唐博 劉津津

中國建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 北京 100032

引言

箱板鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑是一種不同于其他現(xiàn)有裝配式建筑的新型的裝配式體系，借鑒了船舶的建造思路，其豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件以及水平結(jié)構(gòu)構(gòu)件都采用帶肋的鋼板，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)為整體受力的箱室結(jié)構(gòu)體系，具有優(yōu)越的抗震性能，因?yàn)闆]有傳統(tǒng)的梁與柱等結(jié)構(gòu)構(gòu)件，能在一定程度上節(jié)省空間與高度。

另外，箱板鋼結(jié)構(gòu)式建筑的建造方式與造船相似，采用分板分塊的方式，將鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件與附著的建筑構(gòu)件、設(shè)備管線在工廠集成加工，形成集成模塊，再運(yùn)至現(xiàn)場焊接安裝。此種方式與產(chǎn)品化的設(shè)計(jì)思維相契合，因此在項(xiàng)目前期決定采用箱板鋼結(jié)構(gòu)作為主體結(jié)構(gòu)方式。

1 功能模塊化

箱板鋼結(jié)構(gòu)建造體系的建議跨度范圍為7m至12m之間，根據(jù)項(xiàng)目場地尺度、辦公建筑功能特點(diǎn)等需求采用9m×9m作為建筑的基本單元模塊尺度。

為了后期工廠建造的便捷性，盡可能的優(yōu)化模塊的種類，先根據(jù)使用功能將模塊分為四大類，辦公模塊、會(huì)議模塊、公共模塊與特殊模塊，基本能涵蓋辦公類建筑的所有使用功能。

1.1 辦公模塊

辦公功能是辦公類建筑的基本功能，也是占比最大的功能，在進(jìn)行辦公模塊化的設(shè)計(jì)過程中，以共享、高效、舒適作為模塊設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)。

項(xiàng)目定位為高科技創(chuàng)業(yè)型公司，根據(jù)創(chuàng)業(yè)型公司團(tuán)隊(duì)特點(diǎn)，辦公空間趨向于共享化、混合化、開放化的特點(diǎn)，因此，對辦公模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，也充分考慮了這幾個(gè)特點(diǎn)。

首先是共享化，單元功能模塊內(nèi)不僅有辦公工位的空間，還有供小型團(tuán)隊(duì)的交流討論空間。針對不同團(tuán)隊(duì)的使用要求，辦公模塊分為高效型和舒適型兩種，高效型工位布置更為緊湊，可滿足9～12人同時(shí)辦公的需求，共享交流空間可滿足4～6人的小型交流，舒適型工位布置更為靈活，可滿足6～9人同時(shí)辦公的需求，共享交流空間更為充裕，可滿足6～12人交流，其中所有的交流空間都可以在團(tuán)隊(duì)間共享，實(shí)現(xiàn)空間利用的高效配置。

其次是混合化，據(jù)調(diào)查，目前越來越多的公司都有混合辦公的需求，特別是疫情時(shí)代，混合辦公已經(jīng)逐漸成為一種趨勢。因此模塊化設(shè)計(jì)里也充分考慮了此部分需求，采用固定工位與非固定工位相結(jié)合的模式，另外，由于非固定工位時(shí)間使用上的不確定性，將非固定工位設(shè)計(jì)成空間上的靈活工位，可相互組合成臨時(shí)的討論或者會(huì)議空間，高效配置辦公資源。

最后是開放化，由于項(xiàng)目定位是科創(chuàng)型公司，因此開放與交流是影響空間的一個(gè)重要因素，另外，還要考慮開放中考慮一定的私密性，給員工一定的場所感與歸屬感。在模塊設(shè)計(jì)中，將每個(gè)9m×9m的單元模塊定義為一個(gè)團(tuán)隊(duì)的場所，這個(gè)場所在開放度上分為三個(gè)層級，第一個(gè)層級是公共交通空間，用于連接整層的場所，屬于最為開放的公共空間；第二個(gè)層級是團(tuán)隊(duì)交流空間，用于團(tuán)隊(duì)間的協(xié)作，屬于半公共空間；第三個(gè)層級是工位，屬于團(tuán)隊(duì)內(nèi)部的私密空間，由于有交流空間作為過渡空間，私密性上得到一定的加強(qiáng)。

1.2 會(huì)議模塊

會(huì)議部分也是辦公類建筑的一個(gè)重要組成部分， 尤其對于科技創(chuàng)業(yè)型公司來說，交流的時(shí)間占了很大的比重，由于辦公模塊里已經(jīng)設(shè)置了4～6人的開放型小型討論空間，因此會(huì)議模塊里都為6人以上的私密會(huì)議空間。另外，經(jīng)過以往辦公樓類項(xiàng)目使用情況調(diào)研，對于小型的會(huì)議空間使用頻率最高，而大型會(huì)議使用頻率較少，但卻必不可少，因此在會(huì)議模塊設(shè)計(jì)中，為了最大化的提高空間的使用效率，通過可移動(dòng)分隔的方式劃分模塊空間，在9×9m模塊中劃分為兩間10人左右的小型會(huì)議室，而當(dāng)需要開大型會(huì)議時(shí)，可移動(dòng)分隔以及家具便能調(diào)整為一個(gè)供20人會(huì)議的大型會(huì)議室，最大化的提高空間的可適用性。

1.3 公共模塊

隨著遠(yuǎn)程辦公的日益普及化，企業(yè)需要提升辦公空間的人性化以及舒適性，因此在公共模塊中吸取居家辦公環(huán)境的優(yōu)勢并將其融入辦公空間當(dāng)中。此部分模塊主要以服務(wù)功能為主，圍繞一個(gè)多功能吧臺(tái)設(shè)置可移動(dòng)的桌位，滿足日常員工的餐飲、休閑需求，同時(shí)兩個(gè)公共模塊可整合成一個(gè)公司內(nèi)部舉辦活動(dòng)的一個(gè)場所。另外，還包括一個(gè)接待展示模塊，主要用于入口前臺(tái)的展示。

1.4 特殊模塊

在項(xiàng)目中設(shè)置了部分的室外陽臺(tái)空間，屬于單元模塊的附加部分，作為模塊功能的延伸以及補(bǔ)充，既能解決室內(nèi)空氣質(zhì)量問題，也為員工提供的多樣化的空間選擇。此部分模塊是基本模塊的一個(gè)延續(xù)，功能上以靈活的適用性功能為主，包括休閑、交流、靈活辦公等功能，同時(shí)也是作為建筑藝術(shù)性表現(xiàn)的一個(gè)附加元素，可以在一定的框架內(nèi)最大化的實(shí)現(xiàn)建筑的美學(xué)表達(dá)[1]。

基于這四種模塊設(shè)置，基本能滿足大部分辦公類功能需求，同時(shí)這四種模塊類似于一塊塊積木，可根據(jù)具體的使用需求以及規(guī)模進(jìn)行組合,最大化的提高功能的適用性。

2 建造模塊化

一個(gè)完整的產(chǎn)品模塊不僅要滿足功能設(shè)計(jì)的要求，還要具有實(shí)現(xiàn)的可能性，要滿足工廠加工、現(xiàn)場安裝等現(xiàn)實(shí)條件。而且一個(gè)完整的建筑模塊空間不同于一般的工業(yè)產(chǎn)品，需要滿足人們的日常生活、工作需求，以及一定的美學(xué)需求，因此他是一個(gè)多系統(tǒng)的集成模塊，包括結(jié)構(gòu)、室內(nèi)精裝、機(jī)電以及幕墻等部分，而要將這些系統(tǒng)集成到一個(gè)模塊當(dāng)中需要集成技術(shù)、加工技術(shù)、連接技術(shù)、材料技術(shù)的綜合應(yīng)用。

首先是集成技術(shù)，箱板鋼結(jié)構(gòu)體系是工廠預(yù)加工現(xiàn)在安裝的模式，結(jié)合國內(nèi)的運(yùn)輸條件工廠加工條件，無法滿足9×9m整體單元模塊的運(yùn)輸和加工，因此先將模塊拆分成圍壁墻以及樓板兩個(gè)部分，一塊完整的圍壁墻板由九大部分組成，外圍壁墻板、加勁肋、防火構(gòu)造、設(shè)備和管線、保溫隔聲構(gòu)造、橫龍骨、外保溫構(gòu)造、防水構(gòu)造以及外飾面板。而加勁樓板也包括八個(gè)部分，鋼板、加勁肋、防火構(gòu)造、隔聲構(gòu)造、設(shè)備及管線、架空地面模塊，吊頂飾面以及龍骨。以上構(gòu)成了一個(gè)基本的單元模塊。

由于涉及的系統(tǒng)繁多，我們利用BIM技術(shù)對樓板以及圍壁墻進(jìn)行集成化設(shè)計(jì)，將建筑、幕墻、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、裝修等各系統(tǒng)信息集成到一個(gè)BIM模型當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)全過程的集成設(shè)計(jì)、精益制造、精準(zhǔn)建造，確定工廠在價(jià)值鏈中的核心位置，提升工廠在價(jià)值鏈中的地位，將工地作為工廠制造的延伸，實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化、智能化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與加工生產(chǎn)。

第二是組件技術(shù)，組件技術(shù)與工廠加工技術(shù)直接掛鉤，在圍壁墻與樓板兩大系統(tǒng)的基礎(chǔ)上根據(jù)工廠加工條件進(jìn)一步劃分，比如鋼板樓板，單元模塊是9×9m的鋼結(jié)構(gòu)樓板，但是這個(gè)尺度不能直接工廠生產(chǎn)，因此結(jié)合結(jié)構(gòu)計(jì)算、生產(chǎn)模數(shù)將整塊樓板劃分為1.5m×3m的更小單元塊，同理應(yīng)用于圍壁墻板、幕墻、設(shè)備等等，將這些系統(tǒng)化整為零，再運(yùn)到現(xiàn)場進(jìn)行焊接。

連接技術(shù)指的是不同體系的連接，包括幕墻與結(jié)構(gòu)的連接、室內(nèi)裝飾與基層的連接、吊頂與樓板的連接、設(shè)備與樓板的連接等，由于是工廠預(yù)先架構(gòu)，都需要提前在工廠預(yù)留好連接條件，以設(shè)備管線與樓板的連接為例，需要提前根據(jù)橋架位置進(jìn)行吊架設(shè)計(jì)，確定吊架位置，在生產(chǎn)鋼板樓板時(shí)即提前加工好連接件，同樣的還有室內(nèi)外裝修構(gòu)件與結(jié)構(gòu)的連接[2]。

材料技術(shù)是指針對材料的特殊性，需要研究鋼結(jié)構(gòu)與防火、防腐、保溫構(gòu)造一體化集成的產(chǎn)品和技術(shù)。首先是結(jié)構(gòu)防火，一般有兩種主流方式，一種是防火涂料噴涂，一種是用防火板包覆蓋，基于這兩種方式的對比，綜合造價(jià)使用等各種因素，最終選擇了防火涂料作為主要的鋼結(jié)構(gòu)防火方式，對于一般部位，采用水泥基非膨脹型防火，外有裝飾板作為裝飾層，而對于需要露明的部位，就采用膨脹型防火涂料，可以真實(shí)地表達(dá)箱板鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特性。

另外，由于是鋼結(jié)構(gòu)材料，所以還要兼顧防腐性能，綜合經(jīng)濟(jì)性以及適用性原則，鋼結(jié)構(gòu)模塊采用以下防腐措施：

表1 鋼結(jié)構(gòu)防腐措施

防腐涂層按弱腐蝕下10～15年設(shè)計(jì)，并預(yù)留檢修口定期檢查維護(hù)。

鋼結(jié)構(gòu)表面在涂料前，應(yīng)徹底除銹。承重構(gòu)件的表面采用機(jī)械除銹，除銹等級不低于Sa2，其他可采用手工除銹，除銹等級不低于St2，并按照《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》GB/T8923的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。構(gòu)件出廠前，鋼結(jié)構(gòu)表面安裝連接的接觸面，柱子插圖基礎(chǔ)部分和工地兩側(cè)50mm范圍內(nèi)及高強(qiáng)螺栓連接處均涂防銹底漆。

而對于模塊的保溫性能設(shè)計(jì)，先是鋼板部分，采用A級防火憎水保溫巖棉板保溫層的外保溫模式，既能滿足保溫要求還能兼具防火性能。而透明部分采用斷橋鋁合金low-e中空玻璃窗或玻璃幕墻，中間為空氣層，滿足當(dāng)?shù)毓?jié)能要求。

3 BIM協(xié)同設(shè)計(jì)

在建筑工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，協(xié)同設(shè)計(jì)主要有兩種方式，二維協(xié)同設(shè)計(jì)及BIM三維協(xié)同設(shè)計(jì)。二維協(xié)同設(shè)計(jì)基于二維CAD工程圖紙的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中已經(jīng)有所應(yīng)用，它是以傳統(tǒng)CAD計(jì)算機(jī)輔助繪圖軟件的外部參照功能為基礎(chǔ)的文件級協(xié)同，是一種文件定期更新的階段性協(xié)同模式。而BIM協(xié)同設(shè)計(jì)指的是各專業(yè)設(shè)計(jì)師在BIM軟件平臺(tái)下，用同一套標(biāo)準(zhǔn)來完成同一個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，各專業(yè)實(shí)時(shí)的進(jìn)行設(shè)計(jì)，并融合設(shè)計(jì)手段本身（設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)、組織和管理手段），基于三維信息模型的及時(shí)準(zhǔn)確的信息協(xié)作模式，即基于“BIM協(xié)同化設(shè)計(jì)”。專業(yè)內(nèi)各設(shè)計(jì)師甚至專業(yè)間各設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)成果可以實(shí)時(shí)更新，以此實(shí)現(xiàn)高效的BIM協(xié)同設(shè)計(jì)。

另外，模塊產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)的建筑建造不同，傳統(tǒng)的建筑建造可以在施工過程中解決很多問題，但模塊產(chǎn)品的生產(chǎn)模式因?yàn)槭窃诠S預(yù)制加工，因此需要在設(shè)計(jì)階段消化掉所有生產(chǎn)建造問題，BIM三維技術(shù)就為這種模式提供了諸多便利，一是三維模型可以更直觀地發(fā)現(xiàn)問題；二是各專業(yè)集成在一個(gè)模型中便于各專業(yè)進(jìn)行實(shí)時(shí)碰撞檢查，運(yùn)用三維手段建立建筑及管線設(shè)備模型，利用計(jì)算機(jī)在模擬真實(shí)空間內(nèi)對各系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)裝配模擬，能夠直觀的調(diào)整、細(xì)化、優(yōu)化、合理管線走向及設(shè)備排布，從而達(dá)到模擬可視化、優(yōu)化設(shè)計(jì)和縮短工期、提高項(xiàng)目質(zhì)量的目的[3]。

4 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

隨著數(shù)字化和共享經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，催生了新的生活方式和工作方式，生活和工作的界限變得越來越模糊，形成了工作環(huán)境生活化和工作時(shí)間碎片化的趨勢。當(dāng)下的辦公空間結(jié)構(gòu)和形式不利于空間資源的靈活配置，而使用者對空間功能的靈活性和多樣性提出了更多的需求。模塊化設(shè)計(jì)是被當(dāng)下廣泛應(yīng)用和接受的一種設(shè)計(jì)方法，其具有靈活拆分與組合的特點(diǎn)，本項(xiàng)目將模塊化設(shè)計(jì)方法引入到辦公空間設(shè)計(jì)之中，試圖探索空間結(jié)構(gòu)與功能的可變性，探尋適應(yīng)當(dāng)下和未來辦公需求的空間設(shè)計(jì)形式。從模塊化設(shè)計(jì)方法探討著手，基于辦公共享性、開放性、便捷性的特點(diǎn)，探討如何利用模塊化設(shè)計(jì)放大其整合多種要素和調(diào)配閑置資源的優(yōu)勢，以期通過模塊化設(shè)計(jì)創(chuàng)造出具有可變性的空間結(jié)構(gòu)，調(diào)配空間資源，滿足用戶與企業(yè)的需求。但由于箱板式結(jié)構(gòu)體系是一種新型的結(jié)構(gòu)體系，在民用建筑中運(yùn)較少，很多做法要在項(xiàng)目過程中摸索，比如鋼結(jié)構(gòu)防火、防腐等措施，幕墻與箱板結(jié)構(gòu)的結(jié)合等問題，都需要設(shè)計(jì)師做進(jìn)一步的探索。