基于開放建筑的OFB 建筑體系與濟(jì)南魯能項(xiàng)目裝配式建筑易建性設(shè)計(jì)創(chuàng)新

劉東衛(wèi) 蔡昆洋 王唯博 賈麗

1 中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院有限公司

2 中國建設(shè)科技集團(tuán)中央研究院裝配式建筑與百年住宅研究中心

3 中國建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司

1 我國建筑工業(yè)化可持續(xù)發(fā)展與OFB住宅建筑體系研發(fā)建設(shè)背景

1.1 我國建筑工業(yè)化可持續(xù)發(fā)展問題的思考

20世紀(jì)以來，國際建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展是以先進(jìn)的建筑體系轉(zhuǎn)型和革新進(jìn)步為基礎(chǔ)，采用新型工業(yè)化建筑通用體系，既能滿足使用上的多樣化需求，又能從根本上提高建筑的綜合性能。自哈布瑞肯在20世紀(jì)60年代提出開放建筑理論，促發(fā)了對(duì)建筑體系化方面大量的研究和實(shí)驗(yàn)，面對(duì)資源和環(huán)境的挑戰(zhàn)，工業(yè)化水平較高的國家通過開發(fā)適應(yīng)本國國情的體系，實(shí)現(xiàn)了建造方式的轉(zhuǎn)型升級(jí)。當(dāng)前我國處于新型工業(yè)化建筑通用體系的初步創(chuàng)建時(shí)期，行業(yè)內(nèi)對(duì)建筑體系的理解經(jīng)常存在一定的誤區(qū)，尚未形成適合新時(shí)代高品質(zhì)要求的生產(chǎn)體系，難以發(fā)揮技術(shù)應(yīng)用的綜合效益，其住宅建筑主體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)普遍采用剪力墻結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重制約了住宅的可持續(xù)發(fā)展。例如，作為外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的剪力墻對(duì)建筑內(nèi)部空間形式限制過大，同時(shí)制約了建筑立面多樣性；戶內(nèi)承重墻限制了室內(nèi)空間的靈活使用；各種管線埋設(shè)于結(jié)構(gòu)墻體、樓板內(nèi)，增加日后維護(hù)、維修、拆改的難度，甚至給樓體結(jié)構(gòu)帶來重大安全隱患，減少建筑使用壽命；伴隨著高噪音和大量建筑垃圾的出現(xiàn)，建筑后期面臨著高昂的拆改成本，與我國新時(shí)期可持續(xù)性居住理念和建設(shè)要求相差甚遠(yuǎn)。

濟(jì)南魯能領(lǐng)秀城P-2地塊項(xiàng)目（以下簡稱“濟(jì)南魯能項(xiàng)目”）位于濟(jì)南市市中區(qū)舜耕路與二環(huán)南路交匯處路南，處于整個(gè)領(lǐng)秀城核心區(qū)域。項(xiàng)目總占地6.48萬m2，建筑面積18.82萬m2，地上建筑面積約13.3萬m2（圖1～3）；共有16棟樓，包括15棟住宅樓、1棟公建樓，容積率2.0。項(xiàng)目為中日百年住宅示范項(xiàng)目、住建部住宅產(chǎn)業(yè)化示范項(xiàng)目、廣廈獎(jiǎng)候選項(xiàng)目，已獲得綠色建筑評(píng)價(jià)三星認(rèn)證、住宅性能評(píng)價(jià)3A級(jí)認(rèn)證。項(xiàng)目以新理念、新模式、新標(biāo)準(zhǔn)、新體系、提高供給質(zhì)量水平和降低資源環(huán)境負(fù)荷為目標(biāo)，加快推動(dòng)可持續(xù)住宅發(fā)展方式變革，通過產(chǎn)業(yè)化科技創(chuàng)新，建設(shè)出長壽命、高品質(zhì)、綠色低碳的好房子。項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)采用國際新都市主義規(guī)劃理念，打造集住宅、商業(yè)服務(wù)街區(qū)、濱水開放空間于一體的城市社區(qū)景觀型項(xiàng)目，聯(lián)合國內(nèi)外十余家產(chǎn)學(xué)研用的科研和全產(chǎn)業(yè)鏈設(shè)計(jì)施工等單位進(jìn)行科技攻關(guān)，從系統(tǒng)實(shí)施到設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行開創(chuàng)性集成技術(shù)探索及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用實(shí)踐。項(xiàng)目通過課題研究，首次在住宅科技方面攻關(guān)國際水準(zhǔn)的OFB住宅建筑體系、干式ALC外墻系統(tǒng)、太陽能真空管垂直部品等關(guān)鍵技術(shù)。

1.2 濟(jì)南魯能項(xiàng)目OFB住宅建筑體系的研發(fā)和基本特征

國外當(dāng)代新型建筑工業(yè)化的建筑體系研究實(shí)踐表明，發(fā)展支撐體和填充體分離的新型工業(yè)化建筑體系與部品技術(shù)是新世紀(jì)建筑產(chǎn)業(yè)的趨勢，從產(chǎn)業(yè)上符合我國可持續(xù)建設(shè)要求，從效益上滿足提高建筑品質(zhì)的需求，符合廣大居住者的未來期待，值得我們大力研究和推廣。

1 魯能領(lǐng)秀城鳥瞰圖

2 魯能領(lǐng)秀城項(xiàng)目實(shí)景

3 魯能領(lǐng)秀城項(xiàng)目實(shí)景

業(yè)主：山東魯能亙富開發(fā)有限公司

建設(shè)地點(diǎn)：山東省濟(jì)南市

規(guī)劃設(shè)計(jì)與技術(shù)研發(fā)：中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院有限公司

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：劉東衛(wèi)

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)：郝學(xué)、魏紅、馮凡、蔣洪彪、程竹、王唯博（建筑）；肖明（結(jié)構(gòu)）；車愛晶（給排水）：衛(wèi)軍鋒（暖通）；富麗（電氣）

內(nèi)裝設(shè)計(jì)與部品集成：五感納得（上海）建筑設(shè)計(jì)公司、松下億達(dá)裝飾工程公司、上海曼圖室內(nèi)設(shè)計(jì)公司

建設(shè)總包施工：中建三局有限公司

內(nèi)裝施工：深圳市美芝裝飾設(shè)計(jì)有限公司、東亞裝飾股份有限公司、中建東方裝飾有限公司、中國建筑裝飾集團(tuán)有限公司

部品集成實(shí)施：南京徐建新型建材股份有限公司、蘇州海鷗有巢氏整體衛(wèi)浴股份有限公司、山東力諾瑞特新能源有限公司、廣東歐科空調(diào)制冷有限公司

總建筑面積：18.82 萬m2

設(shè)計(jì)時(shí)間：2015.08—2016.08

建成時(shí)間：2018.08

圖片版權(quán)：中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院有限公司

OFB住宅建筑體系以探索解決社會(huì)與環(huán)境的可持續(xù)問題的可能途徑為目標(biāo)，是針對(duì)當(dāng)前我國住宅可持續(xù)建設(shè)問題、使用者未來需求問題和裝配式建筑設(shè)計(jì)建造實(shí)施問題的建筑體系。本項(xiàng)目以綠色建筑全生命周期的理念為基礎(chǔ)、提出了基于開放建筑理念的新型OFB住宅建筑體系（Openness開放性、Flexibility適應(yīng)性、Buildability易建性），在建筑體系的開放性、家庭生命周期居住的適應(yīng)性和工業(yè)生產(chǎn)的易建性方面（圖4，5），研發(fā)了住宅體系與集成技術(shù)的整體解決方案。OFB住宅建筑體系的應(yīng)用在開放性、適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性，以及產(chǎn)業(yè)化和節(jié)能環(huán)保等方面具有優(yōu)良特點(diǎn)。

4 OFB 住宅建筑體系與集成技術(shù)系統(tǒng)

5 OFB 住宅建筑體系與集成技術(shù)系統(tǒng)

OFB住宅建筑體系是結(jié)構(gòu)支撐體與室內(nèi)填充體分離的長壽化建筑體系，既統(tǒng)籌考慮建筑全壽命周期的規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建造、維護(hù)使用和再生改建的全過程，也可確保建筑維護(hù)管理和檢修更換的方便性。OFB住宅建筑體系的易于維護(hù)和管理是實(shí)現(xiàn)建筑可持續(xù)的重要部分，能長久保證建筑的正常使用功能和品質(zhì)，使建筑成為優(yōu)良的社會(huì)資產(chǎn)和家庭資產(chǎn)。OFB住宅建筑體系可長期減少環(huán)境負(fù)荷，既能方便后期改建，又能減少廢棄物，在節(jié)能減排方面比通常的建筑更有優(yōu)勢。

2 OFB住宅建筑體系的開放性、適應(yīng)性和易建性

2.1 建筑系統(tǒng)的開放性設(shè)計(jì)

OFB住宅建筑體系具有建筑系統(tǒng)的開放性，采用建筑形體規(guī)整化的、可變性高的大空間結(jié)構(gòu)體系，住戶內(nèi)部采用大跨度結(jié)構(gòu)來保證空間的自由度。通過控制支撐體的形狀，減少開口凹槽，盡可能取消室內(nèi)承重墻體，有效提高施工效率且保證施工質(zhì)量。

通過構(gòu)成集約化的結(jié)構(gòu)模塊單元和可組合成不同住棟的適應(yīng)條件，在住棟公共空間中布置管井管線等設(shè)施，支撐體中衛(wèi)浴等部分可作為獨(dú)立模塊置入。項(xiàng)目高層住宅采用大空間框剪支撐體柱網(wǎng)正交布置，柱子最大跨度7.2m，最小跨度3.6m，戶內(nèi)僅有一根柱子，剪力墻在外墻和分戶墻位置，減少對(duì)戶內(nèi)空間的影響，保證了套型的開放性、靈活性（圖6）。

2.2 家庭生命周期居住的適應(yīng)性設(shè)計(jì)

OFB住宅建筑體系以實(shí)現(xiàn)住宅全生命周期內(nèi)的適應(yīng)性為目標(biāo)，滿足了住戶的多樣化與適應(yīng)性需要，SI內(nèi)裝體系的技術(shù)解決方案解決了建筑裝修質(zhì)量等通病問題，也使建筑具備改造的可能性，適應(yīng)未來發(fā)展變化的要求。項(xiàng)目建設(shè)既要降低地球環(huán)境負(fù)荷和資源消耗，也要滿足不同使用者的居住需求和生活方式，S與I分離體系的適應(yīng)性填充體整體提高了住宅的長久居住性能和質(zhì)量。

OFB住宅建筑體系帶來了建筑設(shè)計(jì)的靈活性，室內(nèi)空間沒有承重墻，可以根據(jù)功能需求進(jìn)行劃分，當(dāng)建筑內(nèi)部功能發(fā)生變化時(shí)，可以重新設(shè)計(jì)，以便滿足新的空間需求。套型設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮家庭人口變動(dòng)對(duì)功能空間的需求，采用可變性高的大跨度框架空間體系和輕質(zhì)隔墻，結(jié)合居住需求變化，在同一套型內(nèi)針對(duì)育兒和適老等需求進(jìn)行深入的空間設(shè)計(jì)研究（圖7，8）。

6 OFB 住宅建筑體系的單元平面開放性與項(xiàng)目戶型靈活性組合

7 OFB 住宅建筑體系的家庭全生命周期適應(yīng)性設(shè)計(jì)

8 OFB 住宅建筑體系育兒與適老套型的適應(yīng)性設(shè)計(jì)

2.3 工業(yè)生產(chǎn)的易建性設(shè)計(jì)

OFB住宅建筑體系工業(yè)生產(chǎn)的易建性設(shè)計(jì)，針對(duì)當(dāng)前過分強(qiáng)調(diào)主體結(jié)構(gòu)全預(yù)制、不注意標(biāo)準(zhǔn)化以及設(shè)計(jì)建造相分離的突出問題，從建筑設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)開始，在保證建筑物質(zhì)量的同時(shí)，以控制設(shè)計(jì)施工成本、提高勞動(dòng)效率和縮短工期為目標(biāo)，貫徹設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)工廠化、施工裝配化、土建與裝修一體化原則，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)支撐體系統(tǒng)、外圍護(hù)墻板系統(tǒng)、內(nèi)裝和部品系統(tǒng)的設(shè)計(jì)建造分離，比剪力墻體系的層級(jí)劃分更為清晰，更有利于提高施工效率。項(xiàng)目采用裝配式內(nèi)裝設(shè)計(jì)及建造方法，利用全吊頂、內(nèi)保溫空間、輕鋼龍骨墻體內(nèi)部、衛(wèi)生間降板區(qū)等區(qū)域敷設(shè)水、電管線，地面全部采用干式地暖模塊，與結(jié)構(gòu)主體完全分離（圖9）。

9 OFB 住宅建筑體系產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢與易建性設(shè)計(jì)

當(dāng)前國內(nèi)普遍采用PC剪力墻結(jié)構(gòu)體系，部件自重大且種類多，生產(chǎn)施工難度較大，運(yùn)輸成本較高。另外，其PC剪力墻結(jié)構(gòu)體系施工安裝過程中預(yù)制構(gòu)件鋼筋碰撞、構(gòu)件裂損、安裝定位效率過低等問題逐漸凸顯。OFB住宅建筑體系以設(shè)計(jì)合理性與施工易建性為目標(biāo)，其大空間框剪支撐體減少了承重墻的數(shù)量，框架規(guī)格較為統(tǒng)一，生產(chǎn)和施工難度較小，運(yùn)輸成本也較低。同時(shí)，施工周期縮短，節(jié)約工期30%左右。

3 濟(jì)南魯能項(xiàng)目的大空間框剪支撐體系統(tǒng)裝配化的易建性設(shè)計(jì)與技術(shù)集成

項(xiàng)目實(shí)施前期從構(gòu)建組成、成本造價(jià)、施工難度等方面將大空間框剪支撐體系統(tǒng)和裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比。不難發(fā)現(xiàn)，其支撐體體系更加符合目前政策要求，既能滿足建筑功能需求，又能節(jié)約成本、方便施工，是切實(shí)可行的技術(shù)方案（表1，2）。

4 濟(jì)南魯能項(xiàng)目的ALC墻板外圍護(hù)系統(tǒng)裝配化的易建性設(shè)計(jì)與技術(shù)集成

濟(jì)南魯能項(xiàng)目的裝配式ALC墻板外圍護(hù)系統(tǒng)不僅具有優(yōu)良的易建性，在輕質(zhì)、防火、易施工、經(jīng)濟(jì)性等方面也較為突出。與裝配式剪力墻體系的裝配式外墻相比，其連接簡單可靠、施工安裝便捷，減少了預(yù)制構(gòu)件接縫與連接件，提高了安裝效率并確保了質(zhì)量，利于組織構(gòu)件的工廠化生產(chǎn)與施工安裝，可實(shí)現(xiàn)立面的少規(guī)格多組合。其干式工法的外墻部品滿足了制造工廠化、部品裝配化和施工干式化的要求。

項(xiàng)目裝配式外圍護(hù)墻板選用了200mm厚內(nèi)嵌式構(gòu)造做法，并在室內(nèi)設(shè)置保溫層。發(fā)泡聚氨酯內(nèi)保溫體系、裝配式外圍護(hù)墻板與SI建筑體系高度契合，利用墻面架空空間進(jìn)行管線分離，有效控制了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的總厚度，加強(qiáng)了墻體的防水性能。其墻板采用無需抹灰作業(yè)的干式工法，且外立面使用了工廠加工定制的外飾，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)良的外觀效果。干式工法ALC墻板的建筑外圍護(hù)系統(tǒng)等集成技術(shù)的設(shè)計(jì)實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了全產(chǎn)業(yè)鏈的標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化、產(chǎn)業(yè)化，對(duì)周圍環(huán)境干擾小，高效快捷，不但能提高建筑的施工質(zhì)量，也能大大加快工程的資金周轉(zhuǎn)（圖10，表3）。

5 設(shè)計(jì)建造創(chuàng)新性實(shí)踐總結(jié)

濟(jì)南魯能項(xiàng)目以提高綠色建筑全壽命期的長久價(jià)值為理念，以新型可持續(xù)生產(chǎn)方式與集成技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)施了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、部品工廠化、建造裝配化、管理運(yùn)維化的整體技術(shù)解決方案，并填補(bǔ)了我國住宅建設(shè)中大空間框剪支撐體的建筑體系、裝配式ALC墻板外圍護(hù)系統(tǒng)和太陽能真空管垂直部品等研發(fā)應(yīng)用的空白。通過系列易建性裝配式技術(shù)的實(shí)施，對(duì)于我國住宅未來開發(fā)建設(shè)具有引領(lǐng)示范作用。項(xiàng)目產(chǎn)生的一系列創(chuàng)新性成果，能全面提升住宅品質(zhì)、提高住房質(zhì)量，給人民帶來了“好房子”，高度契合十九屆五中全會(huì)提出的“提升人民群眾的獲得感、幸福感和安全感”，具有良好的社會(huì)效益。

延長建筑壽命是最大的“綠色”，項(xiàng)目將建筑壽命從50年延長到100年，徹底改變傳統(tǒng)項(xiàng)目建設(shè)中高投入、高消耗、高污染、低效益的粗放型現(xiàn)狀，建造了與自然和諧共生的建筑，每年單位面積使用維護(hù)成本減少了40%～50%。由于使用了大量可循環(huán)利用的建筑材料，有效減少了建筑全壽命期內(nèi)的建筑垃圾。部品在工廠批量生產(chǎn)與供應(yīng)，可有效縮短工期且節(jié)能減排效果顯著，不但延長了房產(chǎn)的使用期限并保證了高性能，讓老百姓手中的房產(chǎn)得到有效增值。

10 采用裝配式ALC 墻板外圍護(hù)系統(tǒng)的外立面效果

表1 大空間框剪支撐體系與現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

表2 大空間框剪支撐體系與現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)的總體比較

表3 干式工法ALC墻板的建筑外圍護(hù)系統(tǒng)等技術(shù)集成的特性分析

圖表來源

圖2，3 由劉東衛(wèi)拍攝；圖4，5 來源于文獻(xiàn)[6]；圖6～8 來源于文獻(xiàn)[7]；圖9 來源于文獻(xiàn)[4]；其余圖表均由作者自繪。