淺談校園建筑設(shè)計(jì)中的“復(fù)合型”綠建設(shè)計(jì)手法

文/姜思華 湖南省建筑設(shè)計(jì)院有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410000

1、引言

近年來(lái)，隨著技術(shù)力量的持續(xù)發(fā)展，綠色、低碳等可持續(xù)發(fā)展理念逐漸得到廣泛關(guān)注。在建筑工程行業(yè)中，如何有效節(jié)約自然能源及資源，降低建筑對(duì)環(huán)境的影響，建設(shè)全生命周期的綠色建筑成為行業(yè)的關(guān)注重點(diǎn)。

綠色建筑的主要特點(diǎn)有：建筑的全生命周期內(nèi)均主張節(jié)能環(huán)保，即涵蓋設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)等全過(guò)程；綠色建筑在提供健康舒適的使用空間的同時(shí)，注重降低資源能耗、降低污染排放，旨在消耗較低的環(huán)境資源而創(chuàng)造更舒適高效的建筑使用空間。

現(xiàn)結(jié)合某校園設(shè)計(jì)實(shí)例中綠色技術(shù)的運(yùn)用情況來(lái)說(shuō)明現(xiàn)階段適應(yīng)校園類項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段的綠建設(shè)計(jì)技術(shù)。

2、項(xiàng)目基本概況

2.1 項(xiàng)目總體情況

某市一所高級(jí)中學(xué)辦學(xué)規(guī)模90個(gè)教學(xué)班，在校學(xué)生4500人左右。該項(xiàng)目教學(xué)區(qū)總建筑面積約為7.6萬(wàn)平方米，設(shè)計(jì)功能主要包括普通教學(xué)樓3棟，專業(yè)教學(xué)樓1棟，圖書館1棟，行政辦公樓1棟，學(xué)術(shù)交流中心1棟，食堂1棟、體育館1棟，總計(jì)9棟單體建筑。

項(xiàng)目用地呈不規(guī)則多邊形狀，場(chǎng)地內(nèi)部地勢(shì)較平坦，周邊道路高差較大，南向主要為保留山體。擬建場(chǎng)地地勢(shì)開闊，場(chǎng)地下伏基巖為灰?guī)r、頁(yè)巖。該場(chǎng)地不良地質(zhì)作用主要為碳酸巖巖溶及平整場(chǎng)地所形成的邊坡。填土主要回填于四周高中間低的地勢(shì)低洼處，可不考慮填土底面天然坡度的影響。

2.2 項(xiàng)目建筑單體情況

9棟單體中，普通教學(xué)樓（3棟）、專業(yè)教學(xué)樓及行政辦公樓為以教室或辦公室為主的5層建筑，平面以教室或辦公室為單元，規(guī)律布局，每層平面之間具有較高重復(fù)性。

交流中心位于校園入口主軸線的西側(cè)，共3層，與普通教學(xué)區(qū)相呼應(yīng)。建筑平面為圓形，在功能布局上，設(shè)置有書畫類、舞蹈類、音樂(lè)類學(xué)習(xí)教室。

圖書館位于校園入口主軸線的頂端，根據(jù)地勢(shì)抬高處理，形成整個(gè)校園的標(biāo)志性建筑。圖書館建筑共5層，采用八邊形的平面形式，凸顯自身的標(biāo)志性特點(diǎn)。

食堂位于教學(xué)區(qū)與生活區(qū)之間，方便兩個(gè)區(qū)域的人流使用。根據(jù)食堂內(nèi)部不同的功能分區(qū)設(shè)置了學(xué)生用餐、教職工用餐、后勤服務(wù)、貨物運(yùn)輸?shù)榷喾N分區(qū)流線，互不干擾。

體育館結(jié)合校內(nèi)田徑運(yùn)動(dòng)場(chǎng)設(shè)置，共3層。一層采取架空的手法，形成風(fēng)雨操場(chǎng)，滿足師生在雨雪天氣的運(yùn)動(dòng)功能需求，二層設(shè)置籃球場(chǎng)，周圍布置觀眾坐席及主席臺(tái)，三層設(shè)置觀眾坐席及少量輔助功能空間。體育館的籃球場(chǎng)部分，平面跨度約44MX53M，是本工程項(xiàng)目中的大跨度建筑單體。

3、“復(fù)合型”綠建設(shè)計(jì)手法的運(yùn)用

本項(xiàng)目提出“復(fù)合型”綠建設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)前期綜合考慮各棟單體特點(diǎn)，根據(jù)不同特點(diǎn)制定相應(yīng)綠色建筑設(shè)計(jì)技術(shù)，綜合運(yùn)用裝配式技術(shù)、BIM技術(shù)及鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方式。具體實(shí)施如下：

3.1 8棟單體采用運(yùn)用預(yù)制裝配式技術(shù)。

本項(xiàng)目中，普通教學(xué)樓（3棟）、專業(yè)教學(xué)樓、圖書館、行政辦公樓、學(xué)術(shù)交流中心、食堂均采用裝配式技術(shù)。所有單體建筑均為疊合樓蓋現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)體系，采用的預(yù)制構(gòu)件包括預(yù)制外墻掛板、疊合梁、疊合板、預(yù)制欄桿板、預(yù)制樓梯、預(yù)制女兒墻、預(yù)制非承重墻板，總體預(yù)制裝配率為55%。其中預(yù)制外墻掛板均預(yù)埋保溫材料及窗框、瓷磚反打工藝、水洗粗糙面工藝，實(shí)現(xiàn)裝飾裝修一體化及節(jié)能目標(biāo)。

圖1 裝配式預(yù)制外墻掛板

普通教學(xué)樓、專業(yè)教學(xué)樓、圖書館、行政辦公樓、學(xué)術(shù)交流中心、食堂實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修。從而大量減少現(xiàn)場(chǎng)工作量，保護(hù)環(huán)境減少施工污染，提高工程開展效率，縮短建設(shè)周期。

3.2 復(fù)雜公建運(yùn)用BIM技術(shù)。

本項(xiàng)目中的食堂子項(xiàng)，從方案設(shè)計(jì)階段開始，即采用BIM技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作，并生成相應(yīng)BIM數(shù)據(jù)模型及二維圖紙，為項(xiàng)目后期裝配式的全面實(shí)施提供精確的構(gòu)件信息。

在食堂單體設(shè)計(jì)中采用的BIM技術(shù)，要求進(jìn)行建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等專業(yè)的設(shè)計(jì)模型創(chuàng)建。通過(guò)三維可視化模型，發(fā)現(xiàn)二維設(shè)計(jì)過(guò)程中的圖紙問(wèn)題，并采用revit模型輸出二維圖紙。在復(fù)雜結(jié)構(gòu)和空間采用BIM模型指導(dǎo)后期，同時(shí)為項(xiàng)目后期裝配式的全面實(shí)施提供精確的構(gòu)件信息。

運(yùn)用BIM控制全設(shè)計(jì)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)過(guò)程的外觀可視化，與其他專業(yè)在協(xié)同作業(yè)時(shí)提高合作效率，并且更有利于對(duì)項(xiàng)目的優(yōu)化調(diào)整，最終實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)、整合信息、完善項(xiàng)目的目的。

方案階段：完成方案BIM模型搭建，并在搭建過(guò)程中完善概念方案中的不足。同時(shí)，結(jié)合機(jī)電專業(yè)相關(guān)設(shè)備，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)教室單元進(jìn)行可視化模擬。

初步設(shè)計(jì)階段：在方案模型的基礎(chǔ)上，全專業(yè)搭建BIM模型，并完成初步設(shè)計(jì)階段出圖工作。機(jī)電各專業(yè)進(jìn)行設(shè)備管線、機(jī)房建模。全專業(yè)協(xié)同建模，及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)梁柱、機(jī)電管線對(duì)建筑空間的不利影響，并及時(shí)調(diào)整、優(yōu)化。

施工圖階段：完善初步設(shè)計(jì)模型，建筑專業(yè)在revit模型中細(xì)化各類大樣圖，如樓梯間、墻身節(jié)點(diǎn)、門窗分隔大樣等，并采用revit模型輸出二維圖紙，在復(fù)雜結(jié)構(gòu)和空間采用BIM模型指導(dǎo)后期，完成模型和圖紙的交付。

3.3 大跨度單體采用鋼結(jié)構(gòu)。

本工程體育館屬于大跨度建筑形式，籃球場(chǎng)區(qū)域平面跨度約44MX53M，其屋頂結(jié)構(gòu)采用鋼管桁架結(jié)構(gòu)+金屬屋面板建造形式，并在鋼結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)之后進(jìn)行深化設(shè)計(jì)技術(shù)。設(shè)計(jì)根據(jù)施工圖提供的構(gòu)件布置、構(gòu)件截面與內(nèi)力、主要節(jié)點(diǎn)構(gòu)造、數(shù)據(jù)和技術(shù)要求及相關(guān)圖紙和規(guī)范的規(guī)定，對(duì)構(gòu)件的構(gòu)造予以完善，從而減少返工，提高質(zhì)量，減少材料浪費(fèi)。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)屋架形式

4、項(xiàng)目的突出特點(diǎn)及綜合效益

“復(fù)合型”綠建設(shè)計(jì)理念：校園類的項(xiàng)目通常為多個(gè)建筑單體集合，每棟單體因其不同的使用功能、規(guī)模形式及造型要求，可使用的綠建設(shè)計(jì)技術(shù)也有差異。設(shè)計(jì)前期綜合考慮各棟建筑單體的特點(diǎn)，根據(jù)不同特點(diǎn)制定相應(yīng)的綠建設(shè)計(jì)方案，針對(duì)性運(yùn)用了裝配式技術(shù)、BIM技術(shù)及鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方式。其中，教學(xué)樓、圖書館、行政辦公樓等每層平面布局變化不大或變化規(guī)律的，可采取裝配式技術(shù)。對(duì)大型復(fù)雜公建，有高大空間或設(shè)備管線復(fù)雜的，可采用BIM技術(shù)統(tǒng)籌各專業(yè)信息，呈現(xiàn)最直觀的空間效果。體育場(chǎng)館類的建筑，受運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地布置及使用要求的影響，多為大跨度結(jié)構(gòu)，可采用鋼結(jié)構(gòu)形式，更為環(huán)保高效。

BIM技術(shù)運(yùn)用：BIM模型一模多用，可對(duì)接lumion、3Dmax及可視化展示。同時(shí)成果交付實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)二維圖紙與三維模型同時(shí)交付。提高設(shè)計(jì)圖紙質(zhì)量，減少錯(cuò)漏碰缺。成果交付時(shí)，除了傳統(tǒng)的二維圖紙，一并提供三維數(shù)據(jù)模型，方便開展后續(xù)的裝配式設(shè)計(jì)及指導(dǎo)后期施工。

裝配式建筑技術(shù)：多棟單體建筑的裝配式技術(shù)運(yùn)用，裝配率達(dá)到55%，大量的建筑部品由車間生產(chǎn)加工完成，施工現(xiàn)場(chǎng)采取裝配作業(yè)，大大減少傳統(tǒng)型施工現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)量，從而保護(hù)環(huán)境，減少施工污染，提高工程開展效率，降低投資成本，縮短建設(shè)周期。

采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：鋼結(jié)構(gòu)屋架形式的承載力高、跨度大，并具有比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)用料省、易拆除的明顯優(yōu)勢(shì)，且鋼材本身即為可回收再利用的綠色建材。本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)中，還通過(guò)鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)，減少返工，提高質(zhì)量，減少材料浪費(fèi)，此優(yōu)化措施節(jié)約施工費(fèi)用約50萬(wàn)元。