基于開放建筑的OFB 建筑體系與濟南魯能項目裝配式建筑易建性設計創(chuàng)新

劉東衛(wèi) 蔡昆洋 王唯博 賈麗

1 中國建筑標準設計研究院有限公司

2 中國建設科技集團中央研究院裝配式建筑與百年住宅研究中心

3 中國建筑設計研究院有限公司

1 我國建筑工業(yè)化可持續(xù)發(fā)展與OFB住宅建筑體系研發(fā)建設背景

1.1 我國建筑工業(yè)化可持續(xù)發(fā)展問題的思考

20世紀以來，國際建筑產業(yè)現代化發(fā)展是以先進的建筑體系轉型和革新進步為基礎，采用新型工業(yè)化建筑通用體系，既能滿足使用上的多樣化需求，又能從根本上提高建筑的綜合性能。自哈布瑞肯在20世紀60年代提出開放建筑理論，促發(fā)了對建筑體系化方面大量的研究和實驗，面對資源和環(huán)境的挑戰(zhàn)，工業(yè)化水平較高的國家通過開發(fā)適應本國國情的體系，實現了建造方式的轉型升級。當前我國處于新型工業(yè)化建筑通用體系的初步創(chuàng)建時期，行業(yè)內對建筑體系的理解經常存在一定的誤區(qū)，尚未形成適合新時代高品質要求的生產體系，難以發(fā)揮技術應用的綜合效益，其住宅建筑主體結構系統普遍采用剪力墻結構，嚴重制約了住宅的可持續(xù)發(fā)展。例如，作為外圍護結構的剪力墻對建筑內部空間形式限制過大，同時制約了建筑立面多樣性；戶內承重墻限制了室內空間的靈活使用；各種管線埋設于結構墻體、樓板內，增加日后維護、維修、拆改的難度，甚至給樓體結構帶來重大安全隱患，減少建筑使用壽命；伴隨著高噪音和大量建筑垃圾的出現，建筑后期面臨著高昂的拆改成本，與我國新時期可持續(xù)性居住理念和建設要求相差甚遠。

濟南魯能領秀城P-2地塊項目（以下簡稱“濟南魯能項目”）位于濟南市市中區(qū)舜耕路與二環(huán)南路交匯處路南，處于整個領秀城核心區(qū)域。項目總占地6.48萬m2，建筑面積18.82萬m2，地上建筑面積約13.3萬m2（圖1～3）；共有16棟樓，包括15棟住宅樓、1棟公建樓，容積率2.0。項目為中日百年住宅示范項目、住建部住宅產業(yè)化示范項目、廣廈獎候選項目，已獲得綠色建筑評價三星認證、住宅性能評價3A級認證。項目以新理念、新模式、新標準、新體系、提高供給質量水平和降低資源環(huán)境負荷為目標，加快推動可持續(xù)住宅發(fā)展方式變革，通過產業(yè)化科技創(chuàng)新，建設出長壽命、高品質、綠色低碳的好房子。項目規(guī)劃建設采用國際新都市主義規(guī)劃理念，打造集住宅、商業(yè)服務街區(qū)、濱水開放空間于一體的城市社區(qū)景觀型項目，聯合國內外十余家產學研用的科研和全產業(yè)鏈設計施工等單位進行科技攻關，從系統實施到設計、生產、施工、維護等各個環(huán)節(jié)進行開創(chuàng)性集成技術探索及產業(yè)化應用實踐。項目通過課題研究，首次在住宅科技方面攻關國際水準的OFB住宅建筑體系、干式ALC外墻系統、太陽能真空管垂直部品等關鍵技術。

1.2 濟南魯能項目OFB住宅建筑體系的研發(fā)和基本特征

國外當代新型建筑工業(yè)化的建筑體系研究實踐表明，發(fā)展支撐體和填充體分離的新型工業(yè)化建筑體系與部品技術是新世紀建筑產業(yè)的趨勢，從產業(yè)上符合我國可持續(xù)建設要求，從效益上滿足提高建筑品質的需求，符合廣大居住者的未來期待，值得我們大力研究和推廣。

1 魯能領秀城鳥瞰圖

2 魯能領秀城項目實景

3 魯能領秀城項目實景

業(yè)主：山東魯能亙富開發(fā)有限公司

建設地點：山東省濟南市

規(guī)劃設計與技術研發(fā)：中國建筑標準設計研究院有限公司

項目負責人：劉東衛(wèi)

設計團隊：郝學、魏紅、馮凡、蔣洪彪、程竹、王唯博（建筑）；肖明（結構）；車愛晶（給排水）：衛(wèi)軍鋒（暖通）；富麗（電氣）

內裝設計與部品集成：五感納得（上海）建筑設計公司、松下億達裝飾工程公司、上海曼圖室內設計公司

建設總包施工：中建三局有限公司

內裝施工：深圳市美芝裝飾設計有限公司、東亞裝飾股份有限公司、中建東方裝飾有限公司、中國建筑裝飾集團有限公司

部品集成實施：南京徐建新型建材股份有限公司、蘇州海鷗有巢氏整體衛(wèi)浴股份有限公司、山東力諾瑞特新能源有限公司、廣東歐科空調制冷有限公司

總建筑面積：18.82 萬m2

設計時間：2015.08—2016.08

建成時間：2018.08

圖片版權：中國建筑標準設計研究院有限公司

OFB住宅建筑體系以探索解決社會與環(huán)境的可持續(xù)問題的可能途徑為目標，是針對當前我國住宅可持續(xù)建設問題、使用者未來需求問題和裝配式建筑設計建造實施問題的建筑體系。本項目以綠色建筑全生命周期的理念為基礎、提出了基于開放建筑理念的新型OFB住宅建筑體系（Openness開放性、Flexibility適應性、Buildability易建性），在建筑體系的開放性、家庭生命周期居住的適應性和工業(yè)生產的易建性方面（圖4，5），研發(fā)了住宅體系與集成技術的整體解決方案。OFB住宅建筑體系的應用在開放性、適應性、經濟性，以及產業(yè)化和節(jié)能環(huán)保等方面具有優(yōu)良特點。

4 OFB 住宅建筑體系與集成技術系統

5 OFB 住宅建筑體系與集成技術系統

OFB住宅建筑體系是結構支撐體與室內填充體分離的長壽化建筑體系，既統籌考慮建筑全壽命周期的規(guī)劃設計、施工建造、維護使用和再生改建的全過程，也可確保建筑維護管理和檢修更換的方便性。OFB住宅建筑體系的易于維護和管理是實現建筑可持續(xù)的重要部分，能長久保證建筑的正常使用功能和品質，使建筑成為優(yōu)良的社會資產和家庭資產。OFB住宅建筑體系可長期減少環(huán)境負荷，既能方便后期改建，又能減少廢棄物，在節(jié)能減排方面比通常的建筑更有優(yōu)勢。

2 OFB住宅建筑體系的開放性、適應性和易建性

2.1 建筑系統的開放性設計

OFB住宅建筑體系具有建筑系統的開放性，采用建筑形體規(guī)整化的、可變性高的大空間結構體系，住戶內部采用大跨度結構來保證空間的自由度。通過控制支撐體的形狀，減少開口凹槽，盡可能取消室內承重墻體，有效提高施工效率且保證施工質量。

通過構成集約化的結構模塊單元和可組合成不同住棟的適應條件，在住棟公共空間中布置管井管線等設施，支撐體中衛(wèi)浴等部分可作為獨立模塊置入。項目高層住宅采用大空間框剪支撐體柱網正交布置，柱子最大跨度7.2m，最小跨度3.6m，戶內僅有一根柱子，剪力墻在外墻和分戶墻位置，減少對戶內空間的影響，保證了套型的開放性、靈活性（圖6）。

2.2 家庭生命周期居住的適應性設計

OFB住宅建筑體系以實現住宅全生命周期內的適應性為目標，滿足了住戶的多樣化與適應性需要，SI內裝體系的技術解決方案解決了建筑裝修質量等通病問題，也使建筑具備改造的可能性，適應未來發(fā)展變化的要求。項目建設既要降低地球環(huán)境負荷和資源消耗，也要滿足不同使用者的居住需求和生活方式，S與I分離體系的適應性填充體整體提高了住宅的長久居住性能和質量。

OFB住宅建筑體系帶來了建筑設計的靈活性，室內空間沒有承重墻，可以根據功能需求進行劃分，當建筑內部功能發(fā)生變化時，可以重新設計，以便滿足新的空間需求。套型設計時充分考慮家庭人口變動對功能空間的需求，采用可變性高的大跨度框架空間體系和輕質隔墻，結合居住需求變化，在同一套型內針對育兒和適老等需求進行深入的空間設計研究（圖7，8）。

6 OFB 住宅建筑體系的單元平面開放性與項目戶型靈活性組合

7 OFB 住宅建筑體系的家庭全生命周期適應性設計

8 OFB 住宅建筑體系育兒與適老套型的適應性設計

2.3 工業(yè)生產的易建性設計

OFB住宅建筑體系工業(yè)生產的易建性設計，針對當前過分強調主體結構全預制、不注意標準化以及設計建造相分離的突出問題，從建筑設計環(huán)節(jié)開始，在保證建筑物質量的同時，以控制設計施工成本、提高勞動效率和縮短工期為目標，貫徹設計標準化、生產工廠化、施工裝配化、土建與裝修一體化原則，實現結構支撐體系統、外圍護墻板系統、內裝和部品系統的設計建造分離，比剪力墻體系的層級劃分更為清晰，更有利于提高施工效率。項目采用裝配式內裝設計及建造方法，利用全吊頂、內保溫空間、輕鋼龍骨墻體內部、衛(wèi)生間降板區(qū)等區(qū)域敷設水、電管線，地面全部采用干式地暖模塊，與結構主體完全分離（圖9）。

9 OFB 住宅建筑體系產業(yè)化優(yōu)勢與易建性設計

當前國內普遍采用PC剪力墻結構體系，部件自重大且種類多，生產施工難度較大，運輸成本較高。另外，其PC剪力墻結構體系施工安裝過程中預制構件鋼筋碰撞、構件裂損、安裝定位效率過低等問題逐漸凸顯。OFB住宅建筑體系以設計合理性與施工易建性為目標，其大空間框剪支撐體減少了承重墻的數量，框架規(guī)格較為統一，生產和施工難度較小，運輸成本也較低。同時，施工周期縮短，節(jié)約工期30%左右。

3 濟南魯能項目的大空間框剪支撐體系統裝配化的易建性設計與技術集成

項目實施前期從構建組成、成本造價、施工難度等方面將大空間框剪支撐體系統和裝配式剪力墻結構進行對比。不難發(fā)現，其支撐體體系更加符合目前政策要求，既能滿足建筑功能需求，又能節(jié)約成本、方便施工，是切實可行的技術方案（表1，2）。

4 濟南魯能項目的ALC墻板外圍護系統裝配化的易建性設計與技術集成

濟南魯能項目的裝配式ALC墻板外圍護系統不僅具有優(yōu)良的易建性，在輕質、防火、易施工、經濟性等方面也較為突出。與裝配式剪力墻體系的裝配式外墻相比，其連接簡單可靠、施工安裝便捷，減少了預制構件接縫與連接件，提高了安裝效率并確保了質量，利于組織構件的工廠化生產與施工安裝，可實現立面的少規(guī)格多組合。其干式工法的外墻部品滿足了制造工廠化、部品裝配化和施工干式化的要求。

項目裝配式外圍護墻板選用了200mm厚內嵌式構造做法，并在室內設置保溫層。發(fā)泡聚氨酯內保溫體系、裝配式外圍護墻板與SI建筑體系高度契合，利用墻面架空空間進行管線分離，有效控制了圍護結構的總厚度，加強了墻體的防水性能。其墻板采用無需抹灰作業(yè)的干式工法，且外立面使用了工廠加工定制的外飾，實現了優(yōu)良的外觀效果。干式工法ALC墻板的建筑外圍護系統等集成技術的設計實施，實現了全產業(yè)鏈的標準化、工廠化、產業(yè)化，對周圍環(huán)境干擾小，高效快捷，不但能提高建筑的施工質量，也能大大加快工程的資金周轉（圖10，表3）。

5 設計建造創(chuàng)新性實踐總結

濟南魯能項目以提高綠色建筑全壽命期的長久價值為理念，以新型可持續(xù)生產方式與集成技術為基礎，實施了設計標準化、部品工廠化、建造裝配化、管理運維化的整體技術解決方案，并填補了我國住宅建設中大空間框剪支撐體的建筑體系、裝配式ALC墻板外圍護系統和太陽能真空管垂直部品等研發(fā)應用的空白。通過系列易建性裝配式技術的實施，對于我國住宅未來開發(fā)建設具有引領示范作用。項目產生的一系列創(chuàng)新性成果，能全面提升住宅品質、提高住房質量，給人民帶來了“好房子”，高度契合十九屆五中全會提出的“提升人民群眾的獲得感、幸福感和安全感”，具有良好的社會效益。

延長建筑壽命是最大的“綠色”，項目將建筑壽命從50年延長到100年，徹底改變傳統項目建設中高投入、高消耗、高污染、低效益的粗放型現狀，建造了與自然和諧共生的建筑，每年單位面積使用維護成本減少了40%～50%。由于使用了大量可循環(huán)利用的建筑材料，有效減少了建筑全壽命期內的建筑垃圾。部品在工廠批量生產與供應，可有效縮短工期且節(jié)能減排效果顯著，不但延長了房產的使用期限并保證了高性能，讓老百姓手中的房產得到有效增值。

10 采用裝配式ALC 墻板外圍護系統的外立面效果

表1 大空間框剪支撐體系與現澆剪力墻結構的經濟性對比

表2 大空間框剪支撐體系與現澆剪力墻結構的總體比較

表3 干式工法ALC墻板的建筑外圍護系統等技術集成的特性分析

圖表來源

圖2，3 由劉東衛(wèi)拍攝；圖4，5 來源于文獻[6]；圖6～8 來源于文獻[7]；圖9 來源于文獻[4]；其余圖表均由作者自繪。