文/中國建筑設(shè)計研究院有限公司 陳敬思 茹笑嵐 翟文舉 趙 鈿
發(fā)展裝配式建筑是實現(xiàn)建筑業(yè)綠色低碳發(fā)展的重要手段,是全面推進生態(tài)文明建設(shè)和加快推進新型城鎮(zhèn)化進程的重要舉措。裝配式建筑的設(shè)計不僅要考慮使用需求和空間環(huán)境,還應(yīng)關(guān)注部品部件生產(chǎn)和裝配式施工安裝要求。因此,裝配式建筑應(yīng)遵循標準化、模數(shù)化設(shè)計原則,采用少規(guī)格、多組合的設(shè)計策略。提高建筑設(shè)計標準化程度能夠有效減少部品部件種類和數(shù)量,提高部品部件生產(chǎn)和施工效率,對控制和優(yōu)化項目成本起到重要作用。
本文以北京市保障性住房建設(shè)投資中心建設(shè)的通州臺湖公租房項目為例,研究如何提高裝配式建筑設(shè)計標準化水平,從而提升裝配式建筑的經(jīng)濟性。
通州臺湖公租房項目位于北京亦莊新城站前區(qū),是亦莊新城主要的居住生活組團,主要解決產(chǎn)業(yè)園區(qū)等周邊片區(qū)的職住平衡問題。項目分為B1、D1兩個地塊,總用地面積約16hm2,建筑限高80m。B1地塊總用地面積約8hm2, D1地塊位于B1地塊東南2km處,總用地面積約8hm2。項目總建筑面積約57.8萬m2,其中地上公租房建筑面積約28萬m2,共建設(shè)5058套公租房,分為60m2和35m2兩種套型(見圖1~4)。
本項目公租房全部按裝配式方式建造,采用裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu),戶內(nèi)全部實施裝配式裝修。
裝配式建筑標準化設(shè)計不局限于部品部件設(shè)計,而是涵蓋樓棟、套型、廚衛(wèi)模塊、核心筒模塊、立面等方面。通州臺湖公租房項目方案設(shè)計階段在標準化建筑設(shè)計方面進行了大量嘗試與探索,有效提高了項目整體標準化程度。
通州臺湖公租房項目共有34棟公租房,經(jīng)優(yōu)化設(shè)計,樓棟類型精簡到2種,分別為T6樓型和T7樓型。其中,T6樓型共24棟,T7樓型共10棟。在2種樓型基礎(chǔ)上,公租房層數(shù)分布在14~28層,通過樓棟層數(shù)變化,形成豐富的城市天際線,活躍了小區(qū)整體形象(見圖5~8)。
本項目要求設(shè)計60m2和35m2兩種套型,考慮到套型配比與樓型組合方式的因素,最終方案設(shè)計共設(shè)置4種套型,其中A、B、C套型均為60m2套型,D套型為35m2套型(見表1)。T6、T7樓型均由這4種套型組合而成(見圖9)。
60m2的A、B、C3種套型由于所處樓型的不同位置而有所區(qū)別,但3種套型的開間、進深尺寸相同,均為5.4m×7.2m;35m2的D套型開間、進深尺寸為3.6m×6.6m(見圖10)。
圖1 項目區(qū)位
圖2 地塊位置
圖3 B1地塊總平面
圖4 D1地塊總平面
圖5 B1地塊沿街人視效果
圖6 樓型分布
圖7 T6樓型標準層平面
圖8 T7樓型標準層平面
表1 4種套型基本情況
圖9 標準層套型單元分布
圖10 4種套型平面
本項目4種套型均采用統(tǒng)一的衛(wèi)生間模塊,凈尺寸為1.5m×1.8m。60m2的A、B、C3種套型采用統(tǒng)一的燃氣廚房模塊A,其凈尺寸為1.5m×2.1m;35m2D套型采用電廚房模塊B(見圖11)。
統(tǒng)一的廚衛(wèi)模塊提高了建筑的標準化程度,也減少了裝配式內(nèi)裝的部品部件種類與規(guī)格,大大提高了設(shè)計、生產(chǎn)和施工效率(見圖12,13)。
核心筒模塊綜合了電梯、電梯廳、機電管井、防排煙管井等功能,是對多種標準部件的組合設(shè)計。核心筒模塊可進一步分解為固定部分與彈性部分,其中固定部分包括樓電梯、前室和接口;彈性部分包括管井和走道。通州臺湖公租房項目根據(jù)2種樓型設(shè)計了2種核心筒模塊,通過對樓電梯規(guī)格尺寸進行優(yōu)化,最終采用2種樓梯模塊和2種電梯模塊進行組合(見表2)。T6核心筒由樓梯模塊B和電梯模塊B組合而成,T7核心筒由樓梯模塊A、電梯模塊A和電梯模塊B組合而成(見圖14)。
公租房主體結(jié)構(gòu)采用預(yù)制三明治外墻、預(yù)制內(nèi)墻、疊合樓板、預(yù)制陽臺板、預(yù)制空調(diào)板和預(yù)制樓梯6類預(yù)制混凝土構(gòu)件。在構(gòu)件拆分設(shè)計時,通過減少構(gòu)件種類、提高單一構(gòu)件的復(fù)用次數(shù),極大提高了構(gòu)件標準化程度(見圖15)。以B1地塊18棟公租房為例,構(gòu)件總數(shù)17404塊,通過優(yōu)化,將構(gòu)件種類減少到40種,大大提高了模板復(fù)用次數(shù),其中重復(fù)使用最小的達135次,最大可達1860次(見表3)。
圖11 廚衛(wèi)模塊分布
圖12 廚房室內(nèi)效果
圖13 衛(wèi)生間室內(nèi)效果
表2 樓、電梯模塊基本情況
圖14 2種核心筒固定部分組合方式
一說起標準化,許多人就會擔(dān)心建筑形象千篇一律。實際上,立面的標準化設(shè)計并不意味著失去立面形象的變化與美感,而是產(chǎn)生了一種新型裝配式建筑美學(xué)的設(shè)計方法。通州臺湖公租房項目采用“少規(guī)格、多組合”的設(shè)計思路,合理控制外立面裝飾構(gòu)件的種類和規(guī)格,將有限的構(gòu)件進行多種排列組合,形成外立面豐富的韻律與變化。
以B1地塊公租房為例,南立面設(shè)計采用在結(jié)構(gòu)主體外側(cè)掛設(shè)裝飾構(gòu)件的手法,將陽臺和裝飾構(gòu)件統(tǒng)一。為提升標準化程度,外掛裝飾構(gòu)件種類最終精簡至3種,通過3種構(gòu)件的組合和排列形成了立面的錯動與變化。
東西立面考慮到實墻面較大,為避免單調(diào)乏味,通過在外頁板上刻出豎向分縫的方法進行處理。豎向分縫間距以900mm為模數(shù),分縫圖式分為兩種,每兩層圖式錯動變化,形成立面韻律感(見圖16~19)。
裝配式混凝土建筑與現(xiàn)澆建筑在生產(chǎn)和建造方式上存在較大差異,成本構(gòu)成有較大不同,存在200~400元/m2的增量成本。提高裝配式建筑設(shè)計的標準化程度對降低增量成本發(fā)揮重要作用。
預(yù)制部品部件主要有預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件和內(nèi)裝部件兩大類。
1)對預(yù)制混凝土構(gòu)件而言,模具的重復(fù)利用率直接影響構(gòu)件成本。如果構(gòu)件種類過多、模具重復(fù)利用率較低,模具成本對構(gòu)件的成本影響就會非常大。以預(yù)制外墻構(gòu)件為例,單套模具投資約5萬元,重復(fù)利用50~60次,折合每立方米預(yù)制構(gòu)件投入400~600元,成本占比15%~25%。如果此套模具僅生產(chǎn)10個構(gòu)件,則該預(yù)制外墻構(gòu)件因攤銷較高的模具費用會直接引起構(gòu)件成本大幅提升。
圖15 T6樓型豎向與水平構(gòu)件拆分
表3 B1地塊構(gòu)件統(tǒng)計
圖16 B1地塊公租房人視效果
圖17 外立面裝飾構(gòu)成邏輯
圖18 外立面裝飾構(gòu)件拆分
圖19 東西山墻分縫
通州臺湖公租房項目標準化程度較高,一組模具可在工廠內(nèi)生產(chǎn)多棟公租房的預(yù)制構(gòu)件,重復(fù)次數(shù)提高至135次以上,成本占比降到5%~10%,效益提高2~3倍(見圖20)。
2)對內(nèi)裝部品而言,影響成本的主要因素是出材率。一般情況下,裝飾行業(yè)板材的出材率通常不超過80%。通州臺湖公租房采用裝配化裝修,并通過設(shè)計提高廚房和衛(wèi)生間標準化程度;同時,在深化設(shè)計時,對裝飾面板材料規(guī)格進行優(yōu)化,提高板材利用效率,出材率達90%以上,生產(chǎn)效率提升20%,既節(jié)省了材料,又提高了經(jīng)濟效益。
根據(jù)對現(xiàn)有一些裝配式混凝土建筑項目的不完全測算,裝配方式與傳統(tǒng)現(xiàn)澆方式相比,施工安裝現(xiàn)場人工費可減少40%。通州臺湖公租房項目因大力提高建筑標準化程度,有效減少預(yù)制構(gòu)件尺寸種類,安裝節(jié)點標準化,極大提高了安裝施工效率,人工費進一步減少7%。
當前,裝配式混凝土建筑的預(yù)制構(gòu)件材料成本占地上結(jié)構(gòu)成本的65%以上,是現(xiàn)階段引起投資增加和進行成本管控的主要部分。提高預(yù)制構(gòu)件的標準化程度和提高模具的復(fù)用次數(shù),對于降低增量成本、提高生產(chǎn)和安裝效率、提升建筑質(zhì)量具有重要意義(見表4)。
圖20 標準化設(shè)計與模具重復(fù)利用次數(shù)效益分析
表4 標準化設(shè)計對經(jīng)濟性影響分析
通州臺湖公租房項目是通過提高建筑的標準化程度,從而降低裝配式建筑增量成本的成功嘗試。在這個項目中,通過樓棟、套型、廚衛(wèi)模塊、核心筒模塊、部品部件、立面等6個方面進行標準化設(shè)計,大大降低了設(shè)計難度,提高了生產(chǎn)和施工效率,降低了建筑增量成本。該項目施工速度達5.5層/d,已超過許多普通現(xiàn)澆混凝土建筑項目的施工速度。
值得稱道的是,標準化設(shè)計并未產(chǎn)生所謂的“千篇一律”,立面少量標準化構(gòu)件的不同組合,加上顏色和材質(zhì)的組合,形成的建筑形象具有鮮明的裝配式建筑美學(xué)特征,而這一點正是做裝配式建筑的建筑師和工程師們孜孜以求的。