建筑幕墻行業技術發展歷史、現狀和未來趨勢

　　我國建筑幕墻從1978年開始起步，經過30多年發展，特別是二十世紀初90年代的高速發展，到二十一世紀初，我國已發展成世界第一幕墻生產大國和使用大國。二十一世紀頭十年（2001年~2010年）我國建筑幕墻又繼續迅猛發展，十年產量（統計或預計）如下表。

帶*者為中國建筑金屬結構協會統計參數。

　　我國建筑幕墻的發展離不開我國硅酮密封膠的發展，建筑幕墻和硅酮密封膠同步發展，兩者相互支持，相互依存。建筑幕墻用硅酮密封膠固定玻璃和玻璃間填縫是建筑幕墻技術革命的最重大進展，使建筑幕墻技術進入了一個新發展階段。隱框玻璃幕墻用硅酮結構密封膠將鍍膜玻璃固定在鋁框上，外側沒有框料，且由于鍍膜玻璃的單向透像特性，也看不到玻璃后面的框料，形成一個完整的玻璃平面，它是融建筑功能、建筑技術、建筑藝術于一體的建筑外圍護構件。它既改革了圍護結構又創新了建筑立面藝術處理技法。隱框玻璃幕墻用硅酮結構密封膠將鍍膜玻璃固定在鋁框上，鋁框料在室內，不與室外空氣接觸，如果采用了中空玻璃，就具有良好的熱工性能。隱框玻璃幕墻在建筑藝術上最大突破是將光藝術引進了圍護結構，使建筑物富有光的質感。一些其它外墻飾面材料（如磨光花崗石板）具有一定的鏡面效果，但僅是光藝術的部分效果；隱框玻璃幕墻則將光的質感、光輝、光的透射、反射、折射全部功能集于一體。當光照在大面積隱框玻璃幕墻上時，由于玻璃具有和光相似的性質，能創造出光藝術的奇特效果。隱框玻璃幕墻用的鍍膜玻璃的鍍膜層極薄，使它在迎光面具有鏡子的特性，而在背光面則又如窗玻璃那樣透明，這種奇特的特性，給人造成視覺上的多種可能性。當人們站在鍍膜玻璃建筑前，展現在眼前的是一幅連續反映周圍景色的畫面——錯落有致的建筑群，藍天白云相間的天空，隨風飄動的花草樹木，馬路上的車水馬龍，它們隨晨昏、四季而變化。這些景觀使建筑物自然地融合于室外環境之中，成為它們的組成部分，從而取得很好環境藝術效果。但卻看不到內部景物。當進入建筑物內部，人們看到的是內部裝修與外景融為一體，形成無限開闊的空間，天然光通過大面種玻璃入射到室內，使室內光線充足，亮度平衡，創造明亮的光環境，使室內外達到透明透視效果，且隨晨昏的轉移，室內光環境不斷變化，使人們在生理與心理上得到滿足，這就是玻璃與光形成的綜合的藝術效果。
　　從1989年開始我國大規模使用用硅酮密封膠固定玻璃的隱框玻璃幕墻，從此我國建筑幕墻的發展如日中天，隱框玻璃幕墻迅猛進展，從1991年的85萬m2增加到2000年的1150萬m2，2000年是1991年的13.5倍（見下表）。

　　全玻璃幕墻是隨玻璃生產技術的提高和產品的多樣化而誕生的，它為建筑師創造一個奇特、透明、晶瑩的建筑提供了條件，全玻璃幕墻已發展成一個多品種的幕墻家族，它包括玻璃梁（肋）膠接全玻璃幕墻、點式連接全玻璃幕墻和拉索式全玻璃幕墻。它改變了過去著重用玻璃來表現窗戶、表現建筑、表現質感、表現體型的傳統手法，而是更多地利用玻璃透明的特性，追求建筑物內外空間的流通和融合，人們可以透過玻璃請楚地看到支承玻璃的整個結構系統，使這種結構系統從單純的支承作用轉向表現其可見性。
玻璃梁（肋）膠接全玻璃幕墻（不管是后置式、騎縫式還是平齊式、突出式）、點式連接全玻璃幕墻、單層索網玻璃幕墻由于具有良好通透性而受到青睞。單層索網玻璃幕墻分為單向單層索與玻璃組合體系和雙向單層索網體系。如果單向單層索之間沒有橫向索把它們互相連接起來，就未形成結構體系，就會因整體失穩而破壞，就要把玻璃作為單向單層索的橫向結構，即考慮玻璃的作用才能形成穩定的結構。雙向單層索網體系靠雙向索組成的索網形成穩定的結構。正因為有了這種奇特效果才使這種玻璃幕墻發展到今天的規模（約300萬m2/年）。
我國幕墻事業為何能如此高速發展，可以總結為以下三點：
　　一.我國幕墻事業發展的模式與國外不一樣，國外發展是以企業為主的發展模式，我國幕墻事業的發展是以協會為中心的社會發展模式。
　　我國建筑鋁合金玻璃幕墻是由若干航空、有色金屬、鋼（鋁）窗廠引進日本、美國等國技術開始起步的，這些企業遵循“教會徒弟，餓死師傅”的教訓，嚴格控制技術外傳，全國產品很少，二十世紀八十年代初國家開始著手陸續建立行業協會（中國建筑裝飾協會鋁制品委員會、中國建筑金屬結構協會門窗委員會）時也只有幾十家企業，在協會主持下各企業走出封閉狀態，將非核心技術拿來進行交流，協會開始編制有關資料并成立專家組，編制培訓教材并舉辦學習班，由于專家組有企業以外各行業專家參加，將與幕墻有關的建筑學、結構力學、材料學引入教材，逐步形成比較完整的設計模式（該模式的主要框架延伸到現在），還以這些模式為基礎編寫出了各種設計軟件，并且以設計模式（計算軟件）編制的教材舉辦學習班。使全國各企業走上了基本統一模式的設計局面。這種模式推動了幕墻發展，也簡化了設計計算，并在一定程度上提高了幕墻設計的可靠度，全國舉辦了上百期培訓班，參加學習的有數萬人次，因為有了如此巨大的技術力量，幕墻企業迅猛發展，至2005年全國有一級企業近200家、二級企業800多家、三級企業數千家，還有為數不少的個體工商戶從事零星工程施工。這就使建筑幕墻遍地開花，遍及城鄉各地，不僅大中城市重大工程采用，高山雪地也有分布，連農村民居同樣使用幕墻。
　　隨著幕墻大發展參與幕墻技術開發的部門、單位也不斷壯大，除了幕墻企業，科研院所、高等院校也紛紛從事幕墻技術的研究開發，研究隊伍不斷壯大，層次也不斷升高，其中不乏工程院院士、教授（博導），很多單位還建立了博士后站，全國參加以幕墻研究課題的博士，碩士數以百計，發表的論文上千篇，涉及各個領域，各個方面研究成果層出不窮。幕墻企業的設計力量也非常壯大，他們中不少有博士、碩士學歷，有幾家幕墻企業的設計部門設計人員就有2000至3000人，使我國幕墻技術呈現全民參與的雄偉場面，正是有如此雄厚的技術力量，在以協會為中心、專家組為核心的模式引導下，形成幕墻技術大交流、促使幕墻技術人員思想大解放，也由于以協會為中心，專家組為核心的體制使幕墻大發展中的難題一一攻克，使幕墻新技術、新工藝、新產品大量涌現，并及時大力推廣，迅速轉化為生產力。
　　二.技術創新是我國幕墻事業快速發展的靈魂。
　　1.原始創新
　　我國在世界上第一個制定了《建筑幕墻抗震性能振動臺試驗方法》，它是在總結幕墻抗震實踐基礎上的原始創新，它的意義不在于試驗（試驗方法只是檢驗和證明抗震性能是否有效），而是它創造性的指出了建筑幕墻抗震原理，在地震時，地震會對建筑幕墻產生加速度反應和變形反應，其中由于地震使建筑幕墻依附的主體結構產生層間位移，迫使建筑幕墻平面位移，建筑幕墻的平面內變形要適應主體結構和層間位移，幕墻才能不會破壞，我國幕墻規范根據這一創新理念，規定平面變形按主體結構樓層彈性層間變位角的三倍進行設計。王亞勇所長在他的文章《汶川地震建筑震害啟示——抗震概念設計》一文中指出：‘令人意外的是玻璃幕墻在地震時并沒有大量脫落傷人，大部分表現良好，盡管地震動強度達到“大震水準”，主體結構已有損壞，隔墻和吊頂也大量破壞，玻璃幕墻卻完好無損。可見這種幕墻設計具有良好的變形能力。《玻璃幕墻工程技術規范》（JGJ102—2003）第4.2.6條規定：“玻璃幕墻平面內變形性能，…抗震設計時，應按主體結構的彈性層間位移角限值的3倍進行設計。”對于明框幕墻的玻璃與槽口的配合尺寸作了規定（見第4.3.12條、9.5.2條和9.5.3條）。主體結構的彈性層間位移角限值的3倍相當于“中震水準”下主體結構保持彈性的最大層間位移角限值，相當于“大震”作用時結構的彈塑性位移值。各類玻璃幕墻中，明框幕墻的主要問題是框架本身的變形過大導致玻璃擠碎，但是，如果框架的變形得到控制，也能保證玻璃的安全；隱框幕墻由于在伸縮縫處受到撞擊或硅酮結構密封膠承載力降低均可能造成玻璃脫落。’
　　2. 集成創新
　　我國建筑幕墻發展處在世界新技術大發展的潮流中，將與幕墻有關的新技術進行集成。我國許多重大幕墻新技術、新工藝、新產品都是集成創新的成果。新保利90m×68m折面單層索網幕墻是在集成氣彈性風動實驗，振動臺抗震試驗基礎上進行的，在施工中又集成了主桁架液壓穿心千斤頂整同步提升技術；懸掛特式吊樓平衡技術、主索張拉技術等，才有世界上最大的別具一格造型的單索網幕墻誕生。廣州新白云機場點支式幕墻8.15萬平方米,一個工程用如此量大的點支式幕墻世界實屬罕見，為規避風險，在設計過程中對點支式幕墻進行了足尺試驗，并與數學模型計算機分折結果對比，集成了試驗技術與計算分折，使設計可靠度更強。其他如“水立方”、“鳥巢”、“CCTV”主樓、國家大劇院及其他各種異形幕墻（上海中心、中國航海博物館等）都是集成鋼結構新技術，異形表面放樣技術等的結晶。
　　3. 消化、吸收再創新
　　單層索網玻璃幕墻是國外開發的，但沒有人給我們提供建造單層索網玻璃幕墻整套技術，完全靠自己摸索，單層索網玻璃幕墻最早出現在德國，在德國也用得很多，但德國是一個非抗震設防國家，因此，它不可能提供中國這個多強烈地震國家有抗震設防的要求的單層索網幕墻的設計計算方法，這個任務要中國工程技術人員來完成。北京土城電話局信息港四季中庭是在兩座建筑間設共享空間，它的外壁要采用單層索網幕墻，根據抗震設計計算，這兩座建筑物在設防烈度下，其頂部位移達170mm，鋼索不可能有如此大伸長，即兩座建筑頂部位移達到170mm時，勢必將鋼索拉斷，在設計時采用了過載保護器，過載保護器裝有壓縮量為170mm的彈簧。鋼索用保險索與錨定結構連接，當鋼索內力達到容許應力時，保險索自動斷開（即保險索破斷拉力的鋼索的容許應力）鋼索支承在彈簧裝置的頂板上，由彈簧裝置調節170mm位移，免使鋼索破斷。
　　三.正確引導輿論導向，促使幕墻事業健康發展。
    和任何新生事物一樣，玻璃幕墻從他誕生之日起，社會上就有不同聲音，加上某些媒體出于自身炒作需要，散布各種似是而非的消息，擾亂人們的思想，個別報刊無中生有，制造假新聞，2005年北京某報在“《公共建筑節能設計標準》宣判玻璃幕墻死刑”一文中稱：“要對玻璃幕墻殺無赦、斬立決”，中國幕墻網開辟專欄進行討論，業內很多專家紛紛撰文指出：“《公共建筑節能設計標準》宣判玻璃幕墻死刑”是無中生有的假新聞，并從正面宣講了《公共建筑節能設計標準》GB50189-2005以及隨后建設部發布的《關于發展節能省地型住宅和公共建筑的指導意見》和《民用建筑節能管理規定》等文件，用正確的觀點統一幕墻大軍思想，指導幕墻事業沿正確道路高歌猛進。
    任何發展模式都可能是雙刃劍，在它帶來高速發展的同時又埋下了影響發展的種子，由于從設計到計算都是基本統一的模型及按基本統一模型編制的計算軟件（而且軟件計算方法多采用查表方法，它具有直觀，查核方便的特點），就使它根深蒂固地植根于社會的方方面面（從建筑設計單位、幕墻設計單位、施工圖審查單位、到工程監理單位、建筑工程質監單位等），但隨之而來的是形成“尾大不掉”的局面，幕墻技術在不斷發展，新技術、新工藝、新產品層出不窮，但流傳在社會各處的技術理念、設計模型、計算軟件不能隨之快速更新（即使更新了也不能全面進入使用）這就從管理層面形成一股限制、阻止三新應用的力量，幕墻企業為了生存只用屈服于它，躺在陳舊技術上混日子，使日新月異的幕墻新技術、新工藝、新產品不能及時應用到新工程中去。
　　由于存在以上守舊局面，一些國外幕墻顧問（咨詢）公司，打著“新理念”的招牌趁虛而入，而我國建設主管部門管理跟不上（很大一部分省、市、計劃單列市建設主管部門不知道建設部有關管理的文件，如建設部、商務部第114號令、第122號令、第155號令），使這些公司處于無人管理狀態，無證經營。這些公司以甲方顧問地位對幕墻企業發號施令，實際上這些幕墻顧問（咨詢）公司既不知道我國法律、政策、標準、規范，對幕墻也是一知半解，甚至是錯誤的，個別的幕墻顧問（咨詢）公司和國外某些材料供應商串通，為其推銷產品，對我國幕墻事業危害極大。
　　在總結的基礎上提出幾點探索前進的方向建議：
　　一. 以管理創新來帶動技術創新，強化技術創新力度，加強行業協調，促使幕墻事業健康發展，使我國幕墻技術水平上一個新臺階。
　　二. 采用抗震性能化設計，使建筑幕墻具有更具體或更高的抗震設防目標。
《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）規定：
　　1.0.1  按本規范進行抗震設計的建筑，其基本的抗震設防目標是：當遭受低于本地區抗震設防烈度的多遇地震影響時，主體結構不受損壞或不需修理可繼續使用；當遭受相當于本地區抗震設防烈度的設防地震影響時，可能發生損壞，但經一般修理仍可繼續使用；當遭受高于本地區抗震設防烈度的罕遇地震影響時，不致倒塌或發生危及生命的嚴重破壞。使用功能或其他方面有專門要求的建筑，當采用抗震性能化設計時，具有更具體或更高的抗震設防目標。
　　《建筑工程抗震設防分類標準》GB 50223規定：
　　3.0.2  建筑工程應分為以下四個抗震設防類別：
　　1特殊設防類：指使用上有特殊設施，涉及國家公共安全的重大建筑工程和地震時可能發生嚴重次生災害等特別重大災害后果，需要進行特殊設防的建筑。簡稱甲類。
　　2 重點設防類：指地震時使用功能不能中斷或需盡快恢復的生命線相關建筑，以及地震時可能導致大量人員傷亡等重大災害后果，需要提高設防標準的建筑。簡稱乙類。
　　3.0.3  各抗震設防類別建筑的抗震設防標準，應符合下列要求：
　　2  重點設防類，應按高于本地區抗震設防烈度一度的要求加強其抗震措施；但抗震設防烈度為9度時應按比9度更高的要求采取抗震措施；地基基礎的抗震措施，應符合有關規定。同時，應按本地區抗震設防烈度確定其地震作用。
　　3  特殊設防類，應按高于本地區抗震設防烈度提高一度的要求加強其抗震措施；但抗震設防烈度為9度時應按比9度更高的要求采取抗震措施。同時，應按批準的地震安全性評價的結果且高于本地區抗震設防烈度的要求確定其地震作用。
　　GB50223要求重點設防類建筑工程，在地震時使用功能不能中斷，這意味著這類建筑工程在第三水準烈度（罕遇烈度）地震作用下，不單單是不能倒塌，而是要求主體結構完好，圍護構件基本完好（如玉樹機場航站樓），這就要按GB50011-2010第1.0.1條“……使用功能或其他方面有專門要求的建筑，當采用抗震性能化設計時，具有更具體或更高的抗震設防目標。”即達到“小震不壞、中震可修、大震可用”。
　　GB50223要求重點（特殊）設防類建筑工程，應按高于本地區抗震設防烈度一度的要求加強其抗震措施。就要求重點（特殊）設防類建筑工程按主體結構彈塑性層間位移角限值[θp]進行設計。汶川地震、玉樹地震震害經驗表明，幕墻在結構總體安全時，可以滿足大震后繼續使用的要求的。我國上百次建筑幕墻振動臺抗震試驗中也證明這些要求只要選型正確、構造措施得當是完全可以實現的。
　　三. 創建中國的建筑幕墻國際標準。
　　經濟全球化極大地加劇了國際間的產業競爭，技術標準作為產業競爭的重要手段，是未來社會經濟發展的戰略制高點。技術標準的競爭能力和水平，已經成為評估各國產業核心競爭力的重要依據，更是體現各國政府執政能力、創新能力的標志。
　　“國家技術標準落后，其他工作都要落后”。“當今世界誰掌握了標準的制定權，誰就在一定程度上掌握了技術和經濟競爭的主動權。”就是說誰掌握了標準的制定權，誰的技術成為標準，誰就掌握了市場的主動權。標準影響的是一個產業，甚至是一個國家的競爭力。如果一個國家的技術標準達不到國際標準，在出口方面就會受到越來越多的限制，成為擴大出口的障礙；進口方面亦然。如果技術標準不夠完善和統一，技術手段落后，很難起到合理、有效保護本國民族產業的目的。正所謂“三流的企業賣產品，二流的企業賣技術，一流的企業賣專利，超一流的企業賣標準。”20世紀經濟發展的經驗表明，誰制定的標準一旦為世界所認可，誰就會從中獲得莫大的市場和經濟利益。因此，標準化的問題已成為國家經濟競爭，包括科技競爭當中一個重要的組成部分。隨著經濟全球化進程的加快，技術標準已經成為世界各國發展貿易、保護民族產業、規范市場秩序、推動技術進步和實現高新技術產業化的重要手段，在經濟和社會發展中發揮著越來越重要的作用。
　　但長期以來，由于缺乏對技術標準工作的足夠重視，缺乏對一些重點領域關鍵技術標準深入系統的研究，我國技術標準總體水平偏低，在采用國際標準化方面明顯低于發達國家水平，雖然我國已成世界幕墻第一使用大國和世界幕墻第一生產大國，但由我國主導制定的國際標準更是寥寥無幾。在多數情況下，我們只能被動地執行國外或國際標準，這樣就很容易受制于人。由于經營體制和運行機制等方面的原因，我國目前標準的制定與相關技術的研究存在脫節現象，尤其是在高新技術領域，標準制定不能及時適應市場及技術快速變化和發展的需求。這種脫節不僅造成標準水平低，而且導致標準滯后，不可避免地會影響我國高技術產業的國際競爭力。我們力爭在今后5至10年內，研制出一批重要技術標準，填補一批與重要技術標準研制相關的檢測手段、方法和計量標準的空白，并使之成為相關產品和技術的國際公認標準。從現在開始進行重點領域重要技術標準研制的戰略運作，并根據“整體設計、重點突破、分類實施、滾動支持”的原則加快研究和實驗，盡快縮小我國在工農業產品和重要技術方面的各類標準與國際標準的差距。
　　俗話說，“標準為王”。隨著全球化的進展，標準對國家利益具有越來越重要的意義。近年來，國際貿易新壁壘也主要體現在技術標準上。由于歷史的原因，國際標準大多由美歐等發達國家制定，中國參與制定的還不到千分之二。在現代經濟體制下，掌握了標準就等于掌握了市場的主動權，否則就只能跟在別人后面搞替代加工。標準背后反映的是企業競爭力，隱藏著國家利益的沖突和爭奪市場的較量。
　　就此而言，中國企業要走出去，就必須認真研究國際“標準戰爭”的競爭策略，并根據國情和WTO的有關規定，靈活選擇和運用有效的競爭策略，創造制勝機會。現代企業對創新的追求已經不僅是研發一兩件新產品，而是創立一個新標準。中國企業有必要加大研發投入，提高技術創新能力，勇于創建自己的國際標準。我國IT行業創建3D、準4D標準為我們樹立了榜樣。中國推出自己的標準并爭取國際同行認可是無可非議的。當前，中國的標準戰略在執行過程中還會出現這樣或那樣的問題，仍存在需要不斷調整和改進的地方，但最重要的是我們已邁出了第一步。真正的國際標準不能總以美歐為準，不能總以美歐企業的設計為準。中國企業，應該也能夠在全球標準化的領域里占據一席之地。