是工業(yè)生產(chǎn)中的常見材料，具有輕質和可延伸的特點，在交通工具工業(yè)生產(chǎn)中常被制造成各種形狀。對于裝配建筑體系中的主要問題為壓型鋼板的尺寸受到剛度要求的限制，較大的鋼板需要通過進行壓型來保證其強度。鋼構集成裝配系統(tǒng)在一些實驗性的住宅例子中已得到突破，英國蒂賽德就建成了一個名為“扁平殼”的住宅原型。該住宅是由單面鋼板建造，鋼板上做了防水保溫涂層。這些鋼板固定在輕質承重鋼立柱框架上，內(nèi)部由石膏板襯里，空的部分填充礦棉作為保溫層。這種壓型鋼材可以直接在大型建筑基地旁邊專門建造工廠生產(chǎn)需要使用的壓型鋼板材料，這種技術在某些材料制造商中已經(jīng)形成獨有的集成體系，對于集成裝配式建造發(fā)展起到推動作用。

2.3 模數(shù)集成裝配范式

模數(shù)制建造是指集成裝配整個建筑或者建筑群，在基地現(xiàn)場進行組裝，它們所特有的系統(tǒng)賜予其足夠的結構強度。在建造過程中，集成材料被直接運送到場地、組裝到位、接上水電管網(wǎng)系統(tǒng)，相互搭接后加以密封，將現(xiàn)場的步驟簡單化。這意味著盡可能使用集成裝配式模式高精度的建筑材料和配件，最大程度的保證質量和精度。由皮博迪信托公司（Peabody Trust）在2000年完成的默里的格羅夫（Murray Grove）項目非常具有代表性，此項目包含一棟五層樓，共30套公寓。每一間公寓都是由兩個預制盒子組成，其尺寸都是按照卡車車廂的最大尺寸設計，整個房間由鋼結構制成，均已配置了門、窗、連接件和飾面材料，整個建筑的精度猶如汽車制造一般嚴謹（圖4），對應了柯布西耶曾經(jīng)說過的一句話“建筑是居住的機器”

隨著低能耗試驗建筑的不斷呈現(xiàn)，許多裝配式建造的革新方法都集中運用在低密度私人住宅中。適合城市建筑的系統(tǒng)必須要著眼與解決高密度的問題。對于更高的多層建筑尤其是住宅來說，可以通過模數(shù)單元的堆砌實現(xiàn)更高的密度。在平面上，公寓單元通常是重復的，這使他們非常適合于流水線的生產(chǎn)模式。（圖5）此外，模數(shù)制還加快了建造的速度，更加適應現(xiàn)代社會的發(fā)展對建筑的功能需求。（圖6）

3.集成裝配式建筑技術發(fā)展局限

工業(yè)化早起階段，城市住宅短缺問題已經(jīng)形成了國際性的趨勢，建筑的快速建造成為解決問題的關鍵。大量的集成裝配技術研究者在此時展開了研究，并對外公布這樣能夠降低造價并提高生產(chǎn)率，政府便在研究和開發(fā)上加大了投資力度，進行各種方法進行試驗。最終，預制混凝土構件被各國所接受。由于生產(chǎn)制作工藝簡單，經(jīng)濟實用，廣泛被發(fā)展中國家所應用。作為工業(yè)化初期產(chǎn)物，大部分的預制板類型建筑被建造成簡單的多層住宅。

隨著使用群體的擴大，人們逐漸發(fā)現(xiàn)到預制混凝土板的各方面缺陷。首先構件笨重，不利于結構與基礎的負荷，其次工業(yè)化程度并不高，需要較多的人力和較大的場地，運輸也不方便。在深入的研究測試中還發(fā)現(xiàn)了更多深遠的問題，如建筑安全問題。在長期使用后，混凝土板的連接處存在著嚴重的技術缺陷。這導致水滲透到住宅中，引起連接處的加固構件生銹，這種破壞加上混凝土本身的制作粗糙加快了其腐蝕和瓦解的速度。這些技術上的問題在隨后的居住中還需要花費高昂的代價進行維修，成本不僅沒有得到控制反而提高。

從理論上來說，集成裝配式建造體系是歷史發(fā)展的必然，但是現(xiàn)實的實踐中充滿了矛盾。建筑工業(yè)化是一項復雜龐大的綜合性發(fā)展，涉及到共同承擔建筑生產(chǎn)過程的許多部門和多種專業(yè)的分工、協(xié)作，而其關鍵又在于強有力的組織和管理。在后工業(yè)時代中實現(xiàn)集成裝配建筑體系主要的障礙并不完全是建筑技術問題，而經(jīng)濟、社會、資源、環(huán)境、政治等因素與人的關系，也起到了重要的影響。

數(shù)字信息時代的裝配式建造體系發(fā)展，真正的變革才初露端倪，許多普適性的運用還僅僅停留在研討會與論文集上，數(shù)字化集成裝配建筑也僅僅為一些先鋒派所運用。無論是這些先鋒派還是在一些前沿的設計機構，人們往往只是沉湎于概念本身，而忽略了實際項目的建造實踐，至于真正的建造中依舊使用傳統(tǒng)的設計范式。

4.結語

集成裝配式建造技術體系在當今時代話語下孕育著更多的可能性，它能為建筑開拓一個前所未有的新天地。建筑環(huán)境問題作為建筑界的首要關注問題之一，應該擺脫傳統(tǒng)范式束縛，用可持續(xù)的眼光的看待集成裝配式建造技術體系的發(fā)展。如今對集成裝配建筑體系的研究，應深入到裝配式體系和數(shù)字信息時代的背景下未來建筑的多樣化進程，使之能夠真正成為當代建筑的主流范式語言。

參考文獻

[1] 羅小未等.外國近現(xiàn)代建筑史[M].第二版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004：216-231

【文章編號】1627-6868（2017）06-0061-03