大型装配式钢结构公共建筑的绿色化设计实践——以宜都市会展中心项目为例

唐丽 王越

中国建筑标准设计研究院有限公司

1 装配式钢结构建筑的绿色设计发展理念

1.1 装配式钢结构的发展优势

1.1.1 政策优势

大力发展装配式建筑，是深化供给侧结构性改革、加快建筑行业升级优化的重大举措。近年来，国家多次出台政策、颁布图集，鼓励装配式建筑健康发展。目前，各个建筑类型中均已出现大量装配式建筑实例。

装配式钢结构建筑，兼具装配式建筑与钢结构建筑的优势，同时可以缓解我国钢铁产能过剩的现状。国务院在《关于钢铁行业化解过剩产能实现脱困发展的意见》中明确提出，要推广应用钢结构建筑，提高钢结构应用比例。

1.1.2 质量优势

装配式钢结构建筑具有优秀的抗震性、抗风性、可修复性，能够提高建筑的安全性能。相比混凝土结构，钢结构建筑自重更轻，可以节约基础造价；力学性能更优越，便于实现大空间灵活分隔的要求。

1.1.3 效率优势

装配式钢结构建筑构件更易于标准化生产和现场拼装，可以大幅提高施工速度、缩短工期、节约时间成本，具有明显的效率优势。

1.1.4 可持续性优势

装配式钢结构建筑在节能环保方面具有诸多优势：钢材本身具有良好的可回收性；钢结构施工过程中减少了水泥、砂、石的使用量；可以有效减少建造过程中与建筑废弃后产生的垃圾。装配式钢结构的推广有利于降低施工污染，提高建造效率，保证施工质量和安全管理水平，符合可持续性发展理念。

1.2 装配式钢结构的应用前景

装配式钢结构具有诸多优势，并受到政策的支持，具有良好的发展前景，已广泛应用于各类型建筑。特别是在大跨度会展建筑、体育建筑中，轻钢结构的灵活性具有明显的优势。

目前，大型钢结构公共建筑的装配式技术多局限于主体结构系统，削弱了装配式技术的优势。因此，在未来的装配式钢结构建筑设计过程中，应更多考虑装配式技术在外围护系统、设备管线系统、内装系统中的应用，减少二次砌筑等湿作业，全面发挥装配式技术的优势，在全专业、全生命周期范围内，推行一体化集成设计。积极应用绿色建筑技术，实现绿色化建造、运营和维护。

下面将以宜都市会展中心项目为例，探讨装配式钢结构在大型公共建筑中的绿色化设计应用。

2 宜都市会展中心项目的绿色化设计实践

2.1 项目基本概况

1 宜都市会展中心

宜都市会展中心项目（图1）位于宜都市民活动中心西地块南侧。宜都市民活动中心在宜都市主城区西北的三江新城内，清江与渔洋河交汇处，景色优美，交通便利（图2）。场地西侧为待规划地块，南侧和东侧紧邻规划道路，北侧为园区滨水景观带。会展中心呼应地形，在临道路一侧布置展厅，营造完整的城市形象面。临水一侧灵活布置商业空间，充分利用园区景观资源，尺度宜人。同时，分别应对城市界面与水景界面，对空间体量进行切分，自南向北形成化整为零的体量序列，与环境形成良好的互动关系。整座建筑形象现代端正，与自然和谐共处，与园区意象统一，富有趣味（图3）。

会展中心由南侧的展厅与北侧的商业内街组成。其中，1#楼位于南侧，横贯地块东西，由两个大展厅和四周的附属用房组成。1#南侧展厅采用张弦桁架结构，实现大跨度单层展示空间，北侧为二层轻钢结构，布置前厅、办公、设备用房等，并包含部分商业功能，与北侧的2#、3#楼形成商业内街。2#、3#楼置于用地北侧，采用轻钢结构，创造出灵活有趣的商业空间。二层部分通过天桥与1#北侧商铺相连，商业街上方设有莲叶伞状构筑物，起到遮阳效果，营造丰富有趣的灰空间（图4，5）。

2 项目区位

3 宜都市会展中心总平面图

4 会展中心项目鸟瞰

2.2 方案设计理念

2.2.1 展商结合，园区共享车位绿化

会展中心项目兼具会展与商业两种公共服务功能。展览活动为园区带来宣传效果；商业功能为园区带来人气，同时为参展与观展人群提供良好的服务支持。在非展览期间，商业功能的融入保持了园区活力的持续性。

会展中心位于宜都市民活动中心园区内，与其他场馆共享停车、绿化空间，提高了室外公共空间的使用效率。

2.2.2 展期与非展览期的全时段利用

会展建筑属于间歇性使用的建筑类型——展览期间人气旺盛，非展览期间易被闲置。为避免优质空间资源浪费，本项目将跨度、净高充足的展厅空间兼作全民运动场所使用。设计中充分考虑作为室内运动场馆的设备与场地预留，可以在非展览期为市民提供篮球、羽毛球、乒乓球等各类运动场地，突破了建筑单体的使用局限，解决了会展建筑闲置期运营问题，同时创造了良好的市民活动氛围（图6）。

5 会展中心平面示意图

6 非展览期间展厅兼做全民运动场馆

7 会展中心立面模数

8 丰富的立面效果

2.3 绿色建筑技术

会展中心作为当地大型公共建筑，具有地标性特征，在实现绿色化设计与建造方面进行了积极的探索，主要包含以下几个方面。

2.3.1 标准化设计，模数化划分

会展中心以16m为主要模数布置展览空间的结构桁架，并以8m、4m为辅助模数，对建筑立面及商业部分的平面进行进一步细分，使整栋建筑兼具大尺度空间的气势与小尺度空间的亲切（图7）。展厅采用标准化设计，两个标准化展厅之间可分可合，满足大空间要求，适应各种规模的展览活动。

会展中心立面主要采用玻璃幕墙与金属幕墙。透明部分采用竖明横隐式玻璃幕墙，实现大空间的通透感；非透明部分采用不同纹理的铝板幕墙，实现立面效果的丰富性。施工图设计中，对立面幕墙进行划分，充分考虑幕墙分格与立面模数、开启扇尺寸、通风面积的关系，以便幕墙公司在深化中准确预埋。模数化的应用控制了构件的规格种类，降低了模板制作的成本（图8）。

2.3.2 大跨轻钢结构，装配率高

会展中心为大型装配式钢结构公共建筑，展厅部分采用大跨度张弦桁架体系，总长度256m，跨度69.6m，主桁架以16m为模数进行布置（图9）。中部和左右两侧端部设置平面次桁架，纵向设置支撑桁架，作为主桁架的侧向支撑，保证主桁架的平面外稳定。

张弦结构跨度大、刚度高、自重轻，可适应展览建筑对大面积无柱开敞空间的需求，装配率高。会展中心项目1#楼装配率约为72%，2#、3#楼采用轻钢结构，装配率约为66%。整栋建筑主体结构竖向构件的预制部品部件应用比例达到35%以上，符合A级装配式建筑的设计要求。

2.3.3 围护系统的新材料应用

ALC（高压蒸养轻质加气混凝土）条板具有良好的隔热性、耐火性、耐久性、抗震性、隔音性，力学性能优越，便于干法施工，能够提高建造效率。同时与装配式建筑理念相合，并适应模数化的设计手法。会展中心除管井、卫生间采用砌块墙外，其余内外墙均采用ALC条板基墙，最大限度发挥材料优势，推广新型优质建材的应用（图10）。

2.3.4 设备系统采用管线分离

会展中心将管井集中设置在交通核、卫生间附近，减少对周围空间的不利影响。采用管线分离技术，减少湿法作业产生的污染，并便于后期的管线维护与更换。

2.3.5 装配式内装，干法施工

装配式内装，即通过标准化内装部品设计，将工厂生产制作的内装部品运至现场进行干式拼装，以节约装修工期和人工成本。

会展中心采用装配式内装技术，装修风格简洁大气。干法施工便于部品的维修与更换，节约工期，减少装修过程中产生的污染物，符合绿色建筑追求建造过程快速、环保的特点（图11）。

2.3.6 莲叶伞灰空间与太阳能板

宜都市四季分明，雨热同期，夏热冬冷，日照充足，室外平均风速较低。因此，需格外注意通风设计。同时，可适当利用太阳能技术，提升建筑品质。

结合宜都当地潮湿炎热的自然环境特征，会展中心在商业内街上方引入“莲叶”意象的伞状构筑物，面向水面的莲叶与水中倒影相映成趣。伞下的半室外空间通风和遮阳效果俱佳，为市民提供了舒适的室外活动场所。伞盖构件通过单元式拼接，呼应了当地民居的青瓦顶意象。同时，整齐排列的伞架也能够将下方化整为零的商业建筑体量统一在一起（图12）。

莲叶伞为钢结构构筑物，顶部设有太阳能供电设施，可提供15.6%的电量，在创造趣味性空间效果的同时，兼顾了绿色能源的利用。

由于会展中心面向北侧滨水景观带，莲叶伞顶也向北微倾，为了更好地接收太阳光，伞顶划分为单元型太阳能板，每块太阳能板北侧垫起，使光伏板与檩条呈18°角倾斜，形成整体向北而光伏板受光面朝南的效果，兼顾了整体形象与发电效率（图13）。

9 张弦桁架结构展厅内景

10 会展中心墙体材质及管井位置示意

11 装配式内装——会展中心前厅

12 莲叶伞与商业内街

13 莲叶伞上方的倾斜太阳能板

14 展厅屋顶的采光天窗与遮阳系统

2.3.7 屋顶自然采光天窗与电动遮阳

展厅顶部结合造型与桁架空隙，设置电动采光天窗，充分利用自然光线改善展厅内部采光效果。天窗设外遮阳系统，减少阳光直射，节约了空调的能耗（图14）。

3 结语

大型公共建筑代表了城市的形象，装配式钢结构在大型公共建筑中的应用，对其推广起到良好的推动作用。宜都市会展中心项目，集展、商于一体，充分考虑建筑功能的多元化；将结构性质与空间需求相结合，发挥张弦桁架与轻钢框架结构体系的优势；充分利用自然采光、通风、太阳能，减轻运营期间的能耗负担；积极采用新型优质建材与装配式管线系统、装配式内装技术，加快施工进度，降低后期维护成本；是一个高效合理并具有探索和创新意义的项目。