建筑產業化在公共建筑中的應用實踐與思考

宋勇，周劍敏，劉順

（1.深圳市建筑設計研究總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 工程概況

安徽省國際婦女兒童醫學中心位于合肥市高新區長江西路與長寧大道交口東北角，緊鄰長江西路，項目占地面積約7萬m2，總規劃建筑面積約20.1萬㎡，其中一期工程建筑面積約14.5萬m2，主要包含婦兒醫療中心及國際產科中心、門診樓及醫技綜合樓、后勤綜合樓、單層地下室及相應配套建筑，項目整體效果如圖1所示；其中婦兒醫療中心及國際產科中心均為地上15層，地下1層，建筑高度63.7m，構架頂為73.9m，設有住院大廳、中心藥房、新生兒監護室、病房、辦公區等功能用房，兩個單體建筑的4層及以上部分均為標準的住院診療單元，如圖2所示，具有標準化、模塊化的特點，適合采用產業化的模式建造，與國家推動建筑產業結構調整升級所大力倡導的產業政策相吻合，以提高建筑質量及安全水平，實現綠色、高效、節能、環保目標。結構形式為框架-剪力墻結構，抗震設防類別為重點設防類，框架及剪力墻的抗震等級均為一級，基礎為CFG樁復合地基+筏板基礎；根據項目的功能特點及各類構件的重要性，結合建筑產業化的特性，本工程通過合理的結構布置和構造措施，參照等同現澆混凝土結構的方法[1]進行結構分析和構件拆分，滿足各種工況下的受力要求，節點區域的鋼筋構造(鋼筋的錨固、連接以及箍筋的配置等)與現澆結構等同。

2 產業化相關的應用情況

圖1 項目整體效果圖

圖2 住院診療單元平面圖

本工程平面布置規則，按照標準化、模數化、少規格、多組合的設計原則，結合結構整體性、耐久性及高強高性能材料的合理應用情況，本工程部分部品部件重復利用率高，適合工廠化批量生產加工。鑒于本工程為重點設防類建筑[2]，基于豎向及抗側力構件的重要性，本工程中主要采用的預制部品部件為：疊合樓板、預制樓梯、預制裝配整體式衛生間、蒸壓加氣混凝土墻板（ALC）；預制裝配率約36.5%。各類構件的應用情況如下：

2.1 疊合板結構拆分設計

本工程樓板結合樓面結構布置及構件生產、運輸、施工等條件進行了合理拆分[3]，除部分樓電梯間前室、少量非標衛生間區域及部分不規則外挑陽臺位置外，其他區域均采用了預制疊合樓板，最大疊合板板塊尺寸4450 mm×2500 mm，按照雙向板拼接縫設計板縫連接節點，疊合板桁架筋沿疊合板構件長邊布置，根據機電預埋管線情況及構件分割大小共分割為139塊不同編號的疊合板（平面圖如圖3），標準層樓板預制裝配率達86.6%。

圖3 標準層結構平面（拆分布置圖）

為方便工廠制作和現場安裝，本工程桁架鋼筋混凝土疊合板（60mm厚底板）采用樓板底筋不出筋方式，現澆疊合層厚度為80mm，混凝土等級均為C30；疊合板鋼筋及鋼筋桁架的上弦、下弦均采用HRB400鋼筋，鋼筋桁架腹桿鋼筋采用HPB300鋼筋，鋼筋的保護層厚度≥15mm；疊合板預埋線盒為PVC-86線盒、金屬-86型號線盒，線盒高度均為100mm；疊合板在入支座處采用花紋面，面層為拉毛面，粗糙面的面積不宜小于結合面的80%，粗糙面凹凸深度不應小于4mm，以提高結合面的粘結強度和抗剪承載力；疊合板吊裝自桁架鋼筋起吊，樓面板長度≥3m時采用六點平衡起吊，吊點位附加一根長度為280mm直徑8mm的鋼筋；疊合樓板與支座的連接節點及疊合板間的拼接縫大樣如圖4所示。

圖4 疊合樓板與支座的連接節點及拼縫節點大樣圖

2.2 預制樓梯設計

預制樓梯[4]在產業化工程中應用最為成熟，本工程中預制樓梯尺寸為1790 mm×4440 mm，單個構件重量約4.7t；預制樓梯鋼筋采用HRB400鋼筋，混凝土強度等級C30，鋼筋的保護層厚度≥20mm，環境類別為一類；裂縫控制等級為三級，最大裂縫寬度限值為0.30mm，撓度限值為l/200；梯段板支座為銷鍵連接，上端支撐處為固定鉸支座，下端支撐處為滑動鉸支座，梯段板按簡支計算模型考慮，不參與結構整體抗震計算，未考慮梯段板的斜撐作用，構件設計時考慮正常使用荷載工況、脫模、吊裝等工況下的荷載效應；樓梯挑耳作為梯段的支承構件，考慮受彎、受剪、受扭組合作用；構件及連接節點詳圖如圖5所示。

圖5 樓梯及支座連接節點大樣圖

2.3 預制裝配式整體衛生間體系

本項目極具創新地開辟了國內首個混凝土裝配式整體衛生間，具備標準化的病房衛生間數量為440個，衛生間整體造型復雜，為異形九面體（如圖6）。本工程衛生間機電內容較為復雜，為了完成整體預制，提高整體機電集成化率，采用BIM輔助設計，同時進行了大量的深化工作，將機電與土建進行整體集成式設計，因標準層層高較高（4m），單個衛生間整體自重約10 t，考慮吊具的自重及塔吊負荷限制，整體衛生間采用上下拼接體系，分拆為上半截3.75 t和下半截6.25 t，并巧妙地借鑒了榫卯結構特點，對整體式衛生間進行企口式拼接，拼接節點的設計滿足防水要求，構造簡單，可實現連接可靠、操作簡單、施工方便、整體穩定性好，能有效杜絕防水滲漏隱患，衛生間與主體結構通過預埋鐵件焊接固定。本工程預制裝配式整體衛生間設計時，主要考慮通過焊接、螺栓連接，將上下二段式拼成一個整體（如圖7）；下半截衛生間底板與墻板整體預制，底板厚130mm，墻身高度1850mm（墻板高度超過了迎水面防水設計高度1800mm的要求）；走道側衛生間墻板厚200mm，其他面均為100mm厚，200厚的墻板內填擠塑聚苯板以減輕衛生間自重；上半截衛生間墻高1140～1890mm；上下兩端拼接，采用企口防水構造[5]，內低外高的模式，內外高低差40mm，形成構造防水；衛生間中間、頂部連接部位，通過預埋角碼螺栓連接固定；拼接縫內外側均采用建筑密封膠作為材料防水。借助BIM技術將結構、安裝、裝飾集成綜合，墻身預留80mm寬，50mm深管線凹槽，并預留給排水鋼套管、地漏及風管洞；機電管洞、線管線盒的定位與裝修匹配，成型觀感效果優良。

圖6 預制整體衛生間平面及三維詳圖

圖7 預制整體衛生間剖面及連接節點大樣詳圖

2.4 ALC輕質隔墻體系

本工程4～15層隔墻采用蒸壓砂加氣混凝土墻板（ALC輕質隔墻）進行單元分隔，層高4m，墻板厚度200mm（B06級），輔以Mb5.0專用聚合物配套砂漿嵌縫；ALC輕質隔墻板由經過防銹處理的雙層、雙向鋼筋增強，承載性好，單點靜掛重物120kg，經過高溫、高壓蒸汽養護而成，收縮比較小，用專用聚合物粘結劑嵌縫，能有效防止墻板及拼接縫位置的開裂。墻板上下端采用管板法固定（拼縫位置鋼板卡固定），墻側與幕墻龍骨間的空隙采用發泡劑填充密實，拼縫位置加掛耐堿網格布，采用專用膩子刮平。板材根據實際尺寸定尺加工，精度高、可刨、可鋸、可鉆，采用干作業，安裝快捷，無須抹灰，減少了工序，大大縮短工期，提高施工質量，墻面的平整度非常高。平面布置示意及節點詳圖如圖8所示。

圖8 ALC預制墻板布置及連接節點大樣詳圖

3 BIM技術在本工程中的應用

產業化的發展與BIM技術[6]的支撐息息相關，BIM建筑信息模型作為一種新的工程信息的載體，貫穿項目全生命周期的各個階段，讓項目不同參與方都可以根據需要在合適的時間獲取有效的信息，輔助對項目的理解，減少常見的錯誤，其特點是可視化、參數化和可協同化。本工程在設計、深化加工及現場施工安裝階段針對建筑產業化的特點，全過程采用BIM技術進行了輔助設計和管理，通過BIM建筑信息模型技術的應用，提高了各專業協同設計能力向縱深發展，實現裝配式建筑裝飾裝修與主體結構、機電設備協同設計和施工，減少了錯漏碰缺，避免了不必要的返工和浪費；同時產業化建筑因構件預制對現場施工場地組織與時間組織均會有較高要求，構件堆場、施工道路組織、塔吊位置及覆蓋范圍、生產周期、運輸、吊裝周期等均需做周密的考慮，借助BIM技術自身的信息載體功能實現施工進度模擬（4D），從而優化調整施工方案，對項目中的重點或難點部分進行實時模擬，諸如材料的運輸堆放安排、操作空間、土建工程的施工順序、設備管線的安裝調試等施工安裝方案的優化比對。借助BIM技術也可實現進度和造價結合，以優化調整項目建設資金的投入，努力做到施工現場“零庫存”施工，充分發揮資金效益，有效節省工期，提高施工質量。

4 總結與推廣

本工程為建筑工業化在公共建筑中的實踐，在設計、工廠深化加工、現場吊運安裝等參建方的通力合作和合理調度下，項目的進展順利，施工安裝質量較高，無質量和安全問題，實現了機電、精裝修、預制構件設計施工一體化，綠色節能環保的目標，特別是裝配整體式衛生間安裝工藝簡明，用材簡單，上下連接可靠，杜絕了防水滲漏隱患，對后續的設計和施工具有現實的指導意義，可在住宅類，尤其是小戶型公寓、廉租房、公租房、安置房內適時推廣使用。

該項目的實施過程中也曾遇到一些問題，暴露了產業化工程需特別關注的一些事項：項目在前期策劃和方案階段應充分考慮預制裝配方案并對預制裝配方案的技術經濟性進行分析比較，考察項目所在地的預制工廠生產質量和能力等；應盡量避免“邊決策—邊設計—邊修改”的模式，同時要求設計人員應對生產工藝和施工技術要有充分了解；建議總承包方提前介入并開展前期策劃和專項施工方案編制，最好能實行設計施工EPC總承包模式建造；注重設計階段對成本控制的重要性，在滿足預制裝配率的前提下，合理控制增量成本，選擇便于預制的構件并考慮成本(復雜程度、復制率、連接等)影響；注意考慮構件的拆分對生產、運輸、施工等的影響及模具周轉率、加工難度，以及運輸效率和吊裝設備等的需求，盡量將相似構件轉化為相同構件，提高復制率，從而提高模具使用率；施工階段應充分重視PC安裝在分項工程中的核心地位，相關的關鍵工作崗位人員應培訓合格后持證上崗，從源頭把控施工質量，盡量避免因上游環節管理缺位造成的影響在后續的PC安裝過程中集中爆發，充分認識到策劃管理和預控管理在產業化工程中的重要性。

建筑產業化是一個加速創新的工程，應進一步創新裝配式建筑設計，統籌建筑結構、機電設備、部品部件、裝配施工、裝飾裝修，推行裝配式建筑一體化集成設計；從設計構造、材料做法、施工工藝著手，深入研究各種家具設備功能模塊、產品尺度、節點連接、施工工藝、節能環保等內容；積極應用BIM建筑信息模型技術，同時整合上下游相關資源，倡導一站式服務，努力做到產業融合、技術先行、管理前置、注重細節，從而達到提質增效、節能環保、節約資源、綠色健康，為建筑產業的升級做好準備工作。