引言

  后工業(yè)時(shí)代時(shí)期末，數(shù)字信息時(shí)代發(fā)展的當(dāng)下，新的社會(huì)生活模式使人們對(duì)建筑的各種需求不斷提高。人類在不同時(shí)期不同的技術(shù)手段進(jìn)行建造與建筑設(shè)計(jì)，近代工業(yè)革命對(duì)社會(huì)生產(chǎn)力的大力推動(dòng)衍生現(xiàn)代主義建筑。如今信息技術(shù)普及，資源與環(huán)境問(wèn)題突出，對(duì)集成裝配式建造技術(shù)發(fā)展的探索，將促進(jìn)建筑的多樣化發(fā)展，提高生產(chǎn)質(zhì)量和速度，減少浪費(fèi)，滿足新型社會(huì)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(yù)制裝配建筑發(fā)展溯源

  西方建筑預(yù)制裝配的第一個(gè)高峰出現(xiàn)在19世紀(jì)后半葉，多在展覽館、火車站等大廳型建筑與多層廠房中應(yīng)用，之后又在倉(cāng)庫(kù)、商店、辦公樓等建筑中應(yīng)用。其中最具標(biāo)志性的例子是帕克斯頓（Joseph Paxton）1851建造于倫敦國(guó)際博覽會(huì)上的水晶宮。整個(gè)龐大的結(jié)構(gòu)完全是由重量小于一噸的簡(jiǎn)單構(gòu)件裝配而成，驚人的建造速度（預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)和裝配）、簡(jiǎn)易的建造裝配和輕巧透明的建筑形象，無(wú)論從設(shè)計(jì)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(yù)示了一個(gè)革命的開端，成為了集成裝配建筑體系研究的先驅(qū)作品與里程碑。

  集成裝配式建造的第二個(gè)高峰在20世紀(jì)初，主要為混凝土預(yù)制范式的建筑。戰(zhàn)爭(zhēng)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?xí)芗竟?jié)影響，而預(yù)制混凝土則沒有此缺點(diǎn)，且批量生產(chǎn)模式特別適合當(dāng)時(shí)需求大量重復(fù)建造的住宅類型。

  裝配式建造技術(shù)大規(guī)模的涌現(xiàn)是在二戰(zhàn)后，以集成裝配為技術(shù)基礎(chǔ)的工業(yè)化建造體系真正的建立起來(lái)，對(duì)應(yīng)此時(shí)建筑學(xué)已步入現(xiàn)代建筑的時(shí)代。40年代末到50年代初，對(duì)高層建筑的需要與塔式起重機(jī)的出現(xiàn)，為了減輕維護(hù)墻體重量，開始使用標(biāo)準(zhǔn)化與模數(shù)化的集成預(yù)制建筑材料――幕墻。大面積玻璃幕墻代表作是1952年SOM事務(wù)所設(shè)計(jì)建造的利華大廈（Lever House）。幕墻采用不銹鋼框架，色彩雅致，尺度適宜，成為了當(dāng)時(shí)宣傳集中裝配建筑的絕佳實(shí)例。60年代中期，預(yù)制混凝土外墻板開始廣泛的采用。其中幾乎全部用預(yù)制混凝土外墻板覆面的大型建筑是勒?；柯布西耶設(shè)計(jì)的馬賽公寓。馬賽公寓采用了兩種集成混凝土外墻板構(gòu)件：①構(gòu)成公寓單元正立面陽(yáng)臺(tái)的格子板；②安裝在框架外的所有實(shí)體墻的覆面板?？虏嘉饕凇蹲呦蛐陆ㄖ分姓f(shuō)到：“為了完善，必須建立標(biāo)準(zhǔn)”。標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件成為了大規(guī)模生產(chǎn)建筑構(gòu)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(jì)的復(fù)蘇，使集成裝配建造技術(shù)體系逐漸發(fā)展成形。在工業(yè)化裝配建造技術(shù)中，把過(guò)去相互分離割裂的設(shè)計(jì)、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(duì)房屋的設(shè)計(jì)（包括建筑空間、結(jié)構(gòu)、設(shè)備等設(shè)計(jì)），構(gòu)配件的生產(chǎn)和運(yùn)輸，現(xiàn)場(chǎng)施工組織和裝配，技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，市場(chǎng)需求與銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)都需進(jìn)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(dòng)，其中法國(guó)先行，北歐質(zhì)量較高，而數(shù)量最大則是前蘇聯(lián)與東歐國(guó)家。英國(guó)的輕鋼構(gòu)架CLASP學(xué)校建造體系則是世界范圍內(nèi)第一個(gè)成功的裝配建造體系。而最著名的建造體系是美國(guó)的SCSD學(xué)校建造體系，這是在英國(guó)CLASP體系上進(jìn)行的延續(xù)和發(fā)展。

  70年代后，國(guó)際集成裝配建筑進(jìn)入一個(gè)新階段，其特點(diǎn)就是現(xiàn)澆集成體系和全裝配體系，從專項(xiàng)體系向通用體系過(guò)渡。輕質(zhì)高強(qiáng)度的建筑材料如鋼、鋁、石棉板、石膏、聲熱絕緣材料、木材料、結(jié)構(gòu)塑料等構(gòu)成的輕型體系，是當(dāng)時(shí)集成裝配體系的先進(jìn)形式。由于新的結(jié)構(gòu)體系比混凝土結(jié)構(gòu)更加易于生產(chǎn)、節(jié)點(diǎn)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(shí)代到來(lái)后，數(shù)字化語(yǔ)境下的集成建筑發(fā)展?jié)B透到建造技術(shù)的各個(gè)層面，諸如“數(shù)字化建構(gòu)”、“虛擬現(xiàn)實(shí)”、“功能仿真”等概念術(shù)語(yǔ)在學(xué)術(shù)界風(fēng)起云涌。人類使用電腦輔助設(shè)計(jì)建筑，用數(shù)控機(jī)械建造建筑，借用數(shù)字信息定位進(jìn)行機(jī)械化安裝建筑。彼特?；艾森曼作為這個(gè)改革的主導(dǎo)者之一，深刻強(qiáng)調(diào)：“從第二次世界大戰(zhàn)后的50年，產(chǎn)生了一種對(duì)建筑學(xué)體系機(jī)構(gòu)影響的新范式轉(zhuǎn)型，從機(jī)械范式轉(zhuǎn)向電子范式?！奔裳b配式建造技術(shù)也將迎來(lái)了信息化進(jìn)程下信息范式的轉(zhuǎn)變。

  1.2集成裝配式建造技術(shù)的可持續(xù)性

  盡管在建造過(guò)程中，使用集成構(gòu)建早已經(jīng)被提上了設(shè)計(jì)師和技術(shù)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(hù)理論體系發(fā)生交叉。如今，人們已意識(shí)到建筑垃圾造成的嚴(yán)重環(huán)境破壞。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，建造過(guò)程中產(chǎn)生的垃圾占整個(gè)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(guò)程中的切割和原料混合工序中由于沒有集成裝配的過(guò)程，也會(huì)產(chǎn)生多余而浪費(fèi)，這種在建造過(guò)程中產(chǎn)生的浪費(fèi)份額巨大。

  采用像制造業(yè)般的裝配式建筑構(gòu)件的建造過(guò)程將更快更高效，這不僅是大部分的建筑構(gòu)件將在工廠完成，還意味著傳統(tǒng)的建筑運(yùn)作方式的終結(jié)。開發(fā)商、生產(chǎn)商和供應(yīng)商基于“合作關(guān)系”的協(xié)議被認(rèn)為是追求更高的品質(zhì)、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(rèn)為將建筑的主要構(gòu)件放進(jìn)工廠中生產(chǎn)具有巨大優(yōu)勢(shì)，這將保證構(gòu)件的精度，并且可在無(wú)污染的環(huán)境下由工人進(jìn)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(jià)，提高場(chǎng)地開發(fā)和建筑建設(shè)的速度，縮短施工周期，進(jìn)而減少了資金和管理的相關(guān)支出。

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  2.集成裝配式建造技術(shù)結(jié)構(gòu)范式

  20世紀(jì)30年代眾多實(shí)驗(yàn)性預(yù)制構(gòu)件得到實(shí)踐，工業(yè)化是現(xiàn)代建筑興盛的基礎(chǔ)。集成裝配建筑一直追求高精度與標(biāo)準(zhǔn)化，希望在工廠里生產(chǎn)更多材料或建筑構(gòu)件，切合了工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程。二戰(zhàn)后，各國(guó)建筑百?gòu)U待興，社會(huì)需要大量建筑，運(yùn)用預(yù)制構(gòu)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(jìn)行建造，這一系統(tǒng)就使用預(yù)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(dú)立結(jié)構(gòu)框架。

  集成裝配建造系統(tǒng)不斷與時(shí)代科技相融合，今天的裝配式建造技術(shù)與數(shù)字信息技術(shù)擦出了新的光輝。人們對(duì)焦在建筑的“輕質(zhì)”體系，并展開各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)性的設(shè)計(jì)方案，我問(wèn)主要展開木構(gòu)范式、鋼構(gòu)范式、與模數(shù)集成三種類型的研究。

  2.1 木構(gòu)范式

  木材與混凝土比較，主要優(yōu)點(diǎn)在于可再生和低能耗。技術(shù)的革命與更有效的建造方法將使木構(gòu)架在現(xiàn)代裝配式建筑中有著更廣泛的應(yīng)用，本文對(duì)中西方現(xiàn)代建筑的視角展開木構(gòu)范式的研究。19世紀(jì)30年代的芝加哥，出現(xiàn)了集成裝配背景下Balloon預(yù)制木構(gòu)架。Balloon木構(gòu)架沒有古老而復(fù)雜的工藝要求去加工榫卯節(jié)點(diǎn)；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(dāng)時(shí)美國(guó)住宅總量的60%到80%。有人認(rèn)為沒有Balloon木構(gòu)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(yīng)了當(dāng)時(shí)社會(huì)需要條件，Balloon木構(gòu)裝配式建造技術(shù)形成了成熟的體系。

  近代實(shí)驗(yàn)性的現(xiàn)代木構(gòu)裝配建筑先驅(qū)是20世紀(jì)80年英國(guó)代發(fā)展起來(lái)的Segal系統(tǒng)。事實(shí)上這已經(jīng)不是真的使用集成裝配，但確實(shí)突出了標(biāo)準(zhǔn)化與簡(jiǎn)單操作的建造技術(shù)體系，該方法已經(jīng)廣泛的運(yùn)用于英國(guó)普通住戶為自己建造的住宅中。國(guó)際木材研究發(fā)展協(xié)會(huì)（TRADA）也研發(fā)了一套木構(gòu)裝配建筑體系，并將其運(yùn)用到Integer住宅的原型中。瑞典的Huf’n’Puf系統(tǒng)已經(jīng)被利用到Dulwich的開發(fā)區(qū)中，這個(gè)項(xiàng)目中將柱和梁系統(tǒng)建造在一個(gè)預(yù)制混凝土板造的地下室上，木結(jié)構(gòu)能夠和很多的立面材料進(jìn)行結(jié)合，以滿足遮風(fēng)避雨以及防火需求。

  2.2 鋼構(gòu)范式

  鋼是工業(yè)生產(chǎn)中的常見材料，具有輕質(zhì)和可延伸的特點(diǎn)，在交通工具工業(yè)生產(chǎn)中常被制造成各種形狀。對(duì)于裝配建筑體系中的主要問(wèn)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(guò)進(jìn)行壓型來(lái)保證其強(qiáng)度。鋼構(gòu)集成裝配系統(tǒng)在一些實(shí)驗(yàn)性的住宅例子中已得到突破，英國(guó)蒂賽德就建成了一個(gè)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(zhì)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(shù)在某些材料制造商中已經(jīng)形成獨(dú)有的集成體系，對(duì)于集成裝配式建造發(fā)展起到推動(dòng)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(gè)建筑或者建筑群，在基地現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝，它們所特有的系統(tǒng)賜予其足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。在建造過(guò)程中，集成材料被直接運(yùn)送到場(chǎng)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(chǎng)的步驟簡(jiǎn)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(zhì)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(xiàng)目非常具有代表性，此項(xiàng)目包含一棟五層樓，共30套公寓。每一間公寓都是由兩個(gè)預(yù)制盒子組成，其尺寸都是按照卡車車廂的最大尺寸設(shè)計(jì)，整個(gè)房間由鋼結(jié)構(gòu)制成，均已配置了門、窗、連接件和飾面材料，整個(gè)建筑的精度猶如汽車制造一般嚴(yán)謹(jǐn)，對(duì)應(yīng)了柯布西耶曾經(jīng)說(shuō)過(guò)的一句話“建筑是居住的機(jī)器”

  隨著低能耗試驗(yàn)建筑的不斷呈現(xiàn)，許多裝配式建造的革新方法都集中運(yùn)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(wèn)題。對(duì)于更高的多層建筑尤其是住宅來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)模數(shù)單元的堆砌實(shí)現(xiàn)更高的密度。在平面上，公寓單元通常是重復(fù)的，這使他們非常適合于流水線的生產(chǎn)模式。此外，模數(shù)制還加快了建造的速度，更加適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展對(duì)建筑的功能需求。

  3.集成裝配式建筑技術(shù)發(fā)展局限

  工業(yè)化早起階段，城市住宅短缺問(wèn)題已經(jīng)形成了國(guó)際性的趨勢(shì)，建筑的快速建造成為解決問(wèn)題的關(guān)鍵。大量的集成裝配技術(shù)研究者在此時(shí)展開了研究，并對(duì)外公布這樣能夠降低造價(jià)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(jìn)行各種方法進(jìn)行試驗(yàn)。最終，預(yù)制混凝土構(gòu)件被各國(guó)所接受。由于生產(chǎn)制作工藝簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，廣泛被發(fā)展中國(guó)家所應(yīng)用。作為工業(yè)化初期產(chǎn)物，大部分的預(yù)制板類型建筑被建造成簡(jiǎn)單的多層住宅。