虽然这个术语可能诞生于工业革命时期,但作为设计、制造和建造的整个过程,这项技术刚刚成熟。现在我们从高效、低成本、可持续的角度谈预制,但要达到今天的水平还有很长的路要走。
一,预制建筑的第一阶段
钢和混凝土现在是地球上最常见的两种建筑材料,但它们是相对较新的发明。在第一次和第二次工业革命的技术繁荣时期,这两次革命都开始大规模生产并用于结构目的。由于这两种材料依赖于浇筑,混凝土和钢结构的生产不可避免地涉及场外制造——预制。建筑制造迈出了预制结构构件标准化和机械化的第一步。
早期大型预制结构的一个例子是水晶宫(建于1851年)。伦敦主要位于海德公园,是国际工业展览会的举办地。巨大的玻璃和铁结构不仅容纳了这一事件,而且还展示了它所庆祝的工业潜力。作为典型的预制结构,铸铁部件和玻璃面板被带到现场,并在六个月内组装完毕。
该建筑的预制性质使其能够在展览结束后在伦敦南部的水晶宫公园被拆除、运输和重建。水晶宫展示了装配式建筑的基本特征,包括:大部分结构构件的异地生产、现场快速组装、建筑全生命周期的便捷运输。
但是,在这个早期阶段,预制是一种有助于打破现场施工限制的技术,而不仅仅是一种方法或一种风格(就像今天有些人认为的那样)。比如悉尼歌剧院、蓬皮杜中心等著名的公共项目都使用了很大比例的预制构件,但都被归为表现主义和高科技建筑,而不是预制设计。
二,21世纪前的装配式建筑
即使是在21世纪之前的几十年,在数字化建模普及之前,在数字化制造刚刚兴起的时候,预制化的过程仍然有很大的提升空间。无法生产完全匹配的组件可能会进一步导致返工有缺陷组件和相应运输的额外成本,尤其是在处理复杂表单时。在这种情况下,现场浇筑更节省时间,因为在施工过程中可以纠正错误。
尽管如此,在破坏严重、资源匮乏的伦敦等城市,装配式建筑是解决战后住房短缺的主要因素。预制结构是低预算和重复结构的完美解决方案。即使在战后恢复时期之后,预制仍然处于发展阶段,并且在整个20世纪的最后几十年里一直在持续发展。
三,当代预制建筑
数字化、信息化时代,数字化设计制造的精细化、通用化,将概念预制提升到了超越以往建筑实现技术的地位。相反,它开始成为一种独立的设计方法。再加上BIM(建筑信息模型)等系统——的发展,支持建筑生命周期不同阶段之间更好的数据和信息同步——装配式建筑的时间和成本效率最近提高到了前所未有的水平。当代建筑中常见的预制结构按主要结构材料大致可分为三类:预制混凝土、预制钢和预制木结构。三者中,由于材料的力学性能,预制钢体系是满足结构预期的最简单方法。同时,混凝土系统通常需要在预制构件之间的接缝处进行现浇,这可能会导致结构稳定性的丧失。
预制混凝土系统通常用钢加固。预制混凝土框架体系可用于低层建筑,而预制框架与预制结构墙的混合结构更适用于中高层建筑或结构性能要求较好的结构。在大多数情况下,现场浇筑仍然是充分利用混凝土作为结构材料的一种更简单的方法,因为构件之间的接缝可能需要额外的钢筋,但现场浇筑成一致构件的结构不需要。因为预制混凝土系统需要高标准的接头,这些系统的结构性能很大程度上取决于制造和施工质量。
相比之下,预制钢框架结构对大多数可回收接头和钢构件具有更大的公差。然而,钢铁生产和再生产所需的热量仍然主要由燃烧化石燃料支撑,这导致钢铁作为一种材料的碳足迹很大。相比之下,木材等自然生长的材料可以是低碳的和可再生的(仅在结构木材富含当地资源的地区)。
除了结构部件,预制也可以通过模块化设计顺利进行,即现成的单元在场外制造,在现场堆放在一起。这允许更快的施工过程,这是在紧凑场地或对控制施工影响有严格要求的场地中设计雄心的理想方式。例如,在拥有私人住宅环境的紧凑场地上,如屡获殊荣的A级建筑Hadaewon Housing,预制模块可实现快速、安静和干净的施工过程。
经过几十年的技术发展,我们现在有能力继续探索装配式建筑的潜力,并开始将其视为降低我们设计对环境影响的标准方法。——可能性只会继续扩大!
结语
建筑 + 实验设计、建筑 + 预制和建筑 + 新技术。
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