WA丨工程实录丨董丹申，莫洲瑾，高天宇丨诗意表达与绿色建造——浙江大学建筑设计研究院装配式建筑B1...

勇z72grl99fu6m 2022-02-16

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诗意表达与绿色建造——浙江大学建筑设计研究院装配式建筑B1楼实践

Poetic Expression and Green Construction: Practice of prefabricated Building B1 of Zhejiang University Architectural Design and Research Institute

董丹申，莫洲瑾*，高天宇

DONG Danshen, MO Zhoujin*, GAO Tianyu

摘要：本文以住建部装配式示范项目——浙大院紫金院区B1楼为例，解析了其结构空间的流线组织、构件标准化的节奏协律与建筑表皮的参数化设计3种设计策略，强调了“工业化也有诗意”的设计理念；同时从基于总建筑师制的绿色策划、全专业协同的绿色设计和全过程信息化管理的绿色施工3个方面探讨了装配式建筑的绿色建造的技术和实施保障措施，最终实现感性的人文精神与理性的装配式建造的完美融合。

关键词：装配式建筑，标准化设计，协同设计，绿色建造

董丹申

B.1963，浙江大学学士

浙江大学建筑规划学科发展委员会副主任，浙江大学平衡建筑研究中心主任，浙江大学建筑设计研究院有限公司董事长兼首席总建筑师

莫洲瑾*（通讯作者）

B.1979，浙江大学博士研究生

浙江大学建筑设计研究院有限公司总经理助理、分院院长

高天宇

B.1992，浙江大学硕士

浙江大学建筑设计研究院助理建筑师

1 项目概况

杭州市紫金众创小镇，由杭州市西湖区人民政府与浙江大学联合共建，小镇采取“研发总部”的创新组织形式，同时搭建智慧联创平台，组建校企联合研发中心。浙江大学建筑设计研究院（UAD）紫金院区B1楼（以下简称B1楼）是小镇中的一个子项目，位于杭州西园三路北侧（图1），地上3层，建筑面积8000㎡。建筑功能包含办公、会议、研发以及各种共享交流空间及其辅助用房，装配率96.8%，是国家AAA级装配式建筑兼三星级绿色建筑，同时也是2019年住建部装配式建筑科技示范项目。

B1楼总图（图1）

对于装配式建筑而言，标准化与个性化的冲突在时下话题中不断被探讨，建筑师的艺术表达与装配式建筑强调的标准化之间似乎存在相互制约的关系^[1] 。另一方面，气候环境的不断恶化使得节能减碳提上日程，绿色建造的方式不断被强调与推广。因此，如何让建筑师主动通过新的技术来突破桎梏，以技术进步助力创作提升，将成为装配式建筑发展迎来质变的关键因素之一。B1楼的设计和建造正是一种对装配式建筑发展困境的思考与实践。

2 诗意的表达

在设计之初我们提出一个想法：不被技术所裹挟，让技术为设计服务。通过全系统整合、全专业参与的一体化设计方法，来营造富有人文情怀的活动场所，强调“工业化也有诗意”，希望打破一般装配式建筑粗糙、简陋和冰冷的刻板印象。

2.1 空间同趣：钢结构流线组构

在空间表达上，B1楼采用钢结构的形式让装配式建筑的空间塑造更加灵活和放松。从入口的水景前场、无边界光幕门厅、3层通高交流大堂、垂直绿化中庭、多层级的交流平台到屋顶露台，这样一组动线围绕人的行为展开，让空间充满了流动感，而且整个大楼成为一个立体的园林，绿植所形成的小气候让整个室内持续处于空气优质的状态。再配以竖向交通的多种选择，人在空间中的行走充满了意趣的指引（图2）。

B1楼爆炸图（图2）

2.2 节奏协律：一套模数3种构件

B1楼的整个建筑形体由3个立方体相互咬合而成，南北两个立方体为大开间办公功能单元，中间连接体为通高中庭。办公单位部分为相同模数1.2m×4.78m的外立面，充分体现了装配式建筑标准化与个性化的统一辩证关系。外墙板采用成品UHPC外挂墙板和蒸压砂加气墙板复合墙板体系，一方面满足了节能的要求，另一方面充分利用UHPC高强混凝土材料的特性得出一套模板，正反使用，形成了2种颜色4种凹凸的基本单元（图3），实现了外墙装饰保温一体化的美观兼实用要求。利用这些基本单元的不同组合，在阳光下形成微弧线的阴影，创造出既理性又充满律动的立面表情，充分体现了工业化诗意的美感（图4）。

B1红色和白色预制单元（图3）

红色基本单元（图4）

2.3 竹光共影：穿孔铝板参数化设计

中间高起的立方体是中央通高大厅，它不仅是人行流线交汇之处，也是整个建筑形象上的焦点，既有对外接待职能，还可以不定期举办相关设计展览和论坛，是整个建筑空间设计中最重要的部分，我们希望赋予它更加诗意的空间效果（图5）。

入口中央通高大厅（图5）

在这样的空间体验中，光影是最为重要的决定因素。我们先用一张自然界中的竹林照片在计算机中进行像素化处理，生成矢量化的数据，切分成688块统一模数尺寸标准单元，以参数化的方式把竹林肌理转化到建筑表皮上，再通过控制铝板穿孔的翻起角度不同来控制室外光线的进入效果，达到光影斑驳的竹林空间意向。标准单元由工厂预制的铝板幕墙实现，铝板穿孔的不同翻起角度由浙江大学建工学院智能建造实验室的建造机器人完成，轻质的铝板经过穿孔后减轻了材料自重，大大降低了玻璃的遮阳系数，起到很好的遮阳效果。

3 绿色的建造

装配式建筑的设计表达离不开建造技术的支持，同时装配式建筑也是实现绿色建造的有效途径，包括绿色策划、绿色设计、绿色施工3个阶段。本次在B1楼的建造实践中，建筑的诗意表达与装配式的绿色建造是不可分割的两面，两者的关联性正是我们尝试研究和实践的主要内容，技术和管理的创新对建筑高完成度的实现也有重要的意义。

3.1 基于总建筑师制的绿色策划

在设计之初，我们便将目标定位为高装配率和绿建三星的标准。为了更好的实现目标，在设计前期各专业便开始展开讨论，经过多次探索与碰撞，形成完整的计划流程：策划了从设计到施工BIM技术全程参与，将集成BIM、协同、物联网、标准化、工业化等技术，坚持以设计为龙头，三维信息化技术将贯穿建筑全生命周期，从设计–施工–管理–使用–运营。

为保证这一机制的有效运行，B1楼设计（图6-8）全过程执行总建筑师制。紫金科创小镇由浙江大学建筑设计研究院整体设计，同时UAD也是B1楼的投资、设计、建设和使用的主体，为项目总建筑师负责制提供了良好的前提条件。以设计为龙头，设计师们参与和把控设计、采购、施工、运营的全过程，EPC管理协助设计师严格控制了图纸落地、质量把控、安全管理、材料采购、造价控制等环节，将绿色策划置于一个整体可把控的环境当中。

首层平面（图6）

二层平面（图7）

三层平面（图8）

3.2 全专业协同的绿色设计

设计过程中，我们利用BIM正向设计技术，建筑、结构、设备、室内、灯光、景观、幕墙等各专业都基于BIM模型协同工作（表1），信息实时反馈，工作模型三维可视。其次，为了实现施工阶段的精准装配，各个专业需要更早的介入设计，通过彼此之间反复沟通提资，尽早发现设计上的漏洞^[2]。此项目中的设计手段结合实际功能需求，来做进一步探究。如为了使得室内通风流畅，建筑与设备专业协同设计，将排风扇和玻璃幕墙相结合，考虑外立面大小与外墙单元模块模数统一，以方便后序施工。

表 1 B1 楼一体化建构逻辑（绘制：高天宇）

3.2.1 PEC结构体系

结构体系采用一种由UAD和施工单位共同研发的“部分填充–混凝土框架结构”（PEC）体系，这是一种新型结构体系，通过混凝土与钢构件之间的合理组合使之兼具混凝土和钢结构的双重优点，减少构件截面，并防止钢材锈蚀和受压失稳，改善钢材的隔音及防火性能。结构柱、梁、楼板也都是预制的，采用局部叠合楼板，最大限度地减少现浇混凝土体积，节省了大量材料。这是一种把技术与艺术结合起来的新型建造模式，同时也带动一种新的工作模式（表2）。

表 2 B1 楼技术亮点（绘制：高天宇）

3.2.2 一体化空调体系

幕墙一体式空调器是一种结合幕墙使用的空调设备。主要结构包含内置换热单元、壳体、结构配合件、支架及零部件。根据实际要求定制模块化设计，与幕墙装配为一体，即可承担围护结构的冷（热）负荷，消除围护结构附近的冷（热）区，又可装饰幕墙，作为窗台使用，实现装饰与功能一体化。结合幕墙模块化设计的空调设备，工厂定制，现场安装。

3.2.3 集成卫生间体系

非住宅集成式卫生间是技术的难点。采用集成技术理念将重复性高且模块化部品与其他部品分离出来，通过半集成方式将墙面及顶面等防水要求较低的区域在工厂内标准化施工，集成模块至现场拼接。B1楼采用预制钢龙骨作为卫生间内部隔墙，钢龙骨的尺寸及形式均与卫生洁具及管道合理对接，最大程度减小增加墙体对卫生间的整体使用空间的影响。通过采用墙内排水的方式，最大程度避免了楼板穿管带来的漏水隐患。

3.3 全过程信息化管理的绿色施工

B1楼施工过程中，在保证质量、安全等基本要求的前提下，通过科学管理和技术进步，最大限度地节约资源与减少对环境负面影响的施工活动，实现四节一环保。

3.3.1 施工信息化管理

首先施工单位建立了健全质量管理体系、施工质量控制和检验制度（表3）。以BIM三维信息化技术和物联网技术实现施工全过程管理，并且手机端可以实时监控并随时了解施工进度。其次，由于标准层数多，大量的墙板及预制叠合板都在工厂生产，现场取消了传统现浇混凝土结构的支模系统制作，并省去了部分砌筑和抹灰工序，从而大大缩短了整体工期。

表 3 信息化施工管理（绘制：高天宇）

3.3.2 施工体系设计

BIM三维信息化技术可在设计阶段提前察觉施工才能发现的问题。我们将每个预制构件标上二维码，通过信息技术的数字把控来提前解决问题，确保无现场返工，这样大大提高了施工效率，原本需要半年完成的工期现在只需一个月，大幅节约了建筑材料和人工成本，并减少建筑垃圾的排放，最大限度地减少了对环境的影响。如在塔吊选型设计中根据预制件的大小考虑远端最大起重量来设置，避免构件无法吊装的情况。在预制构件深化设计阶段积极与设计部门沟通并提前介入以确定塔吊的选型及立塔吊的位置。这样既保证了构件的吊装还避免因塔吊的各种问题而造成的工期损失和经济损失。

3.3.3 施工能耗记录

除此之外，在整个施工过程中，我们进行了严格的施工能耗记录，其中部分结果为现场无固体垃圾并且无废水排放，现场噪声等级控制在40～47dB。

4 评价与结语

如今，B1楼已建成（图9-11），快速投入了使用。其精美的内饰和优质的办公环境（图12、13），得到了使用者的一致好评。同时，在装配式技术上B1楼申请了多项专利，包括建筑UHPC外墙实用型专利、暖通支架及管道铺设系统等。以及成立了多项科研课题研究，如基于BIM的装配式建筑全生命周期碳排放评价研究、钢结构体系创新研究等，为装配式建筑节能减碳提供实例验证。

外景（图9-11）

内景（图12.13）

纵观本次装配式建筑的设计和实践，我们并非仅仅把它作为一个办公项目来设计，而更像是在研究一个课题，或者说是在做一个“实验”，对中国现有的装配式技术进行归纳、总结、评判，对中国新型装配式技术进行探索与研发。探索用情感和技术关照人本身，这是当代大学科研建筑所应持有的态度。B1楼的创作正是结合了感性的人文精神与理性的装配式建造的佐证。□

项目名称：浙江大学建筑设计研究院紫金院区（紫金准乾科研用房项目B1楼）

设计单位：浙江大学建筑设计研究院有限公司

设计总负责人：董丹申，殷农

工程负责人：肖志斌，莫洲瑾

建筑设计：王玉平，雷斌，毛翰轩

结构设计：肖志斌，金振奋，李少华

给排水设计：王靖华，邵煜然

电气设计：吴旭辉，徐松杰

暖通设计：潘大红，易凯

弱电设计：陈佳，马健

景观设计：孙洞明，楼炫炭

幕墙设计：香春