裝配式建筑方案創作初探
——建超集團生產基地服務中心1號樓設計分析*

黃曉冬

(福建省建筑設計研究院有限公司,福建 福州 350001)

0 引言

裝配式建筑是用預制部品部件在工地裝配而成的建筑。發展裝配式建筑是建造方式的重大變革，有利于節約資源、減少施工污染、提升勞動生產效率和質量安全水平，有利于促進建筑業與信息化工業化深度融合[1]。

裝配式建筑首先要實現建筑工業化，以工業化生產方式實現建筑產品的“智造”，主要體現在規模化和精益化。裝配式建筑的主要設計方式為通用化、模數化、標準化，應體現明確的建構邏輯關系，協同各參與專業和相關單位，推行一體化集成設計，并以模塊化組合設計展現建筑的多樣化，實現項目各階段一體化集成實施流程。

在國家、地方政策支持與廣大企業積極參與下，裝配式建筑近年來在我國快速發展，形成了具有中國特色裝配式建筑技術體系。由于我國裝配式建筑產業發展尚處在初級階段，體制機制還不完善，技術體系尚未成熟，企業的設計、生產、施工能力不足，導致現有的裝配式建筑存在造價偏高、認識不統一、持續動力不足、缺乏裝配式建筑設計邏輯、缺乏集成設計、裝配式建筑比例和規?；潭容^低，與發展綠色建筑的有關要求和先進建造方式相比還有很大差距[1-2]。

1 項目背景

建超集團生產基地服務中心1號樓項目(以下簡稱本項目)于2014年啟動，為福建省首個全裝配式建筑示范項目。預制率為80%，裝配率為87%。項目建設為推廣福建省裝配式建筑設計標準化、生產工廠化、施工裝配化、裝修一體化、管理信息化和應用智能化提供了一線資料。

2 項目概況

本項目位于福建省長泰銀塘工業區，為廠區配套宿舍樓，上部結構體系為整體裝配式框架結構，抗震設防烈度7級?？偨ㄖ娣e約1萬m2，層數9層，建筑高度31.2m，一層層高4.5m，二層層高3.9m，3～9層層高3.20m。

圖1 項目總平面圖

3 項目難點

(1)本項目為宿舍建筑，存在平立面比較規整、多樣性不足等問題。如何通過模數化、模塊化的組合，形成多樣性的平立面，實現裝配式建筑造型的“個性化”？

(2)如何實現建筑結構、圍護體系、給排水、電氣、暖通、幕墻、二次裝修的一體化集成設計？

(3)如何實現全裝配式建筑設計，滿足高預制率和裝配率要求？

4 設計理念

裝配式建筑設計以標準化為基礎，以模數化為核心，遵循少規格、多組合原則,改變“建筑就是簡單方盒子”的傳統認知，通過模數化及模塊化實現平面和立面的多樣性，實現造型的多樣化表達，力求達到秩序性、規律性的建筑觀感，傳達富有邏輯性的建筑之美。

裝配式建筑的核心是“集成”，采用建筑信息模型(BIM)技術將各專業成果集成于同一模型，進行專業協同和協調，實現精益化設計，實現建筑信息的有效傳遞，提高成果應用的時效性，并可實現成果向制造、施工及運維階段延伸。

系統策劃全裝配體系，力爭實現結構系統、外圍護系統、內隔墻系統、機電系統、內裝系統的預制裝配化及相互間的模數及構造協調，滿足試點工程的高標準技術要求。

5 設計策略

設計不僅是一次藝術與技術的交融歷程，需要對項目的各類需求和矛盾作出智慧富有創造力的回應，并與文化、地域、自然環境、技術達到有機統一。

圖2 設計策略分析

5.1 建筑設計邏輯(少規格、多組合)

①立面構成分析。本項目直接臨街并位于廠區主出入口位置，如何結合功能需求改變傳統宿舍呆板的立面并積極體現裝配式建筑的特點，是項目造型設計的關鍵。單一的線性方向不足以展示建筑的韻律美。首先結合裝配式建筑對空間模數化的需求推敲建筑外立面的設計邏輯關系，運用簡潔、富有變化的設計手法，用單元式宿舍模塊的錯落式空間排布思路，以橫向線條的舒展結合豎向節奏體現建筑的虛實，展現豐富的外立面效果，突出裝配式建筑的形式美，也通過外立面色彩和肌理的有序組合呼應立面設計的邏輯關系。

圖3 立面意向

圖4 立面生成分析

圖5 沿街效果圖

②平面構成分析。本項目的功能為宿舍，南側主要布置宿舍，北側主要布置豎向交通及輔助用房和部分宿舍。平面形狀為長方形，形狀規整，尺寸滿足模數化要求。首層為活動室，二層為單人套間宿舍，三層～九層均為四人間宿舍。三層以上平面布局基本一致，隔層以陽臺及靠外墻衛生間位置的變化作為平立面構成變化的要素，平面相關尺寸遵循模數協調原則，以模數化標準化宿舍單元模塊組合為基礎，實現通用化和多樣性的統一。

圖6 二層平面圖

圖7 三層平面圖

圖8 四、六、八層平面圖

圖9 五、七、九層平面圖

5.2 標準單元模塊與模數協調

首先,以功能需求和模數化為依據，根據四人間宿舍的使用要求確定標準單元模塊基本開間及進深尺寸為3900mm×7800mm。其次，根據當地氣候條件及常規使用習慣，將衛生間及陽臺設在靠外墻側，實現宿舍使用空間均有自然采光通風，并起到隔絕道路噪音的作用。居室模塊為四人間標準化布局，設置4張床和2張書桌及儲物空間；衛生間模塊為標準化布局，設置蹲便器和淋浴設施；陽臺模塊設置晾衣架和洗手盆，洗衣房獨立設置在平面西北側。居室模塊、陽臺模塊、衛生間模塊的所有尺寸遵循模數協調原則，并組合形成標準單元模塊實現模塊化設計。

兩個標準單元模塊組合形成標準柱網，尺寸為7.8m×7.8m，以此作為基本柱網，按照總圖輪廓及模數化要求進行擴展，形成基本平面尺寸，橫向8個跨距，標準柱距是7．8m；縱向三跨距，柱子軸距分別為7.8m、2.2m、7.8m 。標準單元模塊的水平生長形成平面布局，豎向生長和變化形成豐富的立面效果。

通過本項目設計，我們認識到裝配式建筑設計首先要實現模數協調的模數化，只有實現建筑、部品之間的模數協調，才能實現裝配式建筑設計的標準化及通用化。

圖10 標準化模塊生成圖

圖11 宿舍單元模塊分解圖

5.3 一體化集成設計

裝配式建筑遵循工業化生產和裝配化建構的邏輯，具有規模化、精益化等特點。除了考慮功能要求及裝配式建筑設計邏輯及規范要求，還必須同步協調構件生產及現場施工，形成設計、構件制造、裝配施工一體化，實現參與設計專業一體化協同和集成。設計的構件具有標準化、通用化的特點，有利于工業化、規模化生產，有利于提高現場裝配式施工效率和效益。

裝配式建筑一體化集成設計的核心是全專業全過程實時協同與技術集成。本項目在設計時構件廠商、施工方及裝配式建筑實施顧問方同步參與設計，設計團隊同步采用福建省建筑設計研究院有限公司牽頭承擔的福建省科技重大專項專題“建設行業信息一體化軟件核心技術研發及應用”研究成果進行基于BIM的精細化設計。建立包含建筑、結構、機電、清水混凝土預制外墻、裝配式內墻、二次裝修、室內家具、成品防護欄桿及成品裝飾構件的BIM集成精細化模型。建筑物建造將實現虛擬建造，在整體拆分策劃、節點構造、水電預埋、吊點設計、施工預埋等方面，建模深度達到滿足預制深化設計階段的C級以上深度要求標準，模型整合生產、運輸及吊裝等全過程各專業三維信息，利用BIM模型實現各參與方及專業間的實時協同，對綜合管線、構件間和構建內部的碰撞驗算，進行預施工，提高設計的精細化程度，減少錯、漏、碰、缺，實現設計成果與建造成果的高度統一，實現工業化和信息化的有機融合[3]。

圖12 BIM模型展示

圖13 墻身剖面三維圖

本項目探索采用溯源管理系統。采用輸入BIM數據信息的RFID(無線射頻)芯片，對構件在建筑全生命期各階段的信息進行跟蹤追溯。福建省工程建設地方標準《福建省預制裝配式混凝土結構技術規程》(DBJ 13-216-2015)是福建省首部建筑產業現代化工程建設地方標準[4]，在全國率先將BIM技術與RFID技術在建筑工業化中的應用做了明確規定，起到較好的示范效果。

圖14 BIM模型分解圖

5.4 全裝配式建筑設計體系

本項目在設計初始以模數協調、統一協調、構造協調為基礎策劃全裝配式建筑體系，包含全預制鋼筋混凝土框架體系(預制柱、預制主框架梁、預制次梁、疊合板)、預制外掛墻板、預制樓梯、裝配式內隔墻，標準化外窗、機電一體化及裝修一體化，形成完整、系統的預制裝配體系。

圖15 裝修BIM模型展示之一

圖16 裝修BIM模型展示之二

圖17 衛生間軸測圖

預制柱采用一端機械連接、一端灌漿的半灌漿套筒進行鋼筋連接，主框梁、次梁、樓板采用預制與現澆層疊合型式，樓梯為全預制型式 ；預制外墻板為夾心保溫預制板(外飾面一次反打成型)；內裝配式內隔墻采用ALC板及輕鋼龍骨隔墻；外窗采用符合模數化要求的標準化外窗；采用BIM技術實現機電及裝修一體化，滿足高精度的預制工廠工業化生產要求。

圖18 鳥瞰效果圖

6 結論

福建省住房和城鄉建設廳等九部門出臺的《關于加快推動新型建筑工業化發展的實施意見》指出，到 2025年，全省實現裝配式建筑占新建建筑的建筑面積比例達到35%以上。到 2035年，福建省新型建筑工業化與智能建造發展取得顯著進展，企業創新能力大幅提升，產業整體優勢明顯增強，全面實現建筑產業現代化[5]。

本項目運用裝配式設計理念和技術進行建筑方案創作，實現建筑技術與藝術的融合，打造集實用性、示范性于一體的現代化居住建筑。

本項目是福建省首個建筑產業化試點項目，該項目的建設為福建編制相關定額、驗收規范等提供了真實、有效的一手資料，為裝配式建筑推廣提供了實際運用數據，對于推廣福建裝配式建筑起到良好的帶動示范作用。