淺談校園建筑設計中的“復合型”綠建設計手法

文/姜思華 湖南省建筑設計院有限公司 湖南長沙 410000

1、引言

近年來，隨著技術力量的持續發展，綠色、低碳等可持續發展理念逐漸得到廣泛關注。在建筑工程行業中，如何有效節約自然能源及資源，降低建筑對環境的影響，建設全生命周期的綠色建筑成為行業的關注重點。

綠色建筑的主要特點有：建筑的全生命周期內均主張節能環保，即涵蓋設計、施工、運營等全過程；綠色建筑在提供健康舒適的使用空間的同時，注重降低資源能耗、降低污染排放，旨在消耗較低的環境資源而創造更舒適高效的建筑使用空間。

現結合某校園設計實例中綠色技術的運用情況來說明現階段適應校園類項目設計階段的綠建設計技術。

2、項目基本概況

2.1 項目總體情況

某市一所高級中學辦學規模90個教學班，在校學生4500人左右。該項目教學區總建筑面積約為7.6萬平方米，設計功能主要包括普通教學樓3棟，專業教學樓1棟，圖書館1棟，行政辦公樓1棟，學術交流中心1棟，食堂1棟、體育館1棟，總計9棟單體建筑。

項目用地呈不規則多邊形狀，場地內部地勢較平坦，周邊道路高差較大，南向主要為保留山體。擬建場地地勢開闊，場地下伏基巖為灰巖、頁巖。該場地不良地質作用主要為碳酸巖巖溶及平整場地所形成的邊坡。填土主要回填于四周高中間低的地勢低洼處，可不考慮填土底面天然坡度的影響。

2.2 項目建筑單體情況

9棟單體中，普通教學樓（3棟）、專業教學樓及行政辦公樓為以教室或辦公室為主的5層建筑，平面以教室或辦公室為單元，規律布局，每層平面之間具有較高重復性。

交流中心位于校園入口主軸線的西側，共3層，與普通教學區相呼應。建筑平面為圓形，在功能布局上，設置有書畫類、舞蹈類、音樂類學習教室。

圖書館位于校園入口主軸線的頂端，根據地勢抬高處理，形成整個校園的標志性建筑。圖書館建筑共5層，采用八邊形的平面形式，凸顯自身的標志性特點。

食堂位于教學區與生活區之間，方便兩個區域的人流使用。根據食堂內部不同的功能分區設置了學生用餐、教職工用餐、后勤服務、貨物運輸等多種分區流線，互不干擾。

體育館結合校內田徑運動場設置，共3層。一層采取架空的手法，形成風雨操場，滿足師生在雨雪天氣的運動功能需求，二層設置籃球場，周圍布置觀眾坐席及主席臺，三層設置觀眾坐席及少量輔助功能空間。體育館的籃球場部分，平面跨度約44MX53M，是本工程項目中的大跨度建筑單體。

3、“復合型”綠建設計手法的運用

本項目提出“復合型”綠建設計理念，設計前期綜合考慮各棟單體特點，根據不同特點制定相應綠色建筑設計技術，綜合運用裝配式技術、BIM技術及鋼結構設計等方式。具體實施如下：

3.1 8棟單體采用運用預制裝配式技術。

本項目中，普通教學樓（3棟）、專業教學樓、圖書館、行政辦公樓、學術交流中心、食堂均采用裝配式技術。所有單體建筑均為疊合樓蓋現澆框架結構體系，采用的預制構件包括預制外墻掛板、疊合梁、疊合板、預制欄桿板、預制樓梯、預制女兒墻、預制非承重墻板，總體預制裝配率為55%。其中預制外墻掛板均預埋保溫材料及窗框、瓷磚反打工藝、水洗粗糙面工藝，實現裝飾裝修一體化及節能目標。

圖1 裝配式預制外墻掛板

普通教學樓、專業教學樓、圖書館、行政辦公樓、學術交流中心、食堂實施標準化設計、工廠化生產、裝配化施工、一體化裝修。從而大量減少現場工作量，保護環境減少施工污染，提高工程開展效率，縮短建設周期。

3.2 復雜公建運用BIM技術。

本項目中的食堂子項，從方案設計階段開始，即采用BIM技術進行相應的項目設計工作，并生成相應BIM數據模型及二維圖紙，為項目后期裝配式的全面實施提供精確的構件信息。

在食堂單體設計中采用的BIM技術，要求進行建筑、結構、機電等專業的設計模型創建。通過三維可視化模型，發現二維設計過程中的圖紙問題，并采用revit模型輸出二維圖紙。在復雜結構和空間采用BIM模型指導后期，同時為項目后期裝配式的全面實施提供精確的構件信息。

運用BIM控制全設計過程，實現了設計過程的外觀可視化，與其他專業在協同作業時提高合作效率，并且更有利于對項目的優化調整，最終實現優化設計、整合信息、完善項目的目的。

方案階段：完成方案BIM模型搭建，并在搭建過程中完善概念方案中的不足。同時，結合機電專業相關設備，對標準教室單元進行可視化模擬。

初步設計階段：在方案模型的基礎上，全專業搭建BIM模型，并完成初步設計階段出圖工作。機電各專業進行設備管線、機房建模。全專業協同建模，及時發現結構梁柱、機電管線對建筑空間的不利影響，并及時調整、優化。

施工圖階段：完善初步設計模型，建筑專業在revit模型中細化各類大樣圖，如樓梯間、墻身節點、門窗分隔大樣等，并采用revit模型輸出二維圖紙，在復雜結構和空間采用BIM模型指導后期，完成模型和圖紙的交付。

3.3 大跨度單體采用鋼結構。

本工程體育館屬于大跨度建筑形式，籃球場區域平面跨度約44MX53M，其屋頂結構采用鋼管桁架結構+金屬屋面板建造形式，并在鋼結構施工圖設計之后進行深化設計技術。設計根據施工圖提供的構件布置、構件截面與內力、主要節點構造、數據和技術要求及相關圖紙和規范的規定，對構件的構造予以完善，從而減少返工，提高質量，減少材料浪費。

圖2 鋼結構屋架形式

4、項目的突出特點及綜合效益

“復合型”綠建設計理念：校園類的項目通常為多個建筑單體集合，每棟單體因其不同的使用功能、規模形式及造型要求，可使用的綠建設計技術也有差異。設計前期綜合考慮各棟建筑單體的特點，根據不同特點制定相應的綠建設計方案，針對性運用了裝配式技術、BIM技術及鋼結構設計等方式。其中，教學樓、圖書館、行政辦公樓等每層平面布局變化不大或變化規律的，可采取裝配式技術。對大型復雜公建，有高大空間或設備管線復雜的，可采用BIM技術統籌各專業信息，呈現最直觀的空間效果。體育場館類的建筑，受運動場地布置及使用要求的影響，多為大跨度結構，可采用鋼結構形式，更為環保高效。

BIM技術運用：BIM模型一模多用，可對接lumion、3Dmax及可視化展示。同時成果交付實現傳統二維圖紙與三維模型同時交付。提高設計圖紙質量，減少錯漏碰缺。成果交付時，除了傳統的二維圖紙，一并提供三維數據模型，方便開展后續的裝配式設計及指導后期施工。

裝配式建筑技術：多棟單體建筑的裝配式技術運用，裝配率達到55%，大量的建筑部品由車間生產加工完成，施工現場采取裝配作業，大大減少傳統型施工現場的作業量，從而保護環境，減少施工污染，提高工程開展效率，降低投資成本，縮短建設周期。

采用鋼結構設計：鋼結構屋架形式的承載力高、跨度大，并具有比傳統結構用料省、易拆除的明顯優勢，且鋼材本身即為可回收再利用的綠色建材。本項目在設計中，還通過鋼結構深化設計，減少返工，提高質量，減少材料浪費，此優化措施節約施工費用約50萬元。