張樺 白楊

華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司

1 研究背景

在住建部發(fā)布的《關(guān)于加快新型建筑工業(yè)化發(fā)展的若干意見(jiàn)》文件中，提出了新型建筑工業(yè)化概念，明確了通過(guò)新型建筑工業(yè)化帶動(dòng)建筑業(yè)全面轉(zhuǎn)型升級(jí)，打造“中國(guó)建造”品牌，提升國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的目標(biāo)[1]。文件中描述“新型建筑工業(yè)化是以構(gòu)件預(yù)制化生產(chǎn)、裝配式施工為生產(chǎn)方式，以設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)件部品化、施工機(jī)械化為特征，整合設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工等產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)品節(jié)能、環(huán)保、全生命周期價(jià)值最大化的可持續(xù)發(fā)展的新型建筑生產(chǎn)方式?！狈从^當(dāng)下建筑部品/部件工業(yè)化發(fā)展不均衡、結(jié)構(gòu)體系發(fā)展快速、外圍護(hù)體系發(fā)展相對(duì)緩慢的現(xiàn)狀，開(kāi)展基于超高性能混凝土材料的建筑外立面工業(yè)化集成實(shí)踐工作，旨在通過(guò)對(duì)新型建筑外圍護(hù)體系的研究，打破因傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)分工形成的思維定式，提升建筑外圍護(hù)部品的集成能力，充分發(fā)揮新材料性能，滿(mǎn)足新型建筑工業(yè)化設(shè)計(jì)的要求和標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)工業(yè)化的建造方式給予人們更好的建筑品質(zhì)與舒適的環(huán)境。

外圍護(hù)體系是《建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)體系》中除內(nèi)裝、主體外的第三大技術(shù)體系，其中還可分為輕型外掛式圍護(hù)系統(tǒng)、輕型內(nèi)嵌式圍護(hù)系統(tǒng)、幕墻系統(tǒng)、屋面系統(tǒng)和其他圍護(hù)系統(tǒng)[2]。屋面系統(tǒng)的構(gòu)造方式與墻面系統(tǒng)不同，因此常單獨(dú)開(kāi)展針對(duì)性研究。在墻面系統(tǒng)中輕型外掛式圍護(hù)系統(tǒng)具有吊裝快速、安裝便利、性能穩(wěn)定等諸多優(yōu)勢(shì)，能夠在建筑建造中獲得更加廣泛的應(yīng)用。以輕型外掛式圍護(hù)系統(tǒng)為對(duì)象的外圍護(hù)體系研究包括三個(gè)方面：1）工廠化生產(chǎn)，明確建筑部品/部件的劃分，確定工廠化生產(chǎn)、現(xiàn)場(chǎng)裝配的建造方式；2）裝配式建筑是涵蓋了全產(chǎn)業(yè)鏈的系統(tǒng)化供給模式，外圍護(hù)部品從開(kāi)發(fā)到生產(chǎn)、策劃設(shè)計(jì)到建造施工再到后期服務(wù)應(yīng)進(jìn)行全面系統(tǒng)的策劃管理；3）外圍護(hù)系統(tǒng)需與建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、設(shè)備與管線系統(tǒng)、內(nèi)裝系統(tǒng)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化建筑集成設(shè)計(jì)目標(biāo)，利用先進(jìn)的工業(yè)化技術(shù)，保障最終建筑產(chǎn)品的品質(zhì)。

外圍護(hù)體系的應(yīng)用與結(jié)構(gòu)體系、內(nèi)裝體系、建造工法等諸多技術(shù)條件密切相關(guān)，裝配式建筑集成技術(shù)試驗(yàn)樓是為了解決多種裝配式技術(shù)體系集成在工程項(xiàng)目中出現(xiàn)的建造問(wèn)題與難點(diǎn)而開(kāi)展的實(shí)用型技術(shù)研究。該項(xiàng)目總建筑面積335.62m2，共2層，建筑高度8.1m，建筑一層功能以會(huì)議展示為主，二層功能以可變的居住空間為主。通過(guò)移動(dòng)空間內(nèi)隔墻實(shí)現(xiàn)居住空間的全生命周期不同階段的使用需求，并集成了鋼-混凝土組合框架結(jié)構(gòu)1、輻射樓板2、單元式混凝土外掛墻板3、預(yù)應(yīng)力空心樓板4、預(yù)制室內(nèi)輕型架空地板5、裝配式鍍鋅鋼板內(nèi)隔墻6、裝配式竹木纖維板內(nèi)墻板7、預(yù)制混凝土大板8、室外裝配式架空地板9等裝配式技術(shù)體系。在系統(tǒng)地分析預(yù)制混凝土外墻在工程建造中吊裝困難、形式單一、品質(zhì)粗糙、性能不穩(wěn)定等諸多問(wèn)題后，以提升建筑形式及功能體驗(yàn)為目標(biāo)，對(duì)材料、空間、環(huán)境等元素建構(gòu)的新型集成外圍護(hù)部件進(jìn)行研究，從而滿(mǎn)足包括建筑形式、功能在內(nèi)的全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)需求。

2 一體化設(shè)計(jì)策略

外圍護(hù)體系的設(shè)計(jì)是功能與形式的集成，在保證防危弊害、遮風(fēng)擋雨、通風(fēng)采光、保暖隔熱等基本功能的基礎(chǔ)上，同步考慮空間營(yíng)造、形式美觀、環(huán)境對(duì)話等諸多內(nèi)容。此外，建造方式是不能忽略的重要因素，外圍護(hù)體系設(shè)計(jì)需要適應(yīng)預(yù)制裝配的建造方式，并與其他建造體系協(xié)調(diào)適配，甚至能夠借助新的建構(gòu)方式提升自身體系的性能。因此，一體化設(shè)計(jì)是能夠?qū)⑵溥M(jìn)行有序組織的積極策略。

2.1 設(shè)計(jì)意圖

首先，通過(guò)一體化設(shè)計(jì)手段減少在外圍護(hù)體系中因功能需求不斷機(jī)械添加構(gòu)配件而產(chǎn)生的冗余部位與拖累感。積極且充分地組織設(shè)計(jì)集成功能，方便人們使用，提升使用意趣或感受。其次，實(shí)現(xiàn)外圍護(hù)體系的可持續(xù)性。建筑功能往往隨時(shí)代或市場(chǎng)需求發(fā)生變化，節(jié)約建造成本，節(jié)省建造資源是對(duì)城市環(huán)境的尊重。最后，通過(guò)一體化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的系統(tǒng)管理，以規(guī)范生產(chǎn)、簡(jiǎn)化施工操作的有效方式把控建造品質(zhì)。

2.2 形式設(shè)計(jì)

外圍護(hù)體系的單元板塊的劃分設(shè)計(jì)取決于建筑主體的形式需求。建筑體量由兩個(gè)平面為10m×10m的體塊錯(cuò)位、疊加而成，挺拔的樓梯間與深長(zhǎng)的入口空間相互呼應(yīng)，串聯(lián)了建筑的主體空間。通過(guò)弱化立面分割的方式將豐富的體塊造型表達(dá)純粹且完整，不會(huì)在人視范圍內(nèi)感受到瑣碎或冗余，單元板塊劃分的尺度盡量大，長(zhǎng)寬比例盡可能接近，更容易引起視覺(jué)對(duì)建筑體塊的關(guān)注。試驗(yàn)樓整體體量較小，通過(guò)體塊組合豐富空間，避免在外立面上形成復(fù)雜肌理。因此，建筑立面的單元墻板構(gòu)件采用內(nèi)凹的窗體形式，增加建筑外立面的光影層次，加大墻體進(jìn)深感，再一次強(qiáng)調(diào)了體塊的空間感。此外，試驗(yàn)樓的外墻面盡可能平整、光潔，以此平衡小體量建筑的復(fù)雜感。豐富的光影變化與簡(jiǎn)約純粹的立面形式相結(jié)合，打造自然靈動(dòng)的立面效果。

1 華建集團(tuán)裝配式建筑集成技術(shù)試驗(yàn)樓

2 試驗(yàn)樓西南角墻面的斑駁樹(shù)影

3 試驗(yàn)樓西南向?qū)嵕?/p>

4 單元式集成混凝土外掛墻板

5 集成陽(yáng)臺(tái)墻板模型

2.3 構(gòu)成設(shè)計(jì)

外圍護(hù)集成墻板的構(gòu)成設(shè)計(jì)是建筑形式、功能、生產(chǎn)及安裝因素的綜合結(jié)果。根據(jù)其構(gòu)成特征、主體材料及安裝方式，外圍護(hù)體系被稱(chēng)為“單元式集成混凝土外掛墻板”。構(gòu)件的構(gòu)成分為主體、次主體、輔助體等，在這樣的構(gòu)成邏輯中每一個(gè)構(gòu)件均能充分地發(fā)揮材料性能。

這樣的構(gòu)成優(yōu)勢(shì)在于：構(gòu)件結(jié)構(gòu)邏輯清晰，在安裝階段會(huì)有較為便捷的操作方法；構(gòu)件能夠完整地從主體結(jié)構(gòu)中剝離出來(lái)，形成相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，并依靠自身系統(tǒng)完成功能和形式作用。此外，在試驗(yàn)樓項(xiàng)目中也嘗試了2.71m×4.35m的L形板，通過(guò)材料的自身強(qiáng)度擴(kuò)大立面的劃分尺度和范圍，減少預(yù)制墻板的拼縫。

2.4 集成設(shè)計(jì)

集成是工業(yè)化建筑的關(guān)鍵特性，功能集成的意義除了工業(yè)化建造外，也為建筑形式的完整統(tǒng)一提供支持。集成是對(duì)建筑的形式加以保護(hù)的方式，也是對(duì)輔助空間進(jìn)行集約化處理的設(shè)計(jì)手段，以此達(dá)到擴(kuò)大使用空間的目的，提升人們生活的便捷度與高效性。

（1）集成門(mén)窗設(shè)計(jì)

門(mén)窗是外圍護(hù)體系中的能耗重點(diǎn)，也是抗震時(shí)最容易開(kāi)裂的薄弱部位，更是預(yù)防滲漏的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。集成門(mén)窗的設(shè)計(jì)是以單元構(gòu)件為對(duì)象對(duì)抗震易開(kāi)裂的部位進(jìn)行局部加固，其優(yōu)勢(shì)在于可以增加更多細(xì)節(jié)，選擇更多構(gòu)造方式。所以，可以將門(mén)窗附框直接預(yù)埋在混凝土墻板中，在不影響現(xiàn)場(chǎng)施工工序的前提下，保證門(mén)窗防水性能。

（2）集成陽(yáng)臺(tái)設(shè)計(jì)

集成陽(yáng)臺(tái)是對(duì)外圍護(hù)體系的整合，層間安裝的目的是減少外部腳手架搭建的過(guò)程，降低二次建造的施工費(fèi)用。其次，陽(yáng)臺(tái)與外圍護(hù)墻板集成澆筑可以避免因預(yù)制陽(yáng)臺(tái)板連接主體結(jié)構(gòu)而對(duì)預(yù)制外圍護(hù)墻板的連續(xù)性破壞，降低地面滲漏風(fēng)險(xiǎn)。再次，便是對(duì)形式設(shè)計(jì)的追求，拒絕簡(jiǎn)單拼裝而成的構(gòu)件，也避免拼接板塊帶來(lái)的脫落風(fēng)險(xiǎn)。以此陽(yáng)臺(tái)作為外圍護(hù)配件可與外圍護(hù)墻板集成設(shè)計(jì)為豎向構(gòu)件的完整單元板塊。

（3）集成主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

外圍護(hù)體系可以是一種替代主體結(jié)構(gòu)的復(fù)合體系，也可以是一種脫離主體結(jié)構(gòu)的圍護(hù)體系，但即便把墻體從主體結(jié)構(gòu)中剝離出來(lái)，它也不是一種可以避免與水平構(gòu)件體系發(fā)生聯(lián)系的獨(dú)立構(gòu)件，并且這樣的外圍護(hù)體系與豎向支撐結(jié)構(gòu)體系也會(huì)相互影響。試驗(yàn)樓中的鋼-混凝土組合框架結(jié)構(gòu)體系成就了大跨度的居住空間，減小了梁柱截面面積，但單元式集成混凝土外掛墻板卻沒(méi)能掩藏結(jié)構(gòu)柱在空間中的存在，由此產(chǎn)生的柱間負(fù)空間在一定程度上帶來(lái)了內(nèi)裝設(shè)計(jì)的尷尬。但從另外一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，它也可以成為外圍護(hù)體系中的一部分，使負(fù)空間的功能價(jià)值更加積極有效。在試驗(yàn)樓中，裝配式內(nèi)墻板覆蓋組合結(jié)構(gòu)柱集成外墻板，利用柱間距離設(shè)計(jì)儲(chǔ)藏空間，最大限度地避免空間浪費(fèi)，對(duì)室內(nèi)空間進(jìn)行完整性處理，一舉兩得。集成主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)還包括對(duì)單元式集成混凝土外掛墻板與復(fù)雜結(jié)構(gòu)部位的連接設(shè)計(jì)，墻板作為集成部品與主體結(jié)構(gòu)的關(guān)系會(huì)受到技術(shù)水平、環(huán)境等因素影響。試驗(yàn)樓二層挑空樓板下部的墻板就遇到這樣的情況，集成墻板改變外掛形式，連接至梁底并托于地梁之上，如此一來(lái)不但解決了單元墻板的標(biāo)準(zhǔn)化高度設(shè)計(jì)問(wèn)題，還方便了墻板的掛裝，使保溫構(gòu)造連續(xù)。

6 墻板與主體結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)模型

7 集成主體結(jié)構(gòu)墻板

8 試驗(yàn)樓西面懸挑空間

9 試驗(yàn)樓南面集成遮陽(yáng)墻板

10 集成墻板與主體結(jié)構(gòu)連接構(gòu)造節(jié)點(diǎn)

11 單元式集成混凝土外掛墻板集成外遮陽(yáng)節(jié)點(diǎn)

（4）集成管線設(shè)計(jì)

單元式集成混凝土外掛墻板集成管線能將與外圍護(hù)體系相關(guān)的設(shè)備系統(tǒng)置于優(yōu)先設(shè)計(jì)。從建筑的全生命周期考慮，避免建筑使用時(shí)的反復(fù)裝修對(duì)外圍護(hù)墻板的破壞，同時(shí)也為設(shè)備系統(tǒng)的升級(jí)更新做了預(yù)先準(zhǔn)備。所以，SI體系逐漸成為裝配式內(nèi)裝設(shè)計(jì)師青睞的內(nèi)裝建造體系，而這一體系會(huì)對(duì)室內(nèi)空間帶來(lái)影響，因?yàn)樵韭裨趬w里的設(shè)備管線外置，勢(shì)必會(huì)占用室內(nèi)空間。為此，外圍護(hù)體系中的集成管線設(shè)計(jì)成為實(shí)現(xiàn)SI體系的關(guān)鍵。試驗(yàn)樓內(nèi)背板為鍍鋅鋼板，中間輕鋼龍骨為管線的集成創(chuàng)造空間，來(lái)自房間地板、頂板或集成樓板的管線都可以通過(guò)外墻板空間進(jìn)行連接，形成完整閉合的設(shè)備系統(tǒng)。

3 外圍護(hù)體系中材料性能的表達(dá)

建筑外圍護(hù)體系的設(shè)計(jì)是始于形式、敬于空間、久于品質(zhì)、忠于性能的，但性能常常隱于建成效果下，要經(jīng)過(guò)時(shí)間的錘煉、反復(fù)驗(yàn)證才能讓人信服，這往往是不可描述的優(yōu)勢(shì)，需要身臨其境才能最直觀地看到一個(gè)部品/部件的優(yōu)劣。

3.1 材性表達(dá)

材料耐久性包括抗腐蝕、防污染、防水等諸多性能，這也是構(gòu)件產(chǎn)品的選擇原則之一。試驗(yàn)樓外墻樣板構(gòu)件經(jīng)過(guò)氣密性、水密性、抗風(fēng)壓、平面變形等檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，超高性能混凝土（UHPC）的憎水能力極強(qiáng)，不僅能幫助外墻面防水，減少掛水現(xiàn)象，還能夠有效減少墻板潮濕，降低墻板發(fā)霉腐蝕的幾率。其次，通常預(yù)制夾芯保溫混凝土墻板，外葉板不小于40mm，內(nèi)葉板不小于60mm，墻板十分笨重，而單元式集成混凝土外掛墻板中超高性能混凝土（UHPC）墻板的外葉板僅20mm，重量也只有同等尺寸預(yù)制夾芯保溫混凝土墻板的三分之一。這為施工吊裝提供了便利，也更加安全。

3.2 節(jié)點(diǎn)可靠性

根據(jù)裝配式建筑集成技術(shù)試驗(yàn)樓建造成果分析，影響主體結(jié)構(gòu)連接的安全因素有兩點(diǎn)：連接方式和構(gòu)件荷載。連接方式保證了構(gòu)件的可調(diào)節(jié)性，減少安裝時(shí)對(duì)墻板的反復(fù)起吊、挪動(dòng)；構(gòu)件荷載越輕，結(jié)構(gòu)受力越輕松，相對(duì)徐變損失越小，耐久性就越好。試驗(yàn)樓項(xiàng)目中節(jié)點(diǎn)安裝根據(jù)部位的不同和工況的需要，存在墻板內(nèi)嵌和外掛兩種形式。通過(guò)工程項(xiàng)目的實(shí)際操作后發(fā)現(xiàn)，內(nèi)嵌式連接的墻板安裝的難度較大，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)定位、吊裝、調(diào)平都有較高的技術(shù)要求；而外掛式連接可實(shí)現(xiàn)層間調(diào)整，上部受力、下部調(diào)平的方式更易操作，容差條件較好。

此外，節(jié)點(diǎn)的可靠性還與結(jié)構(gòu)形式和部位有關(guān)。試驗(yàn)樓項(xiàng)目中，單元式集成混凝土外掛墻板的安裝技術(shù)難點(diǎn)有兩處：一處是懸挑空間下部的墻板安裝，因?yàn)樯喜繕前搴徒Y(jié)構(gòu)梁會(huì)阻礙墻板的安裝，限制安裝空間，經(jīng)過(guò)BIM的施工模擬后決定該部位與結(jié)構(gòu)樓板交叉施工，先完成墻板安裝，再以封樓板的方式完成操作；另一處是建筑西南角的L形單元墻板安裝，它是項(xiàng)目中最大的板塊，重量較大，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境導(dǎo)致該處無(wú)法機(jī)械安裝，只能依靠人工操作，給施工帶來(lái)較大難度，在墻板反復(fù)敲打定位后，必然對(duì)墻板的平整度有輕微影響。

3.3 構(gòu)造安全性

防水是外圍護(hù)體系中最為重要的設(shè)計(jì)之一。外墻防水不是苦于構(gòu)造設(shè)計(jì)的不合理，便是對(duì)防水材料的擔(dān)心，最后還有人為操作疏忽的風(fēng)險(xiǎn)。如果能做到精細(xì)化設(shè)計(jì)與工業(yè)化制造，相信會(huì)為解決這一問(wèn)題提供更好的條件。此項(xiàng)目中的單元式混凝土外掛墻板構(gòu)造設(shè)計(jì)分為三類(lèi)：第一類(lèi)是墻板與主體結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)造，如女兒墻、勒腳等部位，特別是在墻板連接地面處的構(gòu)造防水設(shè)計(jì)是防止墻板下部發(fā)霉潮濕、影響墻板質(zhì)量的關(guān)鍵。項(xiàng)目中采用防潮墊塊與防潮膜輔助墻板密封，阻斷室外潮濕空氣滲入室內(nèi)。女兒墻的設(shè)計(jì)則是通過(guò)防水鋁膜覆蓋單元式集成混凝土外掛墻板的內(nèi)芯，再通過(guò)防水密封膠進(jìn)行二次密封，裝飾板材扣蓋加以保護(hù)，以此完成女兒墻上部的防水構(gòu)造。第二類(lèi)是墻板間的連接縫構(gòu)造，去掉打膠環(huán)節(jié)，借鑒幕墻豎縫的三腔排水系統(tǒng)，在試驗(yàn)樓中采用全構(gòu)造防水節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，不僅在形式上更加簡(jiǎn)潔，在施工工法上也得到了簡(jiǎn)化。第三類(lèi)是墻板自身細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)，工業(yè)化制造發(fā)揮了工廠精細(xì)化制作的優(yōu)勢(shì)，豐富外圍護(hù)墻板的細(xì)節(jié)，不僅能滿(mǎn)足裝飾需求，也能對(duì)墻板的外圍護(hù)功能部件進(jìn)行深入的設(shè)計(jì)。單元式集成混凝土外掛墻板的二層墻板底和窗框上部的墻面均有滴水設(shè)計(jì)，保護(hù)墻面不被雨水掛痕，窗框下口的墻板設(shè)計(jì)2mm翻口，形成輔助窗體防水的泛水設(shè)計(jì)。

4 外圍護(hù)體系設(shè)計(jì)與建造的關(guān)聯(lián)性

裝配式的建造方式將設(shè)計(jì)與建造緊密連接。離開(kāi)了傳統(tǒng)施工工藝后，新的建造問(wèn)題層出不窮，曾經(jīng)的標(biāo)準(zhǔn)圖集無(wú)法對(duì)新的體系提供全面支持，所以迫切需要對(duì)新型部品/部件進(jìn)行應(yīng)用實(shí)踐研究，從中建立與之相適應(yīng)的新型建造模式?？偨Y(jié)單元式集成混凝土外掛墻板從生產(chǎn)到施工的技術(shù)要點(diǎn)，梳理外圍護(hù)體系對(duì)建造過(guò)程的影響因素，能為外圍護(hù)體系的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供技術(shù)積累。

4.1 建造誤差與設(shè)計(jì)

誤差在傳統(tǒng)建造和裝配式建造中都會(huì)出現(xiàn)，只是在傳統(tǒng)建造方式中，誤差可以在施工過(guò)程中逐步消解或隱藏，但也會(huì)帶來(lái)相應(yīng)的代價(jià)。裝配式建造將誤差充分暴露，以此得到系統(tǒng)的解決方法，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，從而提升建筑產(chǎn)品的品質(zhì)。試驗(yàn)樓的外圍護(hù)體系從BIM設(shè)計(jì)到生產(chǎn)、施工遇到的誤差問(wèn)題基本可以歸納為三類(lèi)：構(gòu)件尺寸生產(chǎn)誤差、主體結(jié)構(gòu)搭建誤差、構(gòu)件受力變形誤差。

（1）構(gòu)件尺寸生產(chǎn)誤差

設(shè)計(jì)時(shí)希望構(gòu)件的尺度能夠符合形式需求，但往往會(huì)對(duì)構(gòu)件的生產(chǎn)提出更高的挑戰(zhàn)。在試驗(yàn)樓中單元式集成混凝土外掛墻板采用木模進(jìn)行生產(chǎn)，如果構(gòu)件尺寸過(guò)大，則會(huì)增加尺寸誤差風(fēng)險(xiǎn)，如果構(gòu)件尺寸過(guò)小，在拼接縫隙較多的情況下，則會(huì)積累誤差破壞立面形式。試驗(yàn)樓中的最大板塊是一塊4.3m×2.8m的轉(zhuǎn)角板，內(nèi)支撐的龍骨會(huì)造成墻板安裝時(shí)的輕微拉壓，即便不會(huì)形成嚴(yán)重的翹曲，也有較大概率出現(xiàn)拉伸縫。所以選擇彈性模量較好的混凝土材料能夠?qū)?gòu)件變形發(fā)揮平衡作用。

12 單元式集成混凝土外掛墻板試驗(yàn)樣板

13 單元式集成混凝土外掛墻板淋水試驗(yàn)

14 單元式集成混凝土外掛墻板底部安裝

15 單元式集成混凝土外掛墻板上部連接

16 試驗(yàn)樓墻身剖面

17 單元式集成混凝土外掛墻板豎縫構(gòu)造

18 單元式集成混凝土外掛墻板細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

19 單元式集成混凝土外掛墻板模擬吊裝

（2）主體結(jié)構(gòu)搭建誤差

主體結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的搭接預(yù)留了誤差空間。但連接懸挑等復(fù)雜結(jié)構(gòu)時(shí)，相對(duì)誤差的積累最終可能會(huì)形成較大的結(jié)構(gòu)變形。結(jié)構(gòu)工程師在構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)忽略誤差積累對(duì)其他相關(guān)裝配式結(jié)構(gòu)體系產(chǎn)生的影響，如外圍護(hù)墻板間縫隙的影響。因此，構(gòu)件間縫隙的設(shè)計(jì)也需要對(duì)誤差保有一定彈性的空間，既不產(chǎn)生肉眼可見(jiàn)的變形，也不會(huì)影響板縫的密封連接性能。

（3）受力構(gòu)配件變形誤差

雖然單元式集成混凝土墻板是一種外掛部件，本身不受力，但與主體結(jié)構(gòu)連接的配件會(huì)因集成墻體的重量而受到較大荷載，同時(shí)因?yàn)檫B接件的可調(diào)節(jié)機(jī)制，可能造成單元構(gòu)件的整體變位，使立面變形。

4.2 工藝與設(shè)計(jì)

建筑最終呈現(xiàn)的藝術(shù)形式是建筑中最重要的部分之一，不流于表面的藝術(shù)，除了對(duì)設(shè)計(jì)意圖的表達(dá)外，還體現(xiàn)在細(xì)節(jié)上。精雕細(xì)磨、反復(fù)斟酌的細(xì)部設(shè)計(jì)往往給人以更加深刻的印象，對(duì)于建筑的部品/部件亦是如此，從材料的生產(chǎn)工藝到構(gòu)件的制作工藝都為表達(dá)建筑形式做著充分準(zhǔn)備。為了保證試驗(yàn)樓外圍護(hù)墻板白色、光潔、細(xì)膩的質(zhì)感，將原來(lái)混凝土中的金屬纖維換成了復(fù)合纖維材料，避免金屬纖維浮出墻面后生銹形成斑駁的印記。墻板構(gòu)件的制作工藝也從澆筑更換為噴射混凝土，因?yàn)閴w的背板為鍍鋅鋼板，外墻板內(nèi)側(cè)無(wú)需光滑處理，噴射工法有效節(jié)省了模具的使用，對(duì)于集成陽(yáng)臺(tái)的一體化復(fù)雜構(gòu)件而言，可以一次性制造完成，構(gòu)件整體性較好，避免不必要的二次澆注或板塊拼縫。

4.3 工法與設(shè)計(jì)

建筑行業(yè)的分工越來(lái)越細(xì)，前端的方案設(shè)計(jì)與后期的施工圖設(shè)計(jì)幾乎被割裂開(kāi)來(lái)，這就需要在成熟的建構(gòu)體系下，依靠方案設(shè)計(jì)的建構(gòu)思維系統(tǒng)地解決后期的建造問(wèn)題。以外圍護(hù)墻板為例，工法有先裝法和后裝法兩種。先裝法的優(yōu)勢(shì)在于層間安裝可以逐層消解誤差，但不同結(jié)構(gòu)體系在施工過(guò)程中需要交叉作業(yè)，沒(méi)有默契的配合或成熟的施工管理時(shí)，會(huì)大大影響現(xiàn)場(chǎng)安裝效率；后裝法的優(yōu)勢(shì)則可以按體系施工，主體結(jié)構(gòu)搭建完成后再做外圍護(hù)體系的安裝，但安裝空間受限較大，構(gòu)件的調(diào)節(jié)需要在三個(gè)方向逐一調(diào)整校準(zhǔn)。因此，在試驗(yàn)樓項(xiàng)目中通過(guò)BIM的模擬吊裝試驗(yàn)系統(tǒng)規(guī)劃后期吊裝工序，并對(duì)預(yù)制構(gòu)件的構(gòu)造方式進(jìn)行區(qū)分，避免造成節(jié)點(diǎn)遺漏。經(jīng)過(guò)模擬試驗(yàn)，確定單元式集成混凝土外掛墻板連接構(gòu)件設(shè)計(jì)合理，先吊裝樓板，再吊裝外墻，待墻板全部調(diào)整水平后進(jìn)行構(gòu)造施工。

4.4 構(gòu)件體系與設(shè)計(jì)

建筑的性能是建筑各部分構(gòu)件組合后的最終體現(xiàn)。預(yù)制構(gòu)件體系種類(lèi)繁多，不同的構(gòu)件體系搭配在一起相互影響。因此要深入了解構(gòu)件體系特征，對(duì)構(gòu)件之間的協(xié)調(diào)性能準(zhǔn)確判斷。試驗(yàn)樓中大空間設(shè)計(jì)決定采用鋼-混凝土組合框架結(jié)構(gòu)體系和預(yù)應(yīng)力空心樓板。單元式集成混凝土外掛墻板的角鋼連接件可與組合結(jié)構(gòu)梁進(jìn)行精準(zhǔn)點(diǎn)位焊接，不會(huì)因材料性能的不同造成防水薄弱點(diǎn)，也不會(huì)影響預(yù)應(yīng)力空心樓板的安裝。預(yù)應(yīng)力空心樓板與組合結(jié)構(gòu)連接的澆筑節(jié)點(diǎn)也可以將墻板的連接節(jié)點(diǎn)一并加固，最終形成密實(shí)的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造。此外，構(gòu)件體系還影響了建筑的構(gòu)造設(shè)計(jì)。以鋼-混凝土組合框架結(jié)構(gòu)體系為例，根據(jù)規(guī)范要求，柱腳部位需要通過(guò)露出地面5cm寬混凝土包覆進(jìn)行柱腳保護(hù)，這一要求剛好與外掛墻板的安裝位置相矛盾。外掛墻板需將最初的墻身設(shè)計(jì)向外移動(dòng)，讓出5cm完成安裝，其安裝點(diǎn)位在組合結(jié)構(gòu)梁上的定位也須避讓梁柱連接節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力范圍才能進(jìn)行預(yù)埋或預(yù)焊。諸如此類(lèi)的技術(shù)要求反過(guò)來(lái)也會(huì)影響建筑立面的劃分，甚至是建筑的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造與形式。

5 衍生與革新

沿著工業(yè)化方向不斷推動(dòng)建筑技術(shù)的發(fā)展，從工匠建造到工廠制造，從機(jī)械化批量生產(chǎn)再到藝術(shù)與傳統(tǒng)文化的復(fù)興，技術(shù)不斷發(fā)展的同時(shí)，建筑的發(fā)展似乎一直在尋求技術(shù)與藝術(shù)的高度融合。就像諾曼·福斯特在彭博歐洲新總部大樓（Bloomberg Headquarters Office Building）設(shè)計(jì)的鰭片墻、卡拉特拉瓦在密爾沃基美術(shù)館 （The Milwaukee Art Museum）設(shè)計(jì)的羽翼屋頂、扎哈工作室在羅阿坦島設(shè)計(jì)的模塊化住宅，每一個(gè)創(chuàng)新構(gòu)件的背后都是建筑師的偉大創(chuàng)作和精心設(shè)計(jì)，建筑的表皮不僅是對(duì)建筑形式的表白，也是對(duì)體驗(yàn)的提升，對(duì)技術(shù)的挑戰(zhàn)。外圍護(hù)體系通過(guò)技術(shù)的發(fā)展會(huì)不斷在集成維度、空間統(tǒng)籌、材料迭代、工法進(jìn)階等方面不斷革新，衍生出更多與新型工業(yè)化發(fā)展相適應(yīng)的創(chuàng)新型部品/部件。

5.1 集成維度

集成的優(yōu)勢(shì)在于前置思維、跨度思考、預(yù)設(shè)問(wèn)題與需求。集成部品的設(shè)計(jì)是利用技術(shù)手段對(duì)構(gòu)件功能進(jìn)行系統(tǒng)疊加。但集成的概念卻并不拘泥于形式的完善或功能的補(bǔ)充，試圖放大集成的維度可以是對(duì)部品/部件從單一功能到復(fù)合功能的材料集成，也可以是從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)、施工乃至使用階段的縱向串聯(lián)，或可在更大的功能范圍中探索集成能力。

5.2 空間統(tǒng)籌

辛克爾和密斯曾試圖將建筑的頂、地、墻、梁、柱分離，以此將原本糾纏在一起的建筑元素進(jìn)行完全不同的組合，實(shí)現(xiàn)新的空間形式。這是建構(gòu)形式的一種表達(dá)，同時(shí)也試圖將傳統(tǒng)材料的作用充分發(fā)揮。

PC預(yù)制外墻往往需要占用更多的建筑面積，一方面是由預(yù)制外墻的架構(gòu)與組成決定的，預(yù)制構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)的連接形成的操作空間、構(gòu)件間的板縫皆會(huì)造成建筑外墻板的外擴(kuò)；另一方面也是材料性能決定的，通過(guò)厚度加強(qiáng)外墻板的安全性，由此造成了空間浪費(fèi)。通過(guò)設(shè)計(jì)技巧或技術(shù)針對(duì)性地解決空間浪費(fèi)問(wèn)題，利用安裝空間制造隱蔽功能房間，可以重新劃分空間屬性和統(tǒng)籌空間功能。

5.3 材料迭代

影響外圍護(hù)體系發(fā)展的另一關(guān)鍵要素是材料。隨著技術(shù)水平的不斷提高，新材料性能也得到了更好的優(yōu)化。我國(guó)新材料產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值從2010—2018年，市場(chǎng)規(guī)模由0.7萬(wàn)億元增至3.9萬(wàn)億元，年均增速超過(guò)23.9%。新材料作為我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和“中國(guó)制造2025”重點(diǎn)發(fā)展的十大領(lǐng)域之一，被認(rèn)為是具有巨大影響力的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。預(yù)計(jì)未來(lái)隨著新能源等行業(yè)的快速發(fā)展，新材料需求將呈現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，這也將影響建筑設(shè)計(jì)的發(fā)展方向和技術(shù)路線。

5.4 工法進(jìn)階

時(shí)代的技術(shù)能量一直沖擊著人們生活的方方面面?？萍嘉拿饕呀?jīng)成為一種不言自明的現(xiàn)實(shí)，密斯將現(xiàn)代技術(shù)視為先驗(yàn)理性的表征，同時(shí)賦予客觀性以無(wú)與倫比的崇高地位。技術(shù)的進(jìn)步影響制作工藝的精進(jìn)，接踵而至的便是更加精良的、如藝術(shù)品般的工業(yè)化部件。材料性能的表達(dá)會(huì)更加充分，表達(dá)的形式也會(huì)更加多樣，工法的進(jìn)步會(huì)不斷更新舊的制造模式，也會(huì)帶來(lái)更飽滿(mǎn)的藝術(shù)形式和更快捷、便利的使用條件。

6 結(jié)語(yǔ)

在國(guó)內(nèi)，建筑的工業(yè)化進(jìn)程已經(jīng)數(shù)年，設(shè)計(jì)師們對(duì)藝術(shù)的表達(dá)與普遍的機(jī)械化生產(chǎn)方式仍存在著一定程度的矛盾性，所以對(duì)工業(yè)化的建筑設(shè)計(jì)與建造或忽視或冷漠。但不置可否，人們?cè)谥悄芑瘯r(shí)代下的審美觀隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨發(fā)生了改變，而藝術(shù)本就是多元的，也更具有包容性。新技術(shù)、新材料、新工藝會(huì)在新工業(yè)化的時(shí)代中重塑人們的審美觀，為人們帶來(lái)更多可喜、可嘆的建筑藝術(shù)作品。

注釋

1 鋼-混凝土組合框架結(jié)構(gòu)：在H 型鋼的翼緣間內(nèi)填充混凝土，采用C 型鋼筋作為系桿焊接在上下翼緣上，實(shí)現(xiàn)鋼與混凝土的組合作用。

2 集成輻射樓板：在疊合樓板中預(yù)埋輻射換熱管，并采用太陽(yáng)能、空氣源熱泵的多能互補(bǔ)方式構(gòu)建輻射供冷供熱系統(tǒng)，創(chuàng)新性地實(shí)現(xiàn)輻射供冷供熱系統(tǒng)與預(yù)制樓板的工業(yè)化集成應(yīng)用，在提高室內(nèi)舒適度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用。

3 集成單元式混凝土外掛墻板：由輕鋼龍骨支撐，超高性能混凝土（UHPC）包覆，內(nèi)嵌保溫、防水隔氣等材料，可集成門(mén)窗、遮陽(yáng)、陽(yáng)臺(tái)等其他外圍護(hù)部件的集成墻板，也是本文的研究對(duì)象。

4 預(yù)應(yīng)力空心樓板：內(nèi)設(shè)一個(gè)或幾個(gè)總縱向孔道，以節(jié)省材料，并減輕重量。通常用預(yù)應(yīng)力混凝土制成，其尺寸根據(jù)房屋開(kāi)間大小和吊裝機(jī)械的能力而定，板中孔道有利于隔聲和隔熱。項(xiàng)目中采用的預(yù)應(yīng)力空心樓板是采用混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40 的零塌落度細(xì)石混凝土和低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線。

5 預(yù)制室內(nèi)輕型架空地板：輕型架空地板下部滿(mǎn)鋪EPS 材料進(jìn)行保溫、隔聲處理，上部拼裝地板面層，結(jié)構(gòu)地面無(wú)需找平，還可利用架空地板下可調(diào)節(jié)空腔布設(shè)管線。

6 裝配式鍍鋅鋼板內(nèi)隔墻：以鍍鋅鋼板做內(nèi)墻板板材，通過(guò)研發(fā)設(shè)計(jì)龍骨框架與墻板龍骨連接，標(biāo)準(zhǔn)墻板最大高度4.5m，單元墻板面板左右或上下間設(shè)置0～10mm 寬凹縫，可與單元式混凝土外掛墻板連接形成室內(nèi)外一體化集成墻板。

7 裝配式竹木纖維板內(nèi)墻板：以竹木纖維板做內(nèi)墻板板材，利用橫向調(diào)平龍骨實(shí)現(xiàn)墻面平整，免去粉刷，調(diào)節(jié)與外墻間的距離，容納墻體誤差，其間可布置管線并填充保溫、隔音材料等。頂角、踢腳、洞口均采用型材收口，便于維護(hù)期的更新、更換。

8 預(yù)制混凝土大板：用于項(xiàng)目中的衛(wèi)生間降板區(qū)域，預(yù)制混凝土大板可增強(qiáng)樓板完整性，提升防水防潮性能。

9 室外裝配式架空地板：由地螺絲支撐的裝飾一體化超高性能混凝土地面鋪裝系統(tǒng)，基礎(chǔ)地面無(wú)需硬化，天然形成透水地面，安裝方便、施工快速、更新與維護(hù)更加高效。

圖片來(lái)源

圖1～3，7，8 由蔣天一拍攝；圖4，5，19 由上海建筑設(shè)計(jì)研究院BIM 技術(shù)研究中心提供；圖6，15～17 由上海玻機(jī)智能幕墻股份有限公司提供；其余圖片均由作者自繪或自攝。