工业建筑的设计要求有哪些?
一、定义工业建筑是指供人民从事各类生产活动的建筑物和构筑物。二、类型工业建筑种类繁多,例如可分为钢铁厂建筑、机械制造厂建筑、精密仪表厂建筑、航空工厂建筑、造船厂建筑、水泥厂建筑、化工厂建筑、纺织厂建筑、火力发电厂建筑、水电站建筑和核电站建筑等。工业厂房按用途可分为生产厂房、辅助生产厂房、仓库、动力站,以及各种用途的建筑物和构筑物,如滑道、烟囱、料斗、水塔等;按生产特征可分为热加工厂房、冷加工厂房和洁净厂房等;按工业建筑的空间形式可分为单层厂房和多层厂房两类。三、工业建筑设计的基本原则1、满足生产工艺要求 这是确定工业建筑设计方案的基本出发点。与工业建筑有关的工艺要求是:①流程。直接影响各工段、各部门平面的次序和相互关系。②运输工具和运输方式。与厂房平面、结构类型和经济效果密切相关。③生产特点。如散发大量余热和烟尘,排出大量酸、碱等腐蚀物质或有毒、易燃、易爆气体,以及有温度、湿度、防尘、防菌等卫生要求等。2、合理选择结构形式根据生产工艺要求和材料、施工条件,选择适宜的结构体系。钢筋混凝土结构材料易得,施工方便,耐火耐蚀,适应面广,可以预制,也可现场浇注,为中国目前的单层和多层厂房所常用。钢结构则多用在大跨度、大空间或振动较大的生产车间,但要采取防火、防腐蚀措施。最好采用工业化体系建筑,以节省投资、缩短工期。3、保证良好的生产环境①有良好的采光和照明。一般厂房多为自然采光(见工业建筑采光),但采光均匀度较差。如纺织厂的精纺和织布车间多为自然采光,但应解决日光直射问题。如果自然采光不能满足工艺要求,则采用人工照明(见工业建筑照明)。②有良好的通风。如采用自然通风,要了解厂房内部状况(散热量、热源状况等)和当地气象条件,设计好排风通道。某些散发大量余热的热加工和有粉尘的车间(如铸造车间)应重点解决好自然通风问题。③控制噪声。除采取一般降噪措施外,还可设置隔声间。④对于某些在温度、湿度、洁净度、无菌、防微振、电磁屏蔽、防辐射等方面有特殊工艺要求的车间,则要在工业建筑平面、结构以及空气调节等方面采取相应措施。⑤要注意厂房内外整体环境的设计,包括色彩和绿化等。4、合理布置用房生活用房包括存衣间、厕所、盥洗室、淋浴室、保健站、餐室等,布置方式按生产需要和卫生条件而定。车间行政管理用房和一些空间不大的生产辅助用房,可以和生活用房布置在一起。5、总平面布置这是工业建筑设计的首要环节。在厂址选定后,总平面布置应以生产工艺流程为依据,确定全厂用地的选址和分区、工厂总体平面布局和竖向设计,以及公用设施的配置,运输道路和管道网路的分布等。此外,生产经营管理用房和全厂职工生活、福利设施用房的安排也属于总平面布置的内容。解决生产过程中的污染问题和保护环境质量也是总平面布置必须考虑的。总平面布置的关键是合理地解决全厂各部分之间的分隔和联系,从发展的角度考虑全局问题。总平面布置涉及面广,因素复杂,常采用多方案比较或运用计算机辅助设计方法,选出最佳方案。 四、发展趋势工业生产技术发展迅速,生产体制变革和产品更新换代频繁,厂房在向大型化和微型化两极发展;同时普遍要求工业建筑在使用上具有更大的灵活性,以利发展和扩建,并便于运输机具的设置和改装。工业建筑设计的趋向是:①适应建筑工业化的要求。扩大柱网尺寸,平面参数、剖面层高尽量统一,楼面、地面荷载的适应范围扩大;厂房的结构形式和墙体材料向高强、轻型和配套化发展。②适应产品运输的机械化自动化要求。为提高产品和零部件运输的机械化和自动化程度,提高运输设备的利用率,尽可能将运输荷载直接放到地面,以简化厂房结构。③适应产品向高、精、尖方向发展的要求,对厂房的工作条件提出更高要求。如采用全空调的无窗厂房(也称密闭厂房),或利用地下温湿条件相对稳定、防振性能好的地下厂房。地下厂房现已成为工业建筑设计中的一个新领域。④适应生产向专业化发展的要求。不少国家采用工业小区(或称工业园地)的作法,或集中一个行业的各类工厂,或集中若干行业的工厂,在小区总体规划的要求下进行设计,小区面积由几十公顷到几百公顷不等。⑤适应生产规模不断扩大的要求。因用地紧张,因而多层工业厂房日渐增加,除独立的厂家外,多家工厂共用一幢厂房的“工业大厦”也已出现。⑥提高环境质量,做好工业建筑的环保设计。
以工业化的方式重新组织建筑业是提高劳动效率、提升建筑质量的重要方式,也是我国未来建筑业的发展方向。建筑工业化的基本内容是:采用先进、适用的技术、工艺和装备科学合理地组织施工,发展施工专业化,提高机械化水平,减少繁重,复杂的手工劳动和湿作业;发展建筑构配件、制品、设备生产并形成适度的规模经营,为建筑市场提供各类建筑使用的系列化的通用建筑构配件和制品;制定统一的建筑模数和重要的基础标准(模数协调、公差与配合、合理建筑参数、连接等),合理解决标准化和多样化的关系,建立和完善产品标准、工艺标准、企业管理标准、工法等,不断提高建筑标准化水平;采用现代管理方法和手段,优化资源配置,实行科学的组织和管理,培育和发展技术市场和信息管理系统,适应发展社会主义市场经济的需要。 一、设计和施工的系统性。在实现一项工程的每一个阶段,从市场分析到工程交工都必须按计划进行。
二、施工过程和施工生产的重复性。构配件生产的重复性只有当构配件能够适用于不同规模的建筑、不同使用目的和环境才有可能。构配件如果要进行批量生产就必须具有一种规定的形式,即定型化。
三、建筑构配件生产的批量化。没有任何一种确定的工业化结构能够适用于所有的建筑营造需求,因此,建筑工业化必须提供一系列能够组成各种不同建筑类型的构配件。 传统建筑生产方式,是将设计与建造环节分开,设计环节仅从目标建筑体及结构的设计角度出发,而后将所需建材运送至目的地,进行露天施工,完工交底验收的方式;而建筑工业化生产方式,是设计施工一体化的生产方式,标准化的设计,至构配件的工厂化生产,再进行现场装配的过程。
根据对比可以发现传统方式中设计与建造分离,设计阶段完成蓝图、扩初至施工图交底即目标完成,实际建造过程中的施工规范、施工技术等均不在设计方案之列。建筑工业化颠覆传统建筑生产方式,最大特点是体现全生命周期的理念,将设计施工环节一体化,设计环节成为关键,该环节不仅是设计蓝图至施工图的过程,而需要将构配件标准、建造阶段的配套技术、建造规范等都纳入设计方案中,从而设计方案作为构配件生产标准及施工装配的指导文件。除此之外,PC构件生产工艺也是关键,在PC构件生产过程中需要考虑到诸如模具设计及安装、混凝土配比等因素。与传统建筑生产方式相比,建筑工业化具有不可比拟的优势。
提升工程建设效率。建筑工业化采取设计施工一体化生产方式,从建筑方案的设计开始,建筑物的设计就遵循一定的标准,如建筑物及其构配件的标准化与材料的定型化等,为大规模重复制造与施工,打下基础。遵循工艺设计及深化设计 标准,构配件可以实现工厂化的批量生产,及后续短暂的现场装配过程,建造过程大部分时间是在工厂采用机械化手段、一定技术工人操作完成。
与传统的现场混凝土浇筑、缺乏培训的低素质劳务工人手工作业对比,建筑工业化将极大提升工程的建设效率。据资料显示,发达经济体预制装配建造方式与现场手工方式相比节约工期可达30%以上。 建筑工业化,首先应从设计开始,从结构入手,建立新型结构体系,包括钢结构体系、预制装配式结构体系,要让大部分的建筑构件,包括成品、半成品,实行工厂化作业。一是要建立新型结构体系,减少施工现场作业。多层建筑应由传统的砖混结构向预制框架结构发展;高层及小高层建筑应由框架向剪力墙或钢结构方向发展;施工上应从现场浇筑向预制构件、装配式方向发展;建筑构件、成品、半成品以后场化、工厂化生产制作为主。二是要加快施工新技术的研发力度,主要是在模板、支撑及脚手架施工方向有所创新,减少施工现场的湿作业。在清水混凝土施工、新型模板支撑和悬挑脚手架有所突破;在新型围护结构体系上,大力发展和应用新型墙体材料。三是要加快“四新”成果的推广应用力度,减少施工现场手工操作。在积极推广建设部十项新技术的基础上,加快这十项新技术的转化和提升力度,其中包括提高部品件的装配化、施工的机械化能力。
在新型结构体系中,应尽快推广建设钢结构建筑,应用预制混凝土装配式结构建筑,研发复合木结构建筑。在我国,进行钢结构建设的时机已比较成熟,我国已连续8年世界钢产量第一,一批钢结构建筑已陆续建成,相应的设计标准、施工质量验收规范已出台;同时,钢结构以其施工速度快、抗震性能好、结构安全度高等特点,在建筑中应用的优势日显突出;钢结构使用面积比钢筋混凝土结构增加面积4%以上,工期大大缩短;在工程建设中采用钢结构技术有利于建筑工业化生产,促进冶金、建材、装饰等行业的发展,促进防火、防腐、保温、墙材和整体厨卫产品与技术的提高,况且钢结构可以回收,再利用,节能、环保,符合国民经济可持续发展的要求。
预制装配式结构应积极提倡。基本上所有的混凝土结构都是现场浇筑的,不仅污染环境,制造噪声,还增加了工人的劳动强度,又难以保证工程质量。南京大地建筑公司从法国引进的预制装配式结构体系(简称“世构体系”),是采用预制钢筋混凝土柱,预制预应力混凝土梁、板,通过钢筋混凝土后浇部分将梁、板、柱及节点连成整体的框架结构体系。具有减少构件截面,减轻结构自重,便于工厂化作业、施工速度快等优点,是替代砖混结构的一种新型多层装配式结构体系。该结构体系已在南京多个工程中应用,效果明显。
复合木结构应尽快研发。复合木结构不仅适用于大跨度的建筑中,还可适用于广大村镇建筑和二至三层的别墅中。应该说,与混凝土结构不同,复合木结构作为今后新型结构形式之一,极具有人性化和环保的特点。针对杨树快速生长和再生的特点,应着力开发杨树木材的深加工技术,包括木材的处理、复合、成型等,制作成建筑用的柱、梁、板等构件,并使其具有防虫、防火、易组合的能力。大量使用复合木结构,可减少对钢材、水泥、石子等建材的需求,这对资源是一种保护;同时,也为广大种植杨树的农民提供了一个优越的市场,不仅提升了杨树的使用价值,而且还为广大农民脱贫致富寻找到一个新途径。可谓是一举多得。可以预见,复合木结构的潜在能量将随着技术的成熟日益显现出来,必将会对我国的建筑业带来一场革命。
设计标准化:就是从统一设计构配件入手,尽量减少他们的类型,进而形成单元或整个房屋的标准设计。
构配件生产工厂化:就是构配件生产集中在工厂进行,逐步做到商品化。
施工机械化:就是用机械取代繁重的体力劳动,用机械在施工现场安装构件与配件。
管理科学化:就是用科学的方法来进行工程项目管理,避免主观意断或凭经验管理。
其中,设计标准化是实现建筑工业化目标的前提,
构配件生产工厂化是建筑工业化的手段,
施工机械化是建筑工业化的核心,
管理科学化是建筑工业化的保证。
从建筑工业化的提出至今已有半个多世纪的时间,但我国建筑工业化的进程依然较为缓慢,距1978年会议的目标差得很晚。这一方面取决于建筑工业化内在的原因,也与我国的经济发展环境密切相关。由于建筑工业化生产方式可以较大幅度地提升劳动生产率,但是我国建筑业一直都是劳动密集型产业,且一直享受着廉价劳动力的优势,又能带来巨大就业,因此,建筑工业化的推动力不强。但随着“用工荒”的蔓延,人口红利的逐渐消失,建筑企业对提高劳动生产率的需求不断提升。另一方面,近二十年来我国建筑规模不断增加,建筑业产值以每年25%的速度增长,且每年的新开工面积达到全球的一半,巨大的建设需求使得建筑企业没有时间与精力来进行建筑工业化技术的科研、开发商不愿意使用不成熟的建筑工业化技术。虽然在这个过程中也产生了不少带有建筑工业化元素的产业,如混凝土制品企业、建筑机械生产和制造企业等,但这些处于建筑工业化链条的终端,没有能力拉动整个产业的工业化进程,整个建筑产业依然沿袭着传统的施工模式发展,没有太高的提升。在我国,“建筑设计”属于独立的行业,因此设计时无需考虑施工的工艺流程,而施工对设计阶段的影响也有限。建筑工业化是建筑业生产组织方式的变革,由于设计和施工的割裂,建筑工业化的生产组织模式在我国难有大的突破。以上三点是由我国所处的特定历史经济环境所决定的,此外,从国外建筑工业化的进展来看,可以发现阻碍我国建筑工业化的其他原因。标准体系不完善。建筑工业化标准体系的建立是企业实现建筑产品大批量、社会化、商品化生产的前提,各国政府对标准制定工作的重视极大推动了各国建筑工业化的发展。然而在我国,除了各个参与工业化试点自定标准外,虽然国家对建筑的标准化是有参数的,但始终没有出台行业强制性准则,产业链中很多环节并未按此标准执行。此外,建筑工业化的标准化设计一般是通过对项目中采用工厂加工生产的部品(如门窗、栏杆、空调百叶、雨篷等)、构件(如预制外墙、阳台、楼梯、叠合楼板、叠合梁等)进行标准化设计,而且很多部件需要附加在构件上,需要大量产业链环节之间接口集成的问题,这不是一家企业的事情,需要标准化设计企业、部品生产企业、建材企业、安装施工企业等一起配合才能完成,必须是一个产业化联盟的标准体系才有实现价值,这不是一家企业可以独立完成的,需要行业各方企业的力量。标准化与多样化的矛盾。工业化在建筑业的进展缓慢,但整个社会已经步入后工业时代,以工业数字化生产作为支持,人们的生活方法和思想理念越来越强调个性与多样化,表现在建筑业即为消费者会仔细比较价格、面积、户型、环境等因素。然而,我国建筑工业化还处于前期发展阶段,标准化体系设计方面还处于设计定型、构件统一、规格少且强调标准化与通用化,以便于工业化生产和机械化施工。标准化与多样化构成了天然的矛盾,这对工业化建筑的设计能力提出更高要求,也使企业对工业化建筑的市场化前景有所犹豫。与现行建筑技术规范不兼容。由于建筑工业化是对传统建筑业生产组织方式的变革,工业化技术与国内现行的建筑技术标准、规范不兼容,设计、审批、验收无标准可依,即使工业化技术的科研单位能够提供切实可行的实验数据证明相关项目可行,每一个项目还是需要通过专家论证,成为建筑工业化大规模推广的一个障碍。
第一,标准化的设计。
建立标准化的单元是标准化设计的核心。其不同于早期标准化设计中仅是某一方面的标准图集或模数化设计。BIM技术的应用,即受益于信息化的运用,原有的局限性被其强大的信息共享、协同工作能力突破,更利于建立标准化的单元,实现建造过程中的重复使用。
第二,工厂化的生产。
是建筑工业化的主要环节。目前最为火热的“工厂化”,其实主体结构的工厂化是根本的问题。传统施工方式中,误差控制在公分级,比如门窗,每层尺寸各不相同是主体结构精度难以保证存在最大的问题主体结构施工采用的还是过度依赖一线农民工的人海战术施工现场的诟病即为产生大量建筑垃圾、造成的材料浪费、对环境的破坏等问题更为关键的是,不利于现场质量控制。而这些问题均可通过主体结构的工厂化生产得以解决,实现毫米级误差控制及装修部品的标准化。
第三,装配化的施工。
装配化施工中的施工技术和施工管理两个层面即其核心,特别是管理层面,工业化运行模式有别于传统形式。相比于目前层层分包的模式来说,建筑工业化更提倡“EPC”模式,即工程总承包模式,通过EPC模式,把技术固化下来,形成集成技术,实现全过程的资源优化。确切的说,这是建筑工业化初级阶段主要倡导的一种模式。作为一体化模式,EPC实现了设计、生产、施工的一体化,使项目设计更优化,利于实现建造过程的资源整合、技术集成及效益最大化,才能在建筑产业化过程中保证生产方式的转变。
第四,一体化的装修。
即从设计阶段开始,与构件的生产、制作,与装配化施工一体化来完成,也就是实现与主体结构的一体化,而不是毛坯房交工后再着手装修。
第五,信息化管理。
即建筑全过程的信息优化,初始设计就建立信息模型,之后各专业采用信息平台协同作业,图纸在进入工厂后再次进行优化处理,装配阶段也需要进行施工过程的模拟。可以说,信息技术的广泛应用会集成各种优势并互补,朝着建设逐步向标准化和集约化方向发展,加上信息的开放性,调动人们的积极性并促使工程建设各阶段、各专业主体之间信息共享资源,解决很多不必要的问题,有效地避免各行业、各专业间不协调问题,加速工期进程,从而有效解决设计与施工脱节、部品与建造技术脱节等中间环节的问题,提高效率并充分发挥了新型建筑工业化的特点及优势。
装配化技术:是指建筑的部分或全部构件在工厂预制完成,然后运输到施工现场,将构件通过可靠的连接方式组装而建成的建筑,称为预制装配式建筑。
bim技术如何在该领域中应用:BIM就是三维建模模拟软件,就是在电脑上将要安装实施的建筑提前进行组织,发现设计中的问题,提前将很多问题加以解决,减少了或者杜绝了施工过程中的一些复杂问题出现,就是预先将要安装或者建设的工程在电脑里面进行全过程模拟,发现问题及时解决,为施工服务,能提供施工效率,节约建设周期。