標準化理念下的裝配式建筑設計探索＊
——中建科技（閩清）綠色科技產(chǎn)業(yè)園啟動區(qū)綜合樓

鄭姣 趙中宇 王琪龍

中國中建設計集團有限公司

中建科技（閩清）綠色科技產(chǎn)業(yè)園綜合樓位于福建省福州市閩清縣，建筑面積6 346m2，共6層，集辦公、展覽、會議及宿舍等功能為一體。工程采用預制裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，裝配率為91.3%，達到綠色建筑三星標準和超低能耗建筑標準，是中美清潔能源示范項目之一。

1 方案演化

方案最初設想是基于裝配式標準化、模塊化的技術(shù)邏輯，以規(guī)整體塊、不同材質(zhì)來體現(xiàn)體量的虛實變化，達到“大同·小異”的效果。整體的韻律感體現(xiàn)了裝配式建筑的特點，入口、通廊及端部的灰空間則是活躍元素，消解裝配式建筑單一重復的視覺疲勞。而這些不同的空間處理，又恰巧符合地域性特征，加強通風，滿足員工工作及日常生活的使用需求。

建筑的體塊組合順應南高北低的山地地形，北側(cè)的屋頂露臺連通辦公樓南入口形成底層通廊，為員工提供戶外活動的場所。根據(jù)當?shù)氐牡乩砦恢眉皻夂蛱攸c，經(jīng)過多次優(yōu)化設計，項目外立面遮陽采用了預制混凝土遮陽板，大會議室外墻則采用預制混凝土墻板結(jié)合垂直綠化的一體化生產(chǎn)工藝，還運用了太陽能空調(diào)以減少能耗，使預制建筑更加生態(tài)化、節(jié)能化、舒適化。

2 標準化設計

2.1 平面標準化

項目平面設計規(guī)整，采用預制裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)，以2 000mm為模數(shù)，柱網(wǎng)采用8 000mm×8 600mm、8 000mm×6 000mm兩種尺寸。在平面設計時首先將盡量多的房間做相同處理，確保構(gòu)件數(shù)量盡量少。二至五層主要為宿舍和部分辦公室，可以做到完全相同的開窗及分板。通過反復計算、模擬和視覺效果對比，確定統(tǒng)一的遮陽板尺寸規(guī)格，實現(xiàn)了裝配式建筑“少規(guī)格、多組合”的設計原則。

2.2 立面標準化

項目的多類型功能空間給立面設計帶來極大的挑戰(zhàn)。為實現(xiàn)裝配式建筑的標準化建造，結(jié)合構(gòu)件生產(chǎn)工藝，每個柱跨安裝兩塊外掛墻板，且外掛墻板的開窗方式、窗口尺寸遵循標準化要求。

3 方案演化過程

4 二層平面圖

5 三層平面圖

設計結(jié)合綠色建筑節(jié)能標準，在預制外墻掛板外設置水平與垂直遮陽板，將立面有效地統(tǒng)籌為一個整體。預制外墻掛板與遮陽系統(tǒng)均采用標準化設計，統(tǒng)一構(gòu)件的規(guī)格尺寸，使建筑立面具有強烈的秩序感。為了活躍立面效果，有規(guī)律地設置幾組大窗，結(jié)合建筑端部的室外綠庭，使建筑造型虛實對比強烈，形體構(gòu)成清晰。同時，為了驗證新工藝，設計中有意識在建筑的近人尺度采用裝飾混凝土和肌理混凝土預制板，豐富立面效果，統(tǒng)一又不失變化。

業(yè)主：中建科技（福州）有限公司

建設地點：福建省福州市閩清縣

建筑設計：中國中建設計集團有限公司總部設計三院

項目負責人：趙中宇、郭海山

設計團隊：趙中宇、閻福斌、施宏、薛曉榮、王琪龍、張婉、鄭姣、黨蓉（建筑）；郭海山、劉康、李黎明、張世憲（結(jié)構(gòu)）；滿孝新、李悅、李壯壯（暖通）；盧晟、王瑜（給排水）；毛建平（電氣）；趙璨、徐靜波、駱思羽（BIM）

施工單位：中建海峽建設發(fā)展有限公司

構(gòu)件廠家：中建科技（福州）有限公司

總建筑面積：6 346m2

設計時間：2015.09

建成時間：2018.12

攝影：王琪龍

2.3 模數(shù)化

項目嚴格遵守建筑模數(shù)協(xié)調(diào)標準，平面柱網(wǎng)采用8m模數(shù)，預制外墻掛板采用4m模數(shù)，預制遮陽板采用1m模數(shù)，確保柱網(wǎng)尺寸統(tǒng)一，相對應的預制外墻掛板、疊合樓板及遮陽板尺寸保持一致。

3 裝配化技術(shù)

3.1 結(jié)構(gòu)設計裝配化技術(shù)

設計采用預制裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，預制構(gòu)件有預制柱、預制疊合梁、預制疊合板、預制復合外掛板、預制內(nèi)墻板、預制樓梯板和預制女兒墻等，整體預制率超過85%?；A采用錘擊高強預應力混凝土管樁（PHC）基礎，地基基礎設計等級為乙級。同時采用灌漿套筒、灌漿料、四邊不出筋疊合板、輕骨料微孔混凝土復合墻板等中建自主創(chuàng)新的裝配式建筑關(guān)鍵技術(shù)。

6 外掛墻板的標準化設計

7 立面預制遮陽板

8 混凝土立面肌理

9 單孔套筒及灌漿技術(shù)

10 四邊不出筋疊合板技術(shù)

11 新型無機復合預制混凝土保溫外墻

12 水平縫、垂直縫構(gòu)造節(jié)點詳圖

13 墻身節(jié)點詳圖

14 預制構(gòu)件光影效果

本工程結(jié)構(gòu)安全等級二級，抗震設防分類為丙類，抗震設防烈度6度，場地類別為Ⅱ類，設計地震分組為第一組，框架抗震等級四級。柱子采用600mm×600mm的預制柱，端頭局部采用600mm×700mm的預制柱以增加結(jié)構(gòu)整體的抗扭剛度，上下層柱間鋼筋采用了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“單孔套筒灌漿連接”；框架梁采用400mm×600mm、400mm×700mm的疊合梁（疊合層厚150mm），梁柱節(jié)點采用梁主筋插入式；樓板采用四邊不出筋的疊合板（疊合層厚80mm）；外墻板采用250mm無機保溫微孔混凝土復合板，與上層梁疊合層進行濕式連接，結(jié)構(gòu)整體抗震性能良好。

3.2 構(gòu)造節(jié)點裝配化技術(shù)

建筑預制外墻板的水平縫、垂直縫及十字縫等接縫部位、門窗洞口等構(gòu)配件組裝部位的構(gòu)造設計及材料的選用滿足建筑的物理性能、力學性能、耐久性能及裝飾性能的要求。防水材料主要采用發(fā)泡聚乙烯棒與密封膠，水平縫采取企口縫處理，采用構(gòu)造防水加材料防水，垂直縫采用結(jié)構(gòu)自防水、構(gòu)造防水、材料防水等防水構(gòu)造，門窗為先裝法，避免了漏水問題。

4 一體化裝修、景觀

4.1 一體化裝修設計

項目的外立面為清水混凝土，整體設計風格樸素簡約，室內(nèi)裝飾一體化設計，與建筑設計保持一致，突出裝配式建筑的特征，一體化裝修部位為大堂、大/中會議室及一/二層走廊。二層開敞辦公區(qū)、公共空間主要材質(zhì)為清水混凝土、白色墻面、深色地磚、深色頂棚及木質(zhì)裝飾；宿舍部分的墻面和頂棚材質(zhì)為白色乳膠漆，地面材質(zhì)為米黃色地磚。在施工圖設計時同步進行一體化裝修設計，利用各專業(yè)的協(xié)同減少濕作業(yè)，避免返工、后進場等程序，實現(xiàn)建筑裝修一體化的設計目標。

4.2 一體化景觀設計

在總體景觀設計上，試圖使建筑與景觀環(huán)境融為一體。南北方向的高差以預制混凝土臺階、座椅等呈現(xiàn)為臺地景觀，達到建筑與景觀一體化的效果；南側(cè)前區(qū)廣場將預制浮刻混凝土硬質(zhì)鋪裝與植草磚結(jié)合，標準的模塊形式與建筑風格統(tǒng)一。

15 內(nèi)裝一體化實景

16 景觀一體化實景

17 土建三維透視

18 機電三維透視

19 綠色節(jié)能技術(shù)應用

20 架空通風廊道

21 西側(cè)室外露臺實景

5 信息化協(xié)同管理

5.1 方案階段

在方案設計階段，根據(jù)前期技術(shù)策劃成果進行方案創(chuàng)作，避免因不合理的設計導致后期技術(shù)沖突和成本增加，減少因設計、生產(chǎn)、施工和裝修環(huán)節(jié)脫節(jié)造成的設計失誤。

5.2 施工圖、深化圖階段

以BIM模型為基礎建立上述工作機制，分析預制構(gòu)件的幾何屬性，對預制構(gòu)件的類型和數(shù)量進行優(yōu)化。運用BIM技術(shù)對設備管線進行綜合設計，既節(jié)省了時間又控制了質(zhì)量。通過基于BIM技術(shù)的協(xié)同設計平臺，進行預制構(gòu)件與現(xiàn)澆構(gòu)件的鋼筋及預埋件的碰撞檢查，針對沖突點修改設計，并通過統(tǒng)計材料用量提出優(yōu)化設計建議，實現(xiàn)BIM技術(shù)在裝配式建筑中的專業(yè)協(xié)同。

6 綠色節(jié)能技術(shù)應用

6.1 自然通風

本工程位于夏熱冬暖地區(qū)，對通風、遮陽有著較高的要求。設計中借鑒閩南傳統(tǒng)建筑冷巷、遮陽的形式，與空間設計、裝配式技術(shù)巧妙結(jié)合，在建筑底層設置通風廊道，建筑西側(cè)設置室外空中花園，減少建筑西曬。當?shù)刈匀煌L適宜溫度為28℃，制冷期間日最高溫為28℃的天數(shù)有52天，分別集中在5月中下旬、6月中旬、9月初以及10月中下旬。采用自然通風可降低空調(diào)制冷的使用天數(shù)，能耗減少28%。

6.2 優(yōu)化遮陽

項目利用預制遮陽板創(chuàng)造統(tǒng)一的立面效果，形成工業(yè)化建筑風格。同時，遮陽板能有效遮擋夏季午時炎熱的太陽直射，減少消耗。設計模擬當?shù)靥栕匀唤乔闆r，對垂直遮陽板的間隔以及水平遮陽板角度等進行合理分析，形成最有效的遮陽形式。

22 樓層 CFD 氣流組織模擬

23 開敞辦公 CFD 氣流組織模擬

24 遮陽板角度分析

25 遮陽板立面

26 太陽能板

27 太陽能空調(diào)系統(tǒng)

28 建成實景

6.3 太陽能利用

在能源利用上，評估當?shù)厝照諣顩r，采用太陽能空調(diào)新型技術(shù)。白天采用太陽能空調(diào)系統(tǒng)和燃氣輔助模式，對辦公室、宿舍進行制冷或采暖；夜間利用白天高溫儲能，將多余的太陽能資源儲存起來，用于宿舍的制冷或采暖，加燃氣自動輔助。

7 結(jié)語

通過本項目也讓我們在裝配式建筑繁榮發(fā)展的背后理清思路、理性看待。裝配式建筑發(fā)展仍然面臨以下問題：1）重技術(shù)、輕管理，裝配式建筑是一項系統(tǒng)工程，既要滿足技術(shù)集成化，還要滿足管理一體化，當前對裝配式建筑管理方面的重視遠遠不夠；2）重成本、輕人才，在裝配式建筑領(lǐng)域，大家最關(guān)心的是增量成本的問題，但是還沒有意識到從設計、生產(chǎn)、施工到檢測等階段的人才儲備嚴重不足；3）重規(guī)模、輕品質(zhì)，地方政府比較注重每年新開工的裝配式建筑總面積，卻忽視了裝配式技術(shù)給建筑品質(zhì)帶來的提升，沒有真正實現(xiàn)裝配式建筑“兩提兩減”的目標；4）重裝配率、輕標準化，在設計階段一切以“裝配率”為出發(fā)點，裝配式建筑的標準化水平控制不嚴格，帶來了構(gòu)件種類的增加，造成了建設成本的提高。因此裝配式建筑在我國的本土化發(fā)展仍然任重道遠，大量的基礎性研究工作仍需要不斷探索與實踐。

圖片來源

圖27 來源于網(wǎng)絡；其余圖片均由作者自繪或自攝。