装配式建筑设计的制约和突破，挑战和解放

所谓“制约和突破，挑战和解放”其实就是我们应该面对装配式建筑的心态。作为建筑设计师，我们不能把装配式建筑定义为一种品质“low”且限制自己创作的障碍。你看那些带着镣铐去跳舞的舞者，不是一样可以给人震撼吗？
多年前许是我们不曾会想到现如今的3D打印、VR虚拟现实已经悄悄的进入了我们的生活；在全民拥抱技术大爆发的时代，人们对审美也是不遗余力的崇尚。建造方面，建筑也到了从工地湿作业到工厂化预制的时代。






现场直接充当外墙及模板，直接下单工厂制作，运输工地拼装浇筑。


不得不承认，建筑工厂化预制必然会对设计带来影响，这既是制约也是突破，既是挑战也是解放。近两年来，凭借装配式建筑实战项目的积累和借助研发平台对此类产品不断地优化、沉淀和再创作，掌握了关于装配式建筑的点滴经验。在此略呈一二，我们称之为“点金之术” 。


点金术一、政策不是“紧箍咒”






现阶段，装配式建筑作为一种政策式把握的体系，便不得不研究透彻关于政府的奖励机制。比如，所谓的容积率补偿是在一定的代价之上的，即必须采用至少一项创新技术应用（例如现阶段推行的预制夹心保温墙体）才可获得3%的容积率补贴，并且需要在方案报批前进行项目装配式方案的专项评审。值得注意的是，现阶段，预制率越高成本越大， 粗略估计下来，预制率每增加10%成本增量在170元左右，由此上海新建建筑的预制率不小于40%的情况下，成本可想而知；因此所谓的补贴其实就是补差价，是在推行新材料的应用。


其实，即便你不采用夹心保温，外保温一样笼统计入容积率。PC的复合式特质决定了其保温的多样性，结合不同的工法，其立面的保温体系也有多种选择，但同时也对实际计容提出了挑战。所以说，政策不是阻碍设计的“紧箍咒”，合理的应用不仅能提高效率，而且能在一定程度上为业主节省成本。


根据做项目的经验，如果把相关政策红利用好，单凭申请节能专项扶持基金和容积率补偿这两项奖励，至少可以为业主 节省至少600万元以上的开发费用。


点金术二、平立面构件“一拍即合”



对不熟悉PC建筑的设计师来说，在给定PC率的时候，很有可能一下子不知道从何下手，也就是不知道如何对各种可能被预制的构件进行合理的选取。


其实看似复杂的问题背后，总有一套简单的解决办法。为此，我们做了一套比较实用的快速筛查检索表， 通过不同结构形式结合不同的PC率（15%／25％／45％／60%），对楼板／梁／楼梯／空调板／框架柱及外挂墙板等可能被预制的构件进行快速选择，有理有据的告诉你在特定的PC率情况下选取什么样的构件是合适的，我们称之为平立面构建的“一拍即合”。如下表：






值得注意的是，双面叠合PCF板现浇部分可以计算装配率了，所以对使用双面叠合的童鞋来说是个利好消息。


在做装配式建筑设计时，我们不仅要满足合同出让中关于装配式面积的要求，还应该及时给出可分期开发的单体。构件模板及构件的预制需要提前与深化单位及工厂配合； 而预制构件工厂的产能有限，这对首期开发的时间成本造成很大的压力；





如上图，这是我们去年一个项目的局部总图，为了避免耽误施工周期，我们选取红色标记二期塔楼为装配式范围，该项目七层以上均为装配整体式剪力墙结构。图中也能看出，我们建议装配式范围其实是避免选择在首开区了，进而加快施工速度。


同时，装配式楼栋建议选择预制率重复率高的楼座， 一般构件重复率建议要大于100件，基座及楼冠由于结构刚度和造型的需要，一般采用现浇做法。同时，从堆场需求／吊装便利性／套用率／规则性／多样性等多维度，锁定合理的最佳方案。





上图为现场吊装区域的堆场情况，同一重复构件有序的堆放在一起便于吊装施工。


当然，通过我们的表格你可能是有了大体的方向，但是真正落实到设计中时，很有可能发现，其实并没有这么容易。具体到平立面构件在图纸中位置的图例标注／内保温做法／拼接防水／隔声／防火等具体做法这里就不谈了。


例子 1
以我们在2014年设计的上海虹口新都会综合开发项目为例；该项目为公共建筑，主要功能为办公和商业。根据土地出让合同要求，建筑单体预制装配率和装配式建筑面积落实比例均不能低于25%。本项目为五层商业裙房和三个四层办公塔楼，通过我们的方向锁定，便可以做出三种预制方案。


好吧，我们来分析一下这三种方案的优劣以及其被舍弃和被采纳的具体原因：





上图所示的方案一首先选择了6-9层的外墙板，如果作为住宅项目，这是第一选择，因为上海规定住宅类外墙PC率要占50%，而这是公建，当然也没有人说你不可以这么做。但是最后出于种种原因，该方案被舍弃了，你知道为什么吗？


我们方案一立面造型如下图所示，为追求横向通窗的现代风格，如果采用PC外挂墙板，需要在立面上增加竖向混凝土构件，这对横向线条为主的立面生成造成了很大的障碍。如果坚持该方案效果，那么方案一的装配式方案就难以实现；（再补充一个小知识点，一般情况下，预制混凝土墙体长度如果小于1m，那么其经济性则不容乐观）。这也是我们抛弃这个方案的最主要原因（当然，后期改造型的话就另当别论了）。





所以，不要为了满足装配的要求而将好的设计妥协掉，否则就本末倒置了。当然，这里并不是说由于装配式建筑所以你只能做竖向划分的造型风格，只要不选择PC外挂墙板，你一样可以做横向贯通现代风格的大玻璃立面。所以，在我们看来，有时候PC不是滞固了你的脚步，而是帮我们理清思路，规范做法。只要选择合理的预制部分，与结构体系和预制率连同外立面风格统一考虑，可以“拍”出较好的方案。





方案二也是你可能选择的一种预制范围方案。这个方案的特点是将塔楼和裙房分开，裙房上部的塔楼部分的构件重复率较高。按照正常思路，这个也是没有大方向问题的；但是，从装配构件的重复率来看，此方案预制叠合楼板的可重复范围被人为缩小，原本可以统一预制的部分被强行剥离，我认为这是不合理的。所以，我们最终否定了此方案。





这个方案三一打眼就感觉可以。我们来分析下这个方案是如何有理有据地证明自己是最好的。首先，结构分缝清晰可见，楼座划分干净，选取的构件重复率高，且避开结构加强区（基座部分），又能满足对单体预制率的要求。


首先是结构体系确定为装配式框架结构，预制率大于25%，根据表格，我们可以选择楼板／梁／楼梯／空调板和外挂墙板。结合以上两个方案被舍弃的原因，可以很快总结出外挂墙板不适合公建的多变造型，因此不予选择；本项目没有空调板，取而代之的就是叠合梁板和柱子也是理所应当的。






以上举的是公建的例子，但在做住宅装配设计时还应该注意区别于公建的一般规律，比如建议优选房型套用率高（平面套用多）以及标准层多的建筑单体（立面套用多）。


例子 2
拿我们一个住宅项目来说事，如下图：





上图是我们某项目总平的局部，户型有三种，即A+B+B+A/C+B+B+C/C+D+D+C。一般情况下，我们可能会优选A+B+B+A套型组合的这四栋楼（图中蓝色轮廓线所示），但是我们最后选取了打蓝色阴影的四栋楼（即，A+B+B+A/C+B+B+C两种套型组合），你知道原因么？


原来，右下角的A+B+B+A/C+D+D+C含有ABCD四种不同户型的高层单元拼接，由于拼接处的构件需特殊制作且重复率低，一般情况下我们不建议将此作为装配方案的第一选择。最终选择的均含有B户型的A+B+B+A/C+B+B+C的仅ABC三个不同户型的高层拼接单元， 无论是从套型重复率还是标准层重复率来看，均有较大优势。（当然，最后的选择还有结合装配化率和工期等复杂原因，这里我们只说重点）


点金术三、预制构件拆分方案也有含金量


不同的预制构件深化设计公司对平立面拆分的方式会有很大差别，那么方案做好以后，如何选择预制构件拆分方案确是一项很有含金量的工作。我们作为方案设计公司，在设计的初期就已经开始考虑今后拆分方案的合理性。楼板／梁／楼梯／空调板／框架柱及外挂墙板等这么多预制构件到底该怎么样进行拆分选择？


鉴于拆分设计的点很多，如果一一到位则篇幅太长且不容易理解记忆，因此我们汇总了预制构件拆分原则，如下：


1. 预制构件尺寸要遵循少规格／多组合的原则，构件拆分链接要简单巧妙；
2. 外立面的外围护构件尽量单开间拆分；
3. 预制剪力墙接缝位置选择结构受力较小处；
4. 长度较大的构件拆分时可考虑对称居中拆开（也就是套用性要高）；
5. 考虑现场脱模／堆放／运输／吊装的影响，要求单构件重量尽量接近，一般不超过6吨，高度不宜跨越层高，长度不宜超过6m（极限是7m），拼缝宽15－25mm；


当然，构件的拆分工作绝不止以上五点，要根据项目的情况进行拿捏。以我们项目图纸的示意图给各位稍微解释一下，以方便理解：





上图是我们项目的一个平面局部，涉及到的设计点有：
1、构件交接应当尽量为阴角（如图云线示意），阳角一体化不做拼缝处理；
2、构件尺寸尽量为单开间，且上下对应尺寸一致；
3、重复率在100件以上；
4、暗柱基本现浇（抗震时墙体受力较大的部位，且暗浇利于构件交接）；
5、凸窗一体化预制且重复率高；
6、构件拆分均以楼层划分，不做跨层处理等等。

结 语

讲了这么多，看来装配式建筑到底对建筑设计还是有很大影响的。前面我们讲到所谓“制约和突破，挑战和解放”其实就是我们应该面对装配式建筑的心态。作为建筑设计师，我们不能把装配式建筑定义为一种品质low且限制自己创作的障碍。你看那些带着镣铐去跳舞的舞者，不是一样可以给人震撼吗？

虽然PC率在某种程度上制约了设计表现，但我们如果能转化思路去化解制约，寻找突破口，就能跟着政策打天下。就如同，我们提到的政策不是“紧箍咒”，政策不是在限制你，只是告诉你换条路走走，风景一样独好。用新技术新思路去耕耘几十年不变的传统行业做法，这对建筑人来说听起来确实是个挑战，就如同20多年前让你放下针管笔开始用CAD一样，当你熟识了一切，才发现其实是对劳动力的极大解放。

从上海保利艾庐、古北萃庭、上海虹口新都会、上海翡丽甲第，到目前的上海葛洲坝西虹桥项目和上海大场镇08-02地块住宅项目等，我们一直在积累沉淀，希望通过不懈的努力能给市场带来更多更好的产品。