分析国际幕墙行业技术发展概况及趋势
42422011-11-29 13:17:05
幕墙是现代科学技术发展的产物，是现代主义高层建筑时代的显著特征，也是现代科技与建筑的结合的体现，它的独特的色彩与光影，多变的造型，吸引业主和建筑师，同时也使大量厂商进入幕墙市场。在国际上它的发展是有一个漫长的历史过程，从它出生到现代已经历了四个时代。
第一个时代是1800年到1960年，在这一个时代里，具有代表性的幕墙技术工程是1851年英国伦敦的古利斯塔尔大厦，层高是35层，首次采用钢筋和玻璃组成的圆盖雏形幕墙，之后在1880年美国研制成铸铁饰面板材，首先用在幕墙上。但发展很缓慢，一直延续50多年，直到1886年铝的出现使用在1930年美国建造成的施密斯管理大楼的铝合金幕墙上后，加之1948年保温中空双层玻璃在美国的出现和1950年近代密封胶问世，开始使用在幕墙结构上，人们才逐步地认识幕墙的潜在优势。于是美国、西德、日本的建筑师们，才放开眼界，采用了钢、铜、铝等材料，设计成各种形式的幕墙，如钢质彩板幕墙、铝板幕墙、钢铝结构幕墙、铝合金玻璃幕墙、光亮覆盖板幕墙等。由于铝质幕墙重量轻，耐腐蚀，易加工，可以达到理想的建筑艺术造型，强度、刚度适度，价格适宜，得到广泛应用，成为现代建筑的象征。迄今世界最轻的幕墙体系之一，是美国达拉斯市的共和国银行的外罩面幕墙，其重量为29,7kg/m2，该幕墙由3.2mm厚铝板，5mm厚纤维保温板和单层带铝框的玻璃所组成的。
其次是1951年在美国纽约建造的联合国大厦，层高39层，长88m，进深22m，这个大厦就是采用较早的铝合金玻璃幕墙，其框格跨度是1.22m，用的是纤维玻璃，虽密封较差，但是就其当时建筑来讲还是相当壮观的。
在此阶段，由于没有完整标准规范作指导，也曾出现一些事故。如美国波士顿约翰·汉考克大楼60层在大风作用下16块玻璃破碎，49块严重损坏，100块开裂，后来不得不更换了所有的10348块玻璃，损失价值700万美元以上，还耽误了几年的使用期。直到1960年美国行业协会编制出《幕墙设计指南》，质量情况才开始好转。所以，这个时代幕墙的技术特点是：（1）幕墙结构简单，只使框料和横料构成，在工地上进行加工与组合安装施工，质量控制上有困难；（2）不充足的空间无法允许温度变化，楼板的挠度、地震、沿降所产生的膨胀位移；（3）抗水密性差，在框料的接头上，只采用密封胶密封，渗水又无法排出，易导入室内；（4）安装困难，外墙安装靠脚手架，须有资格的人来作业，增加工地成本及品质控制成本。
第二个时代是1960年到1980年，这个时代幕墙被认为是现代技术发展在建筑物上的标记，建筑师在设计上广泛采用。特别是超高层建筑，如世界上有名的建筑物，美国芝加哥西尔斯大厦，是110层，高442m，和芝加哥汉考克大厦，100层，高344m的明框玻璃幕墙。到1970年硅酮结构，密封胶的出现和雨幕原理的应用，加之着色玻璃、镀膜玻璃的出现，断面铝型材的出现，使幕墙向着更快更美的方向发展，例如1972年美国纽约世界贸易中心，就是这个时代的典型代表作，它是美籍日本人亚马司柯设计的，楼体110层，高412m，采用两种断面铝型材，固定玻璃面积大，且带有开启扇，设计风荷载达576kg/m2,保证25年不破坏。对风、水、压和热工非稳定性进行了模拟试验，室内温度可控制在±1.5℃，各种性能均属一流，外形宏伟壮观，有强烈的时代感，是当时世界令人瞩目的建筑物。
这个时代的幕墙的特点是：（1）采用等压平衡设计原理的新技术，不再依赖于密封所有洞口，在内外层之间的空间设计成相同的压力，解决水密、气密等质量问题；（2）单元系统板块在工厂里单独加工、组合完成，清洁度等天然加工所带来的不利条件得以克服，永久性的品质控制得到保证，单元体在运输到工地去安装在每层楼上。
第三个时代是1980年到1990年间，这个时代的技术革命发展较快又有许多新材料的出现，如铝复合板、结构硅酮、密封胶、耐候胶，以及玻璃的多品种的出现，用它多变的特征，增加品种特色交流，使它成为世界性的全球产品。生产厂是在美学要求下诞生设计方案，并提供三性试验和十年质保书，结构品种多变有复合式、悬挂式、镶嵌式、明框、半隐框、全隐框、全玻璃幕墙等品种，结构新颖如美国洛杉矶的跑马场的全玻璃幕墙，新加坡香港中国银行大厦，香港奔达中心大厦，在建筑物形体上产生丰富变化，实现奇特的雕塑效果。还有朝鲜平壤的柳京大厦，105层，高341m，有一幢主楼和三幢附楼构成，建筑面积是58万m2，是金字塔型，内设4800间客房，其中包括总统间和国家元首间，有80部电梯，三部观光电梯，配有12台擦窗机，该大厦用了10万m2全隐框反射镀膜玻璃幕墙、金属板幕墙、石材幕墙，其整个幕墙面积当时称为世界最大、难度很高、新颖多姿美丽漂亮，可称为是一幢气势磅礴的宏伟建筑。而单元式幕墙在20世纪50年代被大量使用，如美国52年建成的匹兹堡市布阿尔康大厦就是当时典型的代表作。点驳接式幕墙最早出现在德国，现在德国也是使用得最多，应用得最广，设计技术也比较成熟。
这一代幕墙的特点是：（1）采用新技术、新工艺、新材料，营造新的结构造型，体现了较多的美学观点；（2）向功能化和舒适化方向发展；（3）幕墙的风压、气密、水密等三性较好。
第四代幕墙是从1990年至今。这代幕墙是世界幕墙高度发展的新时代，有许多新技术观念，展现在宏观设计和微观设计方案的构思中，体现出独到的智能化。它是新技术、新工艺、新材料、新设备高度发展、创新融合而成的产物。如美国的早期实用空气羌和光电幕墙。实用空气羌它是收集热能在两片玻璃之间，使用温室效应，夏天热量经过空气收集器，引导热量到建筑物顶部，把贮存在水箱里的水加热；冬天，通过空气分离器，把热空气引导到室内，形成温室效应。
光电幕墙的产生是在二十世纪初期，由于世界经济的发展，在一些国家出现能源危机，因此光电幕墙开始研发。那么什么是光电幕墙呢？它是一种集发电、隔音、隔热、安全、装饰功能于一体的新型建筑幕墙，它是用光电池、光电板技术，把太阳光转化为电能，它关键的技术是太阳能光电池技术。太阳能光电池是利用太阳光的光子能量，使得被照射的电解液或者半导体材料的电子移动，从而产生电压，这称为光电效应。多个太阳能光电池经加固处理，镶嵌在特殊的透明度极高的低铁玻璃中，彼此之间经过其背面的导线相连，从而构成了一个整体的光电板。光电板的尺寸规格可以根据实际工程的幕墙分格方案进行量体定型制作，在阳光照射下产生直流电，所有光电极产生的电能，通过多极集成电路整流，变压等过程，转化成供使用的交流电，送入用户电网。此幕墙体现了智能化特点，把太阳能光电技术集成到幕墙中不占有建筑面积，且太阳能光电板优美的外观，具有特殊的装饰效果，更赋予建筑物鲜明的现代科技色彩。
设计时除考虑光电池组、光电板、导线、集成电路、整流器等各因素外，还需考虑幕墙传统的安全、防护、密封、装饰等功能，各项指标必须满足国家标准规定，使其达到最佳使用效果。还要考虑安装方向，安装阳光照射时间长的部位，如墙楣部分或屋顶等应面南或东南、西南方向。还有双层玻璃幕墙，它是由双层结构组合而成的幕墙，内层一般都有能够开启的门窗，在外层幕墙的遮挡下，室外环境再恶劣也能保证内层门窗的正常开启，外层幕墙的进出风口和内层门窗的开启均能控制，内外层之间的热通道，可利用太阳能产生烟囱效应或温室效应，从而做到既保证必要的通风、换气，又能够节约能源。它的原理，早在二十世纪三十年代就有人提出并进行实践，如当时法国建筑师皮埃尔卡洛设计的玻璃住宅就利用了这个原理，到二十世纪80年代首先在德国得到较为广泛的应用。如德国杜伊斯堡的商业促进中心幕墙工程、波恩邮政总局大楼幕墙工程、法国巴黎大学研究所幕墙工程、美国纽约的西方化学中心幕墙工程，被誉为典型的高层建筑的双层玻璃幕墙，这一高新技术产品的幕墙，在提高幕墙的隔热性能、生态环保功能和节省能源消耗等方面都有很大的突破。
其次是生态幕墙，它是随着建筑生态化的发展而发展的，何为生态建筑呢？根据建筑物的使用功能或使用要求，能够改变建筑生态和建筑色彩的建筑称之为生态建筑。根据使用功能或使用要求，能够改变生态和色彩的建筑幕墙称之为生态幕墙，生态幕墙是生态建筑的一种，是生态外围护结构的建筑。它是以“可持续发展”为战略，以使用的高新技术为先导，以生物气候缓冲层为重点，节约资源，减少污染，是健康舒适的生态建筑外围护结构。生物气候缓冲层（BBL）是指在生态系统结构的框架内，通过建筑构件或建筑群体之间的组合关系，对建筑实体和建筑细部等进行设计和处理，在建筑与周围生态环境之间，建立的一个缓冲区域，既可以在一定程度防止各种极端气候对室内影响，又可以强化各种微观气候调节的效果，进而满足人们种种舒适的要求，并且能够达到适当节能的目标。BBL大到如街道、广场等空间，也可以是建筑物的外围护结构，建筑物的中庭等空间，还可以小到建筑物的细部构造等，它以超出常规建筑学和建筑工程学的范畴，成为一个系统工程，而要建筑师、结构工程师和幕墙工程师熟悉机械传动原理，了解机械加工、装配以及物理、化学和自动控制等相关科学专业的知识，需要多学科的协调，各专业的通力合作。生态建筑与生态幕墙在三维空间中，引入了时间，在功能及美学上具有独特的意义，可以称其为“四维建筑”，即静与动，封闭与开放，收敛与张开，空间与时间，使建筑和幕墙更具有鲜明的音乐韵律。改变了传统建筑和幕墙终身不变的形态和色彩，拓宽了建筑和幕墙的新视野和新技术，对现代建筑和幕墙的实践和理论是一种补充和拓展，有着独立的价值和意义。这种幕墙在德国研发和使用较早，技术成熟得到广泛的发展，典型工程如德国柏林得比斯大厦、法兰克福银行大厦以及美国纽约42大街的新摄影棚、英国建筑研究所办公楼、荷兰戴尔夫特大学图书馆等都属这类幕墙。
由此可见，幕墙的发展是随着科学的进步，综合技术的开发利用，特别是新技术、新工艺、新材料的发展而精华的，所以生态幕墙是科学技术的综合体现。
生态幕墙设计理念与传统幕墙设计理念，我认为主要有五个方面的不同：
1．对自然生态环境的态度：传统设计理念是幕墙与自然生态环境相分离，对自然通风考虑不够；而生态设计理念是幕墙与自然生态环境组成统一的有机体。精心设计自然通风。
2．对资源能源的态度：传统是没有或很少考虑有效的资源，能源再生利用及对生态环境的影响；而生态是必须考虑节能，资源重复利用，保护生态环境，积极利用太阳能等自然能量。
3．设计依据：传统是依据功能，性能及成本需求来设计；而生态是依据环境效益和生态环境指标与功能、性能及成本来设计。
4．设计目的：传统是以人对幕墙的美学和功能的需求为主要设计目的；而生态是为人的需求和环境而设计，其最终目的是创造舒适，健康的居住生活环境，提高自然、经济、社会的综合效益，满足可持续发展的要求。
5．施工技术或工艺：传统是在施工和使用过程中很少考虑材料的回收利用；而生态是在施工和使用过程中可拆卸，易回收，不产生毒副作用，废弃物少。
如德国法兰克福银行大厦就是典型之例：它是1997年设计的，其设计师诺曼福斯特提出的目标是：节能并不是最终目的，设计的基本原则是在保证自然通风和健康舒适生态环境的前提下尽量节能。为达到这一目的，建筑师把立面的双层玻璃幕墙和内部空间及建筑结构统一处理精心设计。这座大厦是50多层的三角形塔楼，塔楼三个角部都有核心空间，里边包括电梯，楼梯和服务台，这些核心空间组成了每八层的一个办公单元的支撑结构体系。建筑为中空，形成一个通高的中庭，以其烟囱效应为整个大厦排气。这个中庭又被玻璃天花每12层分为一段，以阻挠气流或烟聚集。52层被划分为4个办公单位，每个办公单元都带有一个4层高的空中花园，并种植了丰富的植物，空中花园的外侧是双层玻璃幕墙，室外空气通过外墙进风口进入内，外层玻璃幕墙之间的热通道，可开启的窗户设在内层玻璃幕墙上，即使再恶劣的天气，最高层窗户的开启，也不会受到强风的干扰，从而保证了整个大厦的自然通风，办公室朝向中庭一侧的窗户也是可以开启的，从而保证一年的大部分时间都可以自然通风。花园植物的光合作用、双层玻璃幕墙的自然通风和中庭烟囱效应的排气等共同构成了大厦之“肺”，将绿色植物引入室内，创造与自然接触的人性化空间，又称之为“生态舱”，福斯特自称这一设计是世界上第一座活着的、能够自然呼吸的高层建筑。
此建筑塔楼的标准层、结构和交通核心在建筑的角部，这样，中国部分就被解放出来，以容纳中庭和花园，在其中一个室内广场的咖啡厅里，可以尽情享受阳光，而办公室和景区的交接处，工作空间的这些花园直接相连，从而使人们享受自然通风，外围办公室通过双层幕墙通风，内部办公室则由中庭的花园通风。在冬季，计算机将关闭内层幕墙窗户，通过中庭来自然通风；在夏季，窗户可以大打开，已获得穿堂风。福斯特成功地将自然景观引入超高层集中式办公建筑，使城市高密度生活方式与自然生态环境相融合，被称为世界上第一座“生态型超高层建筑”，其相应的双层结构玻璃幕墙也是生态型的呼吸幕墙，这座大楼是建筑师和幕墙设计师合作，成功利用BBL技术的范例。总之，生态幕墙是新结构幕墙，新理念幕墙，它须和生态建筑一起设计，生态幕墙是生态建筑的主要组成部分。随着技术的发展、计算机为生态幕墙的实施提供了有力的支持，生态幕墙作为生态建筑的一部分，它的产生和发展是历史、社会、经济发展的必然，也是人类进步的象征，党的“十六”大为我们开创规划了美好的新时代，新时代需要新建筑，新幕墙，新门窗，而生态幕墙门窗正是这种面向未来新时代的新产品、新建筑。
这个时代的幕墙特点是：采用新技术，进一步提高幕墙的使用功能和舒适度，像绿色环保化、智能生态化方向发展。
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