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摘要：装配式是通过工厂预制建筑构件，现场直接拼装，用来减少现场的工作量，提高施工质量的新技术。装配式并不是新出现的技术，是通过不断的尝试，逐步形成的建筑技术。在幕墙门窗行业，窗框在工厂的组装，幕墙钢骨架在工厂的焊接完成等都属于比较早期的装配式做法。单元幕墙则是相对比较完整的针对特定幕墙系统的装配式做法。幕墙的装配式相对单元幕墙可实施的幕墙系统更多，板块尺寸更大，单元化的程度也更高。幕墙的装配式需要跳出幕墙专业的范畴，站在整个建筑专业的基础上进行思考，在建筑早期将相关可能性考虑清楚，尽可能的将建筑表皮模块化、标准化，为幕墙装配式提供理论上的可能性。
关键词：装配式、幕墙、标准化
1.什么是装配式建筑（词条“装配式建筑”由行业大百科提供）
装配式建筑最早出现在上世纪60年代，是指把传统建造方式中的大量现场作业工作转移到工厂进行，在工厂加工制作好建筑用构件（词条“构件”由行业大百科提供）和配件(如楼板、墙板、楼梯、阳台等)，运输到建筑施工现场，通过可靠的连接方式在现场装配安装而成的建筑。装配式建筑类似搭积木，因为所有的构件都是工厂加工，质量能够得到保障，同时材料消耗也会降低，建筑垃圾也会大幅度的减少。早期的装配式建筑形体比较呆板，建筑千篇一律，随着科技的发展，能够满足建筑功能要求和建筑多样性的装配式建筑已经可以实现。
采用装配式的雄安市民中心
2. 政策对装配式建筑的推动
为进一步贯彻落实中央城市工作会议精神和《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》(国办发〔2016〕71号)，落实推行全国装配式建筑发展工作，全国各主要省市都针对装配式建筑出台了鼓励政策。目前已有超过31个省市发布了装配式建筑政策
装配式政策发布区域
2.1 北京市
2020年3月2日，北京市住房和城乡建设委员会发布《2020年生态环境保护工作计划和措施》的通知，内容强调：继续稳步推进装配式建筑工作，力争2020年实现装配式建筑占新建建筑面积比例达到30%以上;
2.2 上海市
[上海市住建委]关于进一步明确装配式建筑实施范围和相关工作要求的通知沪建建材〔2019〕97号-装配式建筑指标要求
2016年4月1日以后完成报建或项目信息报送的项目，建筑单体预制率不低于40%或单体装配率不低于60%。
2015年1月1日至2016年3月31日完成报建的项目，建筑单体预制率不低于30%或单体装配率不低于50%。
2015年1月1日之前完成报建的项目，建筑单体预制率不低于25%或单体装配率不低于45%。
3. 装配式建筑的分类
目前装配式建筑主要有墙板式和集装箱式两种实现方式。
墙板式集装箱式
3.1 墙板式
墙板式是按照建筑元素将建筑进行拆分，分别在工厂进行预制，在现场进行拼接，其中典型的建筑元素如下：
柱子
梁
叠合楼板
楼梯
室内隔墙
室外维护墙
集成式厨房
集成式卫生间
墙板式是目前比较成熟的装配式实现方式，已经在很多项目中实行，只是不同的项目实行的装配式程度不同。
3.2 集装箱式
集装箱式装配建筑是基于建筑空间体块进行建造的建筑。基本空间体块平面内以建筑轴距为平面单元，高度方向为一个层高。每个体块包含了完整的建筑元素，四周将建筑的柱、梁、楼板等受力结构融入箱体内，作为箱体的四周骨架。箱体内侧将地面、墙面、吊顶面等所有硬装在工厂内完成。箱体的一个面为建筑的外围护面，为幕墙或者窗墙系统。箱体本身自承重，类似砖结构系统，是和积木最像的建筑实现方式。
4. 幕墙装配式的思考
4.1 什么样的幕墙是装配式幕墙
根据装配式的定义，建筑构件在工厂加工，现场安装就是装配式，那目前所有的幕墙系统都属于装配式。比如传统框架玻璃幕墙，在工厂生产埋件、立柱、横梁、胶条、玻璃面板、保温棉等材料，在现场进行安装。单元式幕墙（词条“单元式幕墙”由行业大百科提供）是装配化程度更高的装配式建筑，在工厂加工形成单元板块，通过类似积木一样的单元板块的插接，形成整个建筑表皮。
装配式也有不同的等级，传统构件式幕墙是比较低级的装配式建筑。虽然在现场的安装都是干作业，但是因为安装工序过于复杂，需要在现场安排大量的工人进行安装，失去了装配式提高安装效率的初衷，所以幕墙在装配式方面还有很长的路要走。超大板块整体安装是未来幕墙装配式的方向。
位于美国纽约第十一大道100号的项目进行了产业化大板块安装的尝试，最大的板块位于八层转角处，总长36英尺9英寸半(约合11m)，高11英尺(约合3.3m)，内有17个小单元，最大玻璃板块2620mm×1460mm，最长玻璃3.3m×1.0m。有12种不同规格、15种不同角度、8种不同的配置，两个开启扇。这个单元在工厂做好后重达8t，要用一个40英尺长的开顶货柜单独装载，运输过程中固定它的钢材（词条“钢材”由行业大百科提供）就达4T。
纽约第十一大道100号
4.2 幕墙早期做过哪些装配式的尝试
4.2.1单元式幕墙
单元幕墙一般为铝合金龙骨系统，通过型材开模（词条“开模”由行业大百科提供），形成可以相互插接的单元公母料。插接部位设置可以闭合的胶条进行防水。利用等压腔原理，将进入的雨水排出，形成防水性能很好的建筑表皮。单元幕墙因为依赖铝合金插接龙骨，所以板块尺寸不会太大，且只适用于标准的比较规整的立面。
4.2.2 单元钢骨架
单元钢骨架是在工厂将钢结构焊接完成，运到现场后直接吊装的安装方式。单元钢骨架解决了传统钢龙骨现场焊接引起的精度差、焊缝强度（词条“强度”由行业大百科提供）低、有火灾隐患等一系列问题。下图为观音圣坛的莲花瓣钢架，钢架整体为双曲异形，重量超过5吨，为单元钢骨架，整体吊装。
单元玻璃幕墙吊装观音圣坛莲花瓣钢架
4.2.3 GRC系统
GRC系统因为系统特点，需要模具成型，且板块尺寸很大，是较早采用类似装配式工艺的幕墙系统。GRC正常应用在异形部位，板块尺寸很大，背衬钢架，通过特制转接件与主体结构进行连接。且随着装配式理念的推行，GRC系统也较早实现了与其它材料的组合生产，整体吊装。
传统GRC安装装配式小单元安装
4.2.4 空中连廊系统的整体吊装
如重庆来福士广场的空中连廊，连廊横跨在四栋超过200米的建筑屋顶上，连廊底部部位距离地面超过200米，传统的构件安装方式很难操作。传统的装配式板块，因为运输的需要，板块尺寸很小，在200米高度吊装几百个小板块不安全，也很难操作。该部位最终选择了在现场通过胎架组装超大板块，整体吊装的方案。
现场利用胎架组装超大板块板块整体吊装
4.3幕墙在装配式方面还需要做哪些工作
幕墙相对其他建筑分项工程起点更高，但幕墙在装配式方面仍然有很大的发展空间。
4.3.1与其它系统的融合
建筑系统正常包括土建、内装、机电、幕墙等建筑分项工程，装配式是针对整个建筑的装配式，不是各个分项工程各自装配，要突破系统划分的限制，将各专业相互融合，才能体现装配式的最大价值。如幕墙系统可以考虑和原来内侧的墙体、结构、保温等进行组合设计，整体吊装。
组合外围护墙体的安装
近些年，EPC开始逐步流行，EPC模式是工程总承包模式的一种类型，通常以EPC合同的形式出现，即：设计-采购-施工(Engineering-Procurement-Construction)合同。在EPC模式下，工程总承包商接受业主委托按照合同约定对工程项目的设计、采购和施工进行总承包，并对其所承包工程的质量、安全、工期和造价等全面负责。对于业主而言，其只需负责整体性的、原则性的目标管理和控制。作为总承包方，拥有对各个专业设计和施工的把控能力，能够更好的推进各专业的融合，对装配式的发展是有利的。
4.3.2 幕墙构造做法的提升
原来的幕墙做法都是针对构件散装进行设计的，在装配建筑中要充分利用装配建筑精度高的特点，简化幕墙构造做法，同时考虑幕墙作为整体板块运输过程中的稳定性。
如板块拼接部位的防水做法，传统的打胶和单元幕墙的插接防水都不太适合大板块，要针对项目特点设计简单可靠的防水设计。
大板块拼接部位的防水做法
4.3.3对各幕墙系统的装配式研究
幕墙作为建筑外围护构件，从上世纪九十年代在中国开始使用以来，逐渐形成了针对不同材料和做法的几十种幕墙系统，如玻璃幕墙就包括单元玻璃幕墙、框架幕墙、单层索网幕墙、全玻幕墙、点支幕墙等。并不是所有的幕墙都可以作为大板块整体吊装，如索网幕墙是基于柔性索的预应力实现的，只能按照目前的方式进行安装。全玻幕墙因为整体尺寸很大，及玻璃肋的脆弱性，也不适合在工厂组装后一起吊装。要对现有的幕墙系统进行梳理，针对不同幕墙系统各自的特点进行装配式设计方面的提升。
5.幕墙在墙板式装配建筑中的应用
墙板系统是针对建筑功能构件的不同分别进行预制，幕墙属于外围护墙体的一部分，在工厂进行预制后运输到现场直接进行吊装。
墙板式外围护墙的吊装
5.1墙体板块的划分
墙体板块的划分要考虑以下因素：
哪些地方适合留缝
墙体结构的布置
版面元素的重复
与内侧隔墙及轴线的关系
运输及吊装的考虑
以上海北外滩某公寓项目为例：
上海北外滩某项目局部立面
通过对外侧墙体元素及分格尺寸的分析，板块划分如下：
板块上下及左右分缝位置均设置在了不同材料交接部位，能够最大限度的保证整体立面的完整。
交接节点如下：
左右交接节点上下交接节点
如果外围护墙体比较复杂，有多种单元样式组合而成，需要根据材料的分布规律和大小，对板块进行划分，统计标准板块类型。
板块类型的划分
5.2 维护墙体的结构
外围护墙体可以采用工厂预制钢框系统，在钢框上安装保温及装饰面层，最后嵌入窗系统，形成标准外围护墙体板块。
预制钢框安装保温及装饰面板在洞口中嵌入窗系统
5.3 板块挂接及交接防水设计
墙体板块与主体结构的连接可上下两边均进行连接，也可只固定上边，下边与下板块上口进行连接。连接要考虑现场安装的便捷性，采用机械连接的方式，避免焊接。
板块交接部位采用内外双道防水设计，同时在构造上可利用高差形成防水构造，在密封胶失效的时候避免雨水渗入。
6.幕墙在集装箱式装配建筑中的应用
6.1 标准集装箱大小的划分
仍然以北外滩某公寓项目为例，如果采用集装箱结构，箱体划分可按照标准轴距进行划分，如下图所示
集装箱的划分
6.2 集装箱模块的组成
组成建筑的集装箱模块是整个建筑的缩影，包含了建筑几乎所有的建筑元素，具体组成如下图所示：
集装箱模块的组成
6.3 集装箱箱体结构的种类
目前集装箱箱体结构主要有混凝土（词条“混凝土”由行业大百科提供）和钢结构两种类型。
混凝土结构 钢结构
6.4 幕墙与集装箱箱体的组合设计
幕墙在工厂与箱体一起加工成型，幕墙与箱体上下连接，考虑箱体运输过程中对幕墙的保护，设计过程中避免幕墙出现凸起等易破坏的情况。
在设计过程中就考虑箱体的划分对幕墙的影响，避免划分部位出现在玻璃部位。对于板块的拼接缝部位要做好防水及美观效果的处理，在箱体安装完成后进行统一处理。
对于混凝土结构，外围护墙体有窗的情况可以将窗边框做预埋处理，窗边框建议采用铝（词条“铝”由行业大百科提供）合金框，避免腐蚀（词条“腐蚀”由行业大百科提供）。采用预埋窗边框整体外观效果更好且不容易漏水。
混凝土预埋窗边框
6.5其它近似集装箱的做法分项
6.5.1集装箱的局部应用
由金螳螂施工的合景泰富售楼处在样板区部位采用了集装箱的安装方式，集装箱在工厂加工完场后，在现场整体吊装，大大加快了施工进度。
合景泰富售楼处
6.5.2 半集装箱设计
集装箱式结构为了形成围合的结构，需要六面都有结构，对于开间比较大的部位并不适用。只有地板和外围护墙，其他稳定构件设计成可拆卸的桁架杆件，也可以实现近似集装箱的安装方式。
半集装箱设计
7. 装配式的未来展望
7.1 对装配式的大胆设想
像搭积木一样建造房子，是很多人对装配式发展最终目标的理解。
积木模型
设想一下，50年之后，装配式发展的终极目标已经实现，通过多年来国家对建筑装配式的持续推进，解决了装配式的所有技术难点，将建筑元素细分为各种规格和尺寸的建筑构件，初步预期有几千种的建筑装配构件，包括各种尺寸的梁、柱、楼板、箱体模块等。那个时候整个行业和现在相比有哪些改变呢?
7.1.1建筑设计的改变
因为所有的建筑必须以模块为基础进行搭建，可以预期，到时候目前所有的建筑软件都会消失，会被一种国家研究发布的软件替代，这是一种类似搭积木的游戏软件，内置所有的建筑标准构件。每个建筑师都是搭积木的高手，通过几千个可以选择的构件，从地基基础开始搭设，模拟建筑建造的过程。相信除了软件，也会有与实际建筑构件对应的等比例缩放的积木模块，模块自带智能感应芯片，用于辅助建筑师进行积木的搭设。等软件中或者实体的积木搭设完成了，整个建筑设计也就完成了。软件会自动生成搭接所需的建筑构件清单和构件搭接关系图。
7.1.2对施工的影响
施工单位根据构件清单采购对应的构件产品，在现场直接进行构件搭接，那个时候我们已经突破了构件连接技术，实现了快速拼接。
7.1.3 对材料厂商的影响
目前的材料厂商都会消失，与之对应的是各个建筑构件的加工厂。加工厂的名字是以建筑构件的编号进行命名，每个加工厂只生产一种建筑构件，全国有几千个构件加工厂。
7.2 要实现终极目标需要克服哪些困难
7.2.1 设计理念的改变
目前的装配式都是建筑方案设计完成后工业化设计师才介入，将已有的建筑方案对应的元素进行拆分，相当于先有了一个模型，然后将这个模型切为一定数量的积木，然后去生产积木。这个是一个本末倒置的设计理念。当我们用乐高积木去搭建模型的时候，都是用已有的乐高模块去搭建，为每个模型单独去设计乐高模块并不现实。建筑设计应该基于装配式的规则限制，在有条件约束的情况下进行建筑的设计。
7.2.2 标准的统一
建筑装配式又叫建筑工业化，工业化就是把建筑构件的加工搬到工厂中，像生产产品一样去生产建筑构件。工厂的优势是质量高，效率高，因为都是技术成熟的工人重复生产，质量有保证。所有这些能够实现的前提是建筑构件的重复生产，只有生产足够多的相同的产品，工厂的生产成本才会下降，高昂的模板费用可以分摊到成千上万的构件上，最红成本忽略不计。要实现所有构件的尺寸都相同就依赖于标准的制定，让相同的构件在不同的项目中通用才是标准化的真正目标。
7.2.3 关键技术的突破
任何看起来简单的东西背后都有大量技术研究的支撑，就好像苹果手机用起来很简单很流畅的原因得益于IOS系统几千万行代码的运行。
要实现简单的建筑搭接还需要突破以下技术
①构件的适用性
建筑由上万个建筑构件组成，不同位置的建筑构件受力是不同的，相同的构件用在楼顶部位可能是安全的，用在二层可能就会破坏。在设计过程中怎么快速判断这个构件是否可行需要强大的算法的支撑和智能设计辅助系统的帮助。
②构件的连接技术的突破
以目前混凝土构件为例，构件的连接节点部位的混凝土都是后浇设计，原因就是单纯的构件连接无法做到刚性连接，不满足受力要求，最终造成了现在的构件连接措施很复杂。后期的构件搭接技术可以预期会引入新的材料和构件连接方式，连接方式为纯干性连接，简单快捷。
③施工技术的突破
装配式技术成熟之后，现场施工的时间会被大大压缩，原来几年的施工工期会变成以周为单位，在很短的时间内完成建筑的安装。目前以塔吊为中心的建筑施工系统很难满足建筑构件快速搭建的需求，相信会有更加快速高效的施工技术出现。构件的空间测量定位也会更加智能和高效，通过空间定位芯片和磁性对接等技术，实现构件安装的快速和准确。
7.2.4 建筑构件的设计
这里的建筑构件不是传统意义上的预制梁、柱等，是将建筑各个元素融合在一起的建筑构件。强电、弱点、管网、空调等系统要全部集成在这些构件中，构件拼接的过程就是这些系统管网联通的过程，这个是相当复杂和系统性的东西。在构件设计中，要借助BIM（词条“BIM”由行业大百科提供）技术对构件可能使用的部位及可能存在的搭接进行模拟，保证建筑构件的通用性。
7.3 建筑装配式与智能化
未来的建筑构件是极其精细化的，以后要以生产手机的方式生产建筑构件，建筑构件将作为智能构件应用在整个建筑中，最终形成的建筑也将是智能建筑。
8.结语
任何技术的进步都是循序渐进的，都要不断通过技术的积累，厚积薄发，实现从量变到质变的飞跃。当前是装配式替代传统施工技术、BIM替代传统CAD设计的关键时期，面对挑战，我们要突破自己的舒适区，勇于改变，顺应时代的潮流。作为幕墙行业的一员，我们要有全局观，要突破行业的界限，站在整个建筑行业的角度去思考问题，审时度势，勇于担当，为装配式终极目标的实现贡献自己的力量。
作者单位：苏州金螳螂幕墙有限公司
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