装配式建筑方案创作初探——建超集团生产基地服务中心1号楼设计分析*

黄晓冬

(福建省建筑设计研究院有限公司,福建 福州 350001)

0 引言

装配式建筑是用预制部品部件在工地装配而成的建筑。发展装配式建筑是建造方式的重大变革，有利于节约资源、减少施工污染、提升劳动生产效率和质量安全水平，有利于促进建筑业与信息化工业化深度融合[1]。

装配式建筑首先要实现建筑工业化，以工业化生产方式实现建筑产品的“智造”，主要体现在规模化和精益化。装配式建筑的主要设计方式为通用化、模数化、标准化，应体现明确的建构逻辑关系，协同各参与专业和相关单位，推行一体化集成设计，并以模块化组合设计展现建筑的多样化，实现项目各阶段一体化集成实施流程。

在国家、地方政策支持与广大企业积极参与下，装配式建筑近年来在我国快速发展，形成了具有中国特色装配式建筑技术体系。由于我国装配式建筑产业发展尚处在初级阶段，体制机制还不完善，技术体系尚未成熟，企业的设计、生产、施工能力不足，导致现有的装配式建筑存在造价偏高、认识不统一、持续动力不足、缺乏装配式建筑设计逻辑、缺乏集成设计、装配式建筑比例和规模化程度较低，与发展绿色建筑的有关要求和先进建造方式相比还有很大差距[1-2]。

1 项目背景

建超集团生产基地服务中心1号楼项目(以下简称本项目)于2014年启动，为福建省首个全装配式建筑示范项目。预制率为80%，装配率为87%。项目建设为推广福建省装配式建筑设计标准化、生产工厂化、施工装配化、装修一体化、管理信息化和应用智能化提供了一线资料。

2 项目概况

本项目位于福建省长泰银塘工业区，为厂区配套宿舍楼，上部结构体系为整体装配式框架结构，抗震设防烈度7级。总建筑面积约1万m2，层数9层，建筑高度31.2m，一层层高4.5m，二层层高3.9m，3～9层层高3.20m。

图1 项目总平面图

3 项目难点

(1)本项目为宿舍建筑，存在平立面比较规整、多样性不足等问题。如何通过模数化、模块化的组合，形成多样性的平立面，实现装配式建筑造型的“个性化”？

(2)如何实现建筑结构、围护体系、给排水、电气、暖通、幕墙、二次装修的一体化集成设计？

(3)如何实现全装配式建筑设计，满足高预制率和装配率要求？

4 设计理念

装配式建筑设计以标准化为基础，以模数化为核心，遵循少规格、多组合原则,改变“建筑就是简单方盒子”的传统认知，通过模数化及模块化实现平面和立面的多样性，实现造型的多样化表达，力求达到秩序性、规律性的建筑观感，传达富有逻辑性的建筑之美。

装配式建筑的核心是“集成”，采用建筑信息模型(BIM)技术将各专业成果集成于同一模型，进行专业协同和协调，实现精益化设计，实现建筑信息的有效传递，提高成果应用的时效性，并可实现成果向制造、施工及运维阶段延伸。

系统策划全装配体系，力争实现结构系统、外围护系统、内隔墙系统、机电系统、内装系统的预制装配化及相互间的模数及构造协调，满足试点工程的高标准技术要求。

5 设计策略

设计不仅是一次艺术与技术的交融历程，需要对项目的各类需求和矛盾作出智慧富有创造力的回应，并与文化、地域、自然环境、技术达到有机统一。

图2 设计策略分析

5.1 建筑设计逻辑(少规格、多组合)

①立面构成分析。本项目直接临街并位于厂区主出入口位置，如何结合功能需求改变传统宿舍呆板的立面并积极体现装配式建筑的特点，是项目造型设计的关键。单一的线性方向不足以展示建筑的韵律美。首先结合装配式建筑对空间模数化的需求推敲建筑外立面的设计逻辑关系，运用简洁、富有变化的设计手法，用单元式宿舍模块的错落式空间排布思路，以横向线条的舒展结合竖向节奏体现建筑的虚实，展现丰富的外立面效果，突出装配式建筑的形式美，也通过外立面色彩和肌理的有序组合呼应立面设计的逻辑关系。

图3 立面意向

图4 立面生成分析

图5 沿街效果图

②平面构成分析。本项目的功能为宿舍，南侧主要布置宿舍，北侧主要布置竖向交通及辅助用房和部分宿舍。平面形状为长方形，形状规整，尺寸满足模数化要求。首层为活动室，二层为单人套间宿舍，三层～九层均为四人间宿舍。三层以上平面布局基本一致，隔层以阳台及靠外墙卫生间位置的变化作为平立面构成变化的要素，平面相关尺寸遵循模数协调原则，以模数化标准化宿舍单元模块组合为基础，实现通用化和多样性的统一。

图6 二层平面图

图7 三层平面图

图8 四、六、八层平面图

图9 五、七、九层平面图

5.2 标准单元模块与模数协调

首先,以功能需求和模数化为依据，根据四人间宿舍的使用要求确定标准单元模块基本开间及进深尺寸为3900mm×7800mm。其次，根据当地气候条件及常规使用习惯，将卫生间及阳台设在靠外墙侧，实现宿舍使用空间均有自然采光通风，并起到隔绝道路噪音的作用。居室模块为四人间标准化布局，设置4张床和2张书桌及储物空间；卫生间模块为标准化布局，设置蹲便器和淋浴设施；阳台模块设置晾衣架和洗手盆，洗衣房独立设置在平面西北侧。居室模块、阳台模块、卫生间模块的所有尺寸遵循模数协调原则，并组合形成标准单元模块实现模块化设计。

两个标准单元模块组合形成标准柱网，尺寸为7.8m×7.8m，以此作为基本柱网，按照总图轮廓及模数化要求进行扩展，形成基本平面尺寸，横向8个跨距，标准柱距是7．8m；纵向三跨距，柱子轴距分别为7.8m、2.2m、7.8m 。标准单元模块的水平生长形成平面布局，竖向生长和变化形成丰富的立面效果。

通过本项目设计，我们认识到装配式建筑设计首先要实现模数协调的模数化，只有实现建筑、部品之间的模数协调，才能实现装配式建筑设计的标准化及通用化。

图10 标准化模块生成图

图11 宿舍单元模块分解图

5.3 一体化集成设计

装配式建筑遵循工业化生产和装配化建构的逻辑，具有规模化、精益化等特点。除了考虑功能要求及装配式建筑设计逻辑及规范要求，还必须同步协调构件生产及现场施工，形成设计、构件制造、装配施工一体化，实现参与设计专业一体化协同和集成。设计的构件具有标准化、通用化的特点，有利于工业化、规模化生产，有利于提高现场装配式施工效率和效益。

装配式建筑一体化集成设计的核心是全专业全过程实时协同与技术集成。本项目在设计时构件厂商、施工方及装配式建筑实施顾问方同步参与设计，设计团队同步采用福建省建筑设计研究院有限公司牵头承担的福建省科技重大专项专题“建设行业信息一体化软件核心技术研发及应用”研究成果进行基于BIM的精细化设计。建立包含建筑、结构、机电、清水混凝土预制外墙、装配式内墙、二次装修、室内家具、成品防护栏杆及成品装饰构件的BIM集成精细化模型。建筑物建造将实现虚拟建造，在整体拆分策划、节点构造、水电预埋、吊点设计、施工预埋等方面，建模深度达到满足预制深化设计阶段的C级以上深度要求标准，模型整合生产、运输及吊装等全过程各专业三维信息，利用BIM模型实现各参与方及专业间的实时协同，对综合管线、构件间和构建内部的碰撞验算，进行预施工，提高设计的精细化程度，减少错、漏、碰、缺，实现设计成果与建造成果的高度统一，实现工业化和信息化的有机融合[3]。

图12 BIM模型展示

图13 墙身剖面三维图

本项目探索采用溯源管理系统。采用输入BIM数据信息的RFID(无线射频)芯片，对构件在建筑全生命期各阶段的信息进行跟踪追溯。福建省工程建设地方标准《福建省预制装配式混凝土结构技术规程》(DBJ 13-216-2015)是福建省首部建筑产业现代化工程建设地方标准[4]，在全国率先将BIM技术与RFID技术在建筑工业化中的应用做了明确规定，起到较好的示范效果。

图14 BIM模型分解图

5.4 全装配式建筑设计体系

本项目在设计初始以模数协调、统一协调、构造协调为基础策划全装配式建筑体系，包含全预制钢筋混凝土框架体系(预制柱、预制主框架梁、预制次梁、叠合板)、预制外挂墙板、预制楼梯、装配式内隔墙，标准化外窗、机电一体化及装修一体化，形成完整、系统的预制装配体系。

图15 装修BIM模型展示之一

图16 装修BIM模型展示之二

图17 卫生间轴测图

预制柱采用一端机械连接、一端灌浆的半灌浆套筒进行钢筋连接，主框梁、次梁、楼板采用预制与现浇层叠合型式，楼梯为全预制型式 ；预制外墙板为夹心保温预制板(外饰面一次反打成型)；内装配式内隔墙采用ALC板及轻钢龙骨隔墙；外窗采用符合模数化要求的标准化外窗；采用BIM技术实现机电及装修一体化，满足高精度的预制工厂工业化生产要求。

图18 鸟瞰效果图

6 结论

福建省住房和城乡建设厅等九部门出台的《关于加快推动新型建筑工业化发展的实施意见》指出，到 2025年，全省实现装配式建筑占新建建筑的建筑面积比例达到35%以上。到 2035年，福建省新型建筑工业化与智能建造发展取得显著进展，企业创新能力大幅提升，产业整体优势明显增强，全面实现建筑产业现代化[5]。

本项目运用装配式设计理念和技术进行建筑方案创作，实现建筑技术与艺术的融合，打造集实用性、示范性于一体的现代化居住建筑。

本项目是福建省首个建筑产业化试点项目，该项目的建设为福建编制相关定额、验收规范等提供了真实、有效的一手资料，为装配式建筑推广提供了实际运用数据，对于推广福建装配式建筑起到良好的带动示范作用。