北京冬奥会装配式可拆卸临时厕所设计

张晓琳，姜中天，宋 波

（1.中国建筑设计研究院有限公司，北京 100044；2.青岛弘业机械制造有限公司，山东 青岛 266043）

0 引言

北京2022年冬奥会和冬残奥会（以下简称北京冬奥会）场馆和配套设施建设属于山地环境的复杂工程。目前，我国在山地环境下雪上竞赛场馆和配套设施方面建设经验较为缺乏。由于冬奥会大部分雪上项目场馆位于山地，且冬奥会的举办需落实可持续发展理念，所以北京冬奥会赛区核心区场馆采用大量临时设施。冬奥临时设施的规划、选型、设计和实施周期短，雪山生态保护要求高，赛道崎岖建设难度大，临时设施的各项性能指标直接影响使用者的舒适度体验，同时代表着北京冬奥会服务的水准。本文以冬奥会装配式可拆卸临时厕所的设计为例，介绍实现临时厕所污水污物就地消纳回用、空间舒适度高、低温环境下可稳定运行、可无损拆卸异地重建的技术路径。

1 冬奥临时厕所工程条件及技术需求

研究团队通过对冬奥延庆赛区、崇礼赛区的实地调研，充分了解了冬奥现场工程条件特点，总结出以下技术需求。

1）赛区内临时设施建设场地具备电力供应条件，临时厕所（含其内部设备设施）需要满足在温度-40℃、风速较大环境条件下安全、稳定运行，并能够保证使用舒适度。

2）由于高寒山地生态系统脆弱，临时厕所在整个搭建、运行、拆除过程中需要做到零排放，以最大程度减少对当地生态环境的扰动。

3）由于高寒山地大部分位置没有吊装条件，可能需要靠人力搬运、安装，厕所应选用轻质高强结构及小型化的部品部件。

4）由于赛后临时设施将被拆除再利用，厕所应采用快速装配的建造方式，并能无损拆卸，实现异地重建。

5）为落实“绿色”办奥理念，满足奥运会可持续发展要求，临时厕所研发、设计过程中还应采用梯次循环利用的分析手段。

2 装配式可拆卸设计技术应用路径

为满足上述综合技术要求，本项目采用集成设计技术，整合现有先进技术、设备、产品体系，增强临时厕所的特殊环境及气候适应性，实现临时厕所污水污物就地消纳回用和异地装配重建，提升了临时厕所的使用舒适度。在实现技术创新的同时，使临时厕所能够应用于更多的特殊或极端环境，如生态脆弱的景区、山地、林地、冬季项目场馆配套设施等工程（见图1）。

图1 装配式可拆卸临时厕所建成

通过建筑、结构、机电、内装各专业之间的协同，以及设计、采购、加工、施工各阶段参与方的密切配合，保证了冬奥会临时厕所产品的高质量绿色设计建造。将临时厕所系统拆解为底板系统、承重系统、围护结构系统、设备管线系统、内装系统5个子系统，具体研发设计过程如下。

2.1 产品及技术选型研究

根据赛区赛道崎岖陡峭、大部分位置不具备吊装条件、建设周期短等工程条件，需要采用快速建造技术、小型化部品部件，符合要求的建筑类型有钢结构、集装箱、木结构等；进一步考虑抗风、无损拆卸、异地重建等要求，最终确定轻质高强的钢结构方案：底板系统为钢结构，承重系统为钢框架，围护结构系统、设备管线系统及内装系统的部品部件均在工厂预制、现场装配式安装。

临时厕所底板系统为钢地梁+装配式楼板，承重系统采用钢柱与钢梁组成的钢框架，围护系统为可无损拆卸的一体化轻质外墙，装配式板+保温板屋面板，设备管线系统采用预制机电管线，内装系统采用装配式内装。其中，可无损拆卸的一体化轻质外墙由外饰面板、连接板、防水透气膜、槽钢框架、保温板、防辐射膜、室内龙骨框架组成（见图2）。

图2 临时厕所钢框架与围护结构

项目设计遵循模数协调原则，采用标准化设计手段，如钢梁、钢柱、轻质墙板等均为标准化构件，以较少种类的标准化产品和部件进行有机集成，实现丰富的功能，从而有效节约材料、减少浪费，践行“绿色”冬奥理念。

2.2 连接节点及技术措施研究

建筑材料拆除后的再利用可分为建筑物重新安置、建筑部品部件再利用、建筑材料再处理加工和建筑材料循环再利用，其中，建筑物重新安置或部品部件再利用是更被推荐的方式，也是本项目无损拆卸、异地重建研究的目的。在临时厕所部品部件无损拆卸、异地重建价值分级分类研究过程中，可拆卸设计技术的应用是关键。

可拆卸设计的具体策略包括：预制、预装配和模块化结构的设计，现场干式装配的模块化零件设计，互相具有独立性简化和分离的建筑系统设计，减少建筑部件模板的建筑构件种类标准化设计，简化和标准化连接细节设计，可逆机械连接的节点设计，适应运输物流的模块设计，可重复使用的部件设计，可快速便捷拆卸和移除可重复使用部件的配件、紧固件、黏合剂和密封剂等[1]。

钢结构构件的连接应根据施工条件和作用力的性质选择其连接方法。常见的有焊缝连接、紧固件连接（高强度螺栓、普通螺栓、锚栓或铆钉连接）、销轴连接、钢管法兰连接。钢结构建筑的连接节点主要有刚性节点、半刚性节点、铰接节点[2]。

临时厕所在阶段性使用结束后将被拆除，山地环境不便整体运输，需在运输前先将临时厕所部品部件拆卸分解而后运输，为降低部品部件的损耗，需要采用无损拆卸技术；当异地重新利用时，临时厕所在现场应能被再次快速组装，从而保证材料的循环利用率。

本设计方案中，根据快速装配、无损拆卸、异地重建的技术需求，底板系统中的地梁通过膨胀螺栓与地面连接，承重钢框架中钢梁、钢柱的连接节点全部采用螺栓连接，可无损拆卸的一体化轻质外墙的槽钢框架与钢梁、钢柱通过螺栓连接，装配式楼板、装配式屋面板与地梁、顶部钢梁的连接同样为螺栓连接。各模块化部品部件的全螺栓连接方式，解决了现有临时厕所无法在高寒山地快速组装、无法异地装配重建的问题。

2.3 预留、预埋等技术措施研究

本项目设计过程采用模数协调技术，并分析临时厕所部品部件的安装条件、定位原则、接口方式、安装次序、维护周期和使用环境等技术因素。基于冬奥临时厕所功能空间布局，考虑底板系统、承重系统、围护结构系统、设备管线系统、内装系统这5个子系统之间及各子系统内部的装配式连接，同时考虑临时厕所无损拆卸与异地重建，最终确定了预留、预埋、收边、收口、公差接口等技术措施。

本设计方案中，为保证梁柱全螺栓连接，钢柱、钢梁相应位置预留了螺栓孔；为保证外墙与钢框架的螺栓连接，一体化轻质墙体的槽钢框架、钢柱、钢梁相应位置预留了螺栓孔和安装操作孔（如有需要）；为保证装配式楼板与地梁、装配式屋面板与顶部钢梁之间的连接，装配式楼板、装配式屋面板、钢地梁、顶部钢梁上分别做了相应的预留、预埋措施；为实现临时厕所污水污物就地消纳、零排放，临时厕所设置了污水处理回用一体化装备，根据装备规格、连接性能和接口条件，装配式临时厕所相应部位预留了设备管线安装孔洞。

2.4 设备管线与内装集成设计研究

为实现现场快速装配，项目采用集成吊顶、集成地面、集成墙板。集成吊顶、集成地面上分别预留了排风口、排水洞口。其中，为满足临时厕所低温条件下自维持、使用舒适度高的要求，设计中采用一体化轻质外墙，该外墙在满足基本防火、防水、抗风、防辐射、保温隔热等性能指标要求的同时，具备工厂装配化程度高、自重较轻、可无损拆卸、适应高寒山地等环境的特点。外墙生产实现部品化，便于组装和拆卸，减少现场施工工序，可有效提升厕所的安全、舒适和耐久性能。设置扶手部位的墙体槽钢框架内采取加固措施以增大承载能力；墙体室内龙骨框架中敷设好各类设备管线后，再安装固定内饰面板，完成整个墙体的拼装，体现了与机电专业协同。

为实现临时厕所运营维护的便捷性，设计采用机电设备、管线与主体结构相分离的技术，并在相应位置预留检修洞口。在满足临时厕所基本功能空间要求前提下，增加了人性化服务功能，如设置室内壁挂电暖气、梳妆镜、紧急呼叫按钮装置等，解决了现有临时厕所空间相对狭小、功能不齐全，使用舒适度不高，低温防冻性能不好、寒冷及严寒条件下设备无法稳定运行等问题。

3 结语

本文以北京冬奥会现场临时厕所使用需求为出发点，针对高寒山地环境临时厕所使用舒适度不高、低温环境下无法自维持、无法异地装配重建等现实问题和技术难点，提出装配式可拆卸临时厕所设计技术。通过全过程全专业一体化设计、模数协调、装配式钢结构体系应用、可拆卸设计等技术手段，满足了绿色冬奥、科技冬奥要求，贯彻了可持续发展理念，为我国冬季运动临时设施的全生命周期设计提供科学可行的技术路径。