我國玻璃幕墻現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

劉志海

1 我國建筑幕墻基本概況

1.1 建筑幕墻定義

GB/T 21086—2007《建筑幕墻》中給出的定義是：“由面板與支承結(jié)構(gòu)體系（支承裝置和支承結(jié)構(gòu)）組成的、可相對主體結(jié)構(gòu)有一定位移能力或自身有一定變形能力、不承擔(dān)主體結(jié)構(gòu)所受作用的建筑外圍護(hù)墻?！?/p>

GB/T 34327—2017《建筑幕墻術(shù)語》對幕墻的定義是：“由面板與支承結(jié)構(gòu)體系組成，具有規(guī)定的承載能力、變形能力和適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)位移能力，不分擔(dān)主體結(jié)構(gòu)所受作用的建筑結(jié)構(gòu)或裝飾性結(jié)構(gòu)?！?/p>

建筑幕墻是建筑物的外墻護(hù)圍，像幕布一樣掛在建筑物的主體外墻上，故又稱為懸掛墻。一般由結(jié)構(gòu)框架與鑲嵌板材組成，是不承擔(dān)主體結(jié)構(gòu)載荷與作用的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，也是現(xiàn)代大型和高層建筑常用的帶有裝飾效果的輕質(zhì)墻體。普遍認(rèn)為幕墻是西方現(xiàn)代建筑發(fā)展的產(chǎn)物，幕墻的概念起源于德國鮑豪斯學(xué)派，是現(xiàn)代主義的特征，其風(fēng)格直接、簡單、富于機(jī)械美學(xué)，產(chǎn)生于150多年前。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，許多幕墻新材料、新工藝應(yīng)運(yùn)而生，為建筑幕墻的各項性能如承載力和變形、雨水滲透、空氣滲透、保溫、防潮、隔聲、防火等提供了可靠的技術(shù)保證和材料基礎(chǔ)，從而使建筑幕墻獲得了飛躍發(fā)展。我國建筑幕墻工業(yè)從1983年開始起步，上世紀(jì)90年代得到高速發(fā)展。目前，我國已發(fā)展成世界第一幕墻生產(chǎn)大國和使用大國。

1.2 建筑幕墻分類

我國最早的建筑幕墻分類見于建筑工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JG 3035—1996《建筑幕墻》，該標(biāo)準(zhǔn)按鑲嵌材料把幕墻分為玻璃幕墻、金屬板幕墻和組合幕墻；按框架材料的構(gòu)造分為明框幕墻、隱框幕墻和半隱框幕墻（框材又分鋁合金擠出型材和金屬板軋制型材）。

GB/T 21086—2007《建筑幕墻》按主要支承結(jié)構(gòu)形式把幕墻分為構(gòu)件式幕墻、單元式幕墻、點(diǎn)支承幕墻、全玻幕墻和雙層幕墻；按密閉形式分為封閉式幕墻和開放式幕墻；按面板材料分為玻璃幕墻、金屬板幕墻、石材幕墻、人造板幕墻、組合板幕墻。并按面板支承形式、單元部件間接口形式進(jìn)行細(xì)分。其中雙層幕墻是指由外層幕墻、熱通道和內(nèi)層幕墻（或門、窗）構(gòu)成，且在熱通道內(nèi)能夠形成空氣有序流動的建筑幕墻。

GB/T 34327—2017《建筑幕墻術(shù)語》中，首先進(jìn)行了基本分類，即層間幕墻、窗式幕墻、斜幕墻、圍護(hù)性幕墻、裝飾性幕墻、透光幕墻、透明幕墻、非透明幕墻、非透光幕墻、光伏幕墻、光熱幕墻、光伏光熱一體化幕墻、雙層幕墻。然后按類別進(jìn)行分類，即按面板材料分為玻璃幕墻、石材幕墻、金屬板幕墻、金屬復(fù)合板幕墻、雙金屬復(fù)合板幕墻、人造板幕墻、組合[面板]幕墻；按面板接縫結(jié)構(gòu)形式分為封閉式幕墻、開放式幕墻；按面板支承形式分為框支承幕墻、肋支承幕墻、點(diǎn)支承幕墻；按面板支承框架顯露程度分為明框幕墻、隱框幕墻、半隱框幕墻；按面板支承框架材料分為鋁框架幕墻、鋼框架幕墻、木框架幕墻、組合框架幕墻；按立面形狀分為平面幕墻、折面幕墻、曲面幕墻、單曲面幕墻。

1.3 我國建筑幕墻的產(chǎn)量

我國建筑幕墻工業(yè)從1983年開始起步，歷經(jīng)近40年的發(fā)展，在21世紀(jì)初已成為世界第一幕墻生產(chǎn)大國和使用大國，正在向幕墻強(qiáng)國發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國2021年建筑幕墻產(chǎn)量為23554萬m2，其中玻璃幕墻9851萬m2、石材幕墻4321萬m2、金屬幕墻5182萬m2和其他幕墻4200萬m2。分別占當(dāng)年總產(chǎn)量的41.8%、18.3%、22.0%和17.8%。如表1、表2所示。

表1 2005—2021年我國建筑幕墻產(chǎn)量情況 萬m2

表2 2005—2021年我國各類幕墻占比 %

2021年，我國建筑幕墻工程主要采用玻璃幕墻，占比41.8%，占比有所下降；石材幕墻因公共建筑及城鎮(zhèn)化建設(shè)帶來的各類項目增多逐漸上升，占比18.3%；金屬幕墻基本持平。

2 我國玻璃幕墻基本概況

2.1 玻璃幕墻的定義

玻璃幕墻的定義最早的見于建筑工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ 102—96《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》，“由金屬構(gòu)件與玻璃板組成的建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)”。

GB/T 21086—2007《建筑幕墻》的玻璃幕墻定義是：“面板材料是玻璃的建筑幕墻”。

GB/T 34327—2017《建筑幕墻術(shù)語》的玻璃幕墻定義同樣是：“面板材料是玻璃的建筑幕墻”。另外，該標(biāo)準(zhǔn)中光伏幕墻是“含有光伏構(gòu)件并具有太陽能光電轉(zhuǎn)換功能的幕墻”；光熱幕墻是“含有光熱構(gòu)件并具有太陽能光熱轉(zhuǎn)換功能的幕墻”；光伏光熱一體化幕墻是“含有光伏光熱一體化構(gòu)件，既具有太陽能光伏轉(zhuǎn)換功能又有太陽能光熱轉(zhuǎn)換功能的幕墻”。

2.2 玻璃幕墻分類

建筑工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ 102—96《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》把玻璃幕墻分為明框玻璃幕墻、半隱框玻璃幕墻、隱框玻璃幕墻、全玻幕墻和斜玻璃幕墻。其中全玻幕墻是指由玻璃板和玻璃肋制作的玻璃幕墻；斜玻璃幕墻是指與水平面成大于75°、小于90°角的玻璃幕墻。

GB/T34327—2017《建筑幕墻術(shù)語》中，點(diǎn)支承玻璃幕墻按支承結(jié)構(gòu)形式分為鋼結(jié)構(gòu)點(diǎn)支承玻璃幕墻、索結(jié)構(gòu)點(diǎn)支承玻璃幕墻、玻璃肋點(diǎn)支承玻璃幕墻。

2.3 我國玻璃幕墻發(fā)展歷程

玻璃幕墻在我國始于上世紀(jì)80年代，主要標(biāo)志建筑是1983年的北京長城飯店和上海聯(lián)誼大廈。可以看出，我國玻璃幕墻的起步遠(yuǎn)晚于歐美等發(fā)達(dá)國家，據(jù)資料表明，早在1917年美國舊金山的哈里德大廈就采用了玻璃幕墻，之后德國的DESSAU地區(qū)和BAUHAUS地區(qū)也于1925年建成了以玻璃幕墻為代表的建筑物。在這些建筑的基礎(chǔ)上，1929年世界級建筑大師勒·柯布西埃提出“大片”玻璃幕墻的設(shè)想。

盡管我國起步較晚，但發(fā)展異常迅猛。從發(fā)展經(jīng)歷上看，大致經(jīng)歷了模仿、自我成長和自我發(fā)展三個階段。1983—1994年為模仿階段，該階段國內(nèi)幕墻的平均年產(chǎn)量約200萬m2，主要是框架式幕墻，其中又以構(gòu)件式明框玻璃幕墻居多，主要是引進(jìn)和模仿國外技術(shù)，這一階段國內(nèi)沒有行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)質(zhì)量水平較低；1995—2010年為自我成長階段，該階段玻璃幕墻年均產(chǎn)量約800萬m2，除明框玻璃幕墻，又發(fā)展了隱框玻璃幕墻、單元吊掛式玻璃幕墻。在這個階段，借鑒國外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，編制并實施了國內(nèi)行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，幕墻技術(shù)水平和質(zhì)量水平有了一定的提高，其中單元吊掛式玻璃幕墻逐漸被社會接受，而在1998年又出現(xiàn)點(diǎn)式玻璃幕墻。玻璃幕墻的安全問題，開始引發(fā)重視。上海、廣州和北京分別于1996年、1999年和2000年出臺了有關(guān)“建筑物使用安全玻璃”的法規(guī)。2001年后，國家政府立法，如3C認(rèn)證制度以及2003年國家發(fā)改委等聯(lián)合出臺的《建筑安全玻璃管理規(guī)定》。從2010年至今是第三階段，即自我完善提高階段，該階段我國玻璃幕墻企業(yè)的創(chuàng)新能力大為增強(qiáng)，其產(chǎn)品不僅在我國建筑幕墻中得到廣泛應(yīng)用，且走出了國門，邁向了世界。如迪拜哈利法塔，塔高828 m是世界第一高樓，其幕墻分別由香港遠(yuǎn)東、上海力進(jìn)、陜西恒遠(yuǎn)三家公司承包，還有莫斯科的聯(lián)邦大廈、冰島大劇院等，“中國制造”標(biāo)簽的超高玻璃幕墻建筑筑遍國內(nèi)外。超大玻璃幕墻、真空玻璃幕墻以及彩釉玻璃幕墻相繼產(chǎn)生。如2018年世界最大的、長度達(dá)18 m的幕墻玻璃用于香港蘋果專賣店；北京天恒大廈采用8000 m2的真空玻璃，這也是目前世界上最大的真空玻璃幕墻工程；澳門星際酒店通過彩釉玻璃的不同變化，將幾個不同的玻璃盒子劃分得清晰可見，由外到內(nèi)給人以真正星級的體驗感。

在技術(shù)發(fā)展提高的同時，玻璃幕墻的安全性開始通過立法、標(biāo)準(zhǔn)等形式納入正規(guī)管理。如《住房城鄉(xiāng)建設(shè)部 國家安全監(jiān)管總局關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)玻璃幕墻安全防護(hù)工作的通知》（建標(biāo)〔2015〕38號）要求，新建玻璃幕墻要綜合考慮城市景觀、周邊環(huán)境以及建筑性質(zhì)和使用功能等因素，按照建筑安全、環(huán)保和節(jié)能等要求，合理控制玻璃幕墻的類型、形狀和面積。鼓勵使用輕質(zhì)節(jié)能的外墻裝飾材料，從源頭上減少玻璃幕墻安全隱患。新建住宅、黨政機(jī)關(guān)辦公樓、醫(yī)院門診急診樓和病房樓、中小學(xué)校、托兒所、幼兒園、老年人建筑，不得在二層及以上采用玻璃幕墻。人員密集、流動性大的商業(yè)中心，交通樞紐，公共文化體育設(shè)施等場所，臨近道路、廣場及下部為出入口、人員通道的建筑，嚴(yán)禁采用全隱框玻璃幕墻。玻璃幕墻宜采用夾層玻璃、均質(zhì)鋼化玻璃或超白玻璃。采用鋼化玻璃應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JG/T 455—2014《建筑門窗幕墻用鋼化玻璃》的規(guī)定。該文為加強(qiáng)城市建筑玻璃幕墻的管理和維護(hù)、減少光反射對環(huán)境影響、保障公共安全、防止玻璃幕墻破損墜落導(dǎo)致人民生命財產(chǎn)受到損失起到了重要作用，之后各省市自治區(qū)紛紛出臺了相關(guān)地方管理辦法或地方規(guī)范。

3 玻璃幕墻的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國已成為世界上最大的玻璃幕墻生產(chǎn)和使用國，據(jù)統(tǒng)計，2021年我國生產(chǎn)玻璃幕墻為9851萬m2，占當(dāng)年我國建筑幕墻總產(chǎn)量的41.8%，占當(dāng)年世界玻璃幕墻生產(chǎn)量的74.9%；累計使用玻璃幕墻為96190萬m2，占我國建筑幕墻總使用量的41.0%，占世界玻璃幕墻累計使用量的72.4%。世界與我國建筑幕墻及玻璃幕墻生產(chǎn)使用量見表3、表4。

表3 世界與我國玻璃幕墻產(chǎn)用量一覽表 萬m2

表4 我國建筑幕墻及玻璃幕墻世界占比情況 %

另據(jù)資料顯示，玻璃幕墻主要被應(yīng)用在商業(yè)建筑、高檔住宅、公共建筑，其中商業(yè)建筑市場占比最高，占比65%以上，其次是公共建筑，占比為29%，高檔住宅占比較小，僅有6%，未來住宅領(lǐng)域存在較大發(fā)展空間。

4 玻璃幕墻的發(fā)展趨勢

最初的玻璃幕墻是以裝飾功能為主的，后來不斷賦予了安全、節(jié)能、環(huán)保等功能?，F(xiàn)代的玻璃幕墻則應(yīng)包括氣候控制和能源生產(chǎn)，因此玻璃幕墻的發(fā)展趨勢主要有以下幾個方面。

4.1 更高的節(jié)能性能

隨著世界越來越意識到全球變暖的嚴(yán)重性和節(jié)約能源的必要性，更節(jié)能的玻璃幕墻趨勢越來越明顯。使用玻璃幕墻的建筑物需要大量的能量抵御來自太陽的熱量來保持室溫，尤其在夏天，只能通過巨量耗電的空調(diào)系統(tǒng)來實現(xiàn)，這在很大程度上造成建筑物約40%的二氧化碳排放量。因此需要具有更低的U值、更有效的熱中斷性能的特種玻璃和更多地使用多層中空玻璃。其中Low-E中空玻璃、真空玻璃已在玻璃幕墻中使用。光致變色夾層玻璃和電致變色夾層玻璃以及其制作的中空玻璃，也基本具備應(yīng)用的技術(shù)。所謂電致變色玻璃，可根據(jù)需要調(diào)暗并能阻擋太陽光線，為高層建筑提供額外的光和熱保護(hù)。如果施加電壓，它會變成藍(lán)色，從而降低透明度。在變暗狀態(tài)下，只有12%的輻射被允許通過，從而使得整個建筑物的能源效率通過光線和溫度管理得到顯著提高，并且可以省去百葉窗等外部遮陽裝置。

4.2 更多的技術(shù)功能

如玻璃幕墻光電功能（BIPV）、玻璃幕墻的生態(tài)功能等。光電玻璃幕墻是集發(fā)電、隔音、隔熱、安全、裝飾功能于一體的新型建筑玻璃幕墻，它是用光電池、光電板技術(shù)，把太陽光轉(zhuǎn)化為電能，其關(guān)鍵技術(shù)是太陽能光電池技術(shù)。多個太陽能光電池經(jīng)加固處理，鑲嵌在特殊的透明度極高的低鐵玻璃中，彼此之間經(jīng)過其背面的導(dǎo)線相連，從而構(gòu)成了一個整體的光電板。在陽光照射下產(chǎn)生直流電，所有光電板產(chǎn)生的電能，通過多極集成電路整流、變壓等過程，轉(zhuǎn)化成供使用的交流電，送入用戶電網(wǎng)。

我國光伏材料技術(shù)和產(chǎn)能處于世界前列，BIPV技術(shù)和供需條件趨于成熟，據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會光伏建筑委員會統(tǒng)計，2020年，國內(nèi)主要光伏建筑產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)BIPV的總裝機(jī)容量約為709 MW，總裝機(jī)面積377.4萬m2，占當(dāng)年國內(nèi)分布式光伏裝機(jī)容量的4.5%。

4.3 更大的玻璃幕墻面板

我國的玻璃加工技術(shù)完全能夠生產(chǎn)超大尺寸玻璃，這使更大的玻璃幕墻面板成為可能，即鋼化夾層的中空超大板玻璃。其視覺效果非常明顯，當(dāng)然玻璃幕墻面板越大，成本越高，安裝越復(fù)雜，如果破裂后果越嚴(yán)重。因此，超大的幕墻玻璃的使用不僅涉及制作技術(shù)，還有安裝及維護(hù)等技術(shù)。

另外，隨著建筑物變得越來越高，玻璃幕墻的清洗難度也越來越大，窗戶清潔不僅可以成為一項全職工作，而且也相當(dāng)昂貴。如英國倫敦的Shard大廈，95層高309.6 m，有11000塊玻璃板，總面積達(dá)56000 m2，需要17名窗戶清潔工3個月才能完成整個大樓的清潔，之后他們又開始重復(fù)清理。因此使用鍍有疏水涂層的自潔凈膜玻璃，顯得更有必要。

5 結(jié)語

目前，現(xiàn)代、時尚和具有代表性的大型玻璃幕墻在高檔建筑上廣泛應(yīng)用。然而，如果它們還具有節(jié)能、零碳或負(fù)碳效應(yīng)以及發(fā)電等功能，其發(fā)展前景才會更加廣闊。