基于开放建筑的OFB 建筑体系与济南鲁能项目装配式建筑易建性设计创新

刘东卫 蔡昆洋 王唯博 贾丽

1 中国建筑标准设计研究院有限公司

2 中国建设科技集团中央研究院装配式建筑与百年住宅研究中心

3 中国建筑设计研究院有限公司

1 我国建筑工业化可持续发展与OFB住宅建筑体系研发建设背景

1.1 我国建筑工业化可持续发展问题的思考

20世纪以来，国际建筑产业现代化发展是以先进的建筑体系转型和革新进步为基础，采用新型工业化建筑通用体系，既能满足使用上的多样化需求，又能从根本上提高建筑的综合性能。自哈布瑞肯在20世纪60年代提出开放建筑理论，促发了对建筑体系化方面大量的研究和实验，面对资源和环境的挑战，工业化水平较高的国家通过开发适应本国国情的体系，实现了建造方式的转型升级。当前我国处于新型工业化建筑通用体系的初步创建时期，行业内对建筑体系的理解经常存在一定的误区，尚未形成适合新时代高品质要求的生产体系，难以发挥技术应用的综合效益，其住宅建筑主体结构系统普遍采用剪力墙结构，严重制约了住宅的可持续发展。例如，作为外围护结构的剪力墙对建筑内部空间形式限制过大，同时制约了建筑立面多样性；户内承重墙限制了室内空间的灵活使用；各种管线埋设于结构墙体、楼板内，增加日后维护、维修、拆改的难度，甚至给楼体结构带来重大安全隐患，减少建筑使用寿命；伴随着高噪音和大量建筑垃圾的出现，建筑后期面临着高昂的拆改成本，与我国新时期可持续性居住理念和建设要求相差甚远。

济南鲁能领秀城P-2地块项目（以下简称“济南鲁能项目”）位于济南市市中区舜耕路与二环南路交汇处路南，处于整个领秀城核心区域。项目总占地6.48万m2，建筑面积18.82万m2，地上建筑面积约13.3万m2（图1～3）；共有16栋楼，包括15栋住宅楼、1栋公建楼，容积率2.0。项目为中日百年住宅示范项目、住建部住宅产业化示范项目、广厦奖候选项目，已获得绿色建筑评价三星认证、住宅性能评价3A级认证。项目以新理念、新模式、新标准、新体系、提高供给质量水平和降低资源环境负荷为目标，加快推动可持续住宅发展方式变革，通过产业化科技创新，建设出长寿命、高品质、绿色低碳的好房子。项目规划建设采用国际新都市主义规划理念，打造集住宅、商业服务街区、滨水开放空间于一体的城市社区景观型项目，联合国内外十余家产学研用的科研和全产业链设计施工等单位进行科技攻关，从系统实施到设计、生产、施工、维护等各个环节进行开创性集成技术探索及产业化应用实践。项目通过课题研究，首次在住宅科技方面攻关国际水准的OFB住宅建筑体系、干式ALC外墙系统、太阳能真空管垂直部品等关键技术。

1.2 济南鲁能项目OFB住宅建筑体系的研发和基本特征

国外当代新型建筑工业化的建筑体系研究实践表明，发展支撑体和填充体分离的新型工业化建筑体系与部品技术是新世纪建筑产业的趋势，从产业上符合我国可持续建设要求，从效益上满足提高建筑品质的需求，符合广大居住者的未来期待，值得我们大力研究和推广。

1 鲁能领秀城鸟瞰图

2 鲁能领秀城项目实景

3 鲁能领秀城项目实景

业主：山东鲁能亘富开发有限公司

建设地点：山东省济南市

规划设计与技术研发：中国建筑标准设计研究院有限公司

项目负责人：刘东卫

设计团队：郝学、魏红、冯凡、蒋洪彪、程竹、王唯博（建筑）；肖明（结构）；车爱晶（给排水）：卫军锋（暖通）；富丽（电气）

内装设计与部品集成：五感纳得（上海）建筑设计公司、松下亿达装饰工程公司、上海曼图室内设计公司

建设总包施工：中建三局有限公司

内装施工：深圳市美芝装饰设计有限公司、东亚装饰股份有限公司、中建东方装饰有限公司、中国建筑装饰集团有限公司

部品集成实施：南京徐建新型建材股份有限公司、苏州海鸥有巢氏整体卫浴股份有限公司、山东力诺瑞特新能源有限公司、广东欧科空调制冷有限公司

总建筑面积：18.82 万m2

设计时间：2015.08—2016.08

建成时间：2018.08

图片版权：中国建筑标准设计研究院有限公司

OFB住宅建筑体系以探索解决社会与环境的可持续问题的可能途径为目标，是针对当前我国住宅可持续建设问题、使用者未来需求问题和装配式建筑设计建造实施问题的建筑体系。本项目以绿色建筑全生命周期的理念为基础、提出了基于开放建筑理念的新型OFB住宅建筑体系（Openness开放性、Flexibility适应性、Buildability易建性），在建筑体系的开放性、家庭生命周期居住的适应性和工业生产的易建性方面（图4，5），研发了住宅体系与集成技术的整体解决方案。OFB住宅建筑体系的应用在开放性、适应性、经济性，以及产业化和节能环保等方面具有优良特点。

4 OFB 住宅建筑体系与集成技术系统

5 OFB 住宅建筑体系与集成技术系统

OFB住宅建筑体系是结构支撑体与室内填充体分离的长寿化建筑体系，既统筹考虑建筑全寿命周期的规划设计、施工建造、维护使用和再生改建的全过程，也可确保建筑维护管理和检修更换的方便性。OFB住宅建筑体系的易于维护和管理是实现建筑可持续的重要部分，能长久保证建筑的正常使用功能和品质，使建筑成为优良的社会资产和家庭资产。OFB住宅建筑体系可长期减少环境负荷，既能方便后期改建，又能减少废弃物，在节能减排方面比通常的建筑更有优势。

2 OFB住宅建筑体系的开放性、适应性和易建性

2.1 建筑系统的开放性设计

OFB住宅建筑体系具有建筑系统的开放性，采用建筑形体规整化的、可变性高的大空间结构体系，住户内部采用大跨度结构来保证空间的自由度。通过控制支撑体的形状，减少开口凹槽，尽可能取消室内承重墙体，有效提高施工效率且保证施工质量。

通过构成集约化的结构模块单元和可组合成不同住栋的适应条件，在住栋公共空间中布置管井管线等设施，支撑体中卫浴等部分可作为独立模块置入。项目高层住宅采用大空间框剪支撑体柱网正交布置，柱子最大跨度7.2m，最小跨度3.6m，户内仅有一根柱子，剪力墙在外墙和分户墙位置，减少对户内空间的影响，保证了套型的开放性、灵活性（图6）。

2.2 家庭生命周期居住的适应性设计

OFB住宅建筑体系以实现住宅全生命周期内的适应性为目标，满足了住户的多样化与适应性需要，SI内装体系的技术解决方案解决了建筑装修质量等通病问题，也使建筑具备改造的可能性，适应未来发展变化的要求。项目建设既要降低地球环境负荷和资源消耗，也要满足不同使用者的居住需求和生活方式，S与I分离体系的适应性填充体整体提高了住宅的长久居住性能和质量。

OFB住宅建筑体系带来了建筑设计的灵活性，室内空间没有承重墙，可以根据功能需求进行划分，当建筑内部功能发生变化时，可以重新设计，以便满足新的空间需求。套型设计时充分考虑家庭人口变动对功能空间的需求，采用可变性高的大跨度框架空间体系和轻质隔墙，结合居住需求变化，在同一套型内针对育儿和适老等需求进行深入的空间设计研究（图7，8）。

6 OFB 住宅建筑体系的单元平面开放性与项目户型灵活性组合

7 OFB 住宅建筑体系的家庭全生命周期适应性设计

8 OFB 住宅建筑体系育儿与适老套型的适应性设计

2.3 工业生产的易建性设计

OFB住宅建筑体系工业生产的易建性设计，针对当前过分强调主体结构全预制、不注意标准化以及设计建造相分离的突出问题，从建筑设计环节开始，在保证建筑物质量的同时，以控制设计施工成本、提高劳动效率和缩短工期为目标，贯彻设计标准化、生产工厂化、施工装配化、土建与装修一体化原则，实现结构支撑体系统、外围护墙板系统、内装和部品系统的设计建造分离，比剪力墙体系的层级划分更为清晰，更有利于提高施工效率。项目采用装配式内装设计及建造方法，利用全吊顶、内保温空间、轻钢龙骨墙体内部、卫生间降板区等区域敷设水、电管线，地面全部采用干式地暖模块，与结构主体完全分离（图9）。

9 OFB 住宅建筑体系产业化优势与易建性设计

当前国内普遍采用PC剪力墙结构体系，部件自重大且种类多，生产施工难度较大，运输成本较高。另外，其PC剪力墙结构体系施工安装过程中预制构件钢筋碰撞、构件裂损、安装定位效率过低等问题逐渐凸显。OFB住宅建筑体系以设计合理性与施工易建性为目标，其大空间框剪支撑体减少了承重墙的数量，框架规格较为统一，生产和施工难度较小，运输成本也较低。同时，施工周期缩短，节约工期30%左右。

3 济南鲁能项目的大空间框剪支撑体系统装配化的易建性设计与技术集成

项目实施前期从构建组成、成本造价、施工难度等方面将大空间框剪支撑体系统和装配式剪力墙结构进行对比。不难发现，其支撑体体系更加符合目前政策要求，既能满足建筑功能需求，又能节约成本、方便施工，是切实可行的技术方案（表1，2）。

4 济南鲁能项目的ALC墙板外围护系统装配化的易建性设计与技术集成

济南鲁能项目的装配式ALC墙板外围护系统不仅具有优良的易建性，在轻质、防火、易施工、经济性等方面也较为突出。与装配式剪力墙体系的装配式外墙相比，其连接简单可靠、施工安装便捷，减少了预制构件接缝与连接件，提高了安装效率并确保了质量，利于组织构件的工厂化生产与施工安装，可实现立面的少规格多组合。其干式工法的外墙部品满足了制造工厂化、部品装配化和施工干式化的要求。

项目装配式外围护墙板选用了200mm厚内嵌式构造做法，并在室内设置保温层。发泡聚氨酯内保温体系、装配式外围护墙板与SI建筑体系高度契合，利用墙面架空空间进行管线分离，有效控制了围护结构的总厚度，加强了墙体的防水性能。其墙板采用无需抹灰作业的干式工法，且外立面使用了工厂加工定制的外饰，实现了优良的外观效果。干式工法ALC墙板的建筑外围护系统等集成技术的设计实施，实现了全产业链的标准化、工厂化、产业化，对周围环境干扰小，高效快捷，不但能提高建筑的施工质量，也能大大加快工程的资金周转（图10，表3）。

5 设计建造创新性实践总结

济南鲁能项目以提高绿色建筑全寿命期的长久价值为理念，以新型可持续生产方式与集成技术为基础，实施了设计标准化、部品工厂化、建造装配化、管理运维化的整体技术解决方案，并填补了我国住宅建设中大空间框剪支撑体的建筑体系、装配式ALC墙板外围护系统和太阳能真空管垂直部品等研发应用的空白。通过系列易建性装配式技术的实施，对于我国住宅未来开发建设具有引领示范作用。项目产生的一系列创新性成果，能全面提升住宅品质、提高住房质量，给人民带来了“好房子”，高度契合十九届五中全会提出的“提升人民群众的获得感、幸福感和安全感”，具有良好的社会效益。

延长建筑寿命是最大的“绿色”，项目将建筑寿命从50年延长到100年，彻底改变传统项目建设中高投入、高消耗、高污染、低效益的粗放型现状，建造了与自然和谐共生的建筑，每年单位面积使用维护成本减少了40%～50%。由于使用了大量可循环利用的建筑材料，有效减少了建筑全寿命期内的建筑垃圾。部品在工厂批量生产与供应，可有效缩短工期且节能减排效果显著，不但延长了房产的使用期限并保证了高性能，让老百姓手中的房产得到有效增值。

10 采用装配式ALC 墙板外围护系统的外立面效果

表1 大空间框剪支撑体系与现浇剪力墙结构的经济性对比

表2 大空间框剪支撑体系与现浇剪力墙结构的总体比较

表3 干式工法ALC墙板的建筑外围护系统等技术集成的特性分析

图表来源

图2，3 由刘东卫拍摄；图4，5 来源于文献[6]；图6～8 来源于文献[7]；图9 来源于文献[4]；其余图表均由作者自绘。