1.概述
20世纪对幕墙的要求在很多方面都有了提高，从而确立了新的建筑、生产、安装及功能原则。这方面的发展与幕墙防火、隔音、防水、密封性、防潮、
隔热、防雷、防雷达、
遮阳、自然采光及通风等功能的改进携手同步。现在，幕墙设计和施工关注的焦点已经转向了重视客户的长期满意度。因此，对质量、功能性及资本成本的要求逐渐提高。一方面是我们现在设计和开发的出发点及建筑师、设计师、承包商及系统提供商的“风险因素”，另一方面是客户的期望和要求得不到满足。施工中的物理学及建造和使用建筑所需的资源方面的内容在立法中会越来越重要。客户对建筑外墙的安全性（防火、防止攻击等）及质量的要求会越来越严格。通过保证按计划设计、施工、质量减少所需的资金和相关风险，从而优化整个施工顺序也日益重要。这意味着通过优化功能、成本和效率要提供令客户满意、复杂性可控的产品和服务。
2. 优化功能和运行成本
因为建筑物在整个生命周期所需的运行成本甚至会逐渐超过建设成本，所以运行成本同样十分重要。能源优化必须考虑到建筑物的供热、制冷、通风和采光的能源消耗。还要注意保证各个房间高度的舒适性，众所周知，这样有利于提高效率从而最终减少劳动成本，而劳动成本甚至远远高于建筑的运行成本和维护成本。
因此，系统提供商和幕墙制造商的另一个目标是进一步提高幕墙的保护功能和益处（如利用自然光和
太阳能），并重新使用窗户通风。因此，人们期待能够优化建筑外墙的整体功能。从今天的观点来看，当务之急是意识到真正优化的幕墙应该既能反应用户对舒适性的需要，又能改变户外环境。在极端情况下，他们必须只使用建筑物自身的设备构件，应该能够保证利用最少的能耗取得舒适的室内环境。这就需要不断对幕墙构件进行调整。这一点现在已经在技术上实现了可行。包括利用机械化构件的幕墙电气化发展。
双层幕墙的发展反应了不断变化的使用要求，外部环境会产生小气候，成为缓冲区及内部环境和外部环境交界面。各个构件的受控、优化且相互配合运转会影响很多参数，如幕墙的总能量透过程度及
热传导性，并发展成为“零能源状态”
在办公建筑中——内部热负荷高、大面积使用玻璃——太阳辐射会导致夏季室内温度过高，以至于必须采取其他手段。如果室外气温足够低，多余的热量才能通过通风散发出去。然而，采用外部遮阳系统会更有效，并且不受室外空气温度的影响。不过，风力太大的情况下无法使用。这一事实导致了70年代排气通风幕墙的开发。这种幕墙在传统幕墙的内部多加了一层玻璃窗。它们之间的缓冲层中安装了遮阳系统。从而免受天气变化的侵扰。缓冲层与空调系统连在一起，这样，室内排除的部分空气可以流过幕墙。因为这部分的空气温度与室温基本相同，内层玻璃窗可以减少外层幕墙、遮阳系统和室内之间长波辐射的交换，所以遮阳系统可以不受气候的影响，像外层幕墙一样有效，因为玻璃内部表面常年保持室温，所以舒适度可以大大提高，另外也提高了房间的利用率。双层排气
通风系统还使得能源在建筑内部的重新分配成为可能，非常有趣。例如，如果早晨东边幕墙中的空气因为太阳辐射温度升高，西边的幕墙就可以利用产生多余的热量，由透明玻璃和缓冲层中的遮阳系统构成的排气通风双层幕墙与阳光控制玻璃制成的幕墙相比具有很大优越性。双层幕墙在春秋两季能够获得较高的太阳能效能，阴天也能够常年改善室内照明。排气通风系统还可以保证有效隔绝外部噪音。其缺点是空调系统必须常年运转。
对空调系统的限制在80年代末出现了——那时人们发现了病态建筑症候群并导致了对它的研究。排气通风的双层幕墙和坐落于喧闹的接街道两旁带有开放式窗户建筑的单层幕墙，或者由于其位置或高度原因处于风口的建筑，只能有限考虑使用这种做法。简单的双层幕墙更适合这种情况。这种幕墙的特点是在传统幕墙的外面多加一层
玻璃幕墙。将内层设计为建筑物实际的边缘，利用
隔热材料或
绝缘材料。外层玻璃窗可以通风的保护性外墙，可以让空气透近来，还能保护室内免受恶劣天气的影响。外层幕墙和缓冲层的敝口以及流动阻力减少了房间的自然通风。除了能够进行能源的再分配外，简单的双层幕墙具有排气通风幕墙的所有优点。将缓冲层分割成与楼层或窗户等高的间隔并以水平轴为界，优化了双层幕墙的作用。有利于阻止异味、火灾及浓烟通过缓冲层传播，并且还降低了临近房间之间的噪音传递。70年代在住宅项目中被动使用太阳能和夜间冷却得来经验如今在一些办公建筑中得到了运用。例如，在不
供暖而天气尚寒的时候，可以使用简单双层幕墙缓冲层获得太阳能热。天气炎热的时候，关紧窗户，热空气排到室外。夜间窗户打开，让新鲜的空气进来，冷却楼板的着热层。施工和这种楼板的使用是一个重要因素。建筑物的使用，及其特殊的开放时间，对舒适程度的要求以及业主的行为习惯都会影响太阳能及夜间冷却被动使用的可能性和效率。
积极使用太阳能取暖和发电是进一步减少建筑的主要能耗的最好途径。这就要求在幕墙间额外添加一些设备，包括特殊的蓄热器和/或蓄电池，它们的动力学特征会影响效率。太阳辐射可以转换成能量，利用不同的媒介和原理提高房间温度或建筑的供水系统。这方面的例子包括：
太阳能集热器和/或太阳能热水器，或者吸热器和
热泵系统。它们可以使效率提高80%。在办公楼中，供水系统的加热只扮演一个次要角色。尤其是对这类建筑来说，可能出现的有趣事情是：利用太阳能热水器和冷却器的太阳能冷却系统靠热水运转。这样做排除了使用太阳能时经常会遇到的存储问题。阳光越强烈，建筑内部就越凉快。供求实现了平衡。太阳能
光伏组件可以直接将太阳能转化成电能，效率在5-15%左右。如今
太阳能光伏的开发已经经过了实验阶段，时常突破指日可待。如今已经在幕墙面板和屋顶结构以及遮阳设施中得到广泛应用。
3. 优化质量和资本成本
先进的
幕墙技术显然必须能够减少新的设计、施工和操作解决方案的复杂性。另外，建筑物外墙构件的开发不但受功能标准和
设计标准的控制，而且将来还要受加工和安装标准的影响。如果设计与建筑物的实用性不符，就会大大增加额外成本。这种情况是能够避免的。还要注意技术而后设计的局限性。如果建筑的设计与施工尽量严格遵循具体的作业标准（系统技术），如果在必要时才使用具体的项目标准（平台策略），并且尽量避免不按标准操作。这样还会显著减少建筑问题。
从建筑的角度来看，当前主要有两种外墙类型：承重外墙和非承重外墙。对于承重外墙来说，窗户安装在承重外墙中或承重外墙融为一体。可以将窗户设计成单独的
冲压式敝口（punched openings）也可以设计成横条形窗或竖（长度超过有一层楼高）条形窗。但是，在外墙上的这类窗户长度是有限制的。这一点与幕墙组与房间等高的
框架结构形成了对比（与半木制结构滚板极其相似）。幕墙组只是一个外部的界限，不是建筑物承重结构的组成部分。在这两种情况下，在窗户或幕墙组周围结构上的附加部分对于传热、减少湿气及噪音从外部的传入都属于危险区域（热量和噪音的桥梁）。可以在窗户与幕墙组之间的承重外墙加一层金属板或不透明的玻璃窗，这样即使窗户完全不同，也能保证幕墙外观的整齐划一。它们的建筑完全是在承重结构（一般是混凝土或
钢结构）外部。这样它们就形成了一个额外的、封闭的保护层，能够抵御恶劣天气的侵扰，可以在其中安装嵌入式的单独的窗户或条形窗。这种结构存在的弱点是它们通常位于天花板与隔音墙的连接处。如果与绝缘有关的连接处设计安装不当，就会在临近楼层或房间之间产生隔音、防火、防烟问题。
4. 优化设计流程
如今，个性化设计在建筑艺术中趋势日益明显。在阐明具体的项目要求和条件的时候，建筑物的客户和用户真正关心的是建筑外墙，规划者清楚相关技术的可能性，彻底评估了他们的工作，项目规划者和负责施工的公司恰当地执行了既定目标。然而，必须牢记的一点是，在规划过程刚刚开始进行修改的成本远远低于规划活动过程中进行修改的成本。在施工阶段做出改动要付出巨大的代价。因此，在规划的各个阶段，必须明确设计方案的哪些部分对最终结果会产生重大影响，哪些方面以后无法轻易变动，一定要当机立断。这就是现代规划过程要将概念阶段和随后的（实际）设计阶段区分开来的原因。鉴于上述原因，必须对后者加以划分成7个次级阶段——至少对于创新性建筑概念来说如此，其中每个阶段都是一个独立的迭代过程。
在对建筑外墙进行设计和规划前明确进行分工是有意义的。首先，客户必须在早期阶段明确目标， 投资预算、运行和维护成本。在规划阶段越早对建筑外墙问题进行研究，就越有可能创造出创新性的建筑维护结构；这项工作进行越晚，受到的限制就越多，反过来又会限制创造性在建筑设计中的施展，但是，即使这项工作难度不是更大，至少也不相上下，在规划阶段，如果太多限制因素长时间不能确定尤为如此。
建筑的用途（如，游泳池、带空调的办公楼）类型（如，
高层建筑）会影响制约因素（如室内空气温度和湿度、风速），这些方面反过来又会影响对建筑外墙的要求。建筑用途有关的影响因素有运行时间、内部热负荷（在运行时间及运行时间以外）、室内舒适性要求及用户的行为习惯。在这方面，适合特定幕墙设计的决定还取决于该建筑是行政大楼、公司总部、酒店、购物中心、电影院、文化或教育建筑、博物馆或展览馆、剧场、医院、生产性设施还是机场或火车站等。该项决定还受空间利用和空间功能，以及建筑物的基本形状和高度的影响。当前的设计方案包括单独的房间和敞开式房间（办公室、会议室、接待室、销售区）或者空间可以灵活安排吗？有没有休息厅、（多层的）中庭以及连接建筑物不同区域的通道？楼梯和走廊——尤其是那些承担逃生通道功能的楼梯和走廊——分别位于何处？但是同样重要的还有建筑物将要建在哪里的问题。当地对建筑外墙影响最大的外部条件常见的有外部的空气温度和太阳辐射水平。风速和风向同样起着重要作用。建筑物的位置还决定了噪音和湿度水平，建筑外墙设计的自由程度还受到此项目是新建筑还是改造或翻新项目的影响。
对于下列各个设计标准的优先程度取决于从谁的角度出发考虑。例如，立法者强调安全性，而客户或投资者主要关注成本效率、工期及不要超出预算。那些眼光长远的客户和投资人可能更关注设计能否满足未来经营者或租户的需要（运行成本、形象、灵活性等），以及最终用户的需要（舒适性、安全性）。
因为我们的社会制度、品位以及生活和工作的方式变化越来越快，建筑的灵活性必定会越来越重要。这一点千真万确，特别是，如果我们想到对于一栋建筑来说，具有长期的成本效益、限制期间必须尽可能短，建筑维护成本、改装（如果新用户有不同的要求）和改造（如，增加新的节能设施或提高舒适性的设施）成本要低廉的话尤为如此。具有成本效益的建筑是那些配置仅满足但前要求。在要求改变后能够很容易地迅速做出相应变化，并且尽可能不会产生破坏的建筑。建筑师、项目经理及规划专家还要从规划之上的角度进行考虑，其中包括，公司在开展工作（总承包商和行业专家）期间要密切关注自己的趁本和工作量。所有的施工专业人员都要尽最大努力减少自身的风险，即使是在他们突然有了灵感要表明自己的最好想法时。这个阶段最终会形成一套详细而富有约束力的设计规范。它保证每一名相关人员都能做到心中有数，不但可以避免误解，还能降低风险和成本。
在最初的概念阶段，规划团队会考虑多个可能的解决方案，这些解决方案满足设计规范中规定的具体项目条件和要求，利用了最新的施工及功能方面的可能性，还包括不同的设计观念。坚持的理念就是综合各方看法，制定出最佳方案。面对规划、制造、安装和委托阶段，及建筑维护（包括保证期后）改装、改造期间的成本和风险，如何让好处尽可能的发挥出来？毫无疑问，再考虑各行各业的工作时，只能采用当前的选择。关键是不要只注重改善单个的部分，而是要优化建筑结构、建筑外墙、内墙、楼面、天花板、蓄热体、技术设备及建筑管理技术的整体成本效率。影响建筑结构的重要因素有几何学（包括投影和凹进）、轻型或重型结构（有用的蓄热体）问题以及建筑内部的空气流动。这方面更重要的因素是建筑外墙中透明及不透明骨架式构件的大小和分布（如窗户的最大可能面积），以及这些构件的角度和方向。建筑内部及设备的设计标准和施工标准也会影响能源消耗及室内的舒适性。这方面的重要因素是室内空间的高度、宽度和进深，室内表面的设计施工（如，物料、反射度和结构），蓄热体的可获性及质量、大小、形状、室内墙面的敞开类型以敞开处的流阻（如，内部门）。确保建筑物的机构和建筑外墙的设计与气候及建筑物的用途相符,利用适当的建筑和控制技术,并选择适合建筑物用途的控制策略,这样通常就能够取得最佳效果.
在复杂的建筑项目中,实际设计活动可以分成四个阶段,设计选择阶段,综合设计阶段,模块设计阶段及构件设计阶段.在这个阶段,以项目为基础的解决方案应该对以下因素逐步进行详细分析:成本效率(投资,运营及维护成本),设计需要考虑的因素,能源要求(取暖,制冷,通风,照明等),环境影响,室内舒适性(温度,视觉效果,听觉效果等),使用,操作简便,维护的成本及简便性,以及改变通知途及升级设施的灵活性.对于幕墙建筑者来说,还要在各阶段进行组合和装配.
在设计选择阶段,设计团队要确定和评估备选设计概念,并将其提供给客户.在这一过程中,设计者要考虑下列问题:什么程度的分散化(技术建筑设备和安全)和模块化(建筑外墙可能成为拟议的解决方案的组成部分?建筑外墙和建筑技术能提供的何种程度的操作和自动化?什么时候样的被动,主动,部分及整体构件会适合这一套特殊要求?建筑外墙,建筑技术,建筑结构或内部,或者是这此元素的组合,应该提供什么防护,安全和有益的功能?这此方面包括通风,取暖,制冷,照明,电力(至少是紧急代电)及供暖,产生冷若冰霜气,发电(传统方法的替代方法,如太阳能光伏,风力发电).什么时候样的运营模式适合建筑类型,正在考虑中的建筑设计方案及该建筑的用途? 在更复杂的项目中,常常需要进行其它研究-----一些更加广泛的研究-----为该设计阶段提供支持保证其
可靠性.此类研究包括,模拟分析特定建筑中预期的自然通风水平.着行有必要确定该项建筑物的结构及其周围环境的空气动力学情况,然后确定建筑外墙之内及建筑内部的热力学和热力学情况.设计专家可以同研究所,大学及制造商等组织机构合作进行电脑模拟(模拟”物理过程”)及风洞实验(建筑的比例模型),或者为了获得更准确的结果,在原始尺寸的样本幕墙或建筑部分进行室外实验.这种方法同样适用于
建筑构件及建筑物的取暖,采光等方面.如今,获得可靠结果的关键不再是相关物理公式和运算法则的可用性(如今差不多已经成了种规范),而仅仅是输入的实际数据及样本和实验结构的可用性. 在综合设计阶段,要对选定的概念进行研究,在工程专家,政府有关部门,咨询机构,承包商及产品制造商的帮助下,制定出一份综合的解决方案.为了尽可能取得最佳效果,通盘考虑整个系统非常重要.这此系统各部分之间彼此联系,相互影响.如果一些单独的部分或系统的蓝本些部分对其他建筑构件没有明显影响,可以只关注这些部分.所以,我们的目的不是优化各个建筑构件或标准,而是将该建筑物作为一个整体加以考虑,包括相关的各行业以及在几何上或功能上有关联的模块间的所有界面.与现在相比,系统整合问题(外墙,蓄热体storage mass,建筑技术及建筑管理技术)和建筑外墙中的分散建筑技术问题将来会发挥的作用会更加重要.但是只有在配套技术设备厂及建筑工地外墙的构件易于控制,且与智能控制系统相连接时,才能探究创新性建筑概念的好处.建筑管理技术建筑外墙和建筑技术装置与系统能够利用传统的输电线路,通过建筑总线(如EIB或LON),或通过电脑网络(如以太网)连接起来,从而可以在它们之间建立通信.配套技术设备只在特殊情况下使用.如建筑外墙内部的其他选择已经用尽时.只有在综合规划结果与目标完全一致,且澄清了要求标准以后,才能开始进行模块设计.这个阶段包括所以化并实施模块内部已设计的界面.对于相关的幕墙来说.这意味着要考虑诸如冲压式敞口(punched openings)幕墙或架构填充板(skeleton infill panels),竖框和横梁或统一的幕墙以及一些细节,如幕墙安装支架和附壁配置.必须越来越注意事项一些特殊方面,如”交互式”外墙建筑(功能性,响应性,灵活性)以及外墙的控制技术(建筑自动化和流程优化).应该在尽最大努力减少投资和运行的成本,复杂性和风险,灵活性和功能性实现最大化的基础上做出决定.在模块设计结束前,设计团队要确定各个模块的功能要求以及模块之间的界面—之后在
招标计划书中反应出来的信息,一旦拿到合同,建筑师,专业工程师承包商和产品制造商就需要在构件设计阶段进行合作,检查完整的设计方案,该方案应该包括建筑师同意的工程计划和建设时间表.这一阶段包括对模块设计阶段确定的功能要求和设计进行优化和转化. 然而,不存在单一的解决方案!我们在此提倡的不是优化的个别的特殊构件或标准,而是对整个建筑进行全面的跨学科的检查.更确切地说,在各个情况下都应该进行成本/益处优化,以核实在考虑空调和利用要求时,什么结构,终饰,幕墙设计和工厂理念能够体现最佳成本效益和最恰当的解决方案.这意味着对于那些其构件在建筑流程中相互影响或者在运行中最终会相互影响的系统,要通盘考虑整个系统.各方在施工过程中按照计划如期完工对整个建筑的完工日期同样重要.【完】
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