装配式|德国装配式建筑发展研究

作者单位：北京五合国际工程设计顾问有限公司

本文已发表于《住宅产业》至7月德国共有59752套独栋或双拼式住宅通过审批开工建设，其中预制装配式建筑为8934套。这一期间独栋或双拼式住宅新开工建设总量较去年同期增长1.8%；而其中预制装配式住宅同比增长 7.5%，显示出在这一领域装配式建筑受到市场的认可和欢迎。

单层工业厂房采用预制钢结构或预制混凝 土结构在造价和缩短施工周期方面有明显优势，因而一直得到较多应用。

二、发展现状

预制装配式建筑发展过程中，规模最大、最有影响力的当属预制混凝土大板建筑。

（一）原东德地区的预制混凝土大板建造技术的应用

由于战后需要在短期内建设大量住宅，东德地区1953年在柏林约翰尼斯塔（Johannisthal）进行了预制混凝土大板建造技术第一次尝试。 1957年在浩耶斯韦达市（Hoyerswerda）的建设中第一次大规模采用预制混凝土构件施工。 此后，东德用预制混凝土大板技术，大量建造预制板式居住区（Plattenbausiedlungen）。预 制混凝土大板住宅的建筑风格深受包豪斯理论影响。

1972〜1990年东德地区开展大规模住宅建设，并将完成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区、城区，如10万人口规模的哈革力新城（Halle-Neustadt）。在 1972 〜1990 年大规模住宅建设期间，东德地区新建、改建共300万套住宅，其中180万〜190万套用混凝土大板建造，占比达到60%以上，如果每套建筑按平均60平方米计算，预制大板住宅面积在1.1亿平方米以上。东柏林地区1963 〜1990年间共新建住宅27.3万套，其中大板式住宅占比达到93% （数据来源：Die»Losungder Wohnungsfrage« 作者ieterHanauske）。

住宅建设工程耗费了东德大量财政收入。 为节约建造成本和快速建设，设计开发出不同系列厂品，如Q3A，QX，QP，P2系列。预制混凝土大板住宅项目大量重复使用同样户型、类似的立面设计。大板建筑规划形态僵硬缺少变 化，在老城区通常采用推到重建模式，破坏了原有城市肌理。

大板建筑当时受到普遍欢迎，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。预制混凝土大板技术建造的工业化住宅，功能基本合理，拥有现代化的采暖和生活热水系统，独立卫生间，比没有更新改造的20世纪初期建造的老住宅舒适。由于得到东德政府的大量财政补贴，因而这种工业化住宅租金不是很高，受到当地居民的欢迎。大量新建居住区，导致原有历史街区中的住宅吸引力下降，出租率低，租金无法支持建筑的维护，历史街区中的建筑逐渐破败。这种现象也导致政策制定者重新思考补贴政策，甚至开始尝试用预制技术进行老城历史建筑的改造更新。

上世纪80年代以后，东德政府开始在一 些城市的重要地区，尝试从规划和城市空间塑造方面，借鉴传统城市空间布局与建筑设计， 打破单调的大板建筑风格。

图9-1为柏林市中心根达曼市场 （Gendarmenmarkt），用复杂的预制大板技术建造具有传统风格的建筑。图9-2为罗斯托克市中心，带有传统红砖哥特风格的预制大板式建筑。

（二）原西德地区的预制混凝土大板建造应用

二次大战之后，原西德地区也用混凝土预 制大板技术建造了大量住宅建筑，主要用于建设社会保障性住宅。1957年西德政府通过了《第 二部住宅建设法》（II.WoBauG），将短期内建设满足大部分社会阶层居民需求的、包括具有适当面积、设施、可承受租金的住宅，作为住宅建设的首要任务。混凝土预制大板技术以其建设速度快、造价相对低廉因而也在西德地区有 大面积应用。较著名的项目包括：

格罗皮乌斯和科布希埃参与的著名的柏林汉莎街区的住宅项目有6000居民。

慕尼黑纽帕拉赫居住区（Neuperlach）有 55000居民。

纽伦堡朗瓦萨居住区（Langwasser）有 36000居民。

柏林曼基仕居住区（Mgrkisches Viertel） 有36000居民。

法兰克福西北新城（Nordweststadt）有 23000居民。

汉堡施戴斯胡珀（Steilshoop）有20000居民。

曼海姆佛格斯唐居住区（Vogelstang）有 13000居民。

科隆克崴勒新城（Chorweiler ）有100000居民。

西德地区有大量预制大板建筑，虽然在总建设量中占比不高，但总量估计也有数千万平方米。

西德地区居住使用面积1970年为人均22 平方米，1991年上升到人均36平方米。2007 年人均超过40平方米。

三、标准规范研究

德国建筑业标准规范体系完整全面。在标准编制方面，对于装配式建筑首先要求满足通用建筑综合性技术要求，即无论采用何种装配式技术，其产品必须满足其应具备的相关技术性能：如结构安全性、防火性能以及防水、防潮、气密性、透气性、隔声、保温隔热、耐久性、 耐候性、耐腐蚀性、材料强度、环保无毒等。同时要满足在生产、安装方面的要求。

企业的产品（装配式系统、部品等）需要出具满足相关规范要求的检测报告或产品质量声明。

单纯结构体系，主要需满足结构安全、防火性能、允许误差等规范要求；而有关建筑外围护体系的装配式体系与构件最复杂，牵涉的标准最多。装配式建筑相关标准非常多，部分标准分列如下：

（一）有关混凝土及砌体预制构件、装配式体系的标准规范包括：

DIN1045-3混凝土，钢筋预应力混凝土机构。第3部分：建筑施工DIN13670的应用规则。

DIN18203-1建筑误差-第1部分：混凝土、 钢筋混凝土和预应力混凝土预制件。

DIN EN13369预制混凝土产品的一般性规定。 DIN1045-4混凝土，钢筋预应力混凝土机 构。第4部分：预制构件的生产及合规性的补 充规定。

DIN EN 13670混凝土结构的允许误差根据 DIN18202 及 DIN18203。

DIN EN 14992预制混凝土产品-墙体。 DIN EN1520带开放结构的轻集料混凝土预制件。

DIN EN13747预制混凝土产品楼板系统用板。 DIN1053-4砌体。第四部分：预制构件。

（二）有关钢结构、装配式体系的标准规范包括：

DIN EN1993-1-1/NA钢结构设计第1-1部分：建筑物一般性规定和设计规则，欧盟标准 3国家参数。

DIN EN1993-1-2/NA钢结构设计第1-2部分：结构防火设计一般规则，欧盟标准3国家参数。

DIN18800-1钢结构建筑-第一部分：设计和构造。

DIN18800-7钢结构建筑-第7部分：施工和生产资格。

DIN EN ISO 16276-1钢结构腐蚀防护涂层系统，涂层附着性（粘结强度）的评估及其验收标准，第1部分：撕裂测试。

DIN EN 10219-2由非合金和细晶粒结构钢 制造的建筑用冷加工的焊接空心型钢，第2部分：限制大小、尺寸和静态值。

DIN18203-2：建筑公差-第2部分，预制 钢构件。

BFS-RL07-101生产和加工建筑钢结构。

（三）有关预制木结构、装配式体系的标准规范包括：

DIN EN1995-1-1/NA：木结构的设计和构造，1-1部分：一般性规定-一般性规则和有关 建筑物规定，欧洲规范5 -国家参数。

DIN EN1995-1-2/NA，木结构的设计和构 造，1-2部分：一般性规定-承重构件的防火设计，欧洲法规5-国家参数。

DIN EN14250木结构建筑-对采用钉片连 接的预制承重构件产品的要求。

DIN EN14509两侧带有金属覆层的承重复 合板-工厂加工产品-技术要求。

DIN EN408，木结构-承重木材和胶合木材 -物理和力学性能的规定。

DIN EN594，木结构-试验方法-板式构造墙体的承载能力和刚度。

DIN EN595，木结构-试验方法-检测框架式梁确定其承载能力和变形情况。

DIN EN596，木结构-试验方法-板式构造墙体柔性连接的检测。

DIN EN1075，木结构-试验方法-钉板连接。

DIN18203-3，建筑公差-第3部分：木材和木基材料的建筑部品。

（四）有关预制金属幕墙、装配式体系的标准 规范包括：

DIN EN1999-1-1承重铝结构的设计和构造，第1-1部分：一般设计规定。

DIN EN1999-1-4/A1承重铝结构的设计和构造，第1-4部分：冷弯压型板。

DIN EN14509，自承重式双面金属覆盖夹芯板-工厂制造产品-规格。

DIN EN14782 （Norm），适合室内和室外工程使用的、自承重式金属屋面板和墙面板-产品规格和要求。

DIN EN14783适合室内和室外工程使用的、整面支撑的金属屋面板和墙面板-产品 规格和要求。

DIN18516-1带后侧通风构造的外墙覆板，第一部分：要求，检验原理。

DIN24041穿孔板。

四、不同类型装配式建筑的技术体系研究

（一）工业化预制建造技术的优点

工业化预制建造技术的优点是大量建造步骤可以在厂房里进行，不受天气影响，现场安装施工周期大幅缩短，非常适用于每年可以进 行室外施工时间较短的严寒地区。此外，建筑 构件部品在工厂加工制造，利用机械设备加工 制造，工作效率高，精度和质量有保障。

（二）工业化预制建造的缺点

成本高：

在预制建筑出现的初期，工业化建筑产品成本低于传统古典建筑。而今天用预制混凝土大板形式建造的住宅和办公大楼的成本通常高于常规建造技术建造的建筑物。原因：钢筋混凝土墙比砌体墙更贵。预制梁、板结构上大都是简支梁而非连续梁，因而需要较多的用钢量。 此外，预制件的连接点通常非常复杂，有些须采用造价较高的不锈钢材料连接。如果使用了保温夹芯板构造，节点更加复杂，大板缝隙的密封处理也会导致额外的费用。大体量的预制板的运输导致更高的运输成本。

缺少个性化：

工业化预制建造技术的缺点是任何一个建设项目，包括建筑设备、管道、电器安装，预埋件都必须事先设计完成，并在工厂里预埋到混凝土大板内，只适合大量重复建造的标准单元。而标准化的组件导致个性化设计降低。

德国现代建筑工业化建造技术主要可分为 三大体系，分别是预制混凝土建造体系、预制钢结构建造体系、预制木结构建造体系。

（三）预制混凝土建造体系

（1）预制混凝土大板体系

虽然上世纪中叶以后德国有大量混凝土预制大板建造的居住区项目，但这类项目今天看来大部分不太受欢迎，如今预制混凝土大板建造技术在德国己遭抛弃，从20世纪90年代以后基本没有新建项目应用。取而代之的是追求个性化的设计，应用现代化的环保、美观、实用、 耐久的综合技术解决方案，满足使用者的需求。 通过精细化的设计，模数化设计，使大量建筑 部品可以在工厂里加工制作，并且不断优化技术体系，如可循环使用的模板技术，叠和楼板 （免拆模板）技术、预制楼梯、多种复合预制外墙板。因地制宜，不追求高装配率。

（2）预制混凝土叠合板体系

德国大量的建筑是多层建筑。现浇混凝土支模、拆模，表面处理等工作需要人工量大、 费用高，而混凝土预制叠合楼板、叠合墙体作为楼板、墙体的模板使用，结构整体性好，混凝土表面平整度高，节省抹灰、打磨工序，相比预制混凝土实体楼板叠合楼板质量轻，节约运输和安装成本，因而有一定市场。有资料显示，混凝土叠合预制板体系在德国建筑中占比达到50%以上。采用这种装配结构体系，外立面形式比较灵活。由于德国强制要求的新保温节能规范的实施，建筑保温层厚度在20cm以上。从节约成本角度考虑，采用复合外墙外保温系统配合涂料面层的建筑居多。

（3）预制混凝土外墙体系

2012年在柏林落成的Tour Total大厦，代表了德国预制混凝土装配式建筑的一个发展方向。建筑面积约28000平方米，高度68米。 外墙面积约10000平方米，由1395个、200多 个不同种类、三维方向变化的混凝土预制构件装配而成。每个构件高度7.35m，构件误差小于0.3cm，安装缝误差小于0.15cm。构件由白色混凝土加入石材粉末颗粒浇铸而成，精确、细致的构件、三维方向微妙变化富有雕塑感的预制件，使建筑显得光影丰富、精致耐看。

（四）预制钢结构建造体系

（1）预制高层钢结构建造体系

高层、超高层钢结构建筑在德国建造量有限， 大规模批量生产的技术体系几乎没有应用市场。 同时高层建筑多为商业或企业总部类建筑，业主对个性化和审美要求高，不接受同质化、批量化、 缺少个性的装配式建筑。此外，近年来高层、超高层钢结构建筑的承重钢结构以及为每个项目专 门设计的复杂精致的幕墙体系，都是采用工业化生产、到现场安装的建造形式。因此，可以归纳 到个性定制化装配式建筑。

法兰克福德国商业银行总部大楼是德国为数不多的高层钢结构建筑。钢制构件和金属玻 璃幕墙采用工业化加工、现场安装方式建造。

法兰克福商业银行塔楼，获得德国2012 年钢结构建筑奖的帝森克虏伯总部大楼，代表德国近年来钢结构建筑的一个发展方向。由于混凝土结构优异的防火、隔声、耐久、经济实用等性能以及现代建筑技术能够成熟地利用混 凝土结构优异的蓄热性能，来满足愈来愈高的建筑节能和室内舒适度要求，使混凝土或钢混结构成为德国高层建筑最主要的结构形式。建筑核心筒和楼板通常采用现浇混凝土形式、梁和柱采用钢材、钢混或混凝土形式，以满足承载、防火、隔声、热惰性等综合技术要求；建筑外墙、隔墙地面、天花等部品则大量采用预 制装配系统。

市森克虔伯总部大楼为钢混和钢结构建筑，楼板为现浇钢筋混凝土，以满足防火、隔声、热惰性等综合技术要求，外墙、隔墙、楼面、天花等采用预制装配系统。

2014年落成的欧洲央行总部大楼，一定程度上代表了德国高层办公建筑发展的特点。项目位于法兰克福，建筑高度185m。采用双塔形式，两栋塔楼之间形成一个巨大的室内中庭， 中间用钢结构设置多层连接平台，布置绿化和交往空间。建筑结构为现浇钢筋混凝土，以满足承载、防火、隔声、热惰性等综合技术要求； 高性能的全玻璃幕墙、隔墙、楼面、天花等采用预制装配系统。

法兰克福欧洲央行总部大楼，建筑结构为现浇钢筋混凝土，以满足承载、防火、隔声、 热惰性等综合技术要求；高性能的全玻璃幕墙、 隔墙、楼面、天花等采用预制装配系统。

（2）预制多层钢结构建造体系

汉诺威VGH保险大楼采用一种模块化、多层钢结构装配式体系建造。由承重结构、外 墙、内部结构和建筑设备组成。基本构件：楼 板5.00m×2.50m，厚度 20cm （可加长 10.00）， 墙板3.00×l.25m，厚度15cm。楼板和墙板由U型钢框架和梯形钢板构成，表面防火板。楼面地面可采用架空双层地面构造。楼板和承重墙板之间采用螺栓固定，并用柔性材料隔绝固体传声。墙板之间可作为窗、门、百叶等。非承重隔墙采用轻钢龙骨石膏板墙体。

汉诺威VGH保险大楼，采用模块化、多层钢结构装配式体系建造。

（五）预制木结构建造体系

德国小住宅领域（独栋和双拼）是采用预制装配式建造形式最高的领域，而其中大量采用的是木结构体系。木结构体系之中又细分为木框板结构、木框架结构、层压实木板材结构三种形式。

（1）木框板结构：

承重木框架与抗剪板体是木框板结构建筑的特点。框体采用实木，最好是构造用全实木 （KVH）形式。板材主要由木材或石膏板材料构成。标准化的木截面和标准化的板材尺寸使加工生产和建造得到优化。实木框架和板材有 机组合，形成的墙壁、楼板和屋顶结构体系， 能够有效地吸收和承载所有垂直和水平荷载。 木框板结构建筑自重轻，保温层位于木框材料厚度之间，因而建筑显得轻盈。

要达到被动房的节能水平，需要增加外侧 或内侧保温材料，这一步可以在工厂预先完成。外墙部分可以选择装饰木材面板、面砖或保温 层加涂料等形式。

在工厂预制的墙体等板材中，己经预先安 装好建筑的保温隔热、隔蒸气层和气密层以及建筑上下水、电气设备管线、或预留穿线和接口空间。工厂预组装的组件还包括建筑的外门和窗户。工地上的工作包括：建筑上下水管线和电气线路的连接，瓷砖、地板、粉刷、室内 门等。预制装配建筑，可以保证质量、控制成本， 大大缩短了施工周期：通常在地下室或建筑地面板完成之后五个星期内可入住。

计算机控制、自动化生产、现代化的生产组织优化使工业化预制木结构住宅不断完善进步。预制木结构建筑质量有严格保证，每件预制产品在出厂时都有质量检测合格标识。

除了小住宅建筑之外，木框板结构在办公建筑、幼儿园、多层住宅、商业建筑等领域也有应用。

（2）木框架结构

木框架结构体系是指垂直承载的木制柱和水平承载的木制梁组成的木结构体系。 木材大多采用工程用高质量的复合胶合木 （Brettschichtholz），跨度可达5m。这种工程用复合胶合木，也被用来建造大跨度体育馆等建筑。辅助性木结构，如楼板次梁、檩条等则采用构造用实木。

用木框架结构体系建造的房屋，其外墙板也具有保温隔热层，隔蒸气层和气密层，但木 框架结构体系中的内外墙板不承担任何结构作 用。建筑物的抗剪由木制、钢制斜撑或刚性楼 梯间承担。由于墙体是填充性构件，因而墙体可随意布置并在未来轻松更改，楼板也可方便设置挑空构造。建筑内部空间灵活流动，开窗位置与面积灵活，采光和景观好。

（3）层压实木板材结构

层压实木板材结构建筑近十年来得到快速发展。实木板材结构采用交叉层压木材 （Brettsperrholz），有很好的结构承载性能，可以加工制成楼板、墙体、屋面板。现代化的计算机控制切割机床，能够轻松切割出任何需要的洞口和形状。层压实木板材结构不受建筑模数限制，可以创造出独特的、纯净的空间，受到建筑师、结构工程师和业主的青睐。层压实木板材结构，同以上两种结构形式一样，可以在工厂加工预制，到现场组装。

五、经验借鉴与启示

（一）预制混凝土大板建筑的经验教训

德国早期预制混凝土大板（PC）建造技术的出现和大规模应用，主要是为解决战后时期城市住宅大量缺乏的社会矛盾。用预制混凝土大板建造的卫星城、城市新区深受20世纪初以《雅典宪章》为代表的理想主义现代主义城市规划思潮的影响。《雅典宪章》试图克服工业城市带来的弊病，摒弃建筑装饰，用工业化的技术手段，快速解决社会问题，创造一个健康、平等的社会。 但人类社会是非常复杂的，城市发展更是复杂的，由于当时的规划指导思想的局限性，建筑过分强 调整齐划一，建筑单元、户型、建筑构件大量重复使用，造成这类建筑过分单调、僵化、死板， 缺乏特色，缺少人性化。有些城区成为失业者、 外来移民等低收入、社会下层人士集中的地区， 带来严重的社会问题。

（二） 对中国的借鉴与思考

中国城市建设的高潮己基本过去，大量城市建筑需求量接近饱和，没有依靠混凝土大板技术快速大规模建设住宅的需求；推动德国混凝土大板建筑大规模应用的另一个因素是以《雅典宪章》为代表的早期现代城市规划与现代建筑指导思想，发达国家对此经过深度反省、己基本放弃。因此，推动德国当年混凝土大板建设的两大动因在当今的中国社会都不存在。

混凝土大板建造体系在人性化城市空间塑 造、个性化建筑表现、建筑成本控制、建筑构造技术问题解决等方面都存在严重不足，这是混凝土大板体系今天在德国被抛弃的根本原因，这点值得我们深思。中国不应盲目推广混 凝土大板建设体系，特别不应为了追求预制率水平而推广混凝土大板建设体系。

（三） 德国建筑工业化发展趋势

今天德国的建筑业突出追求绿色可持续发 展，注重环保建筑材料和建造体系的应用。追求建筑的个性化、设计精细化。由于人工成本 较高，建筑领域不断优化施工工艺，完善建筑施工机械、包括小型机械，减少手工操作。建筑上使用的建筑部品大量实行标准化、模数化。 强调建筑的耐久性，但并不追求大规模工厂预 制率。其建筑产业化体现在：

工厂化：

大量构件、部品在工厂生产，减少现场人工作业、减少湿作业。

工具化：

施工现场减少手工操作，工具专业化、精细化。

工业化：

现代化制造、运输、安装管理，大工业生产方式产业化。

BIM系统的全面应用，全行业，全产业链 的现代化，工业4.0模式。

建造技术方面：

办公和商业建筑的建造技术以钢筋混凝土现浇结构、配以各种工业化生产的幕墙（玻璃、 石材、陶版、复合材料）为主。

预制装配式多层住宅建筑以钢筋混凝土现浇结构和砌块墙体结合，复合外保温系统、外装以涂料局部辅以石材、陶板等为主。联排及独立住宅则有砌体、 木结构、少量钢结构常规建造体系以及工业化生 产预制砌体、预制木结构全精装修产品。

工业厂房、仓储建筑成本控制严格，以预制钢结构、混凝土框架结构，配以预制金属复合保温板、预制混凝土复合板居多。

建造体系的选择：

经济性、审美要求、施工周期、功能性（防火、隔声、维护、使用改造的灵活性、热工舒适性…）、环保与可持续 性等方面的综合考量是选择何种建造体系的关键。大部分装配式建筑，由于重复大量使用相同构件，容易出现单调、廉价的感觉。但通过精细化设计，利用预制装配式构件，也能够建设个性鲜明、较高审美水平的建筑。

（四）对中国的借鉴与思考：

中国推广装配式建筑最主要的目的应是提高建筑产品质量、提高建筑的环保和可持续性。建筑产业化的发展方向应该是工厂化、工具化、 工业化、产业化的全面推进。特别是应该大幅提高建筑材料、部品、成品的质量标准要求和生产、建造、安装过程中的环保要求。应因地制宜选择合适的建造体系，发挥建筑工业化的 优势，达到提升建筑品质和环保性能的目的，而不是盲目追求预制率水平。

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