学校经常会采用装配式建筑的形式建造。学校建筑属于重点设防类，抗震要求高于住宅，在重庆、珠海、山东等地均出台了有关新建学校建筑采用装配式技术设计和建设的强制规定。学校建筑采用装配式，在施工进度、质量控制、节能环保、安全性能等方面有显著优势。我们参与了几十所学校的设计、装配式顾问等工作，本文以青岛澳门路小学为例，介绍学校建筑装配式设计方法、设计难点解析以及BIM的应用。
1. 项目概况
青岛澳门路小学地属青岛市市中心核心区域，毗邻AAAAA级旅游景区，建筑面积21303.8m2，地上4层，地下2层，抗震设防7度，抗震等级三级。建设内容包括18班小学教学楼、地面活动场地及地下停车库等。项目结构形式为钢框架结构，装配率达到74%，为青岛市首个钢结构装配式学校。
图3 施工过程图
2. 建筑工业化
2.1. 本项目装配式建筑技术应用基本要求
- 主体结构部分的评价分值不低于20分；
- 围护墙和内隔墙部分的评价分值不低于10分；
- 采用全装修；
- 装配率不低于50％；
- 主体结构竖向构件中预制部件的应用比例不低于35％；
- 教学楼地上无厨房，评价总分分母为95。
2.2. 装配式设计
钢结构是天然的装配式。针对以上基本要求，本项目主体结构除地下室外墙及楼板外均采用钢结构。在地下室采用钢结构，在青岛尚属首次。
其中，教学楼中对于255颗框架柱全部采用工厂预制，预制柱比例为100%；水平构件为预制楼承板+预制楼梯+预制梁，预制比例为100%；外墙全部采用装配式CF蒸压瓷粉加气混凝土墙板，内隔墙全部采用100mm/200mm厚度的ALC蒸压加气混凝土墙板，均满足非承重围护墙非砌筑。项目楼板采用钢筋桁架楼承板，重量轻，免支模，方便施工且提升施工质量，减少了传统施工的污染。
常规设计钢立柱一般在地下采用混凝土外包柱脚，造成立柱在地下室截面过大，影响停车位效率。该项目地下室则采用钢结构，较小的钢柱截面可以实现较大的停车空间，增加停车位数量，可节省造价、加快工期。
2.3. 设计难点解析
- 风雨操场屋面
风雨操场长33.2m，跨度21.1m，操场屋顶荷载较大，除钢筋混凝土屋面外有还有1.1米的覆土，地面还有消防车荷载。框架抗震等级提高一级，经计算框架梁柱截面较大，无法满足净高要求。经过对方案进行优化，将柱距由9米改为4.5米后，框架柱由1400x1000减小为1000x600、框架梁由2300x500减小为1800x500，从而满足净高要求，使用感受更好。
图6 风雨操场屋面
- 南侧教学楼主入口
南侧教学楼主入口为学校主入口，中间二层挑空，跨度18米，要求不增加落地柱且满足舒适度要求。经设计师优化，最终结构在三层楼面布置转换梁，梁截面1000x400，梁跨中立柱（柱截面400x16），四层楼面及屋面均按9米跨设计，最终实现大跨度无柱效果。
图7 学校主入口
3. BIM应用
BIM（Building Information Modeling）可以帮助实现建筑信息的集成，从建筑的设计、施工、运行直至建筑全寿命周期的终结，各种信息始终整合于一个三维模型信息数据库中，设计团队、施工单位、设施运营部门和业主等各方人员可以基于BIM进行协同工作。BIM全过程的参与为项目设计、施工的顺利完成起到很大的推进作用。
- 构建完成各专业BIM信息整体模型，包括建筑、结构、给排水、暖通、电气等；
- 经碰撞检测并优化，构建符合生产和施工要求的预制构件（或部品部件）三维模型，模型中应包含钢筋（钢构件）、埋件、机电预埋、预留孔洞等完整设计信息；提供预制构件深化设计图纸；
- 通过使用 BIM 模型导入到CFD有限元分析模拟软件 ANSYS Fluent中，进行对室内空调设计、室外风环境的模拟计算。通过模拟，根据室内最优的体感风速、体感温度分布及压力感受；
- 通过使用 BIM 模型结合照明模拟软件 DIALux evo 进行室内照度模拟，进行灯具布置及选型优化，满足使用要求的前提下减少能源消耗。
4. 对学校建筑装配式的思考
由于教室有比较典型的特征，柱网布置较为统一规整，所以方便做成装配式。采用钢结构装配式，造价合理，施工速度快，适应学校对快工期的要求。我们在过去的几年中，完成了几十所学校结构设计、装配式顾问、BIM模型搭建的工作，并针对学校建筑，推出了全装配式教学楼解决方案—“智教”体系，采用全螺栓装配式钢结构超级框架体系，结合PH免撑板、至捷梯、至洁墙等构配件，实现了比传统建筑更低的造价、更优的质量和更短的工期。
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