学校是社会发展阶段的缩影。受不同社会发展阶段的影响，学校建筑必然与不同历史阶段的建筑理论、材料和技术有关。二战后，英国出现了CLASP轻钢结构学校建筑体系。轻钢结构充分发挥了钢结构的优点:结构轻巧，工厂化大规模生产，干法快速组装施工，施工快捷，易地搬迁。1960年后，美国进一步发展了基于CLASP系统的“校园建筑系统开发项目”，简称“SCSD学校建筑系统”，包括轻钢主体结构、子结构系统、通风空调系统、采光天棚系统、轻质隔墙系统、家具及橱柜系统等。，强调开放空间和自由分区，适合不同需求的教学活动，具有机械化生产和装配式施工的优势。在这一制度下，截至1967年，建成了22所学校，截至1975年，在类似原则指导下建成了2000多所学校。

然而，这些系统大多属于特殊系统。专用系统中相应房屋的构件、配件和连接节点是定型的，不能互换。它们必须依赖固定的生产线，可变性差，不能满足各种建筑的需求。而且隔音差，房间使用效率低。20世纪70年代末，他们很快退出了学校建设领域。

日本从1971年开始引进英国的CLASP系统和美国的SCSD系统，并借鉴其开放建筑的理念和经验，发展了KEP和KSI住宅系统。1974年，住房公司开发了KEP住宅系统，该系统由四个子系统组成:封闭系统、内部系统、卫生系统、通风和空调系统。受荷兰代尔夫特理工大学兰登教授的影响，进一步发展完善，最终形成了SI住宅体系。

20世纪60 ~ 80年代以来，我国积极推进建筑工业化，取得了一定的成效。然而，它没有跟上世界的步伐。相比之下，我国装配式建筑之所以没有得到很好的发展，在于将装配式建筑简单地等同于结构的组装，缺乏上述国家系统集成的发展历程，导致结构、围护、机电、内装不匹配，缺乏系统化、系统化的集成。学校建筑也是如此。近年来，虽然建成了许多混凝土框架结构、钢结构的学校，但由于结构、围护、机电、装修等各种技术要素各自为政、各自为政的状态，缺乏系统集成，无法形成成熟可靠的装配式学校建设体系。

为了解决上述关键问题，我们以系统工程的科学理论为指导，建立了装配式建筑系统的集成设计理论，并将装配式建筑作为一个复杂系统进行研究。在国内率先提出装配式建筑结构、围护结构、机电、内装四大系统和若干子系统的总体框架，将设计、生产、装配、管理、控制要素进行整合，形成了以整体优化为目标的工业建筑设计系统工程理论和方法。结合这一理论，我们进一步推进了学校建筑体系的数字化，并根据建设实践，形成了钢-混凝土组合结构装配式学校建筑产品体系。

2钢混组合结构装配式建筑系统集成设计

3结构体系

钢-混凝土组合结构(简称“钢-混凝土组合结构”)是将钢和混凝土构件组合成一个整体，以一定的方式共同工作的结构，兼具钢结构和混凝土结构的特点。这种结构充分发挥了钢结构抗拉强度高、抗震性能好、自重轻、节点连接方便可靠等特点，并融合了混凝土抗压性能好、防火性能高、维护成本低的特点。通过联合作用实现耦合效应，达到最优的结构性能。其主要结构由四部分组成

一、竖向支撑构件:预制混凝土柱，由钢筋和混凝土材料在工厂预制而成。柱内采用大直径钢筋加固，柱内预埋大直径注浆套管和钢柱头连接板；

二、水平受力构件:钢-混凝土组合梁，后浇带混凝土从预制叠合楼板与钢梁之间穿过，钢梁顶部设置剪力连接件形成钢-混凝土组合梁，通过高强螺栓与预制柱预留的钢节点连接；

三、水平楼盖组合:预制组合楼盖，包括预制预应力带肋组合楼盖和预制非增强组合楼盖。两种类型的组合楼板在楼板施工时应少支撑甚至不支撑，最终通过后浇带混凝土形成钢-混凝土组合楼板体系(图3)；

四、梁柱连接:主要连接有柱-柱连接、梁柱连接和梁板连接。

4封闭系统

外防护体系的材料有很多种，施工工艺和节点结构也各不相同。设计时，围护系统应根据不同的材料特性、施工工艺和节点结构特点，明确具体的性能要求。

建筑围护结构体系由外墙、门窗、遮阳、阳台、屋顶以及满足防火、隔音要求的外墙、门窗、外遮阳等子系统组成。

外墙。外墙系统一般可通过两种方式连接:外墙与主体结构能适应变形，且各系统独立，具有良好的防水保温性能，其设计与幕墙系统相似；埋入式与主体结构相关性较高，需考虑埋入式与主体结构在温度、风荷载、地震荷载作用下的变形差异，是外墙开裂渗漏的罪魁祸首(图5)。

外面的门窗。外部门窗系统应根据项目所在地的气候、区域特点、建筑功能和性能要求进行设计和选择。本工程选用铝合金门窗，节点连接采用预装法和后装法。

外部装饰。外装饰系统是围护系统的重要组成部分，是建筑师多元化立面设计的主要关注点。设计要与外墙系统的材料、结构、功能、性能相融合，达到建筑师预设的创作和建筑表达效果(图6)。

外部阴影。良好的遮阳设计是降低建筑能耗、提高建筑舒适度、丰富建筑立面形式的重要途径。底纹有很多种方式和形式，包括水平底纹、垂直底纹、组合底纹和可调底纹。

阳台。它是房间与外部环境的过渡空间，常用于装配式建筑，如带梁预制阳台、带板预制阳台、带板预制空调板等。一般情况下，应结合阳台预留管道、设备开口等一些配套设施，便于后期安装。阳台栏杆是建筑物重要的安全防护措施。设计中，在保证安全使用的前提下，结合建筑形式要求，采用工厂化生产的部品、构件，现场进行装配式安装，不焊接，安装后安装膨胀螺栓，砌筑，现浇。阳台可设计空调板，采用倒置式防水方式。

屋顶。在深圳，我们推荐采用倒置式保温隔热一体化屋面系统+装配式屋面绿化模块。

房间隔断。房间隔墙是指房间与公共部位之间，或者不同功能、属性、归属的房间之间，为满足一定的防火、隔音、防盗、保温、隔热、防水等功能而设置的墙体。通常，空心混凝土条板或ALC加气混凝土条板用作隔墙。ALC条板隔墙是蒸压轻质混凝土的简称，是一种高性能蒸压加气混凝土(ALC)。它具有良好的隔音、防火、防水和保温性能，强度高，施工方便。根据工程设计要求和使用部位不同，可用于家庭隔断、走廊隔断、楼梯间隔断、房间隔断等。

一般来说，ALC板应该用单板组装。只有隔音指数高，单板隔音性能不符合要求时，才能使用双板和腔体。

5机电系统

装配式建筑的机电系统是基于管道与结构分离的原理。各种机电、设备管线应结合天花板、墙壁、地板单独设置，结构中只留洞，不埋管。

三栋教学楼公共部位机电管线通过立管井到达使用楼层，布置在楼层公共走道天花板上，通过房间隔墙进入各功能空间。设置综合支吊架，按设计要求在综合支吊架上安装消防、高压、弱电、给水等机电管线。

进入功能空间后，部分公共机电管线与吊顶系统整合，设计房间内的线束。ALC墙上的开关点通过槽设置，陶粒空心板上的开关点通过空心槽设置。

6内置系统

这三所学校的内置系统主要包括隔墙系统、吊顶系统、地面系统、机电管线和装修一体化等。隔墙系统采用ALC条板隔墙+油漆饰面，局部采用轻龙骨隔墙系统+硅酸钙集成饰面。硅酸钙装饰一体板具有很高的强度和平整度，通过涂覆可以产生各种装饰效果。它可以通过柔性生产制造不同尺寸和规格的板材，以满足工程的不同要求，并通过卡扣连接件实现干法施工。

装配式吊顶系统一般包括轻质龙骨石膏板吊顶、矿棉板吊顶、金属板吊顶等。

走廊桥通过钢梁预留的管道口进入房间，管道布置在局部吊顶上方。通过这种设计，既满足了管道与主体分离的要求，又在不预留预埋楼板的前提下，达到了保持管道不通过局部吊顶露出的目的，从而保证了室内空间的美观需求。

装配式地板系统主要分为铺装地板和架空地板。根据不同功能房间和用户的需求，可以灵活选择地砖、木地板、地毯、地板胶等表面材料，并根据不同功能空间的防火、隔音、清洁度要求进行合理选择。

该系统采用地面铺装的做法，公共部位铺地砖，教室铺PVC弹性地板。聚氯乙烯地板是以聚氯乙烯及其共聚物树脂为主要原料，加入填料、增塑剂、稳定剂、着色剂等辅料，在片状连续基材上涂布或压延挤出而成。它具有脚感舒适、颜色和图案多、耐磨、耐污染、材质轻、易于清洗和维护、安装快捷等优点。

7系统集成设计的三个要点

装配式钢-混凝土组合结构的学校建筑体系可以通过以上结构、围护、机电、内饰四大体系进行清晰的描述，便于设计、采购、施工的分工协作，以及建筑性能要素的组合整合。在此基础上，应注意以下设计要点。

7.1标准化设计方法。

1962年9月9日，梁思成先生在《人民日报》发表了题为《从邋遢到干净》的文章。文章指出:“要大批量、高速度建设，必须用机械施工；如果需要机械结构，则必须组装结构。为了建造装配，部件必须在工厂预制；预制时，构件的种类和规格必须尽可能少，规格要统一，趋于标准化。因此，标准化已成为大规模、高速建设的先决条件。”这说明建筑工业化必须以标准化为基础。因此，有必要研究装配式建筑的标准化设计方法。

对于学校建筑，标准化设计要合理划分框架柱网格，以标准柱网格为基本模块，实现其变化和功能适配的可能性，满足其全生命周期的灵活性和适应性。本文所列三所学校均采用标准柱网(教室9 m×9 m，走廊3 m× 9 m)。同时，楼层之间的关系也要控制好。在满足功能要求的前提下，应综合考虑梁高、板厚、机电管线空间及装修做法等要求，确定标准化剖面设计(教室层高4 m，办公层高3.5 m)。

零部件标准化是标准化设计的最终目标。只有通过零部件的标准化设计，才能满足工厂高效、高质量、批量生产零部件的要求。该系统的主要部件包括预制混凝土柱、钢梁、预制预应力肋板、四面无钢筋的预制叠合板、ALC空心车床和陶粒混凝土空心车床等。统一构件尺寸根据建筑高度、抗震要求、功能要求和生产要求确定，如预制混凝土柱仅600 mm×600 mm×4 000 mm和600 mm×600 mm×3 500 m，钢梁仅8400mm×600mm和2400m×400m，预制预应力肋板主要为1200mm×4500m。

目前，大量的厨卫部件、内门、储物等内饰部件已经实现产业化，外门窗、空调百叶、栏杆、遮阳帘等外饰部件。还需要在装配式建筑中进行标准化设计，以满足工业化生产的要求。

7.2多元化设计原则。

标准化的平面和剖面设计是实现零部件标准化的基础。标准化的零部件实现了“少规格”的规模化生产。但是，这些标准化的零部件必须“多组合”才能实现立面的多样化。在建筑师的笔下，建筑立面的各种元素犹如“凝固的音乐”中的七个音符，以千变万化的方式在“同一”中排列组合，辅以色彩、肌理、肌理、光影、进退等艺术处理方法。最后组成不同特色的优美动作，实现立面的多样化和个性化。

7.3一体化设计思维。

在装配式建筑体系的设计和研究中，也要围绕建筑体系的最优目标，以工厂生产和现场组装的便利性为出发点，树立设计、生产、施工一体化的设计思维。本次系统设计充分征求了工厂技术负责人和施工项目经理的意见。经过三次设计优化，最终得到设计、工厂和施工方的认可，确定了便于工厂生产和现场组装的节点设计。

由于标准化的设计方法、多元化的设计原则、一体化的设计思维得到了充分落实，在提供丰富多样的学校建筑功能、空间和形式的基础上，建筑体系实现了工厂的规模化生产和施工现场的高效吊装施工——平均每10 min安装一根混凝土柱，用电动工具连接梁柱螺栓，每个节点约需15 min完成。预应力混凝土叠合板直接吊装在钢梁上，70 mm现浇层与钢梁结合受力，省去了普通钢筋混凝土现浇框架模板支撑、钢筋绑扎、混凝土大体积浇筑等湿作业。同样的现场作业面积，平均6天每1500㎡完成一层，但现浇施工需要80人左右，拼装施工只需要30人，节省人力62%。目前项目已结算，建安费用下降15%。该建筑系统在减少人工、降低成本、提高效率和质量方面具有明显的优势。

8总结

发展装配式建筑是建筑业供给侧结构性改革的重要抓手，也是我们走出前工业时代粗放型人工、慢流水的时代，实现建筑工业化、自动化、信息化融合，推动我国建筑业现代化的重要抓手。装配式建筑的发展要以系统工程的科学理论为指导，摆脱简单地将装配式建筑等同于结构组装的固有思维和习惯做法，导致围护、机电、内装不兼容，各种技术要素处于碎片化、碎片化、离散化状态。基于服务工程建设的全过程，充分体现系统性和集成性的基本要求，以完整的建筑产品为对象，通过系统集成的方法，集成设计、生产、装配、管理和控制等必要手段，以整体优化为目标，实现建筑的质量提升、效率提升和可持续发展。