建筑產(chǎn)業(yè)化在公共建筑中的應(yīng)用實(shí)踐與思考

宋勇，周劍敏，劉順

（1.深圳市建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司合肥分院，安徽 合肥 230061；2.深圳中海建筑有限公司，安徽 合肥 230061）

1 工程概況

安徽省國(guó)際婦女兒童醫(yī)學(xué)中心位于合肥市高新區(qū)長(zhǎng)江西路與長(zhǎng)寧大道交口東北角，緊鄰長(zhǎng)江西路，項(xiàng)目占地面積約7萬m2，總規(guī)劃建筑面積約20.1萬㎡，其中一期工程建筑面積約14.5萬m2，主要包含婦兒醫(yī)療中心及國(guó)際產(chǎn)科中心、門診樓及醫(yī)技綜合樓、后勤綜合樓、單層地下室及相應(yīng)配套建筑，項(xiàng)目整體效果如圖1所示；其中婦兒醫(yī)療中心及國(guó)際產(chǎn)科中心均為地上15層，地下1層，建筑高度63.7m，構(gòu)架頂為73.9m，設(shè)有住院大廳、中心藥房、新生兒監(jiān)護(hù)室、病房、辦公區(qū)等功能用房，兩個(gè)單體建筑的4層及以上部分均為標(biāo)準(zhǔn)的住院診療單元，如圖2所示，具有標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的特點(diǎn)，適合采用產(chǎn)業(yè)化的模式建造，與國(guó)家推動(dòng)建筑產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級(jí)所大力倡導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)政策相吻合，以提高建筑質(zhì)量及安全水平，實(shí)現(xiàn)綠色、高效、節(jié)能、環(huán)保目標(biāo)。結(jié)構(gòu)形式為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類，框架及剪力墻的抗震等級(jí)均為一級(jí)，基礎(chǔ)為CFG樁復(fù)合地基+筏板基礎(chǔ)；根據(jù)項(xiàng)目的功能特點(diǎn)及各類構(gòu)件的重要性，結(jié)合建筑產(chǎn)業(yè)化的特性，本工程通過合理的結(jié)構(gòu)布置和構(gòu)造措施，參照等同現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的方法[1]進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和構(gòu)件拆分，滿足各種工況下的受力要求，節(jié)點(diǎn)區(qū)域的鋼筋構(gòu)造(鋼筋的錨固、連接以及箍筋的配置等)與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)等同。

2 產(chǎn)業(yè)化相關(guān)的應(yīng)用情況

圖1 項(xiàng)目整體效果圖

圖2 住院診療單元平面圖

本工程平面布置規(guī)則，按照標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化、少規(guī)格、多組合的設(shè)計(jì)原則，結(jié)合結(jié)構(gòu)整體性、耐久性及高強(qiáng)高性能材料的合理應(yīng)用情況，本工程部分部品部件重復(fù)利用率高，適合工廠化批量生產(chǎn)加工。鑒于本工程為重點(diǎn)設(shè)防類建筑[2]，基于豎向及抗側(cè)力構(gòu)件的重要性，本工程中主要采用的預(yù)制部品部件為：疊合樓板、預(yù)制樓梯、預(yù)制裝配整體式衛(wèi)生間、蒸壓加氣混凝土墻板（ALC）；預(yù)制裝配率約36.5%。各類構(gòu)件的應(yīng)用情況如下：

2.1 疊合板結(jié)構(gòu)拆分設(shè)計(jì)

本工程樓板結(jié)合樓面結(jié)構(gòu)布置及構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工等條件進(jìn)行了合理拆分[3]，除部分樓電梯間前室、少量非標(biāo)衛(wèi)生間區(qū)域及部分不規(guī)則外挑陽(yáng)臺(tái)位置外，其他區(qū)域均采用了預(yù)制疊合樓板，最大疊合板板塊尺寸4450 mm×2500 mm，按照雙向板拼接縫設(shè)計(jì)板縫連接節(jié)點(diǎn)，疊合板桁架筋沿疊合板構(gòu)件長(zhǎng)邊布置，根據(jù)機(jī)電預(yù)埋管線情況及構(gòu)件分割大小共分割為139塊不同編號(hào)的疊合板（平面圖如圖3），標(biāo)準(zhǔn)層樓板預(yù)制裝配率達(dá)86.6%。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面（拆分布置圖）

為方便工廠制作和現(xiàn)場(chǎng)安裝，本工程桁架鋼筋混凝土疊合板（60mm厚底板）采用樓板底筋不出筋方式，現(xiàn)澆疊合層厚度為80mm，混凝土等級(jí)均為C30；疊合板鋼筋及鋼筋桁架的上弦、下弦均采用HRB400鋼筋，鋼筋桁架腹桿鋼筋采用HPB300鋼筋，鋼筋的保護(hù)層厚度≥15mm；疊合板預(yù)埋線盒為PVC-86線盒、金屬-86型號(hào)線盒，線盒高度均為100mm；疊合板在入支座處采用花紋面，面層為拉毛面，粗糙面的面積不宜小于結(jié)合面的80%，粗糙面凹凸深度不應(yīng)小于4mm，以提高結(jié)合面的粘結(jié)強(qiáng)度和抗剪承載力；疊合板吊裝自桁架鋼筋起吊，樓面板長(zhǎng)度≥3m時(shí)采用六點(diǎn)平衡起吊，吊點(diǎn)位附加一根長(zhǎng)度為280mm直徑8mm的鋼筋；疊合樓板與支座的連接節(jié)點(diǎn)及疊合板間的拼接縫大樣如圖4所示。

圖4 疊合樓板與支座的連接節(jié)點(diǎn)及拼縫節(jié)點(diǎn)大樣圖

2.2 預(yù)制樓梯設(shè)計(jì)

預(yù)制樓梯[4]在產(chǎn)業(yè)化工程中應(yīng)用最為成熟，本工程中預(yù)制樓梯尺寸為1790 mm×4440 mm，單個(gè)構(gòu)件重量約4.7t；預(yù)制樓梯鋼筋采用HRB400鋼筋，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，鋼筋的保護(hù)層厚度≥20mm，環(huán)境類別為一類；裂縫控制等級(jí)為三級(jí)，最大裂縫寬度限值為0.30mm，撓度限值為l/200；梯段板支座為銷鍵連接，上端支撐處為固定鉸支座，下端支撐處為滑動(dòng)鉸支座，梯段板按簡(jiǎn)支計(jì)算模型考慮，不參與結(jié)構(gòu)整體抗震計(jì)算，未考慮梯段板的斜撐作用，構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)考慮正常使用荷載工況、脫模、吊裝等工況下的荷載效應(yīng)；樓梯挑耳作為梯段的支承構(gòu)件，考慮受彎、受剪、受扭組合作用；構(gòu)件及連接節(jié)點(diǎn)詳圖如圖5所示。

圖5 樓梯及支座連接節(jié)點(diǎn)大樣圖

2.3 預(yù)制裝配式整體衛(wèi)生間體系

本項(xiàng)目極具創(chuàng)新地開辟了國(guó)內(nèi)首個(gè)混凝土裝配式整體衛(wèi)生間，具備標(biāo)準(zhǔn)化的病房衛(wèi)生間數(shù)量為440個(gè)，衛(wèi)生間整體造型復(fù)雜，為異形九面體（如圖6）。本工程衛(wèi)生間機(jī)電內(nèi)容較為復(fù)雜，為了完成整體預(yù)制，提高整體機(jī)電集成化率，采用BIM輔助設(shè)計(jì)，同時(shí)進(jìn)行了大量的深化工作，將機(jī)電與土建進(jìn)行整體集成式設(shè)計(jì)，因標(biāo)準(zhǔn)層層高較高（4m），單個(gè)衛(wèi)生間整體自重約10 t，考慮吊具的自重及塔吊負(fù)荷限制，整體衛(wèi)生間采用上下拼接體系，分拆為上半截3.75 t和下半截6.25 t，并巧妙地借鑒了榫卯結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)整體式衛(wèi)生間進(jìn)行企口式拼接，拼接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)滿足防水要求，構(gòu)造簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)連接可靠、操作簡(jiǎn)單、施工方便、整體穩(wěn)定性好，能有效杜絕防水滲漏隱患，衛(wèi)生間與主體結(jié)構(gòu)通過預(yù)埋鐵件焊接固定。本工程預(yù)制裝配式整體衛(wèi)生間設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮通過焊接、螺栓連接，將上下二段式拼成一個(gè)整體（如圖7）；下半截衛(wèi)生間底板與墻板整體預(yù)制，底板厚130mm，墻身高度1850mm（墻板高度超過了迎水面防水設(shè)計(jì)高度1800mm的要求）；走道側(cè)衛(wèi)生間墻板厚200mm，其他面均為100mm厚，200厚的墻板內(nèi)填擠塑聚苯板以減輕衛(wèi)生間自重；上半截衛(wèi)生間墻高1140～1890mm；上下兩端拼接，采用企口防水構(gòu)造[5]，內(nèi)低外高的模式，內(nèi)外高低差40mm，形成構(gòu)造防水；衛(wèi)生間中間、頂部連接部位，通過預(yù)埋角碼螺栓連接固定；拼接縫內(nèi)外側(cè)均采用建筑密封膠作為材料防水。借助BIM技術(shù)將結(jié)構(gòu)、安裝、裝飾集成綜合，墻身預(yù)留80mm寬，50mm深管線凹槽，并預(yù)留給排水鋼套管、地漏及風(fēng)管洞；機(jī)電管洞、線管線盒的定位與裝修匹配，成型觀感效果優(yōu)良。

圖6 預(yù)制整體衛(wèi)生間平面及三維詳圖

圖7 預(yù)制整體衛(wèi)生間剖面及連接節(jié)點(diǎn)大樣詳圖

2.4 ALC輕質(zhì)隔墻體系

本工程4～15層隔墻采用蒸壓砂加氣混凝土墻板（ALC輕質(zhì)隔墻）進(jìn)行單元分隔，層高4m，墻板厚度200mm（B06級(jí)），輔以Mb5.0專用聚合物配套砂漿嵌縫；ALC輕質(zhì)隔墻板由經(jīng)過防銹處理的雙層、雙向鋼筋增強(qiáng)，承載性好，單點(diǎn)靜掛重物120kg，經(jīng)過高溫、高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)而成，收縮比較小，用專用聚合物粘結(jié)劑嵌縫，能有效防止墻板及拼接縫位置的開裂。墻板上下端采用管板法固定（拼縫位置鋼板卡固定），墻側(cè)與幕墻龍骨間的空隙采用發(fā)泡劑填充密實(shí)，拼縫位置加掛耐堿網(wǎng)格布，采用專用膩?zhàn)庸纹?。板材根?jù)實(shí)際尺寸定尺加工，精度高、可刨、可鋸、可鉆，采用干作業(yè)，安裝快捷，無須抹灰，減少了工序，大大縮短工期，提高施工質(zhì)量，墻面的平整度非常高。平面布置示意及節(jié)點(diǎn)詳圖如圖8所示。

圖8 ALC預(yù)制墻板布置及連接節(jié)點(diǎn)大樣詳圖

3 BIM技術(shù)在本工程中的應(yīng)用

產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展與BIM技術(shù)[6]的支撐息息相關(guān)，BIM建筑信息模型作為一種新的工程信息的載體，貫穿項(xiàng)目全生命周期的各個(gè)階段，讓項(xiàng)目不同參與方都可以根據(jù)需要在合適的時(shí)間獲取有效的信息，輔助對(duì)項(xiàng)目的理解，減少常見的錯(cuò)誤，其特點(diǎn)是可視化、參數(shù)化和可協(xié)同化。本工程在設(shè)計(jì)、深化加工及現(xiàn)場(chǎng)施工安裝階段針對(duì)建筑產(chǎn)業(yè)化的特點(diǎn)，全過程采用BIM技術(shù)進(jìn)行了輔助設(shè)計(jì)和管理，通過BIM建筑信息模型技術(shù)的應(yīng)用，提高了各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)能力向縱深發(fā)展，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑裝飾裝修與主體結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)備協(xié)同設(shè)計(jì)和施工，減少了錯(cuò)漏碰缺，避免了不必要的返工和浪費(fèi)；同時(shí)產(chǎn)業(yè)化建筑因構(gòu)件預(yù)制對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地組織與時(shí)間組織均會(huì)有較高要求，構(gòu)件堆場(chǎng)、施工道路組織、塔吊位置及覆蓋范圍、生產(chǎn)周期、運(yùn)輸、吊裝周期等均需做周密的考慮，借助BIM技術(shù)自身的信息載體功能實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度模擬（4D），從而優(yōu)化調(diào)整施工方案，對(duì)項(xiàng)目中的重點(diǎn)或難點(diǎn)部分進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬，諸如材料的運(yùn)輸堆放安排、操作空間、土建工程的施工順序、設(shè)備管線的安裝調(diào)試等施工安裝方案的優(yōu)化比對(duì)。借助BIM技術(shù)也可實(shí)現(xiàn)進(jìn)度和造價(jià)結(jié)合，以優(yōu)化調(diào)整項(xiàng)目建設(shè)資金的投入，努力做到施工現(xiàn)場(chǎng)“零庫(kù)存”施工，充分發(fā)揮資金效益，有效節(jié)省工期，提高施工質(zhì)量。

4 總結(jié)與推廣

本工程為建筑工業(yè)化在公共建筑中的實(shí)踐，在設(shè)計(jì)、工廠深化加工、現(xiàn)場(chǎng)吊運(yùn)安裝等參建方的通力合作和合理調(diào)度下，項(xiàng)目的進(jìn)展順利，施工安裝質(zhì)量較高，無質(zhì)量和安全問題，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電、精裝修、預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)施工一體化，綠色節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)，特別是裝配整體式衛(wèi)生間安裝工藝簡(jiǎn)明，用材簡(jiǎn)單，上下連接可靠，杜絕了防水滲漏隱患，對(duì)后續(xù)的設(shè)計(jì)和施工具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義，可在住宅類，尤其是小戶型公寓、廉租房、公租房、安置房?jī)?nèi)適時(shí)推廣使用。

該項(xiàng)目的實(shí)施過程中也曾遇到一些問題，暴露了產(chǎn)業(yè)化工程需特別關(guān)注的一些事項(xiàng)：項(xiàng)目在前期策劃和方案階段應(yīng)充分考慮預(yù)制裝配方案并對(duì)預(yù)制裝配方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析比較，考察項(xiàng)目所在地的預(yù)制工廠生產(chǎn)質(zhì)量和能力等；應(yīng)盡量避免“邊決策—邊設(shè)計(jì)—邊修改”的模式，同時(shí)要求設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)生產(chǎn)工藝和施工技術(shù)要有充分了解；建議總承包方提前介入并開展前期策劃和專項(xiàng)施工方案編制，最好能實(shí)行設(shè)計(jì)施工EPC總承包模式建造；注重設(shè)計(jì)階段對(duì)成本控制的重要性，在滿足預(yù)制裝配率的前提下，合理控制增量成本，選擇便于預(yù)制的構(gòu)件并考慮成本(復(fù)雜程度、復(fù)制率、連接等)影響；注意考慮構(gòu)件的拆分對(duì)生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工等的影響及模具周轉(zhuǎn)率、加工難度，以及運(yùn)輸效率和吊裝設(shè)備等的需求，盡量將相似構(gòu)件轉(zhuǎn)化為相同構(gòu)件，提高復(fù)制率，從而提高模具使用率；施工階段應(yīng)充分重視PC安裝在分項(xiàng)工程中的核心地位，相關(guān)的關(guān)鍵工作崗位人員應(yīng)培訓(xùn)合格后持證上崗，從源頭把控施工質(zhì)量，盡量避免因上游環(huán)節(jié)管理缺位造成的影響在后續(xù)的PC安裝過程中集中爆發(fā)，充分認(rèn)識(shí)到策劃管理和預(yù)控管理在產(chǎn)業(yè)化工程中的重要性。

建筑產(chǎn)業(yè)化是一個(gè)加速創(chuàng)新的工程，應(yīng)進(jìn)一步創(chuàng)新裝配式建筑設(shè)計(jì)，統(tǒng)籌建筑結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)備、部品部件、裝配施工、裝飾裝修，推行裝配式建筑一體化集成設(shè)計(jì)；從設(shè)計(jì)構(gòu)造、材料做法、施工工藝著手，深入研究各種家具設(shè)備功能模塊、產(chǎn)品尺度、節(jié)點(diǎn)連接、施工工藝、節(jié)能環(huán)保等內(nèi)容；積極應(yīng)用BIM建筑信息模型技術(shù)，同時(shí)整合上下游相關(guān)資源，倡導(dǎo)一站式服務(wù)，努力做到產(chǎn)業(yè)融合、技術(shù)先行、管理前置、注重細(xì)節(jié)，從而達(dá)到提質(zhì)增效、節(jié)能環(huán)保、節(jié)約資源、綠色健康，為建筑產(chǎn)業(yè)的升級(jí)做好準(zhǔn)備工作。