我国玻璃幕墙现状及发展趋势

刘志海

1 我国建筑幕墙基本概况

1.1 建筑幕墙定义

GB/T 21086—2007《建筑幕墙》中给出的定义是：“由面板与支承结构体系（支承装置和支承结构）组成的、可相对主体结构有一定位移能力或自身有一定变形能力、不承担主体结构所受作用的建筑外围护墙。”

GB/T 34327—2017《建筑幕墙术语》对幕墙的定义是：“由面板与支承结构体系组成，具有规定的承载能力、变形能力和适应主体结构位移能力，不分担主体结构所受作用的建筑结构或装饰性结构。”

建筑幕墙是建筑物的外墙护围，像幕布一样挂在建筑物的主体外墙上，故又称为悬挂墙。一般由结构框架与镶嵌板材组成，是不承担主体结构载荷与作用的建筑围护结构，也是现代大型和高层建筑常用的带有装饰效果的轻质墙体。普遍认为幕墙是西方现代建筑发展的产物，幕墙的概念起源于德国鲍豪斯学派，是现代主义的特征，其风格直接、简单、富于机械美学，产生于150多年前。随着科学技术的发展，许多幕墙新材料、新工艺应运而生，为建筑幕墙的各项性能如承载力和变形、雨水渗透、空气渗透、保温、防潮、隔声、防火等提供了可靠的技术保证和材料基础，从而使建筑幕墙获得了飞跃发展。我国建筑幕墙工业从1983年开始起步，上世纪90年代得到高速发展。目前，我国已发展成世界第一幕墙生产大国和使用大国。

1.2 建筑幕墙分类

我国最早的建筑幕墙分类见于建筑工业行业标准JG 3035—1996《建筑幕墙》，该标准按镶嵌材料把幕墙分为玻璃幕墙、金属板幕墙和组合幕墙；按框架材料的构造分为明框幕墙、隐框幕墙和半隐框幕墙（框材又分铝合金挤出型材和金属板轧制型材）。

GB/T 21086—2007《建筑幕墙》按主要支承结构形式把幕墙分为构件式幕墙、单元式幕墙、点支承幕墙、全玻幕墙和双层幕墙；按密闭形式分为封闭式幕墙和开放式幕墙；按面板材料分为玻璃幕墙、金属板幕墙、石材幕墙、人造板幕墙、组合板幕墙。并按面板支承形式、单元部件间接口形式进行细分。其中双层幕墙是指由外层幕墙、热通道和内层幕墙（或门、窗）构成，且在热通道内能够形成空气有序流动的建筑幕墙。

GB/T 34327—2017《建筑幕墙术语》中，首先进行了基本分类，即层间幕墙、窗式幕墙、斜幕墙、围护性幕墙、装饰性幕墙、透光幕墙、透明幕墙、非透明幕墙、非透光幕墙、光伏幕墙、光热幕墙、光伏光热一体化幕墙、双层幕墙。然后按类别进行分类，即按面板材料分为玻璃幕墙、石材幕墙、金属板幕墙、金属复合板幕墙、双金属复合板幕墙、人造板幕墙、组合[面板]幕墙；按面板接缝结构形式分为封闭式幕墙、开放式幕墙；按面板支承形式分为框支承幕墙、肋支承幕墙、点支承幕墙；按面板支承框架显露程度分为明框幕墙、隐框幕墙、半隐框幕墙；按面板支承框架材料分为铝框架幕墙、钢框架幕墙、木框架幕墙、组合框架幕墙；按立面形状分为平面幕墙、折面幕墙、曲面幕墙、单曲面幕墙。

1.3 我国建筑幕墙的产量

我国建筑幕墙工业从1983年开始起步，历经近40年的发展，在21世纪初已成为世界第一幕墙生产大国和使用大国，正在向幕墙强国发展。据不完全统计，我国2021年建筑幕墙产量为23554万m2，其中玻璃幕墙9851万m2、石材幕墙4321万m2、金属幕墙5182万m2和其他幕墙4200万m2。分别占当年总产量的41.8%、18.3%、22.0%和17.8%。如表1、表2所示。

表1 2005—2021年我国建筑幕墙产量情况 万m2

表2 2005—2021年我国各类幕墙占比 %

2021年，我国建筑幕墙工程主要采用玻璃幕墙，占比41.8%，占比有所下降；石材幕墙因公共建筑及城镇化建设带来的各类项目增多逐渐上升，占比18.3%；金属幕墙基本持平。

2 我国玻璃幕墙基本概况

2.1 玻璃幕墙的定义

玻璃幕墙的定义最早的见于建筑工业行业标准JGJ 102—96《玻璃幕墙工程技术规范》，“由金属构件与玻璃板组成的建筑外围护结构”。

GB/T 21086—2007《建筑幕墙》的玻璃幕墙定义是：“面板材料是玻璃的建筑幕墙”。

GB/T 34327—2017《建筑幕墙术语》的玻璃幕墙定义同样是：“面板材料是玻璃的建筑幕墙”。另外，该标准中光伏幕墙是“含有光伏构件并具有太阳能光电转换功能的幕墙”；光热幕墙是“含有光热构件并具有太阳能光热转换功能的幕墙”；光伏光热一体化幕墙是“含有光伏光热一体化构件，既具有太阳能光伏转换功能又有太阳能光热转换功能的幕墙”。

2.2 玻璃幕墙分类

建筑工业行业标准JGJ 102—96《玻璃幕墙工程技术规范》把玻璃幕墙分为明框玻璃幕墙、半隐框玻璃幕墙、隐框玻璃幕墙、全玻幕墙和斜玻璃幕墙。其中全玻幕墙是指由玻璃板和玻璃肋制作的玻璃幕墙；斜玻璃幕墙是指与水平面成大于75°、小于90°角的玻璃幕墙。

GB/T34327—2017《建筑幕墙术语》中，点支承玻璃幕墙按支承结构形式分为钢结构点支承玻璃幕墙、索结构点支承玻璃幕墙、玻璃肋点支承玻璃幕墙。

2.3 我国玻璃幕墙发展历程

玻璃幕墙在我国始于上世纪80年代，主要标志建筑是1983年的北京长城饭店和上海联谊大厦。可以看出，我国玻璃幕墙的起步远晚于欧美等发达国家，据资料表明，早在1917年美国旧金山的哈里德大厦就采用了玻璃幕墙，之后德国的DESSAU地区和BAUHAUS地区也于1925年建成了以玻璃幕墙为代表的建筑物。在这些建筑的基础上，1929年世界级建筑大师勒·柯布西埃提出“大片”玻璃幕墙的设想。

尽管我国起步较晚，但发展异常迅猛。从发展经历上看，大致经历了模仿、自我成长和自我发展三个阶段。1983—1994年为模仿阶段，该阶段国内幕墙的平均年产量约200万m2，主要是框架式幕墙，其中又以构件式明框玻璃幕墙居多，主要是引进和模仿国外技术，这一阶段国内没有行业规范和标准，技术质量水平较低；1995—2010年为自我成长阶段，该阶段玻璃幕墙年均产量约800万m2，除明框玻璃幕墙，又发展了隐框玻璃幕墙、单元吊挂式玻璃幕墙。在这个阶段，借鉴国外技术标准和规范，编制并实施了国内行业技术标准和规范，幕墙技术水平和质量水平有了一定的提高，其中单元吊挂式玻璃幕墙逐渐被社会接受，而在1998年又出现点式玻璃幕墙。玻璃幕墙的安全问题，开始引发重视。上海、广州和北京分别于1996年、1999年和2000年出台了有关“建筑物使用安全玻璃”的法规。2001年后，国家政府立法，如3C认证制度以及2003年国家发改委等联合出台的《建筑安全玻璃管理规定》。从2010年至今是第三阶段，即自我完善提高阶段，该阶段我国玻璃幕墙企业的创新能力大为增强，其产品不仅在我国建筑幕墙中得到广泛应用，且走出了国门，迈向了世界。如迪拜哈利法塔，塔高828 m是世界第一高楼，其幕墙分别由香港远东、上海力进、陕西恒远三家公司承包，还有莫斯科的联邦大厦、冰岛大剧院等，“中国制造”标签的超高玻璃幕墙建筑筑遍国内外。超大玻璃幕墙、真空玻璃幕墙以及彩釉玻璃幕墙相继产生。如2018年世界最大的、长度达18 m的幕墙玻璃用于香港苹果专卖店；北京天恒大厦采用8000 m2的真空玻璃，这也是目前世界上最大的真空玻璃幕墙工程；澳门星际酒店通过彩釉玻璃的不同变化，将几个不同的玻璃盒子划分得清晰可见，由外到内给人以真正星级的体验感。

在技术发展提高的同时，玻璃幕墙的安全性开始通过立法、标准等形式纳入正规管理。如《住房城乡建设部 国家安全监管总局关于进一步加强玻璃幕墙安全防护工作的通知》（建标〔2015〕38号）要求，新建玻璃幕墙要综合考虑城市景观、周边环境以及建筑性质和使用功能等因素，按照建筑安全、环保和节能等要求，合理控制玻璃幕墙的类型、形状和面积。鼓励使用轻质节能的外墙装饰材料，从源头上减少玻璃幕墙安全隐患。新建住宅、党政机关办公楼、医院门诊急诊楼和病房楼、中小学校、托儿所、幼儿园、老年人建筑，不得在二层及以上采用玻璃幕墙。人员密集、流动性大的商业中心，交通枢纽，公共文化体育设施等场所，临近道路、广场及下部为出入口、人员通道的建筑，严禁采用全隐框玻璃幕墙。玻璃幕墙宜采用夹层玻璃、均质钢化玻璃或超白玻璃。采用钢化玻璃应符合国家现行标准JG/T 455—2014《建筑门窗幕墙用钢化玻璃》的规定。该文为加强城市建筑玻璃幕墙的管理和维护、减少光反射对环境影响、保障公共安全、防止玻璃幕墙破损坠落导致人民生命财产受到损失起到了重要作用，之后各省市自治区纷纷出台了相关地方管理办法或地方规范。

3 玻璃幕墙的发展现状

目前，我国已成为世界上最大的玻璃幕墙生产和使用国，据统计，2021年我国生产玻璃幕墙为9851万m2，占当年我国建筑幕墙总产量的41.8%，占当年世界玻璃幕墙生产量的74.9%；累计使用玻璃幕墙为96190万m2，占我国建筑幕墙总使用量的41.0%，占世界玻璃幕墙累计使用量的72.4%。世界与我国建筑幕墙及玻璃幕墙生产使用量见表3、表4。

表3 世界与我国玻璃幕墙产用量一览表 万m2

表4 我国建筑幕墙及玻璃幕墙世界占比情况 %

另据资料显示，玻璃幕墙主要被应用在商业建筑、高档住宅、公共建筑，其中商业建筑市场占比最高，占比65%以上，其次是公共建筑，占比为29%，高档住宅占比较小，仅有6%，未来住宅领域存在较大发展空间。

4 玻璃幕墙的发展趋势

最初的玻璃幕墙是以装饰功能为主的，后来不断赋予了安全、节能、环保等功能。现代的玻璃幕墙则应包括气候控制和能源生产，因此玻璃幕墙的发展趋势主要有以下几个方面。

4.1 更高的节能性能

随着世界越来越意识到全球变暖的严重性和节约能源的必要性，更节能的玻璃幕墙趋势越来越明显。使用玻璃幕墙的建筑物需要大量的能量抵御来自太阳的热量来保持室温，尤其在夏天，只能通过巨量耗电的空调系统来实现，这在很大程度上造成建筑物约40%的二氧化碳排放量。因此需要具有更低的U值、更有效的热中断性能的特种玻璃和更多地使用多层中空玻璃。其中Low-E中空玻璃、真空玻璃已在玻璃幕墙中使用。光致变色夹层玻璃和电致变色夹层玻璃以及其制作的中空玻璃，也基本具备应用的技术。所谓电致变色玻璃，可根据需要调暗并能阻挡太阳光线，为高层建筑提供额外的光和热保护。如果施加电压，它会变成蓝色，从而降低透明度。在变暗状态下，只有12%的辐射被允许通过，从而使得整个建筑物的能源效率通过光线和温度管理得到显著提高，并且可以省去百叶窗等外部遮阳装置。

4.2 更多的技术功能

如玻璃幕墙光电功能（BIPV）、玻璃幕墙的生态功能等。光电玻璃幕墙是集发电、隔音、隔热、安全、装饰功能于一体的新型建筑玻璃幕墙，它是用光电池、光电板技术，把太阳光转化为电能，其关键技术是太阳能光电池技术。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。在阳光照射下产生直流电，所有光电板产生的电能，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。

我国光伏材料技术和产能处于世界前列，BIPV技术和供需条件趋于成熟，据中国光伏行业协会光伏建筑委员会统计，2020年，国内主要光伏建筑产品生产企业BIPV的总装机容量约为709 MW，总装机面积377.4万m2，占当年国内分布式光伏装机容量的4.5%。

4.3 更大的玻璃幕墙面板

我国的玻璃加工技术完全能够生产超大尺寸玻璃，这使更大的玻璃幕墙面板成为可能，即钢化夹层的中空超大板玻璃。其视觉效果非常明显，当然玻璃幕墙面板越大，成本越高，安装越复杂，如果破裂后果越严重。因此，超大的幕墙玻璃的使用不仅涉及制作技术，还有安装及维护等技术。

另外，随着建筑物变得越来越高，玻璃幕墙的清洗难度也越来越大，窗户清洁不仅可以成为一项全职工作，而且也相当昂贵。如英国伦敦的Shard大厦，95层高309.6 m，有11000块玻璃板，总面积达56000 m2，需要17名窗户清洁工3个月才能完成整个大楼的清洁，之后他们又开始重复清理。因此使用镀有疏水涂层的自洁净膜玻璃，显得更有必要。

5 结语

目前，现代、时尚和具有代表性的大型玻璃幕墙在高档建筑上广泛应用。然而，如果它们还具有节能、零碳或负碳效应以及发电等功能，其发展前景才会更加广阔。