装配式建筑方案设计探析——...济开发区竹木科技产业园为例_刘仲辰.pdf

2023 年第 06 期总第 300 期福 建 建 筑Fujian Architecture&ConstructionNo 062023Vol300装配式建筑方案设计探析 以邵武经济开发区竹木科技产业园为例刘仲辰1,2(1.福建建工集团有限责任公司 福建福州 350001;2.福建建工装配式建筑研究院有限公司 福建福州 350001)摘 要:近年来,随着双碳目标的提出,国家大力推动竹产业发展。为引领本土竹产业升级和产品领域扩展,邵武经济开发区竹木科技产业园项目立项建设,是邵武首个一星级装配式标准厂房。项目以装配式建造技术的运用作为前提,在开始阶段引入对装配式建筑方案设计的思考,包括从园区规划策划入手的视野高度,以及空间布局标准化、平面尺寸合理化、建筑及结构设计与装配式深化设计一体化、立面节点组合化、模拟建造数字化五个方面,对装配式建筑方案设计具有一定的借鉴意义。关键词:装配式建筑;建筑方案设计;竹木;标准厂房中图分类号:TU2 文献标识码:A 文章编号:1004-6135(2023)06-0024-05Analysis of prefabricated building scheme design Shaowu Economic Development Zone Bamboo and Wood Technology Industrial Park as an exampleLIU Zhongchen1,2(1.Fujian Construction Engineering Group Co.,Ltd.,Fuzhou 350001;2.FCEC Prefabricated Building Research Institute Co.,Ltd,Fuzhou 350001)Abstract:In recent years,with the proposal of the carbon peaking and carbon neutrality target,China has vigorously promoted the develop-ment of the bamboo industry.However,as a major forestry province,Fujians bamboo industry technology and market are relatively back-ward.To lead the local bamboo industry upgrading and product field expansion,the Shao Wu Economic Development Zone Bamboo Technol-ogy Industrial Park project was proposed and constructed.It is the first one-star prefabricated standard factory building in Shao Wu.Theproject takes the application of prefabricated construction technology as the premise and introduces the thinking of prefabricated buildingscheme design at the beginning of the project,including the high perspective from the park planning,as well as the standardization of space,rationalization of plan dimension,integration of building and structure design with detailed design of prefabricated building,combination offacade nodes,and digital simulation of construction.The project has a certain significance for the design of prefabricated building scheme.Keywords:Prefabricated buildings;Architecture design;Bamboo;Standard factory作者简介:刘仲辰(1991.05-),男,工程师。E-mail:423627156 收稿日期:2023-04-140 引言随着“双碳”目标的提出,国家开始大力推动装配式建筑发展,提升建筑工业化、数字化、智能化水平。装配式建筑具有标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理的特点,因其与传统建筑建造方式不同,需要整合设计、生产、施工等相关产业链条,更需要从方案阶段就开始注入装配式建筑方案设计理念,才能引导建筑达到综合最佳设计效果1。1 项目概况福建省作为林业大省,2021 年森林覆盖率达66.8%,而同年全国森林覆盖率仅约 23%,福建省内竹木产业的发展又以邵武市为佳。2021 年,邵武市林地面积 23.25 万 hm2,森林覆盖率 78.83%,活立木蓄积量 2328 万 m3,产业禀赋得天独厚。近年来,政府陆续出台推进竹木产业的政策措施。2021 年 11 月,中央十部门发布加快推进竹产业创新发展的意见,要求“打造竹产业全产业链,推动产业链上中下游有机衔接”;提出“鼓励有条件的企业联合高校、科研机构组建竹产业创新基地”;同时指出政府应“改善生产经营基础设施”“加大金融支持”“优化管理服务”等。在此背景下,福建邵武经济开发区建设发展有限公司投资建设邵武经济开发区竹木科技产业园项目。福建邵武经济开发区创建于 2003 年 2 月,2006年 8 月经国家发改委审核确定,由福建省政府批准为“省级开发区”,是邵武首个国家级经济开发区,其主要产业为林产品加工、纺织、机械电子、食品加工等。竹木产业园项目用地约 200 亩,建筑多为四层,总建筑面积约 268 000 m2,容积率达到 1.75,是邵武首个装配式多层标准厂房项目,如图 1 所示。2023 年 06 期 总第 300 期刘仲辰装配式建筑方案设计探析25 图 1 总平面图标准厂房,一般指经济开发区或工业集中区统一设计建造的工业用房。能够在园区内统一设置配套设施,相比传统厂区建设模式具有诸多优势2。1.1 集约用地自然资源部 2021 年发布的工业项目建设用地控制指标(征求意见稿)规定,木材加工和木、竹、藤、棕、草制品业与家具制造业用地容积率均应控制在 0.9 以上。邵武市地处丘陵地带,山地多平原少,经济开发区早期拿地的园区以单层钢结构厂房为主,实际建设强度低于规划容积率,土地利用较为粗放。因此,适时建设以标准厂房为主的产业园,有利于土地的集约利用。1.2 节约建设成本中国大部分企业的寿命小于 10 年,而建筑的最低设计使用年限为 50 年。标准厂房可以服务多家企业,从而实现周转,避免重复建设。1.3 服务中小企业邵武市竹木领域企业规模大小不一,单一企业独立建设大型产业园扩充产能的能力较弱。通过调研以及与当地行业协会沟通,标准厂房平面设计应可分可合,兼具灵活性、普适性、集群性,能够提高园区活力,同时适应竹木企业发展规律。1.4 提高园区基础设施建设水平通过集中规划,改善基础设施和工业发展环境,打造高质量企业服务平台,为发展具有创新意义的竹木加工现代产业集群创造土壤。1.5 适合装配式建造方式标准厂房经统一规划设计,楼栋标准单元较少,柱网尺寸等容易统一,部分预制构件甚至能在不同种类楼栋间通用,能够降低建造成本。与此同时,标准的产业建筑经常需要较为高大的空间,运用装配式技术还可以节约高大空间的模板与支撑成本。2 产业园规划策划2.1 邵武市竹产业现状与策划理念竹产业是邵武乃至整个南平市的传统产业,2020年邵武竹产业总产值 160 亿元,占南平市总产值20.65%。其产业发展具有两大特点:其一是其早期发展地域分布零散,企业规模大小不一,实力不均,部分生产竹筷、竹席、竹笋等低技术的初级加工品产品的企业利润率低3;其二是企业更新换代较快,不易完善产业上下游配套,难以形成稳固的产业链。针对这种情况,建筑师介入到早期的园区策划阶段。经研究,当下运行效率较高的产业园往往是围绕明确主题的复合功能园区,能够产生产业链的区域集成效应(图 2)。因此,计划将邵武竹木产业园规划为集研发、生产、检测、展示、销售、培训的综合园区,促进一、二、三产业融合发展,构建现代化竹产业体系,依托优势竹资源、产业积累,实现产业链增链补链。纵向上,延长竹木加工产业链,留住更多利润,改善当地就业。横向上,加快现代服务业发展,推动新型竹木产品展销活动,开发工业文创旅游新赛道。图 2 鸟瞰效果图2.2 产学研结合,打造园区新内核通过校、政、企三方战略合作,促进研究、生产、销售各环节间交流。以人才引进、资源共享等方式,探索集组织共建、基地建设、技能培训、市场营销等为一体的竹木产业融合发展新模式,为竹木产业提供更多的人才和智力支撑,全面助力推进竹木产业现代化。2.3 完善竹木产业园产业生态平台向入驻企业开放数字化的园区资源管理系统,提供宜工宜居、接轨城市生活的配套服务,争取财税补贴与政策倾斜、个性化金融产品和多元化招商模式的金融支持,构建集产业孵化、产业加速、产能实现、企业培育和产能升级“五位一体”的创新生态体系。26 福 建 建 筑2023 年2.4 经营模式与功能规划基于上述理念,园区计划了三种可能的经营模式:(1)网络电商:在园区内建设集中的电商运营空间,统一网络、设备配套,减少销售中间环节,快速将产品推广到全国乃至全球范围。(2)线下门店:园区作为竹木产品销售区,各厂家以下店上储的模式分散经营实体店,为客户提供产品体验空间。(3)工业文旅:将传统竹文化和现代竹产业结合,设置竹主题博物馆,打造从原竹到成品完整生产流程参观流线。3 总平设计场地北邻 G316 国道和富屯溪支流,溪对岸为鬼子岭。西侧的水尾路已建成通车,东侧规划路尚待建设,红线西、南、东三侧接近垂直,北侧呈弧形尖角。项目一期位于场地北侧,用地范围内由北至南先后为办公生活区、小微定制厂房区和标准小型厂房区。项目二期在场地南侧,设为大、中型厂房区,布置扬尘和噪声较大的原竹、原木粗加工厂房和堆场,减少对办公生活区的影响。视业主招商情况,也可利用标准厂房进行竹木原材料粗加工,以小微定制厂房区作为堆场,同时起到粗加工与办公生活区间的缓冲作用,如图1 所示。办公生活区呈三角形,沿北侧国道设置形象入口,区内布置办公-综合楼,借景于溪水和山地景观,同时作为园区品牌形象展示。两个功能体块错开并分别贴合三角形地块的两条边,通过食堂相连接,化解用地范围中不规则的部分。4 装配式建筑方案设计产业园项目希望提升园区形象,改善环境品质,体现竹木产业主题。在设计简约、施工方便、成本可控的原则下,方案设计之初,便决定以一星级装配式建筑的标准建设标准小型厂房,将装配式建筑方案设计的五大理念贯穿于建筑设计、构件生产、施工组装全过程中,具体如下。4.1 空间布局标准化为了提高标准厂房空间通用性,建筑师研究了生产各类竹木产品的工艺流程。如竹材粗加工工艺包含毛竹断料-开片粗刨-分片破丝-烘干浸胶-冷压成型-脱模养生等流程,精加工则往往需进行锯截压刨-砂光拼板-开榫加工-染色干燥-打磨涂装等工序,其中涉及的部分原料、设备的载荷与尺寸如表 1 所示。表 1 竹木生产相关设备参数设备名称尺寸(mm)重量/载重(t)生产设备打竹片机2000 1900 16504.3刨削木机2000 1000 7500.1抛光机800 660 11000.13四层热压机4500 1300 18504排钻2400 1080 14001.6烘干机4000 2200 22003货车四米二厢式货车4200 1800 28002.5六米八厢式货车6800 2400 28007 8厢式半挂货车12000 2550 280010 55 经市场调研,邵武市有意愿入驻产业园的竹木企业所需厂房面积普遍在 1500 m2左右,少数需要 3000 m2。单层3000 m2左右的规模,能满足大多数当地竹木生产企业的需求,因此将之作为一个标准单元。标准小型厂房、标准中型厂房与标准大型厂房分别包含1、2、4 个单元,内部空间能够灵活分割组合,适应包括单栋厂房单一生产流程、两栋厂房全生产流程,以及单栋厂房全生产流程在内的多种工艺布置方式。个别企业的特殊空间需求,则通过小微定制厂房解决。厂房载荷、门洞尺寸、电梯参数、卸货平台尺寸等数据,以调研结果为设计依据,提高标准厂房的通用性,如图3 图5 所示。图3 单栋厂房单一生产流程 图4 单栋厂房全生产流程图 5 两栋厂房全生产流程2023 年 06 期 总第 300 期刘仲辰装配式建筑方案设计探析27 4.2 建筑及结构设计与装配式深化设计一体化由于装配式建筑对建筑设计及结构设计与装配式深化设计的配合度要求较高,需要集成多种设计内容,建议由同一团队完成4。项目设计达到一星级装配式建筑标准,为此装配率得分需达到 60 分。其中 40 分采用梁板一体化技术实现,其余 20 分则在“部品部件通用化”“内隔墙非砌筑”“BIM 技术运用”与“可追溯管理系统”等子项上取得,如表 2 及图 6 所示。图 6 标准小型厂房人视点效果图表 2 标准小型厂房装配率计算表评价项评价要求评价分值实际得分单项合计最低分值主体结构(最高 50 分)混凝土外挂墙板50%比例80%10 25-梁、板、楼梯、空调板等水平构件70%比例90%20 4040现浇竖向构件采用装配式模板比例70%5-设计标准化、模数化存在不符合 1M 基本模数整倍数的轴线尺寸-2-存在不符合扩大模数 2M、3M 整倍数的楼梯间开间及进深的轴线尺寸-2-存在不符合 1M 基本模数整倍数的层高-2-部品部件通用化100轮廓尺寸相同的预制混凝土梁、板类构件个数2001 2260轮廓尺寸相同的预制混凝土楼梯类构件个数1201 2-减震隔震技术集成应用评价单元应用减震、隔震部件且技术措施符合现行国家及福建省相关技术标准5-4230围护墙和内隔墙(最高 20 分)围护墙非承重围护墙非砌筑比例80%10-围护墙与保温、隔热、装饰一体化50%比例80%4 10-内隔墙内隔墙非砌筑50%比例80%5 1010内隔墙与管线、装修一体化50%比例80%2 5-内隔墙与装修一体化50%比例80%1 2-内隔墙与管线一体化50%比例80%1 2-1010装修和设备管线(最高 20 分)全装修-6-干式工法楼面、地面比例70%6-集成厨房70%比例90%1 4-集成卫生间70%比例90%1 4-管线分离50%比例70%2 5-技术创新(最高 10 分)BIM 技术应用设计阶段33施工阶段33可追溯管理系统22项目组织方式采用工程总承包模式1-绿色建筑按绿色建筑二星标准设计并取得绿色二星设计标识证书1-按绿色建筑三星标准设计并取得绿色三星设计标识证书2-标准化外窗应用应用比例60%2-装配式混凝土路面、路缘石、围墙、检查井应用比例应分别70%1-85总计60 此外,结构设计与装配式深化设计团队能提前考虑构件拆分方案,并预提资预制构件布置图。由于采用梁板一体化技术,建筑设计根据提资图纸,优化了建筑立面造型的水平线条和边梁外挑板做法(图 7),通过统一边梁高度取得类似的立面效果,提高了预制构件通用化率。图 7 办公生活区人视点效果图28 福 建 建 筑2023 年4.3 平面尺寸合理化平面设计的合理尺寸,对标准厂房的整体效果至关重要。厂房柱网尺寸统一为 8000,统一了预制梁的长度和梁截面尺寸。建筑师与各专业工程师在平面设计中,有意识将楼梯、电梯、管井等楼板开洞位置集中布置,使得 92%的楼面完全相同,提高了构件通用化率。整个项目仅有预制梁3 种,梁板一体化单元2 种。4.4 立面节点组合化鉴于园区致力推动本土竹产业从低端的初级产品向精细化工艺品、高级装饰材料等方向过渡,建筑师拟在建筑部分立面上采用竹木板材,作为品牌和产品的实体展示窗口。本项目的 3 种楼栋类型,即办公-综合楼、小微定制厂房、标准小型厂房,分别以不同方式展示竹木材料的功能和视觉效果:(1)办公-综合楼以竹木板材作为遮阳板,板材斜角呈现立体造型,立面为单一的竹木材料在强烈明暗对比下的视觉效果(图 7 右侧建筑)。(2)小微定制厂房则正相反,立面为竹木板、格栅和玻璃窗的拼贴,呈现平面的造型,重点展示均匀光照下材料的表面肌理(图 7 左侧建筑)。(3)标准小型厂房则介于两者之间,二 四层外墙内退,在楼板上方布置折角造型的竹木幕墙,展现竹木材料在不同明暗条件下的视觉效果。同时,利用一层半高位置的现浇梁在外墙上引入凹凸进退的造型变化,丰富厂房外观,如图 6 所示。三种立面设计都以“少规格,多组合”的原则进行设计,以二至三种立面单元为母题,通过不同排布方式进行立面构图,借助光影丰富立面效果。所有竹木装饰板均外挂在建筑外墙外侧,租用厂房的业主可以很方便地替换板材,结合自产竹木产品更改厂房造型,取得更好的展示效果,降低了建造成本,也便于后期维护。4.5 模拟建造数字化装配式建筑采用工厂生产的预制构件进行安装,设计容错率低。BIM 技术可使设计更加精准,设计过程中可以实现数字孪生和模拟建造。本项目即采用正向 BIM 设计,在方案设计阶段即开始进行 BIM 建模,并随着方案推进同步修改5。BIM 技术在方案设计阶段及初步设计阶段,能协助整合繁杂的项目信息,能够很方便地预览建筑效果,模拟基地周边环境,协助方案估算,配合方案优化,实现方案模型漏洞可视化。将信息集中到一个平台上,减少信息误差,能及时复核净高、检测管线与构件冲突,也能协助工程概算,细化材料、设备数据确定、模拟工程量。BIM 技术在施工图设计阶段,能够将预制构件在生产前提前建模,与结构模型同步检测,各专业设计人员可以看到建造后的实景效果,提出完整的 BIM 分析报告,提升校对审核的三维能力。此外,也便于后期基于同模型进行施工模拟与优化,计算人工与机械台班,辅助工程预算等。最终模型可以提交使用方用于运维。5 结语本项目以装配式建造方式建设竹木产业园,推动竹产业与装配式建筑的碰撞,促使传统与现代、技术与文化在新时代交流激荡,产生了独特的绿色低碳与文化意义,使竹木产业园项目产生新的意涵。随着国家大力推广装配式建筑,装配式建筑占新建建筑比例逐年上升。相比发达国家,我国装配式建筑还有很大的发展空间。笔者认为,装配式建筑方案设计应注重“一点五化”:“一点”,即从园区规划策划着手,思考园区经营方式和企业差异化需求的解法,将商业运营的关注纳入设计环节,进而引导建筑设计;“五化”,其一指空间布局标准化,包括调研各类竹木产品工艺流程与兼容不同类型工艺布置;其二指建筑及结构设计与装配式深化设计一体化,优化设计团队架构和配合,提高装配式建筑综合效益;其三指平面尺寸合理化。通过设计,微调提高预制构件通用率;其四指立面节点组合化。以“少规格,多组合”的原则进行设计,提高复用率;其五指模拟建造数字化。提前解决问题,规避管线、构件冲突。设计团队在“一点五化”上超前思考,保证项目品质,就能在装配式建筑方案设计这条赛道上占得先机6。参 考 文 献1 龙玉峰,焦杨,杨胜乾,等.装配式建筑协同设计方法:以华阳国际东莞建筑科技产业园研发楼 Dream Office 项目为例J.新建筑,2022(4):20-25.2 叶红.苏州某标准厂房工业园区设计与思考J.工业建筑,2011,41(02):7-9.3 廖寒冰.南平市竹资源产业发展研究D.福州:福建农林大学,2019.4 樊则森,岑岩.装配式建筑系统集成设计方法探析J.动感(生态城市与绿色建筑),2017(01):30-31.5 樊则森,李新伟.装配式建筑设计的 BIM 方法J.建筑技艺,2014(06):68-76.6 龙玉峰,丁宏,焦杨.建筑工业化的标准化设计研究J.混凝土世界,2012(04):48-52.