張曉琳，姜中天，宋 波

（1.中國建筑設計研究院有限公司，北京 100044；2.青島弘業(yè)機械制造有限公司，山東 青島 266043）

0 引言

北京2022年冬奧會和冬殘奧會（以下簡稱北京冬奧會）場館和配套設施建設屬于山地環(huán)境的復雜工程。目前，我國在山地環(huán)境下雪上競賽場館和配套設施方面建設經(jīng)驗較為缺乏。由于冬奧會大部分雪上項目場館位于山地，且冬奧會的舉辦需落實可持續(xù)發(fā)展理念，所以北京冬奧會賽區(qū)核心區(qū)場館采用大量臨時設施。冬奧臨時設施的規(guī)劃、選型、設計和實施周期短，雪山生態(tài)保護要求高，賽道崎嶇建設難度大，臨時設施的各項性能指標直接影響使用者的舒適度體驗，同時代表著北京冬奧會服務的水準。本文以冬奧會裝配式可拆卸臨時廁所的設計為例，介紹實現(xiàn)臨時廁所污水污物就地消納回用、空間舒適度高、低溫環(huán)境下可穩(wěn)定運行、可無損拆卸異地重建的技術路徑。

1 冬奧臨時廁所工程條件及技術需求

研究團隊通過對冬奧延慶賽區(qū)、崇禮賽區(qū)的實地調(diào)研，充分了解了冬奧現(xiàn)場工程條件特點，總結(jié)出以下技術需求。

1）賽區(qū)內(nèi)臨時設施建設場地具備電力供應條件，臨時廁所（含其內(nèi)部設備設施）需要滿足在溫度-40℃、風速較大環(huán)境條件下安全、穩(wěn)定運行，并能夠保證使用舒適度。

2）由于高寒山地生態(tài)系統(tǒng)脆弱，臨時廁所在整個搭建、運行、拆除過程中需要做到零排放，以最大程度減少對當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的擾動。

3）由于高寒山地大部分位置沒有吊裝條件，可能需要靠人力搬運、安裝，廁所應選用輕質(zhì)高強結(jié)構及小型化的部品部件。

4）由于賽后臨時設施將被拆除再利用，廁所應采用快速裝配的建造方式，并能無損拆卸，實現(xiàn)異地重建。

5）為落實“綠色”辦奧理念，滿足奧運會可持續(xù)發(fā)展要求，臨時廁所研發(fā)、設計過程中還應采用梯次循環(huán)利用的分析手段。

2 裝配式可拆卸設計技術應用路徑

為滿足上述綜合技術要求，本項目采用集成設計技術，整合現(xiàn)有先進技術、設備、產(chǎn)品體系，增強臨時廁所的特殊環(huán)境及氣候適應性，實現(xiàn)臨時廁所污水污物就地消納回用和異地裝配重建，提升了臨時廁所的使用舒適度。在實現(xiàn)技術創(chuàng)新的同時，使臨時廁所能夠應用于更多的特殊或極端環(huán)境，如生態(tài)脆弱的景區(qū)、山地、林地、冬季項目場館配套設施等工程（見圖1）。

圖1 裝配式可拆卸臨時廁所建成

通過建筑、結(jié)構、機電、內(nèi)裝各專業(yè)之間的協(xié)同，以及設計、采購、加工、施工各階段參與方的密切配合，保證了冬奧會臨時廁所產(chǎn)品的高質(zhì)量綠色設計建造。將臨時廁所系統(tǒng)拆解為底板系統(tǒng)、承重系統(tǒng)、圍護結(jié)構系統(tǒng)、設備管線系統(tǒng)、內(nèi)裝系統(tǒng)5個子系統(tǒng)，具體研發(fā)設計過程如下。

2.1 產(chǎn)品及技術選型研究

根據(jù)賽區(qū)賽道崎嶇陡峭、大部分位置不具備吊裝條件、建設周期短等工程條件，需要采用快速建造技術、小型化部品部件，符合要求的建筑類型有鋼結(jié)構、集裝箱、木結(jié)構等；進一步考慮抗風、無損拆卸、異地重建等要求，最終確定輕質(zhì)高強的鋼結(jié)構方案：底板系統(tǒng)為鋼結(jié)構，承重系統(tǒng)為鋼框架，圍護結(jié)構系統(tǒng)、設備管線系統(tǒng)及內(nèi)裝系統(tǒng)的部品部件均在工廠預制、現(xiàn)場裝配式安裝。

臨時廁所底板系統(tǒng)為鋼地梁+裝配式樓板，承重系統(tǒng)采用鋼柱與鋼梁組成的鋼框架，圍護系統(tǒng)為可無損拆卸的一體化輕質(zhì)外墻，裝配式板+保溫板屋面板，設備管線系統(tǒng)采用預制機電管線，內(nèi)裝系統(tǒng)采用裝配式內(nèi)裝。其中，可無損拆卸的一體化輕質(zhì)外墻由外飾面板、連接板、防水透氣膜、槽鋼框架、保溫板、防輻射膜、室內(nèi)龍骨框架組成（見圖2）。

圖2 臨時廁所鋼框架與圍護結(jié)構

項目設計遵循模數(shù)協(xié)調(diào)原則，采用標準化設計手段，如鋼梁、鋼柱、輕質(zhì)墻板等均為標準化構件，以較少種類的標準化產(chǎn)品和部件進行有機集成，實現(xiàn)豐富的功能，從而有效節(jié)約材料、減少浪費，踐行“綠色”冬奧理念。

2.2 連接節(jié)點及技術措施研究

建筑材料拆除后的再利用可分為建筑物重新安置、建筑部品部件再利用、建筑材料再處理加工和建筑材料循環(huán)再利用，其中，建筑物重新安置或部品部件再利用是更被推薦的方式，也是本項目無損拆卸、異地重建研究的目的。在臨時廁所部品部件無損拆卸、異地重建價值分級分類研究過程中，可拆卸設計技術的應用是關鍵。

可拆卸設計的具體策略包括：預制、預裝配和模塊化結(jié)構的設計，現(xiàn)場干式裝配的模塊化零件設計，互相具有獨立性簡化和分離的建筑系統(tǒng)設計，減少建筑部件模板的建筑構件種類標準化設計，簡化和標準化連接細節(jié)設計，可逆機械連接的節(jié)點設計，適應運輸物流的模塊設計，可重復使用的部件設計，可快速便捷拆卸和移除可重復使用部件的配件、緊固件、黏合劑和密封劑等[1]。

鋼結(jié)構構件的連接應根據(jù)施工條件和作用力的性質(zhì)選擇其連接方法。常見的有焊縫連接、緊固件連接（高強度螺栓、普通螺栓、錨栓或鉚釘連接）、銷軸連接、鋼管法蘭連接。鋼結(jié)構建筑的連接節(jié)點主要有剛性節(jié)點、半剛性節(jié)點、鉸接節(jié)點[2]。

臨時廁所在階段性使用結(jié)束后將被拆除，山地環(huán)境不便整體運輸，需在運輸前先將臨時廁所部品部件拆卸分解而后運輸，為降低部品部件的損耗，需要采用無損拆卸技術；當異地重新利用時，臨時廁所在現(xiàn)場應能被再次快速組裝，從而保證材料的循環(huán)利用率。

本設計方案中，根據(jù)快速裝配、無損拆卸、異地重建的技術需求，底板系統(tǒng)中的地梁通過膨脹螺栓與地面連接，承重鋼框架中鋼梁、鋼柱的連接節(jié)點全部采用螺栓連接，可無損拆卸的一體化輕質(zhì)外墻的槽鋼框架與鋼梁、鋼柱通過螺栓連接，裝配式樓板、裝配式屋面板與地梁、頂部鋼梁的連接同樣為螺栓連接。各模塊化部品部件的全螺栓連接方式，解決了現(xiàn)有臨時廁所無法在高寒山地快速組裝、無法異地裝配重建的問題。

2.3 預留、預埋等技術措施研究

本項目設計過程采用模數(shù)協(xié)調(diào)技術，并分析臨時廁所部品部件的安裝條件、定位原則、接口方式、安裝次序、維護周期和使用環(huán)境等技術因素?；诙瑠W臨時廁所功能空間布局，考慮底板系統(tǒng)、承重系統(tǒng)、圍護結(jié)構系統(tǒng)、設備管線系統(tǒng)、內(nèi)裝系統(tǒng)這5個子系統(tǒng)之間及各子系統(tǒng)內(nèi)部的裝配式連接，同時考慮臨時廁所無損拆卸與異地重建，最終確定了預留、預埋、收邊、收口、公差接口等技術措施。

本設計方案中，為保證梁柱全螺栓連接，鋼柱、鋼梁相應位置預留了螺栓孔；為保證外墻與鋼框架的螺栓連接，一體化輕質(zhì)墻體的槽鋼框架、鋼柱、鋼梁相應位置預留了螺栓孔和安裝操作孔（如有需要）；為保證裝配式樓板與地梁、裝配式屋面板與頂部鋼梁之間的連接，裝配式樓板、裝配式屋面板、鋼地梁、頂部鋼梁上分別做了相應的預留、預埋措施；為實現(xiàn)臨時廁所污水污物就地消納、零排放，臨時廁所設置了污水處理回用一體化裝備，根據(jù)裝備規(guī)格、連接性能和接口條件，裝配式臨時廁所相應部位預留了設備管線安裝孔洞。

2.4 設備管線與內(nèi)裝集成設計研究

為實現(xiàn)現(xiàn)場快速裝配，項目采用集成吊頂、集成地面、集成墻板。集成吊頂、集成地面上分別預留了排風口、排水洞口。其中，為滿足臨時廁所低溫條件下自維持、使用舒適度高的要求，設計中采用一體化輕質(zhì)外墻，該外墻在滿足基本防火、防水、抗風、防輻射、保溫隔熱等性能指標要求的同時，具備工廠裝配化程度高、自重較輕、可無損拆卸、適應高寒山地等環(huán)境的特點。外墻生產(chǎn)實現(xiàn)部品化，便于組裝和拆卸，減少現(xiàn)場施工工序，可有效提升廁所的安全、舒適和耐久性能。設置扶手部位的墻體槽鋼框架內(nèi)采取加固措施以增大承載能力；墻體室內(nèi)龍骨框架中敷設好各類設備管線后，再安裝固定內(nèi)飾面板，完成整個墻體的拼裝，體現(xiàn)了與機電專業(yè)協(xié)同。

為實現(xiàn)臨時廁所運營維護的便捷性，設計采用機電設備、管線與主體結(jié)構相分離的技術，并在相應位置預留檢修洞口。在滿足臨時廁所基本功能空間要求前提下，增加了人性化服務功能，如設置室內(nèi)壁掛電暖氣、梳妝鏡、緊急呼叫按鈕裝置等，解決了現(xiàn)有臨時廁所空間相對狹小、功能不齊全，使用舒適度不高，低溫防凍性能不好、寒冷及嚴寒條件下設備無法穩(wěn)定運行等問題。

3 結(jié)語

本文以北京冬奧會現(xiàn)場臨時廁所使用需求為出發(fā)點，針對高寒山地環(huán)境臨時廁所使用舒適度不高、低溫環(huán)境下無法自維持、無法異地裝配重建等現(xiàn)實問題和技術難點，提出裝配式可拆卸臨時廁所設計技術。通過全過程全專業(yè)一體化設計、模數(shù)協(xié)調(diào)、裝配式鋼結(jié)構體系應用、可拆卸設計等技術手段，滿足了綠色冬奧、科技冬奧要求，貫徹了可持續(xù)發(fā)展理念，為我國冬季運動臨時設施的全生命周期設計提供科學可行的技術路徑。