「后疫情时代」装配式建筑的历史与未来

   一、火神山、雷神山:「后疫情时代」能否引领装配式建筑的未来?


迈阿密河谷医院,图片来源:NBBJ

    2020年春节,新冠肺炎来势汹汹,全民抗“疫”打响“武汉保卫战”,参照北京“小汤山”建造模式,武汉火神山医院、雷神山医院对于控制疫情的发展起到了至关重要的作用,全球建筑圈最佳cp:传染病医院+装配式建筑,一度成为网络热词!

    奈何“直播网红”也逃不出“应急”的命运,面对国内的疫情已被初步控制的当下,即将完成历史使命的装配式建筑,拿什么拯救你?

    凤凰山或许能带来启发。中国首个永久结构形式的应急医院,也是国内首个以应急方式建设的永久性传染病院区——中大五院凤凰山院区,2020年3月10日在珠海正式落成交付。与小汤山、火神山、雷神山相比,相同是一样的快速建造,不同是凤凰山的永久结构。

    永久有多久?众所周知,永久医院结构稳定、牢固,有更长久的使用寿命。事实上,原计划里的凤凰山与它的“前辈们”没有什么不同,集装箱板房应急医院

    后来,当地决策者结合珠海疫情形势、长久使用需要、台风暴雨气候及各方面的意见,改为以建设永久医院的形式建设应急医院,新方案的结构形式也由集装箱板房调整为钢筋混凝土框架结构。

    凤凰山“化临时为永久”,但这更像是因地制宜的成果,至少不会像十年前的小汤山,操心以后的去留?

    严格地说,从来就没有“小汤山非典医院”的叫法,因为它在建立之初就不是一个医院,而是临时的野战医疗点,如此来看,2010年那58个白色“盒子房”的去留,压根儿就不是问题。

    2003年北京昌平,4000名工人7天7夜建成总建筑面积2.5万平米、可容纳1000张床位的小汤山非典病房区,当时创下两项世界纪录:世界最大的传染病医院和世界最快的医院修建速度。

    从解放军部队抽调的医护人员,51天里医治患者680人,约占全国的七分之一,康复出院672人,治愈率98.82%,全部1383名医护人员零感染,全镇居民零感染。

    正是一个军民合作的奇迹,让“小汤山”建造模式,“封神”装配式传染病应急医院的建设标杆。


北海道札幌城市天际线

    时隔17年再次启用小汤山医院,源于新冠肺炎在全球迅速蔓延,也因为境外输入已经是北京疫情防控重点。

    放眼海外,应用最为广泛的装配式民用建筑,除了医院就是住宅了。

    在亚洲,率先在工业中批量生产住房的日本,早在1968年就提出了装配式住宅的概念,每五年更新一次的住宅建设计划,让日本的装配式住宅建造一直处于世界先进水平。到了1962~1990年日本国内劳动力短缺,人工成本持续升高,模块化建筑开启“学霸模式”:新建住宅中预制住宅占比,从不足3%迅速攀升至20%。

    日本的装配式住宅有一个非常鲜明的特点,就是从一开始就追求中高层住宅的配件化生产体系,这种生产体系能满足日本人口比较密集的住宅市场的需求。更重要的是,日本通过立法来保证混凝土构件的质量,在装配式住宅方面制定了一系列的方针政策和标准,逐步形成了统一的模数标准,解决了标准化、大批量生产和多样化需求这三者之间的矛盾,进入良性循环的发展轨道。

    说到结构体系,现在日本的装配式建筑木结构占比超过40%;而钢筋混凝土框架结构(PCA技术)被广泛用于中高层集合住宅,这种永久结构形式与文章开头提到的珠海凤凰山应急医院相同。

    美国60年代末期,嬉皮士在科罗拉多州自建的穹顶住宅,被高度怀疑为美帝装配式住宅技术前身。美国“未来派”建筑师、发明家,巴克敏斯特·富勒,留传在世的建筑作品很少,但他发明和发展的Dymaxion思想、短线程穹顶、张拉整体概念、索穹顶,至今仍是结构工程研究的前沿

    富勒的专利穹顶,结构精密的几何逻辑表现了科技至上的未来主义,就连诺曼·福斯特、史蒂夫·乔布斯各界大咖都被他圈粉。而穹顶住宅简易和廉价的特点更是造福了很多没有钱盖房子的年轻人,比如嬉皮士。

    富勒写了本“穹顶结构DIY指导手册”,引得一大波嬉皮士远离城市,跑到郊区安营扎寨,建立自己的乌托邦。这简直就是开源硬件设计的鼻祖~

    美国的装配式住宅盛行于20世纪70年代,而绝大多数的装配式医疗建筑是服务于去不起高端、时尚医院就医的民众,理念么基本就是,如何用最少的资源来降低成本。比如,由NBBJ设计造价1.37亿美元的迈阿密河谷医院。


迈阿密河谷医院,图片来源:NBBJ

    医院规模约44594平方米,包括心血管和骨科中心,178间病房,图书馆,咖啡馆以及景观化花园。它是美国使用预制组件建造的第一个重大医疗建筑,35%的现场架构在场外组装。预制房的建造方式促成了更高质量的施工和工人零伤害,还有减少近2个多月的施工时间。

    资本家也开始考虑省钱的事了。医院的可持续性设计为LEED银级,节能性能优于同类地区医院54%,预计为医院节省每年18.2万美元的能源成本。


上海外滩夜景

    国内的装配式建筑在上世纪八十年代后期突然停滞,但从2015年至今,国家一直在大力推进装配式建筑的发展,经过设计、生产、施工等全产业链企业的不断研发和实践,已逐步实现了工厂化生产、现场快速装配的效果。

    但与一些发达国家相比,我们的装配式建造仍处于初级阶段。截至2017年底,北京仅有1处在施装配式混凝土结构办公建筑;在装配式建筑政策力度较大、标准体系相对完善的上海,还没有混凝土或钢结构装配式公建项目开工建设;功能复杂、工艺流程要求严格的医疗建筑更无装配式建造的先例。

    2020年武汉火神山、雷神山医院的建设,在沉寂了三十多年之后又重新兴起,让更多人看到了装配式建筑在中国的潜力。

    紧急时刻只有装配式建筑才能如此快速地完成建造,从抗“非典”到战“新冠”,临时或永久也好,应急与后备也罢,正是因为装配式建筑技术所发挥的重要作用和产生的深远影响,远远地超过了它们本身。

(全文详见:https://mp.weixin.qq.com/s/hyapRWNikgDIxoyZTmqIWA)

二、装配式建筑简史

    本文通过全面回顾全球建筑工业化发展进程、发达国家装配式建筑的发展状况,以及我国装配式建筑发展历史和现状,多角度、系统地分析了我国目前装配式建筑发展存在的问题和改进意见。

01
装配式建筑定义

    1921年,“像造汽车一样造房子”的概念被法国建筑大师柯布西耶在《走向新建筑》中首次提起,希望建筑业像二十世纪的上半叶“批量复制”汽车那样,“批量复制”建筑。

    美国建筑产业协会(CII,1986)在一份基础报告中定义预先制造和预先组装如下:“预先制造(Prefabrication)是一种制造方法,一般是在专门设备上,把各种材料结合到一起形成一个最终安装部件”。

    英国建筑产业研究和信息协会(CIRIA,1997)定义预先组装如下:“预先组装(Preassembly):在最终就位之前,为一件产品组织和完成大部分的最终装配工作。它包括许多形式的分部装配。它可以是在现场,或远离现场进行,并且常常涉及标准化”。

02
早期装配式建筑

    广义上的装配式建筑包括许多当代和古代的建筑技术,世界上大多数地区所使用的砖和砌块也许是最简单的预制部件。

    从最初的“冬则营窟,夏则居巢”的远古时代一直到今天,人类所创造的所有建筑物基本都是“装配式建筑”。例如,中国在远古(河姆渡文化)时代就开创了“梁柱式” 建筑的“榫卯结构”,开始实施“装配式建筑”,并一直流传至今。

    浙江余姚河姆渡新石器文化遗址中发掘出来的木构榫卯,是至今为止,世界上考古发现的最早的预先制造制装配式建筑构件

    同样,公元前 8-6 世纪的古希腊建筑物都是用木材或泥砖或者黏土造的。大约在公元前 600 年,木材柱子经历了称为石化的材料变革,所有的柱子都采用了石材,并预先制造。

    古希腊建筑的结构属梁柱体系,早期主要建筑都用石材。限于材料性能,石材梁的跨度一般是4~5米,最大不过7~8米。石材柱以鼓状砌块垒叠而成,砌块之间有榫卯或金属销子连接,墙体也用石材砌块垒成。

03
第一次工业革命的契机

    1850年前后,第一次工业革命基本完成,英国成为世界上第一个工业国家。大英帝国处于鼎盛时期,英女王邀请世界各国参加大英帝国举办的第一届世界博览会。

    约瑟夫·帕科斯顿(Joseph Paxton)仰仗现代工业技术提供的经济性、精确性和快速性,第一次完全采用单元部件的连续生产方式,通过装配式结构的手法来建造大型空间,设计和建造了伦敦世界博览会会场水晶宫。


第一座装配式大型公建—伦敦水晶宫

    不到6个月就建成了宽408英尺(约124.4米),长1851英尺(约564米),共5垮,高三层,约7.4万平方米的建筑面积。水晶宫经历了从设计构思、制作、运输到最后建造和拆除的全过程,是一个完整的预制建造系统工程。曾经是19世纪前半期的铸铁技术总检阅之一。

    尽管是马拉肩扛,却首创了工厂预制构件,现场装配的技术模式,是现代建筑(钢材骨架和玻璃幕墙)的开山之作。

04
全球建筑工业化发展进程

    全球建筑工业化进程与工业革命进程息息相关,总的发展趋势愈益贴近人类文明的发展进程,并将引领全球建筑业的发展和变革。

    根据全球建筑工业化发展的内因和表现,其大致可分为以下4个发展阶段。

第一个发展阶段:建筑工业化 1.0 时代: 工厂化、机械化( 20世纪初 —20世纪中期)

    随着第二次工业革命的兴起和第一次世界大战的结束,欧洲各国经济复苏,技术的进步带来现代建筑材料和技术发展的同时,城市发展带来大批农民向城市集中,大量人口涌入城市,需要在短时间内建造大量住宅、办公楼、工厂等,为建筑工业化创造奠定了基础。

战争与灾难引发的住房需求

    欧洲大陆建筑普遍受到战争的影响,遭受重创,无法提供正常的居住条件,且劳动力资源短缺,此时急需一种建设速度快且劳动力占用较少的新建造方式才能满足短时间内各国对住宅的需求。于是装配式混凝土建筑萌生于此,并快速进入了欧洲各国的住宅领域。

    法国的现代建筑大师勒·柯布西耶便开始构想房子也能够像汽车底盘一样工厂化成批生产。他的著作《走向新建筑》奠定了工业化住宅、居住机器等最前沿建筑理论的基础。此间为促进国际间的建筑产品交流合作,建筑标准化工作也得到很大发展。

    装配式建筑在西方战后重建和经济恢复方面发挥了非常重要的作用,基于工厂化生产和机械化装配的建筑工业化概念开始形成,但技术不成熟,管理粗放,建造成本相对较高,不具备市场化条件,基本处于政府主导、企业参与的模式。
 
“赫鲁晓夫楼”奠定了早期预制装配式建筑规模化基础。


    主打“多快好省”的“赫鲁晓夫楼”曾是人类历史上最大的城市发展项目。面对二战后城市规模爆炸式扩张、人口迅速增长、住房严重短缺的现象,1954年,苏联政府在五年计划中提出,在最短的时间内以最低的成本改善城市居民的居住条件。

    雄心勃勃的苏联领导人赫鲁晓夫命令建筑师开发一种可迅速复制的建筑模板,使其成为“全世界的典范”。

    这种楼广泛采用组合式钢筋混凝吐部件与结构,预制件都是在工厂里流水线生产好的标准件,成本低廉,然后采用统一的工业化建造,所有楼房统一规格,如同复制黏贴一样,统一五层(设计师认为电梯成本太高,而且影响建造速度,所以把高度定位五层,极少会有三层或四层)。

    随后大规模的建设就此展开,莫斯科别利亚耶沃地区至今保留了大量“赫鲁晓夫楼”,后来,随着需求增长,高度达到十六层。

第二个发展阶段:建筑工业化 2.0 时代: 标准化、模块化(20世纪中期 — 20世纪末)

    20世纪50年代后,随着西方各国及日本战后经济的迅速崛起,第三次工业革命( 科技革命) 开始兴起,为装配式建筑的发展提供了良好的经济和技术条件,装配式建筑的标准化和模块化理念开始形成,装配式建筑的发展具备了良好的市场化基础,技术体系逐步完善,建造手段不断创新,装配式建筑迎来了高速发展期。

    虽然装配式建筑体系趋于完善,但大部分设计和建造都相对比较粗糙,而著名建筑马赛公寓,蒙特利尔67号住宅成为这一时期技术与艺术结合的例子。

日本公共住宅标准化设计和工业化生产

    1950年以后,日本经历了二战后的经济复兴期并随后进入高速增长期。大量人口涌入城市,住宅的短缺日益成为大城市严重的社会问题。日本从1955年开始制定、实施“住宅建设十年计划”,1961年实施“住宅建设五年计划”。

    1966年日本正式制定颁布“住宅建设计划法”,制定、实施《住宅建设的五年计划》。在计划中制定住宅的发展目标、人均住宅居住标准、公营住宅、公团住宅建设数量、新技术应用等等内容。

    1969年,《推动住宅产业标准化五年计划》被制定出来,日本广泛开展了对材料、设备、制品标准、住宅性能标准、结构材料安全标准等方面的调查研究,加强住宅产品的标准化工作,对房间、建筑部件、设备等尺寸提出了建议。

    从70年代开始,在日本,住宅的部件尺寸和功能标准有固定的体系。只要厂家是按照标准生产出来的构配件,在装配建筑物时都是通用的。日本创立了优良住宅部品认定制度,这一制度就是对住宅部品的质量、安全性、耐久性等诸多内容,进行综合审查。

    从1968年,“住宅产业”的概念在日本出现开始,经过几十年的发展,日本住宅生产IV化已经完全可以做到“如同生产汽车一样生产房屋”。

    大量部件通过机器生产,产品标准的固定化,以及整个建筑过程的精准化,使得日本成为住宅产业化的标志性国家,也成为世界学习的对象。

大板建筑受到普遍欢迎

    虽然大板建筑今天饱受诟病,但在当时大板住宅符合东德的社会意识形态,人人平等,整齐划一。在装配式住宅内,拥有现代化的采暖和热水系统,政府对装配式住宅有相应的补贴,所以当时的东德人民非常喜欢装配式住宅。

    1972-1990年,东德地区开展大规模住宅建设,并完成300万套住宅确定为重要政治目标,预制混凝土大板技术体系成为最重要的建造方式。这期间用混凝土大板建筑建造了大量大规模住宅区,如10万人口规模的哈勒新城(Halle-Neustadt)。

    不仅是德国,法国巴黎东郊大诺瓦西区为大批移民进入建设了大型后现代乌托邦社区,也是采用大板技术,这座以“天空之城”为寓意的后现代主义社区其标志性建筑是一座包含610间公寓的钢筋混凝土巨人,这座建筑的外立面采用预制装配式系统,包含大尺寸的预制构件,个性相当鲜明。


巴黎郊区的“天空之城”

第三个发展阶段:建筑工业化 3.0 时代: 信息化、产业化(20世纪末 — 21世纪初)

    2000年以后,随着信息化时代的到来,AutoCAD软件、BIM技术、网络技术和通信技术等在装配式建筑领域得到广泛应用,建筑工业化更加高效,集成,节能,更加个性化,风格化,有效促进了装配式建筑技术体系的完善和管理水平的提升,“通用体系”、“开放式建筑”和“百年住宅”概念开始形成,装配式建筑的发展具备了产业化条件,装配式建筑产业链在发达国家开始建立和完善。

    美国纽约迷你公寓项目意在为人口逐年激增的纽约市的年轻人提供买得起的迷你公寓。项目包括了55个预制单元,每个单元的面积为370平方英尺,层高为10英尺。这个项目的住宅单元包括设备装修全部在工厂完成,建造则在现场拼装,极大的降低了建造成本,提高了建设速度以及迷你公寓的居住质量。

第四个发展阶段:建筑工业化4.0 时代:节能化、智能化(2010年至今) 

    随着德国主导的工业4.0时代——第四次工业革命的到来,发达国家的人们对生活质量和环境也提出了更高要求,装配式建筑的内涵出现了升华,开始向着人本设计、环保建造和智能居住的方向发展,装配式建筑的科技、人本和文化内涵不断增强,建筑工业化进程与工业革命进程同步开启。

    伴随着BIM技术的成熟,3D打印等高科技技术手段进入建筑领域,而4.0时代将重新界定以设计为主导的地位,建筑设计不在被模数所限制,不仅可以打印小件物品,而且这项技术甚至可以彻底颠覆传统的建筑行业。

    2013年,荷兰建筑事务所 Universe Architecture 以莫比乌斯环为原型,利用3D打印技术创造了这座“没有起点也没有终点”的建筑——Landscape House。在带状的房屋里,天花板与地板相互轮换,扭曲的空间给人奇妙的视觉体验。


世界上最大的3D打印“建筑”—莫比乌斯环屋

    纵观建筑工业化的发展历史,特别是工业化住宅的发展,重要的契机和推动力主要来自四次工业革命的推动及战争与灾难引发的住宅需求。

    技术的进步带来现代建筑材料和技术的发展。而战后,欧洲国家以及日本等国房荒严重,迫切要求解决住宅问题,很大程度上促进了装配式建筑的发展。

05
发达国家装配式建筑发展特征
(略)

06
我国装配式建筑发展历程


我国装配式建筑发展历程

起步阶段—20世纪50年代 

    我国的建筑工业化发展始于20世纪50年代,在“一五”计划中提出借鉴苏联及东欧各国经验,在国内推行标准化、工厂化、机械化的预制构件和装配式建筑。

持续发展阶段—20世纪60年代至80年代初

    20世纪60-80年代,多种混凝土装配式建筑体系得到快速发展,预应力混凝土圆孔板、预应力空心板等快速发展;装配式建筑应用大量推广,北京从东欧引入了装配式大板住宅体系,建设面积达70万平米,至80年代末全国已经形成预制构件厂数万家,年产量达2500万平米。

低潮阶段—20世纪80年代末开始 

    唐山大地震发生后,采用预制板的砖混结构房屋、预制装配式单层工业厂房等在唐山大地震中破坏严重,引发了人们对装配式体系抗震性能的担忧,装配式建筑大量减少;大板住宅建筑出现渗漏、隔音差、保温差等问题;与此同时,随着我国建筑设计逐步多样化、个性化,各类模板、脚手架普及,商混普及,混凝土现浇结构得到了广泛的推广应用。

新发展阶段—2008年至今

     随着我国建筑科学的持续进步,抗震技术有了长足发展,为装配式建筑的发展打下了基础;与此同时,我国人口红利逐步消失,建筑业农民工数量减少,使得我国劳动力成本大幅提升,实现建筑工业化降低生产成本逐步得到建筑企业重视;2014年以来,中央及全国各地政府均出台了相关文件明确推动建筑工业化,形成了如装配式剪力墙结构、装配式框架结构、装配式钢结构等多种形式的装配式建筑技术,我国装配式建筑行业终于迎来了新的快速发展时期。

    2017年2月 《国务院办公厅关于促进建筑业持续健康发展的意见》。要坚持标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理、智能化应用,推动建造方式创新。力争用10年左右的时间,使装配式建筑占新建建筑面积的比例达到30%。

    2017年3月,住房城乡建设部一次性印发《“十三五”装配式建筑行动方案》、《装配式建筑示范城市管理办法》、《装配式建筑产业基地管理办法》三大文件,全面推进装配式建筑发展。

    伴随国家对数字中国、绿色建筑概念的重视不断加深,建筑发展形式也在发生转变,建设城市的概念不单单是追求现代化,而是更加注重绿色、环保、人文、智慧以及宜居性,装配式建筑具有符合绿色施工以及环保高效的特点。因此,全面推进装配式建筑发展成为建筑业的重中之重。

07
我国装配式建筑发展的思考
(略)

(全文详见:https://mp.weixin.qq.com/s/xq8JBgWsvEKAsXt0xL2jNA)  

 【扩展阅读】

1、应急住院护理单元?国外这样应用装配式技术~
    
https://mp.weixin.qq.com/s/76rqlAHakb0c3FZmsYDw3A

2、全球十大国家的装配式建筑发展现状
    美国、英国、德国、中国、日本、法国、加拿大、新加坡、丹麦和瑞典。
    https://mp.weixin.qq.com/s/c5ogrUQ7R9g4Fli64Pzuvg

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