WA丨工程實錄丨董丹申，莫洲瑾，高天宇丨?詩意表達與綠色建造——浙江大學建筑設計研究院裝配式建筑B1...

勇z72grl99fu6m 2022-02-16

展開全文

詩意表達與綠色建造——浙江大學建筑設計研究院裝配式建筑B1樓實踐

Poetic Expression and Green Construction: Practice of prefabricated Building B1 of Zhejiang University Architectural Design and Research Institute

董丹申，莫洲瑾*，高天宇

DONG Danshen, MO Zhoujin*, GAO Tianyu

摘要：本文以住建部裝配式示范項目——浙大院紫金院區(qū)B1樓為例，解析了其結構空間的流線組織、構件標準化的節(jié)奏協(xié)律與建筑表皮的參數(shù)化設計3種設計策略，強調了“工業(yè)化也有詩意”的設計理念；同時從基于總建筑師制的綠色策劃、全專業(yè)協(xié)同的綠色設計和全過程信息化管理的綠色施工3個方面探討了裝配式建筑的綠色建造的技術和實施保障措施，最終實現(xiàn)感性的人文精神與理性的裝配式建造的完美融合。

關鍵詞：裝配式建筑，標準化設計，協(xié)同設計，綠色建造

董丹申

B.1963，浙江大學學士

浙江大學建筑規(guī)劃學科發(fā)展委員會副主任，浙江大學平衡建筑研究中心主任，浙江大學建筑設計研究院有限公司董事長兼首席總建筑師

莫洲瑾*（通訊作者）

B.1979，浙江大學博士研究生

浙江大學建筑設計研究院有限公司總經理助理、分院院長

高天宇

B.1992，浙江大學碩士

浙江大學建筑設計研究院助理建筑師

1 項目概況

杭州市紫金眾創(chuàng)小鎮(zhèn)，由杭州市西湖區(qū)人民政府與浙江大學聯(lián)合共建，小鎮(zhèn)采取“研發(fā)總部”的創(chuàng)新組織形式，同時搭建智慧聯(lián)創(chuàng)平臺，組建校企聯(lián)合研發(fā)中心。浙江大學建筑設計研究院（UAD）紫金院區(qū)B1樓（以下簡稱B1樓）是小鎮(zhèn)中的一個子項目，位于杭州西園三路北側（圖1），地上3層，建筑面積8000㎡。建筑功能包含辦公、會議、研發(fā)以及各種共享交流空間及其輔助用房，裝配率96.8%，是國家AAA級裝配式建筑兼三星級綠色建筑，同時也是2019年住建部裝配式建筑科技示范項目。

B1樓總圖（圖1）

對于裝配式建筑而言，標準化與個性化的沖突在時下話題中不斷被探討，建筑師的藝術表達與裝配式建筑強調的標準化之間似乎存在相互制約的關系^[1] 。另一方面，氣候環(huán)境的不斷惡化使得節(jié)能減碳提上日程，綠色建造的方式不斷被強調與推廣。因此，如何讓建筑師主動通過新的技術來突破桎梏，以技術進步助力創(chuàng)作提升，將成為裝配式建筑發(fā)展迎來質變的關鍵因素之一。B1樓的設計和建造正是一種對裝配式建筑發(fā)展困境的思考與實踐。

2 詩意的表達

在設計之初我們提出一個想法：不被技術所裹挾，讓技術為設計服務。通過全系統(tǒng)整合、全專業(yè)參與的一體化設計方法，來營造富有人文情懷的活動場所，強調“工業(yè)化也有詩意”，希望打破一般裝配式建筑粗糙、簡陋和冰冷的刻板印象。

2.1 空間同趣：鋼結構流線組構

在空間表達上，B1樓采用鋼結構的形式讓裝配式建筑的空間塑造更加靈活和放松。從入口的水景前場、無邊界光幕門廳、3層通高交流大堂、垂直綠化中庭、多層級的交流平臺到屋頂露臺，這樣一組動線圍繞人的行為展開，讓空間充滿了流動感，而且整個大樓成為一個立體的園林，綠植所形成的小氣候讓整個室內持續(xù)處于空氣優(yōu)質的狀態(tài)。再配以豎向交通的多種選擇，人在空間中的行走充滿了意趣的指引（圖2）。

B1樓爆炸圖（圖2）

2.2 節(jié)奏協(xié)律：一套模數(shù)3種構件

B1樓的整個建筑形體由3個立方體相互咬合而成，南北兩個立方體為大開間辦公功能單元，中間連接體為通高中庭。辦公單位部分為相同模數(shù)1.2m×4.78m的外立面，充分體現(xiàn)了裝配式建筑標準化與個性化的統(tǒng)一辯證關系。外墻板采用成品UHPC外掛墻板和蒸壓砂加氣墻板復合墻板體系，一方面滿足了節(jié)能的要求，另一方面充分利用UHPC高強混凝土材料的特性得出一套模板，正反使用，形成了2種顏色4種凹凸的基本單元（圖3），實現(xiàn)了外墻裝飾保溫一體化的美觀兼實用要求。利用這些基本單元的不同組合，在陽光下形成微弧線的陰影，創(chuàng)造出既理性又充滿律動的立面表情，充分體現(xiàn)了工業(yè)化詩意的美感（圖4）。

B1紅色和白色預制單元（圖3）

紅色基本單元（圖4）

2.3 竹光共影：穿孔鋁板參數(shù)化設計

中間高起的立方體是中央通高大廳，它不僅是人行流線交匯之處，也是整個建筑形象上的焦點，既有對外接待職能，還可以不定期舉辦相關設計展覽和論壇，是整個建筑空間設計中最重要的部分，我們希望賦予它更加詩意的空間效果（圖5）。

入口中央通高大廳（圖5）

在這樣的空間體驗中，光影是最為重要的決定因素。我們先用一張自然界中的竹林照片在計算機中進行像素化處理，生成矢量化的數(shù)據(jù)，切分成688塊統(tǒng)一模數(shù)尺寸標準單元，以參數(shù)化的方式把竹林肌理轉化到建筑表皮上，再通過控制鋁板穿孔的翻起角度不同來控制室外光線的進入效果，達到光影斑駁的竹林空間意向。標準單元由工廠預制的鋁板幕墻實現(xiàn)，鋁板穿孔的不同翻起角度由浙江大學建工學院智能建造實驗室的建造機器人完成，輕質的鋁板經過穿孔后減輕了材料自重，大大降低了玻璃的遮陽系數(shù)，起到很好的遮陽效果。

3 綠色的建造

裝配式建筑的設計表達離不開建造技術的支持，同時裝配式建筑也是實現(xiàn)綠色建造的有效途徑，包括綠色策劃、綠色設計、綠色施工3個階段。本次在B1樓的建造實踐中，建筑的詩意表達與裝配式的綠色建造是不可分割的兩面，兩者的關聯(lián)性正是我們嘗試研究和實踐的主要內容，技術和管理的創(chuàng)新對建筑高完成度的實現(xiàn)也有重要的意義。

3.1 基于總建筑師制的綠色策劃

在設計之初，我們便將目標定位為高裝配率和綠建三星的標準。為了更好的實現(xiàn)目標，在設計前期各專業(yè)便開始展開討論，經過多次探索與碰撞，形成完整的計劃流程：策劃了從設計到施工BIM技術全程參與，將集成BIM、協(xié)同、物聯(lián)網(wǎng)、標準化、工業(yè)化等技術，堅持以設計為龍頭，三維信息化技術將貫穿建筑全生命周期，從設計–施工–管理–使用–運營。

為保證這一機制的有效運行，B1樓設計（圖6-8）全過程執(zhí)行總建筑師制。紫金科創(chuàng)小鎮(zhèn)由浙江大學建筑設計研究院整體設計，同時UAD也是B1樓的投資、設計、建設和使用的主體，為項目總建筑師負責制提供了良好的前提條件。以設計為龍頭，設計師們參與和把控設計、采購、施工、運營的全過程，EPC管理協(xié)助設計師嚴格控制了圖紙落地、質量把控、安全管理、材料采購、造價控制等環(huán)節(jié)，將綠色策劃置于一個整體可把控的環(huán)境當中。

首層平面（圖6）

二層平面（圖7）

三層平面（圖8）

3.2 全專業(yè)協(xié)同的綠色設計

設計過程中，我們利用BIM正向設計技術，建筑、結構、設備、室內、燈光、景觀、幕墻等各專業(yè)都基于BIM模型協(xié)同工作（表1），信息實時反饋，工作模型三維可視。其次，為了實現(xiàn)施工階段的精準裝配，各個專業(yè)需要更早的介入設計，通過彼此之間反復溝通提資，盡早發(fā)現(xiàn)設計上的漏洞^[2]。此項目中的設計手段結合實際功能需求，來做進一步探究。如為了使得室內通風流暢，建筑與設備專業(yè)協(xié)同設計，將排風扇和玻璃幕墻相結合，考慮外立面大小與外墻單元模塊模數(shù)統(tǒng)一，以方便后序施工。

表 1 B1 樓一體化建構邏輯（繪制：高天宇）

3.2.1 PEC結構體系

結構體系采用一種由UAD和施工單位共同研發(fā)的“部分填充–混凝土框架結構”（PEC）體系，這是一種新型結構體系，通過混凝土與鋼構件之間的合理組合使之兼具混凝土和鋼結構的雙重優(yōu)點，減少構件截面，并防止鋼材銹蝕和受壓失穩(wěn)，改善鋼材的隔音及防火性能。結構柱、梁、樓板也都是預制的，采用局部疊合樓板，最大限度地減少現(xiàn)澆混凝土體積，節(jié)省了大量材料。這是一種把技術與藝術結合起來的新型建造模式，同時也帶動一種新的工作模式（表2）。

表 2 B1 樓技術亮點（繪制：高天宇）

3.2.2 一體化空調體系

幕墻一體式空調器是一種結合幕墻使用的空調設備。主要結構包含內置換熱單元、殼體、結構配合件、支架及零部件。根據(jù)實際要求定制模塊化設計，與幕墻裝配為一體，即可承擔圍護結構的冷（熱）負荷，消除圍護結構附近的冷（熱）區(qū)，又可裝飾幕墻，作為窗臺使用，實現(xiàn)裝飾與功能一體化。結合幕墻模塊化設計的空調設備，工廠定制，現(xiàn)場安裝。

3.2.3 集成衛(wèi)生間體系

非住宅集成式衛(wèi)生間是技術的難點。采用集成技術理念將重復性高且模塊化部品與其他部品分離出來，通過半集成方式將墻面及頂面等防水要求較低的區(qū)域在工廠內標準化施工，集成模塊至現(xiàn)場拼接。B1樓采用預制鋼龍骨作為衛(wèi)生間內部隔墻，鋼龍骨的尺寸及形式均與衛(wèi)生潔具及管道合理對接，最大程度減小增加墻體對衛(wèi)生間的整體使用空間的影響。通過采用墻內排水的方式，最大程度避免了樓板穿管帶來的漏水隱患。

3.3 全過程信息化管理的綠色施工

B1樓施工過程中，在保證質量、安全等基本要求的前提下，通過科學管理和技術進步，最大限度地節(jié)約資源與減少對環(huán)境負面影響的施工活動，實現(xiàn)四節(jié)一環(huán)保。

3.3.1 施工信息化管理

首先施工單位建立了健全質量管理體系、施工質量控制和檢驗制度（表3）。以BIM三維信息化技術和物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)施工全過程管理，并且手機端可以實時監(jiān)控并隨時了解施工進度。其次，由于標準層數(shù)多，大量的墻板及預制疊合板都在工廠生產，現(xiàn)場取消了傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土結構的支模系統(tǒng)制作，并省去了部分砌筑和抹灰工序，從而大大縮短了整體工期。

表 3 信息化施工管理（繪制：高天宇）

3.3.2 施工體系設計

BIM三維信息化技術可在設計階段提前察覺施工才能發(fā)現(xiàn)的問題。我們將每個預制構件標上二維碼，通過信息技術的數(shù)字把控來提前解決問題，確保無現(xiàn)場返工，這樣大大提高了施工效率，原本需要半年完成的工期現(xiàn)在只需一個月，大幅節(jié)約了建筑材料和人工成本，并減少建筑垃圾的排放，最大限度地減少了對環(huán)境的影響。如在塔吊選型設計中根據(jù)預制件的大小考慮遠端最大起重量來設置，避免構件無法吊裝的情況。在預制構件深化設計階段積極與設計部門溝通并提前介入以確定塔吊的選型及立塔吊的位置。這樣既保證了構件的吊裝還避免因塔吊的各種問題而造成的工期損失和經濟損失。

3.3.3 施工能耗記錄

除此之外，在整個施工過程中，我們進行了嚴格的施工能耗記錄，其中部分結果為現(xiàn)場無固體垃圾并且無廢水排放，現(xiàn)場噪聲等級控制在40～47dB。

4 評價與結語

如今，B1樓已建成（圖9-11），快速投入了使用。其精美的內飾和優(yōu)質的辦公環(huán)境（圖12、13），得到了使用者的一致好評。同時，在裝配式技術上B1樓申請了多項專利，包括建筑UHPC外墻實用型專利、暖通支架及管道鋪設系統(tǒng)等。以及成立了多項科研課題研究，如基于BIM的裝配式建筑全生命周期碳排放評價研究、鋼結構體系創(chuàng)新研究等，為裝配式建筑節(jié)能減碳提供實例驗證。

外景（圖9-11）

內景（圖12.13）

縱觀本次裝配式建筑的設計和實踐，我們并非僅僅把它作為一個辦公項目來設計，而更像是在研究一個課題，或者說是在做一個“實驗”，對中國現(xiàn)有的裝配式技術進行歸納、總結、評判，對中國新型裝配式技術進行探索與研發(fā)。探索用情感和技術關照人本身，這是當代大學科研建筑所應持有的態(tài)度。B1樓的創(chuàng)作正是結合了感性的人文精神與理性的裝配式建造的佐證。□

項目名稱：浙江大學建筑設計研究院紫金院區(qū)（紫金準乾科研用房項目B1樓）

設計單位：浙江大學建筑設計研究院有限公司

設計總負責人：董丹申，殷農

工程負責人：肖志斌，莫洲瑾

建筑設計：王玉平，雷斌，毛翰軒

結構設計：肖志斌，金振奮，李少華

給排水設計：王靖華，邵煜然

電氣設計：吳旭輝，徐松杰

暖通設計：潘大紅，易凱

弱電設計：陳佳，馬健

景觀設計：孫洞明，樓炫炭

幕墻設計：香春