裝配式建筑方案創(chuàng)作初探
——建超集團(tuán)生產(chǎn)基地服務(wù)中心1號樓設(shè)計(jì)分析*

黃曉冬

(福建省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司,福建 福州 350001)

0 引言

裝配式建筑是用預(yù)制部品部件在工地裝配而成的建筑。發(fā)展裝配式建筑是建造方式的重大變革，有利于節(jié)約資源、減少施工污染、提升勞動生產(chǎn)效率和質(zhì)量安全水平，有利于促進(jìn)建筑業(yè)與信息化工業(yè)化深度融合[1]。

裝配式建筑首先要實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化，以工業(yè)化生產(chǎn)方式實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)品的“智造”，主要體現(xiàn)在規(guī)?；途婊Ｑb配式建筑的主要設(shè)計(jì)方式為通用化、模數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化，應(yīng)體現(xiàn)明確的建構(gòu)邏輯關(guān)系，協(xié)同各參與專業(yè)和相關(guān)單位，推行一體化集成設(shè)計(jì)，并以模塊化組合設(shè)計(jì)展現(xiàn)建筑的多樣化，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目各階段一體化集成實(shí)施流程。

在國家、地方政策支持與廣大企業(yè)積極參與下，裝配式建筑近年來在我國快速發(fā)展，形成了具有中國特色裝配式建筑技術(shù)體系。由于我國裝配式建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展尚處在初級階段，體制機(jī)制還不完善，技術(shù)體系尚未成熟，企業(yè)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工能力不足，導(dǎo)致現(xiàn)有的裝配式建筑存在造價偏高、認(rèn)識不統(tǒng)一、持續(xù)動力不足、缺乏裝配式建筑設(shè)計(jì)邏輯、缺乏集成設(shè)計(jì)、裝配式建筑比例和規(guī)?；潭容^低，與發(fā)展綠色建筑的有關(guān)要求和先進(jìn)建造方式相比還有很大差距[1-2]。

1 項(xiàng)目背景

建超集團(tuán)生產(chǎn)基地服務(wù)中心1號樓項(xiàng)目(以下簡稱本項(xiàng)目)于2014年啟動，為福建省首個全裝配式建筑示范項(xiàng)目。預(yù)制率為80%，裝配率為87%。項(xiàng)目建設(shè)為推廣福建省裝配式建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)工廠化、施工裝配化、裝修一體化、管理信息化和應(yīng)用智能化提供了一線資料。

2 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目位于福建省長泰銀塘工業(yè)區(qū)，為廠區(qū)配套宿舍樓，上部結(jié)構(gòu)體系為整體裝配式框架結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度7級?？偨ㄖ娣e約1萬m2，層數(shù)9層，建筑高度31.2m，一層層高4.5m，二層層高3.9m，3～9層層高3.20m。

圖1 項(xiàng)目總平面圖

3 項(xiàng)目難點(diǎn)

(1)本項(xiàng)目為宿舍建筑，存在平立面比較規(guī)整、多樣性不足等問題。如何通過模數(shù)化、模塊化的組合，形成多樣性的平立面，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑造型的“個性化”？

(2)如何實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)、圍護(hù)體系、給排水、電氣、暖通、幕墻、二次裝修的一體化集成設(shè)計(jì)？

(3)如何實(shí)現(xiàn)全裝配式建筑設(shè)計(jì)，滿足高預(yù)制率和裝配率要求？

4 設(shè)計(jì)理念

裝配式建筑設(shè)計(jì)以標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ)，以模數(shù)化為核心，遵循少規(guī)格、多組合原則,改變“建筑就是簡單方盒子”的傳統(tǒng)認(rèn)知，通過模數(shù)化及模塊化實(shí)現(xiàn)平面和立面的多樣性，實(shí)現(xiàn)造型的多樣化表達(dá)，力求達(dá)到秩序性、規(guī)律性的建筑觀感，傳達(dá)富有邏輯性的建筑之美。

裝配式建筑的核心是“集成”，采用建筑信息模型(BIM)技術(shù)將各專業(yè)成果集成于同一模型，進(jìn)行專業(yè)協(xié)同和協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)精益化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)建筑信息的有效傳遞，提高成果應(yīng)用的時效性，并可實(shí)現(xiàn)成果向制造、施工及運(yùn)維階段延伸。

系統(tǒng)策劃全裝配體系，力爭實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、外圍護(hù)系統(tǒng)、內(nèi)隔墻系統(tǒng)、機(jī)電系統(tǒng)、內(nèi)裝系統(tǒng)的預(yù)制裝配化及相互間的模數(shù)及構(gòu)造協(xié)調(diào)，滿足試點(diǎn)工程的高標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求。

5 設(shè)計(jì)策略

設(shè)計(jì)不僅是一次藝術(shù)與技術(shù)的交融歷程，需要對項(xiàng)目的各類需求和矛盾作出智慧富有創(chuàng)造力的回應(yīng)，并與文化、地域、自然環(huán)境、技術(shù)達(dá)到有機(jī)統(tǒng)一。

圖2 設(shè)計(jì)策略分析

5.1 建筑設(shè)計(jì)邏輯(少規(guī)格、多組合)

①立面構(gòu)成分析。本項(xiàng)目直接臨街并位于廠區(qū)主出入口位置，如何結(jié)合功能需求改變傳統(tǒng)宿舍呆板的立面并積極體現(xiàn)裝配式建筑的特點(diǎn)，是項(xiàng)目造型設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。單一的線性方向不足以展示建筑的韻律美。首先結(jié)合裝配式建筑對空間模數(shù)化的需求推敲建筑外立面的設(shè)計(jì)邏輯關(guān)系，運(yùn)用簡潔、富有變化的設(shè)計(jì)手法，用單元式宿舍模塊的錯落式空間排布思路，以橫向線條的舒展結(jié)合豎向節(jié)奏體現(xiàn)建筑的虛實(shí)，展現(xiàn)豐富的外立面效果，突出裝配式建筑的形式美，也通過外立面色彩和肌理的有序組合呼應(yīng)立面設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系。

圖3 立面意向

圖4 立面生成分析

圖5 沿街效果圖

②平面構(gòu)成分析。本項(xiàng)目的功能為宿舍，南側(cè)主要布置宿舍，北側(cè)主要布置豎向交通及輔助用房和部分宿舍。平面形狀為長方形，形狀規(guī)整，尺寸滿足模數(shù)化要求。首層為活動室，二層為單人套間宿舍，三層～九層均為四人間宿舍。三層以上平面布局基本一致，隔層以陽臺及靠外墻衛(wèi)生間位置的變化作為平立面構(gòu)成變化的要素，平面相關(guān)尺寸遵循模數(shù)協(xié)調(diào)原則，以模數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)化宿舍單元模塊組合為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)通用化和多樣性的統(tǒng)一。

圖6 二層平面圖

圖7 三層平面圖

圖8 四、六、八層平面圖

圖9 五、七、九層平面圖

5.2 標(biāo)準(zhǔn)單元模塊與模數(shù)協(xié)調(diào)

首先,以功能需求和模數(shù)化為依據(jù)，根據(jù)四人間宿舍的使用要求確定標(biāo)準(zhǔn)單元模塊基本開間及進(jìn)深尺寸為3900mm×7800mm。其次，根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件及常規(guī)使用習(xí)慣，將衛(wèi)生間及陽臺設(shè)在靠外墻側(cè)，實(shí)現(xiàn)宿舍使用空間均有自然采光通風(fēng)，并起到隔絕道路噪音的作用。居室模塊為四人間標(biāo)準(zhǔn)化布局，設(shè)置4張床和2張書桌及儲物空間；衛(wèi)生間模塊為標(biāo)準(zhǔn)化布局，設(shè)置蹲便器和淋浴設(shè)施；陽臺模塊設(shè)置晾衣架和洗手盆，洗衣房獨(dú)立設(shè)置在平面西北側(cè)。居室模塊、陽臺模塊、衛(wèi)生間模塊的所有尺寸遵循模數(shù)協(xié)調(diào)原則，并組合形成標(biāo)準(zhǔn)單元模塊實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)。

兩個標(biāo)準(zhǔn)單元模塊組合形成標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)，尺寸為7.8m×7.8m，以此作為基本柱網(wǎng)，按照總圖輪廓及模數(shù)化要求進(jìn)行擴(kuò)展，形成基本平面尺寸，橫向8個跨距，標(biāo)準(zhǔn)柱距是7．8m；縱向三跨距，柱子軸距分別為7.8m、2.2m、7.8m 。標(biāo)準(zhǔn)單元模塊的水平生長形成平面布局，豎向生長和變化形成豐富的立面效果。

通過本項(xiàng)目設(shè)計(jì)，我們認(rèn)識到裝配式建筑設(shè)計(jì)首先要實(shí)現(xiàn)模數(shù)協(xié)調(diào)的模數(shù)化，只有實(shí)現(xiàn)建筑、部品之間的模數(shù)協(xié)調(diào)，才能實(shí)現(xiàn)裝配式建筑設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化及通用化。

圖10 標(biāo)準(zhǔn)化模塊生成圖

圖11 宿舍單元模塊分解圖

5.3 一體化集成設(shè)計(jì)

裝配式建筑遵循工業(yè)化生產(chǎn)和裝配化建構(gòu)的邏輯，具有規(guī)?；?、精益化等特點(diǎn)。除了考慮功能要求及裝配式建筑設(shè)計(jì)邏輯及規(guī)范要求，還必須同步協(xié)調(diào)構(gòu)件生產(chǎn)及現(xiàn)場施工，形成設(shè)計(jì)、構(gòu)件制造、裝配施工一體化，實(shí)現(xiàn)參與設(shè)計(jì)專業(yè)一體化協(xié)同和集成。設(shè)計(jì)的構(gòu)件具有標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的特點(diǎn)，有利于工業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)，有利于提高現(xiàn)場裝配式施工效率和效益。

裝配式建筑一體化集成設(shè)計(jì)的核心是全專業(yè)全過程實(shí)時協(xié)同與技術(shù)集成。本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)時構(gòu)件廠商、施工方及裝配式建筑實(shí)施顧問方同步參與設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)同步采用福建省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司牽頭承擔(dān)的福建省科技重大專項(xiàng)專題“建設(shè)行業(yè)信息一體化軟件核心技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用”研究成果進(jìn)行基于BIM的精細(xì)化設(shè)計(jì)。建立包含建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、清水混凝土預(yù)制外墻、裝配式內(nèi)墻、二次裝修、室內(nèi)家具、成品防護(hù)欄桿及成品裝飾構(gòu)件的BIM集成精細(xì)化模型。建筑物建造將實(shí)現(xiàn)虛擬建造，在整體拆分策劃、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造、水電預(yù)埋、吊點(diǎn)設(shè)計(jì)、施工預(yù)埋等方面，建模深度達(dá)到滿足預(yù)制深化設(shè)計(jì)階段的C級以上深度要求標(biāo)準(zhǔn)，模型整合生產(chǎn)、運(yùn)輸及吊裝等全過程各專業(yè)三維信息，利用BIM模型實(shí)現(xiàn)各參與方及專業(yè)間的實(shí)時協(xié)同，對綜合管線、構(gòu)件間和構(gòu)建內(nèi)部的碰撞驗(yàn)算，進(jìn)行預(yù)施工，提高設(shè)計(jì)的精細(xì)化程度，減少錯、漏、碰、缺，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)成果與建造成果的高度統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和信息化的有機(jī)融合[3]。

圖12 BIM模型展示

圖13 墻身剖面三維圖

本項(xiàng)目探索采用溯源管理系統(tǒng)。采用輸入BIM數(shù)據(jù)信息的RFID(無線射頻)芯片，對構(gòu)件在建筑全生命期各階段的信息進(jìn)行跟蹤追溯。福建省工程建設(shè)地方標(biāo)準(zhǔn)《福建省預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(DBJ 13-216-2015)是福建省首部建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化工程建設(shè)地方標(biāo)準(zhǔn)[4]，在全國率先將BIM技術(shù)與RFID技術(shù)在建筑工業(yè)化中的應(yīng)用做了明確規(guī)定，起到較好的示范效果。

圖14 BIM模型分解圖

5.4 全裝配式建筑設(shè)計(jì)體系

本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)初始以模數(shù)協(xié)調(diào)、統(tǒng)一協(xié)調(diào)、構(gòu)造協(xié)調(diào)為基礎(chǔ)策劃全裝配式建筑體系，包含全預(yù)制鋼筋混凝土框架體系(預(yù)制柱、預(yù)制主框架梁、預(yù)制次梁、疊合板)、預(yù)制外掛墻板、預(yù)制樓梯、裝配式內(nèi)隔墻，標(biāo)準(zhǔn)化外窗、機(jī)電一體化及裝修一體化，形成完整、系統(tǒng)的預(yù)制裝配體系。

圖15 裝修BIM模型展示之一

圖16 裝修BIM模型展示之二

圖17 衛(wèi)生間軸測圖

預(yù)制柱采用一端機(jī)械連接、一端灌漿的半灌漿套筒進(jìn)行鋼筋連接，主框梁、次梁、樓板采用預(yù)制與現(xiàn)澆層疊合型式，樓梯為全預(yù)制型式 ；預(yù)制外墻板為夾心保溫預(yù)制板(外飾面一次反打成型)；內(nèi)裝配式內(nèi)隔墻采用ALC板及輕鋼龍骨隔墻；外窗采用符合模數(shù)化要求的標(biāo)準(zhǔn)化外窗；采用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)電及裝修一體化，滿足高精度的預(yù)制工廠工業(yè)化生產(chǎn)要求。

圖18 鳥瞰效果圖

6 結(jié)論

福建省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳等九部門出臺的《關(guān)于加快推動新型建筑工業(yè)化發(fā)展的實(shí)施意見》指出，到 2025年，全省實(shí)現(xiàn)裝配式建筑占新建建筑的建筑面積比例達(dá)到35%以上。到 2035年，福建省新型建筑工業(yè)化與智能建造發(fā)展取得顯著進(jìn)展，企業(yè)創(chuàng)新能力大幅提升，產(chǎn)業(yè)整體優(yōu)勢明顯增強(qiáng)，全面實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化[5]。

本項(xiàng)目運(yùn)用裝配式設(shè)計(jì)理念和技術(shù)進(jìn)行建筑方案創(chuàng)作，實(shí)現(xiàn)建筑技術(shù)與藝術(shù)的融合，打造集實(shí)用性、示范性于一體的現(xiàn)代化居住建筑。

本項(xiàng)目是福建省首個建筑產(chǎn)業(yè)化試點(diǎn)項(xiàng)目，該項(xiàng)目的建設(shè)為福建編制相關(guān)定額、驗(yàn)收規(guī)范等提供了真實(shí)、有效的一手資料，為裝配式建筑推廣提供了實(shí)際運(yùn)用數(shù)據(jù)，對于推廣福建裝配式建筑起到良好的帶動示范作用。