标准化理念下的装配式建筑设计探索＊——中建科技（闽清）绿色科技产业园启动区综合楼

郑姣 赵中宇 王琪龙

中国中建设计集团有限公司

中建科技（闽清）绿色科技产业园综合楼位于福建省福州市闽清县，建筑面积6 346m2，共6层，集办公、展览、会议及宿舍等功能为一体。工程采用预制装配整体式混凝土框架结构体系，装配率为91.3%，达到绿色建筑三星标准和超低能耗建筑标准，是中美清洁能源示范项目之一。

1 方案演化

方案最初设想是基于装配式标准化、模块化的技术逻辑，以规整体块、不同材质来体现体量的虚实变化，达到“大同·小异”的效果。整体的韵律感体现了装配式建筑的特点，入口、通廊及端部的灰空间则是活跃元素，消解装配式建筑单一重复的视觉疲劳。而这些不同的空间处理，又恰巧符合地域性特征，加强通风，满足员工工作及日常生活的使用需求。

建筑的体块组合顺应南高北低的山地地形，北侧的屋顶露台连通办公楼南入口形成底层通廊，为员工提供户外活动的场所。根据当地的地理位置及气候特点，经过多次优化设计，项目外立面遮阳采用了预制混凝土遮阳板，大会议室外墙则采用预制混凝土墙板结合垂直绿化的一体化生产工艺，还运用了太阳能空调以减少能耗，使预制建筑更加生态化、节能化、舒适化。

2 标准化设计

2.1 平面标准化

项目平面设计规整，采用预制装配整体式混凝土框架结构，以2 000mm为模数，柱网采用8 000mm×8 600mm、8 000mm×6 000mm两种尺寸。在平面设计时首先将尽量多的房间做相同处理，确保构件数量尽量少。二至五层主要为宿舍和部分办公室，可以做到完全相同的开窗及分板。通过反复计算、模拟和视觉效果对比，确定统一的遮阳板尺寸规格，实现了装配式建筑“少规格、多组合”的设计原则。

2.2 立面标准化

项目的多类型功能空间给立面设计带来极大的挑战。为实现装配式建筑的标准化建造，结合构件生产工艺，每个柱跨安装两块外挂墙板，且外挂墙板的开窗方式、窗口尺寸遵循标准化要求。

3 方案演化过程

4 二层平面图

5 三层平面图

设计结合绿色建筑节能标准，在预制外墙挂板外设置水平与垂直遮阳板，将立面有效地统筹为一个整体。预制外墙挂板与遮阳系统均采用标准化设计，统一构件的规格尺寸，使建筑立面具有强烈的秩序感。为了活跃立面效果，有规律地设置几组大窗，结合建筑端部的室外绿庭，使建筑造型虚实对比强烈，形体构成清晰。同时，为了验证新工艺，设计中有意识在建筑的近人尺度采用装饰混凝土和肌理混凝土预制板，丰富立面效果，统一又不失变化。

业主：中建科技（福州）有限公司

建设地点：福建省福州市闽清县

建筑设计：中国中建设计集团有限公司总部设计三院

项目负责人：赵中宇、郭海山

设计团队：赵中宇、阎福斌、施宏、薛晓荣、王琪龙、张婉、郑姣、党蓉（建筑）；郭海山、刘康、李黎明、张世宪（结构）；满孝新、李悦、李壮壮（暖通）；卢晟、王瑜（给排水）；毛建平（电气）；赵璨、徐静波、骆思羽（BIM）

施工单位：中建海峡建设发展有限公司

构件厂家：中建科技（福州）有限公司

总建筑面积：6 346m2

设计时间：2015.09

建成时间：2018.12

摄影：王琪龙

2.3 模数化

项目严格遵守建筑模数协调标准，平面柱网采用8m模数，预制外墙挂板采用4m模数，预制遮阳板采用1m模数，确保柱网尺寸统一，相对应的预制外墙挂板、叠合楼板及遮阳板尺寸保持一致。

3 装配化技术

3.1 结构设计装配化技术

设计采用预制装配整体式混凝土框架结构体系，预制构件有预制柱、预制叠合梁、预制叠合板、预制复合外挂板、预制内墙板、预制楼梯板和预制女儿墙等，整体预制率超过85%。基础采用锤击高强预应力混凝土管桩（PHC）基础，地基基础设计等级为乙级。同时采用灌浆套筒、灌浆料、四边不出筋叠合板、轻骨料微孔混凝土复合墙板等中建自主创新的装配式建筑关键技术。

6 外挂墙板的标准化设计

7 立面预制遮阳板

8 混凝土立面肌理

9 单孔套筒及灌浆技术

10 四边不出筋叠合板技术

11 新型无机复合预制混凝土保温外墙

12 水平缝、垂直缝构造节点详图

13 墙身节点详图

14 预制构件光影效果

本工程结构安全等级二级，抗震设防分类为丙类，抗震设防烈度6度，场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第一组，框架抗震等级四级。柱子采用600mm×600mm的预制柱，端头局部采用600mm×700mm的预制柱以增加结构整体的抗扭刚度，上下层柱间钢筋采用了具有自主知识产权的“单孔套筒灌浆连接”；框架梁采用400mm×600mm、400mm×700mm的叠合梁（叠合层厚150mm），梁柱节点采用梁主筋插入式；楼板采用四边不出筋的叠合板（叠合层厚80mm）；外墙板采用250mm无机保温微孔混凝土复合板，与上层梁叠合层进行湿式连接，结构整体抗震性能良好。

3.2 构造节点装配化技术

建筑预制外墙板的水平缝、垂直缝及十字缝等接缝部位、门窗洞口等构配件组装部位的构造设计及材料的选用满足建筑的物理性能、力学性能、耐久性能及装饰性能的要求。防水材料主要采用发泡聚乙烯棒与密封胶，水平缝采取企口缝处理，采用构造防水加材料防水，垂直缝采用结构自防水、构造防水、材料防水等防水构造，门窗为先装法，避免了漏水问题。

4 一体化装修、景观

4.1 一体化装修设计

项目的外立面为清水混凝土，整体设计风格朴素简约，室内装饰一体化设计，与建筑设计保持一致，突出装配式建筑的特征，一体化装修部位为大堂、大/中会议室及一/二层走廊。二层开敞办公区、公共空间主要材质为清水混凝土、白色墙面、深色地砖、深色顶棚及木质装饰；宿舍部分的墙面和顶棚材质为白色乳胶漆，地面材质为米黄色地砖。在施工图设计时同步进行一体化装修设计，利用各专业的协同减少湿作业，避免返工、后进场等程序，实现建筑装修一体化的设计目标。

4.2 一体化景观设计

在总体景观设计上，试图使建筑与景观环境融为一体。南北方向的高差以预制混凝土台阶、座椅等呈现为台地景观，达到建筑与景观一体化的效果；南侧前区广场将预制浮刻混凝土硬质铺装与植草砖结合，标准的模块形式与建筑风格统一。

15 内装一体化实景

16 景观一体化实景

17 土建三维透视

18 机电三维透视

19 绿色节能技术应用

20 架空通风廊道

21 西侧室外露台实景

5 信息化协同管理

5.1 方案阶段

在方案设计阶段，根据前期技术策划成果进行方案创作，避免因不合理的设计导致后期技术冲突和成本增加，减少因设计、生产、施工和装修环节脱节造成的设计失误。

5.2 施工图、深化图阶段

以BIM模型为基础建立上述工作机制，分析预制构件的几何属性，对预制构件的类型和数量进行优化。运用BIM技术对设备管线进行综合设计，既节省了时间又控制了质量。通过基于BIM技术的协同设计平台，进行预制构件与现浇构件的钢筋及预埋件的碰撞检查，针对冲突点修改设计，并通过统计材料用量提出优化设计建议，实现BIM技术在装配式建筑中的专业协同。

6 绿色节能技术应用

6.1 自然通风

本工程位于夏热冬暖地区，对通风、遮阳有着较高的要求。设计中借鉴闽南传统建筑冷巷、遮阳的形式，与空间设计、装配式技术巧妙结合，在建筑底层设置通风廊道，建筑西侧设置室外空中花园，减少建筑西晒。当地自然通风适宜温度为28℃，制冷期间日最高温为28℃的天数有52天，分别集中在5月中下旬、6月中旬、9月初以及10月中下旬。采用自然通风可降低空调制冷的使用天数，能耗减少28%。

6.2 优化遮阳

项目利用预制遮阳板创造统一的立面效果，形成工业化建筑风格。同时，遮阳板能有效遮挡夏季午时炎热的太阳直射，减少消耗。设计模拟当地太阳自然角情况，对垂直遮阳板的间隔以及水平遮阳板角度等进行合理分析，形成最有效的遮阳形式。

22 楼层 CFD 气流组织模拟

23 开敞办公 CFD 气流组织模拟

24 遮阳板角度分析

25 遮阳板立面

26 太阳能板

27 太阳能空调系统

28 建成实景

6.3 太阳能利用

在能源利用上，评估当地日照状况，采用太阳能空调新型技术。白天采用太阳能空调系统和燃气辅助模式，对办公室、宿舍进行制冷或采暖；夜间利用白天高温储能，将多余的太阳能资源储存起来，用于宿舍的制冷或采暖，加燃气自动辅助。

7 结语

通过本项目也让我们在装配式建筑繁荣发展的背后理清思路、理性看待。装配式建筑发展仍然面临以下问题：1）重技术、轻管理，装配式建筑是一项系统工程，既要满足技术集成化，还要满足管理一体化，当前对装配式建筑管理方面的重视远远不够；2）重成本、轻人才，在装配式建筑领域，大家最关心的是增量成本的问题，但是还没有意识到从设计、生产、施工到检测等阶段的人才储备严重不足；3）重规模、轻品质，地方政府比较注重每年新开工的装配式建筑总面积，却忽视了装配式技术给建筑品质带来的提升，没有真正实现装配式建筑“两提两减”的目标；4）重装配率、轻标准化，在设计阶段一切以“装配率”为出发点，装配式建筑的标准化水平控制不严格，带来了构件种类的增加，造成了建设成本的提高。因此装配式建筑在我国的本土化发展仍然任重道远，大量的基础性研究工作仍需要不断探索与实践。

图片来源

图27 来源于网络；其余图片均由作者自绘或自摄。