建筑产业化在公共建筑中的应用实践与思考

宋勇，周剑敏，刘顺

（1.深圳市建筑设计研究总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 工程概况

安徽省国际妇女儿童医学中心位于合肥市高新区长江西路与长宁大道交口东北角，紧邻长江西路，项目占地面积约7万m2，总规划建筑面积约20.1万㎡，其中一期工程建筑面积约14.5万m2，主要包含妇儿医疗中心及国际产科中心、门诊楼及医技综合楼、后勤综合楼、单层地下室及相应配套建筑，项目整体效果如图1所示；其中妇儿医疗中心及国际产科中心均为地上15层，地下1层，建筑高度63.7m，构架顶为73.9m，设有住院大厅、中心药房、新生儿监护室、病房、办公区等功能用房，两个单体建筑的4层及以上部分均为标准的住院诊疗单元，如图2所示，具有标准化、模块化的特点，适合采用产业化的模式建造，与国家推动建筑产业结构调整升级所大力倡导的产业政策相吻合，以提高建筑质量及安全水平，实现绿色、高效、节能、环保目标。结构形式为框架-剪力墙结构，抗震设防类别为重点设防类，框架及剪力墙的抗震等级均为一级，基础为CFG桩复合地基+筏板基础；根据项目的功能特点及各类构件的重要性，结合建筑产业化的特性，本工程通过合理的结构布置和构造措施，参照等同现浇混凝土结构的方法[1]进行结构分析和构件拆分，满足各种工况下的受力要求，节点区域的钢筋构造(钢筋的锚固、连接以及箍筋的配置等)与现浇结构等同。

2 产业化相关的应用情况

图1 项目整体效果图

图2 住院诊疗单元平面图

本工程平面布置规则，按照标准化、模数化、少规格、多组合的设计原则，结合结构整体性、耐久性及高强高性能材料的合理应用情况，本工程部分部品部件重复利用率高，适合工厂化批量生产加工。鉴于本工程为重点设防类建筑[2]，基于竖向及抗侧力构件的重要性，本工程中主要采用的预制部品部件为：叠合楼板、预制楼梯、预制装配整体式卫生间、蒸压加气混凝土墙板（ALC）；预制装配率约36.5%。各类构件的应用情况如下：

2.1 叠合板结构拆分设计

本工程楼板结合楼面结构布置及构件生产、运输、施工等条件进行了合理拆分[3]，除部分楼电梯间前室、少量非标卫生间区域及部分不规则外挑阳台位置外，其他区域均采用了预制叠合楼板，最大叠合板板块尺寸4450 mm×2500 mm，按照双向板拼接缝设计板缝连接节点，叠合板桁架筋沿叠合板构件长边布置，根据机电预埋管线情况及构件分割大小共分割为139块不同编号的叠合板（平面图如图3），标准层楼板预制装配率达86.6%。

图3 标准层结构平面（拆分布置图）

为方便工厂制作和现场安装，本工程桁架钢筋混凝土叠合板（60mm厚底板）采用楼板底筋不出筋方式，现浇叠合层厚度为80mm，混凝土等级均为C30；叠合板钢筋及钢筋桁架的上弦、下弦均采用HRB400钢筋，钢筋桁架腹杆钢筋采用HPB300钢筋，钢筋的保护层厚度≥15mm；叠合板预埋线盒为PVC-86线盒、金属-86型号线盒，线盒高度均为100mm；叠合板在入支座处采用花纹面，面层为拉毛面，粗糙面的面积不宜小于结合面的80%，粗糙面凹凸深度不应小于4mm，以提高结合面的粘结强度和抗剪承载力；叠合板吊装自桁架钢筋起吊，楼面板长度≥3m时采用六点平衡起吊，吊点位附加一根长度为280mm直径8mm的钢筋；叠合楼板与支座的连接节点及叠合板间的拼接缝大样如图4所示。

图4 叠合楼板与支座的连接节点及拼缝节点大样图

2.2 预制楼梯设计

预制楼梯[4]在产业化工程中应用最为成熟，本工程中预制楼梯尺寸为1790 mm×4440 mm，单个构件重量约4.7t；预制楼梯钢筋采用HRB400钢筋，混凝土强度等级C30，钢筋的保护层厚度≥20mm，环境类别为一类；裂缝控制等级为三级，最大裂缝宽度限值为0.30mm，挠度限值为l/200；梯段板支座为销键连接，上端支撑处为固定铰支座，下端支撑处为滑动铰支座，梯段板按简支计算模型考虑，不参与结构整体抗震计算，未考虑梯段板的斜撑作用，构件设计时考虑正常使用荷载工况、脱模、吊装等工况下的荷载效应；楼梯挑耳作为梯段的支承构件，考虑受弯、受剪、受扭组合作用；构件及连接节点详图如图5所示。

图5 楼梯及支座连接节点大样图

2.3 预制装配式整体卫生间体系

本项目极具创新地开辟了国内首个混凝土装配式整体卫生间，具备标准化的病房卫生间数量为440个，卫生间整体造型复杂，为异形九面体（如图6）。本工程卫生间机电内容较为复杂，为了完成整体预制，提高整体机电集成化率，采用BIM辅助设计，同时进行了大量的深化工作，将机电与土建进行整体集成式设计，因标准层层高较高（4m），单个卫生间整体自重约10 t，考虑吊具的自重及塔吊负荷限制，整体卫生间采用上下拼接体系，分拆为上半截3.75 t和下半截6.25 t，并巧妙地借鉴了榫卯结构特点，对整体式卫生间进行企口式拼接，拼接节点的设计满足防水要求，构造简单，可实现连接可靠、操作简单、施工方便、整体稳定性好，能有效杜绝防水渗漏隐患，卫生间与主体结构通过预埋铁件焊接固定。本工程预制装配式整体卫生间设计时，主要考虑通过焊接、螺栓连接，将上下二段式拼成一个整体（如图7）；下半截卫生间底板与墙板整体预制，底板厚130mm，墙身高度1850mm（墙板高度超过了迎水面防水设计高度1800mm的要求）；走道侧卫生间墙板厚200mm，其他面均为100mm厚，200厚的墙板内填挤塑聚苯板以减轻卫生间自重；上半截卫生间墙高1140～1890mm；上下两端拼接，采用企口防水构造[5]，内低外高的模式，内外高低差40mm，形成构造防水；卫生间中间、顶部连接部位，通过预埋角码螺栓连接固定；拼接缝内外侧均采用建筑密封胶作为材料防水。借助BIM技术将结构、安装、装饰集成综合，墙身预留80mm宽，50mm深管线凹槽，并预留给排水钢套管、地漏及风管洞；机电管洞、线管线盒的定位与装修匹配，成型观感效果优良。

图6 预制整体卫生间平面及三维详图

图7 预制整体卫生间剖面及连接节点大样详图

2.4 ALC轻质隔墙体系

本工程4～15层隔墙采用蒸压砂加气混凝土墙板（ALC轻质隔墙）进行单元分隔，层高4m，墙板厚度200mm（B06级），辅以Mb5.0专用聚合物配套砂浆嵌缝；ALC轻质隔墙板由经过防锈处理的双层、双向钢筋增强，承载性好，单点静挂重物120kg，经过高温、高压蒸汽养护而成，收缩比较小，用专用聚合物粘结剂嵌缝，能有效防止墙板及拼接缝位置的开裂。墙板上下端采用管板法固定（拼缝位置钢板卡固定），墙侧与幕墙龙骨间的空隙采用发泡剂填充密实，拼缝位置加挂耐碱网格布，采用专用腻子刮平。板材根据实际尺寸定尺加工，精度高、可刨、可锯、可钻，采用干作业，安装快捷，无须抹灰，减少了工序，大大缩短工期，提高施工质量，墙面的平整度非常高。平面布置示意及节点详图如图8所示。

图8 ALC预制墙板布置及连接节点大样详图

3 BIM技术在本工程中的应用

产业化的发展与BIM技术[6]的支撑息息相关，BIM建筑信息模型作为一种新的工程信息的载体，贯穿项目全生命周期的各个阶段，让项目不同参与方都可以根据需要在合适的时间获取有效的信息，辅助对项目的理解，减少常见的错误，其特点是可视化、参数化和可协同化。本工程在设计、深化加工及现场施工安装阶段针对建筑产业化的特点，全过程采用BIM技术进行了辅助设计和管理，通过BIM建筑信息模型技术的应用，提高了各专业协同设计能力向纵深发展，实现装配式建筑装饰装修与主体结构、机电设备协同设计和施工，减少了错漏碰缺，避免了不必要的返工和浪费；同时产业化建筑因构件预制对现场施工场地组织与时间组织均会有较高要求，构件堆场、施工道路组织、塔吊位置及覆盖范围、生产周期、运输、吊装周期等均需做周密的考虑，借助BIM技术自身的信息载体功能实现施工进度模拟（4D），从而优化调整施工方案，对项目中的重点或难点部分进行实时模拟，诸如材料的运输堆放安排、操作空间、土建工程的施工顺序、设备管线的安装调试等施工安装方案的优化比对。借助BIM技术也可实现进度和造价结合，以优化调整项目建设资金的投入，努力做到施工现场“零库存”施工，充分发挥资金效益，有效节省工期，提高施工质量。

4 总结与推广

本工程为建筑工业化在公共建筑中的实践，在设计、工厂深化加工、现场吊运安装等参建方的通力合作和合理调度下，项目的进展顺利，施工安装质量较高，无质量和安全问题，实现了机电、精装修、预制构件设计施工一体化，绿色节能环保的目标，特别是装配整体式卫生间安装工艺简明，用材简单，上下连接可靠，杜绝了防水渗漏隐患，对后续的设计和施工具有现实的指导意义，可在住宅类，尤其是小户型公寓、廉租房、公租房、安置房内适时推广使用。

该项目的实施过程中也曾遇到一些问题，暴露了产业化工程需特别关注的一些事项：项目在前期策划和方案阶段应充分考虑预制装配方案并对预制装配方案的技术经济性进行分析比较，考察项目所在地的预制工厂生产质量和能力等；应尽量避免“边决策—边设计—边修改”的模式，同时要求设计人员应对生产工艺和施工技术要有充分了解；建议总承包方提前介入并开展前期策划和专项施工方案编制，最好能实行设计施工EPC总承包模式建造；注重设计阶段对成本控制的重要性，在满足预制装配率的前提下，合理控制增量成本，选择便于预制的构件并考虑成本(复杂程度、复制率、连接等)影响；注意考虑构件的拆分对生产、运输、施工等的影响及模具周转率、加工难度，以及运输效率和吊装设备等的需求，尽量将相似构件转化为相同构件，提高复制率，从而提高模具使用率；施工阶段应充分重视PC安装在分项工程中的核心地位，相关的关键工作岗位人员应培训合格后持证上岗，从源头把控施工质量，尽量避免因上游环节管理缺位造成的影响在后续的PC安装过程中集中爆发，充分认识到策划管理和预控管理在产业化工程中的重要性。

建筑产业化是一个加速创新的工程，应进一步创新装配式建筑设计，统筹建筑结构、机电设备、部品部件、装配施工、装饰装修，推行装配式建筑一体化集成设计；从设计构造、材料做法、施工工艺着手，深入研究各种家具设备功能模块、产品尺度、节点连接、施工工艺、节能环保等内容；积极应用BIM建筑信息模型技术，同时整合上下游相关资源，倡导一站式服务，努力做到产业融合、技术先行、管理前置、注重细节，从而达到提质增效、节能环保、节约资源、绿色健康，为建筑产业的升级做好准备工作。