基于模块化的装配式高速公路服务区设计研究——以吉祥服务区为例.pdf

33城市与建筑City&Architecture2023NO.06ResearchontheDesignofPrefabricatedExpresswayServiceAreaBasedonModularityACaseStudyofJixiangServiceAreaLiCuidan,ZhengYanAbstract:Asthesocialeconomysoarsrapidly,theexpresswaynetworkisbeingconstantlyimprovedinChina.However,traditionalexpresswayserviceareascannolongermeetthemodernservicedemandofforgingChinawithstrongtransportationnetworksinsomanyaspectsasdesigntechniques,functionalconfigurations,construction,andoperationalmanagement.Moreover,withthedeepeningoftheconceptofgreen,low-carbonandsustainabledevelopment,tointroduceprefabricatedmodulardesignwillbeamajordevelopmenttrendintheconstructionofexpresswayserviceareas.Inthispaper,takingtheJixiangServiceAreaprojectofthebranchlinefromLongchuantoXunwu(attheprovincialboundary)ofHehuiguanExpresswayasacase,themodulardesignstrategiesforanexpresswayserviceareaarediscussedfromfouraspects:elementextraction,generallayout,unitmoduledesign,andmodulegroupcombination,soastoprovidereferenceforthedesignofexpresswayserviceareas.Keywords:expresswayservicearea;prefabricatedbuilding;modularization;buildingindustrialization;architecturaldesign收稿日期：2023-02-22作者简介：李翠丹（1997），女，广东广州人，硕士研究生，专业方向为建筑设计及其理论；郑炎（1968），男，广西柳州人，硕士，高级工程师，主要从事公共建筑设计、公共建筑室内设计，景观建筑学设计研究、建筑设计及其理论研究，邮箱：。0 引言自 1988 年中国大陆第一条高速公路通车至今约 30 余年，我国高速公路里程迅速增长1，形成了世界上最庞大的高速公路体系，而作为高速封闭沿线对外窗口的服务区，从仅满足基础补给功能的 1.0 版本逐渐进入了智慧化、人性化、复合多元化的 4.0 时代，全国范围的高速服务区将面临全面更新与转型升级。2021 年全国两会发布第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要提出：“十四五”期间，发展智能建造，推广绿色建材、装配式建筑，建设低碳城市。以装配式建筑为载体，协同推进智能建造与新型建筑工业化。交通运输部印发的2020 年全国公路服务区工作要点，聚焦打造服务区的“四个一流”，其中“一流技术”是推进智慧和绿色服务区建设，以完善服务设施，优化服务方式，提升服务质量，确保服务区更好地满足人民群众美好出行需求。在大力倡导绿色低碳的背景下，装配式设计与建造策略无疑为面临转型的高速公路服务区提供了解决方向。模块化设计是装配式建筑中新型的建造方式、是标准化的高级形式2，与现代化工业生产及可持续建筑设计理念高度契合，代表了建筑工业化的最高水平，因而在高速服务区的设计中引入模块化操作是时代发展趋势。本文以河惠莞高速公路龙川至寻乌（省界）支线工程吉祥服务区为例，将装配式模块化的设计手法引入高速公路服务区的建筑设计中，以期为未来大规模的服务区设计与更新提供新思路，推动装配式模块化在高速服务区这类交通建筑中的发展。1 模块化操作介入高速公路服务区的设计原则1.1模块元素统一性按照我国高速公路交通工程及沿线设施设计通用规范，高速公路沿途服务区的平均间距不宜大于 50km，较长里程的高速线路甚至会出现多对服务区。因而，在同一区段高速线路中所有的工程建设都可以通过模块化元素实现统一主题，包含高速服务区、收费站棚这类标志性工程，也包含管理中心、收费站房、办公住宿等后勤配套用房，甚至沿线的桥梁、隧道洞口、公路景观、护坡边坡等都可延续模块元素，强化主线设计，既使得同一高速线路内所有共性特征的元素相统一，又可通过模doi：10.3969/j.issn.1671-9107.2023.06.33引文检索：李翠丹，郑炎.基于模块化的装配式高速公路服务区设计研究以吉祥服务区为例 J.重庆建筑，2023（6）：33-36.基于模块化的装配式高速公路服务区设计研究以吉祥服务区为例李翠丹，郑炎（华南理工大学建筑学院，广东广州 510641）摘 要：随着社会经济快速发展，我国高速路网日益完善，传统高速服务区在设计手法、功能配置、施工建造、经营管理等诸多环节都越来越无法满足我国建设交通强国的现代化服务需求，且随着绿色低碳、可持续发展理念的深入，引入装配式模块化设计将是未来高速服务区建设的一大发展趋势。该文以河惠莞高速公路龙川至寻乌（省界）支线工程吉祥服务区项目为例，从元素提取、总体布局、单元模块设计、模块群体组合四个方面探讨高速服务区的模块化设计策略，希望能为高速服务区的设计提供参考。关键词：高速公路服务区；装配式建筑；模块化；建筑工业化；建筑设计中图分类号：TU248 文献标识码：A 文章编号：1671-9107（2023）06-0033-04Chongqing Architecture34第 22 卷 总第 236 期块变体进行个性化建造，避免装配式标准化设计导致建筑形体单一的问题，实现高速路网上个性与共性的协调统一。1.2环境适应性高速服务区一般设置在地理位置偏远的地区，地质条件复杂、人力资源短缺，引入预制装配式设计，将部分或全部构件在工厂预制生产再运输到施工现场安装建造，可一定程度减轻缺乏熟练技工人力的压力、推进建筑产业中劳动力的供需平衡3，避免因气候原因造成工期延误。1.3功能灵活性高速公路服务区依服务等级设置建造规模、体量可控，功能需求简单固定，通常围绕如厕、商业、服务及娱乐四大方面展开，利于分类挖掘功能的模数特征，平面布局可操作性强，有利于模块化设计与装配式建造理念的介入。1.4构件标准化将模块化建筑的标准单元进一步拆解为预制梁柱、预制板、预制墙体、预制基础等构件系统，系统内所有的预制构件均统一模数，在工厂中进行标准化、批量化的预制生产，便于把控成品的生产质量、加工速度及工程造价。1.5设计集成化装配式建筑不仅是将现场施工作业内容移至工厂生产，更是对整个建筑生产环节的重新设计，装配式建造方式通过优化生产端的产线、合理调度上下游资源，实现生产效率最大化，代表了建筑业全产业链的高效整合和发展程度。从建筑设计到构件部品生产再到现场组装，需各方协调配合，强调标准化的设计、建造和组织管理4。1.6设计智能化采用 BIM 正向设计，通过可视化的模型融合平台紧密高效地联系各专业，将建筑室内外空间进行三维立体的直观展示，让各专业提前预判装配式建筑在设计、建造、施工过程中可能发生的各种问题，便于各专业进行管线的协调避让、解决管线定位和效果等问题，辅助设计师前置解决。1.7技术与施工可行性装配式模块化的建筑结构体系预制化率高（工厂化率可达90%），工厂生产与工地施工同步展开，节约建造时间，相比传统施工作业平均可将施工工期缩短 50%以上5。工厂内预制加工生产的建筑构件通过一体化的控制方式废品率较低，在专业指导下使用可靠的连接方式进行安装，能够最大程度保证建筑整体性能，生产可控。2 装配式服务区的模块化设计策略2.1项目概况河 惠 莞 高速公路龙川至寻乌（省界）支线属于广东省高速路网，龙寻高速江西段线路全长26.855km，采 用双向四车道高速公路标准。支线全线位于广东省河源市龙川县上坪镇境内，线路中部设一处吉祥服务区（图 1）。吉祥服务区沿高速路划分为南北两区，通过东部互通隧道相连，将相近功能体块成组布局，便于模块元素植入：功能用房组团主服务楼、加油站、收费站及附属用房；停车区组团大小车分离并设电车充电区（表 1）。充分利用夹心地设潮汐停车场，引导疏通南北两侧车辆缓解拥堵，满足未来高速服务区大容量、多需求、高质量的发展要求。2.2特色主题导向，模块元素转译服务区可综合挖掘当地自然风光、文化资源、地方产业等资图 1 区位分析表 1 吉祥服务区场地规划分析功能组团交通流线主服务楼中置式布局，便于四方游客汇入并能最大化利用商业展示面；将大车、小车停车区前后分离，对使用人群进行天然划分，有利于服务楼模块化设计的功能布置和流线组织。因紧邻收费互通的用地特殊性，在场地边缘设贯通车道以快速疏导由国道直接进入场区的车流；各类车辆流线清晰，线性化的交通组织可避免车流混杂交叉造成场区拥堵。35城市与建筑City&Architecture2023NO.06源，形成特色性IP、打造专属主题，模块的元素提 取 围 绕 服 务区的多样化主题展开。吉祥服务区的模块元素提取于当地市花三角梅，将三角梅的花朵形态简化提取基本几何原型“三角形”，依照花朵自身的构成逻辑，将三角形重复组合成稳定的正六边形单元，形成服务区基本模块的标准母题。并将服务区主体的模块元素延续至护坡景观设计（图 2），通过几何切割进行绿化种植和材质对比，强化主题元素，形成边坡立体景观展示效果（图 3）。2.3统一模数体系，模块单元标准化模块化建筑将部分系统内置，外显的逻辑相对简单6，塑造具有重复韵律的外部造型反映建筑的丰富内涵。吉祥服务区的标准单元是一个边长 5m、高度 6m 的正六边形伞形模块，建筑柱网以 5m 为基本模数进行功能布局，倒伞状的伞形单元采用装配式钢-混凝土组合结构，单个伞形单元由预制梁柱、预制板和预制基础三大构造系统组成（图 4），统一的模数体系、简洁清晰的单元构成为预制装配式的建造施工奠定基础。预制梁柱体系中，预制柱由六根同规格的单元柱以预埋钢套管为中心环形围闭形成组合柱，单元柱采用变截面设计，柱根部截面 200*400mm，顶部截面 200*630mm，空心圆柱钢套管兼做雨水管解决屋面排水问题；预制梁六条同规格单元梁组合成整体并与预制柱连接（图5）。通过标准预制盖板、无盖板、透明玻璃、混凝土格栅四种顶板的变化组合出多样的伞顶空间，在标准化的单元体系中兼顾个性化展现。在构件大批量工业化生产之前，先生产一组构件在工厂或现场进行组装测试，对模块单元进行预测试，以便在施工生产前期解决和预判可能出现的问题（图 6、图 7）。2.4 模块功能复合，群体组合多样化以服务区的基本功能为导向，将标准单元在水平及垂直方向不断重复组合形成多个功能模块组团，再根据建筑的功能分区、光影效果、空间体验等设计需求，各组团之间通过多样的连接方式形成模块群组，如搭积木一般，按照“标准模块-模块组团-模块群组”的设计逻辑最终完成整体建筑的构建。模块化设计更倾向于将建筑划分为各类功能空间，把合适的功能模块放置于同一单元中，并对单元模块进行集成，从而完成建筑整体设计7。模块化建筑体系的灵活多变、尺寸和形状的多样化，更易实现空间的灵活性，可适应未来高速服务区的多元化发展。2.4.1标准单元模块的生长性标准单元既构成建筑功能实体，又可从建筑实体向外拓展延伸，生长出大量模糊室内外边界的“暧昧空间”，在主服务楼与外部停