徐畅 王仲宇 段旺 沙钢 刘东云＊

景观预装配技术与体系探析
——以北京奥南文化商务园中心绿地为例

徐畅 王仲宇 段旺 沙钢 刘东云＊

近几十年来预装配技术在建筑以及风景园林行业的应用飞速发展，显示出其强大的活力和生命力。本文对预装配技术的特点、发展历史及其在风景园林领域中的应用实例进行了研究，并以北京奥南文化商务园中心绿地为例介绍和总结了景观预装配技术的实践，旨在讨论在数字时代的背景下，如何在单个技术的基础上，衍生发展出一套从装配式设计、装配式工程管理到装配式生产施工的完整合理的技术体系，以更好地应用于实际项目，实现从虚拟设计、工厂预制到现场精确安装的完整过程。

风景园林；预装配技术；参数化设计

1 预装配技术

预装配技术（Prefabricated Technology），是指部分或全部构件在工厂预制生产完成，然后通过相应的运输方式运到施工现场，采用可靠的安装方式和安装机械将构件组装起来的施工方式[1]。预装配技术的概念起源于18世纪，最早有关模块化的论述起源于亚当·史密斯（Adam Smith）[2]，20世纪50年代以后得到了飞速发展。相对于传统的建造方式，预装配技术预先在工厂通过产业化的方式生产预制构件，然后运到现场拼装，因此大大提高了施工效率，并节省了大量劳动力，因此具有效率高、成本低、环境友好等特点；同时，由于预装配技术主要采用非湿作业，构件间为非永久性连接，因此节约了现场湿作业所带来的材料损耗和对施工现场造成的环境污染，并有利于后期翻修与更新，甚至可以完全拆卸与重组。

在建筑领域，预装配技术在西方发达国家早已得到广泛应用，我国也大力推行预装配式建筑，根据《建筑产业现代化发展纲要》，到2020年我国装配式建筑占新建建筑的比例达到20%，到2025年比例达到50%以上[3]。同时，随着工艺与材料的飞速发展，建造操作在实现工具上面，从“手工”、“传统机械”发展到“数控机械”；在材料上面，从“传统材料”发展到“多维材料”和“复合材料”[4]。新的建造方式和新的材料为预装配式技术带来新的发展机会。

预装配技术在景观中的运用才刚刚开始，其中使用最广泛的材料是预制混凝土（Precast Concrete）。和传统的硬质景观材料相比，预制混凝土价格低廉并能够精确制作成任意形状，可以满足高精度的景观需求，如奥地利阿姆特德罗尔广场（Amt der Tiroler Plaza）[5]。根据设计尺寸异形加工石材、异形钢材等也开始被应用，如古斯塔夫森·波特景观事务所（Gustafson Porter Ltd）设计的戴安娜王妃纪念喷泉（Diana, Princess of Wales Memorial Fountain），设计师在交互模型软件的帮助下，精确预制了545块异形花岗岩，实现了花岗岩材质的复杂表面的设计、建模、预加工与装配[6]。英国雕塑家阿尼什·卡普尔（Anish Kapoor）设计的芝加哥千禧公园云门（Cloud Gate），由168块不锈钢板焊接而成，建造过程包括设计师的手绘构思、计算机建模、计算机优化构件、工厂生产金属构件、现场组装、打磨抛光等[7]。然而，相对预装配技术在建筑领域的普遍运用，风景园林设计师目前大多仅仅是利用预装配技术的优点来简单地建造异形构筑物，真正的预装配式的设计理念在风景园林行业尚无太多的发展，尚未形成一套成系统的预装配式方法。

2 景观预装配技术体系

2.1 设计建造一体化

1 传统的设计建造模式Traditional pattern of design and construction

2 设计建造一体化模式Integrated pattern of design and construction

3 预装配设计流程Steps of landscape architectural prefabricated design

传统的设计建造模式是一种由业主主导的三方合作模式（图1）。在这种模式中，设计师和建造方之间由于缺乏契约关系，各自按照自己的工作计划工作。设计师遵循方案设计、初步设计、施工图设计和工地配合等步骤，设计师生产图纸，并不直接参与建造过程。

预装配技术体系与传统设计建造模式最大的区别在于改变了传统业主—设计师—建造方三者之间合作模式。预装配技术对项目全局性、整体性的要求很高，设计师与建造方的关系需要更加紧密，因而促进新的合作与协同方式—设计建造一体化模式（图2）。在这种模式中，设计师处于核心的位置，一方面要完成业主指令，包括设计咨询、造价等；另一方面要协调建造方，从设计开始就规划布置建造过程中所采用的各项技术。

2.2 预装配设计流程

在预装配技术体系中，设计流程（图3）与传统模式的根本不同就是设计师需要从开始就考虑到施工时可能会出现的种种状况。设计师从设计的开始就需要对预装配内容、预装配率、构件的拆分与设计、构件的生产工序和安装节点等关键问题做出合理安排，确保设计、生产、施工间的紧密连接，减小现场施工难度。

2.3 预装配与构件的参数化

参数化设计，是指通过定义参数（Parameter）的类型、内容并通过制定逻辑算法来进行运算、找形以及建造的设计控制过程[2]，常用的参数化软件如GH、DP、GC等。这些技术可以更高效、准确地控制设计流程和设计结果，因而成为解决具有动态多维特征的非线性景观设计与建造的有力工具之一。在预装配体系中，构件模型的参数化可以消除设计和建造之间因沟通不畅而产生的错误[8]。

景观的参数化包括方案设计过程中的曲面成形（Formation）和建造过程中的曲面切割等两个方面，在高级计算几何的帮助下，完成景观曲面的数字表达与分析优化，最终将复杂的景观曲面切割成可批量化加工生产、运输的构件。可能的解决途径包括：使用方便加工生产、运输和安装的单一构件完成复杂曲面的建造；使用多种尺度的构件来拟合复杂曲面。从理论上讲，工厂可以加工非常多种类的构件，但实际上从造价、构件的安装复杂程度等角度考虑，我们仍然需要将构件数量控制到可以接受的范围内。构件参数化的优势在于能够非常方便地模拟不同尺寸的构件拟合复杂曲面形成的效果，从而为设计师提供多种选择。

2.4 预装配与BIM技术

景观预装配的典型特征是采用预制构件实现复杂形体建造。BIM（Building Information Modeling）平台所提供的高质量信息使得建造这些复杂形体的可能性大大提升。BIM中包含了参数化思想和技术，利用BIM软件，可以进行数字化分析、参数化建模、设计图解、进行多团队多工种协同设计，输出效果图与动画，输出施工指导图纸，碰撞检测，错误校检，也可以对施工过程进行模拟和管理。

其优势主要表现在如下几个方面：

一是通过BIM构件库的建立，不断增加BIM虚拟构件的数量、种类和规格，逐步建立标准化预制构件库。在生产加工过程中，BIM信息化技术能自动生成构架下料单、派工单、模具规格参数等生产表单；

其次，BIM信息技术有助于完成构件拆分和优化设计，从而避免方案性的不合理导致后期技术和经济性的不合理性。BIM可以减少预制构件的类型和数量，在BIM模型里完成的构件加工图纸，不仅能清楚传达图纸的二维关系，对于复杂的剖面关系也可以清楚表达，从而更加紧密地实现与工厂的协同和对接；

第三，BIM模型能够真实反映复杂形体，利用BIM虚拟建造的功能，可以完成施工模拟碰撞检测和复杂节点的施工模拟安装，施工人员可以清晰地理解设计意图和获知构件的组装信息，避免二维图纸的偏差，形成生产模拟、流程图等辅助性材料，从而提高准确性和效率性。

2.5 构件安装与误差控制

虽然BIM技术能够帮助完成虚拟建造等前期准备工作，但是构件安装最终的实际效果高度依赖现场施工的精度。尤其是在中国，目前大多数的景观建造还是一种低成本、低技术、劳动力密集型的生产方式，因此在规划施工进程和构件安装过程中，建立高效的几何控制系统和为了控制误差累计而采取的技术显得尤为重要。

几何控制系统可以有效建立工作边界划分和整合的依据，不仅可以高效地组织设计工程中的专业协调，而且可以保障所有需要严格控制的部分均达到足够的设计深度。安装过程中，当工作面比较大时，几何控制系统还可以帮助将施工场面拆分成若干个工作面，多个施工队伍可以同时进场施工，从而提高工作效率。施工过程中的热胀冷缩缝、沉降缝等，也需要按照几何控制系统制定的规则进行设置。

同时，为了避免施工过程中的误差累计，需要采用适当的误差消除技术。当使用单一尺寸的构件拼合复杂曲面时，适当加密几何控制系统中的控制线，增加曲面复核测量的次数，并设定误差控制的范围，误差超出控制范围时通过调整构件尺寸来修正；当采用多种尺度的构件来拟合复杂曲面时，在控制线或工作界面处需要反复测量安装的曲面和设计曲面之间的差异，建立新的曲面构件模型。

3 景观预装配技术试验性实践

3.1 项目背景

北京奥南文化商务园属于北京奥林匹克公园六大功能区域之一，之前为奥运公共交通转换站场。随着后奥运时代的大规模、高密度的城市再开发建设，奥南文化商务园将形成具有体育、文化、休闲、金融、信息、商务等功能的城市综合性中心。本项目为奥南文化商务园正中的中心绿地，北侧预留地为2022年冬奥会运动员村，场地西侧是文化设施用地，场地东侧与南侧是商业用地。中心绿地地下开发为服务区域的各类基础服务设施、停车场和商业，地下一层联系地铁公交枢纽和园区各地块地下空间。设计师以景观都市主义理论为指导，提出了“复合表面（Hybrid Surface）”这一概念作为设计意向，通过连续的公共空间构建一个健康的城市休闲系统，使中心绿地融入区域开放空间系统（图4、5）。

3.2 景观预装配技术的应用

在项目之初，设计师便和业主沟通并确立了中心绿地的基本设计理念与技术，其中就包括预装配技术；在方案的概念阶段，设计师设计并提出了项目预装配系统的雏形，确定了使用预装配技术的区域，包括异形收边系统、架空广场系统和可持续模块系统，3个系统相互关联（图6、7）；在深化阶段，配合Rhinoceros和Grasshopper等参数化软件对景观细部进行优化，确定主要构件的材料、模数、装配节点等，使之适合批量生产与施工；在施工之初，应用BIM技术对施工流程进行了合理规划，调配好不同工序之间的衔接，并在此阶段量化生产景观构件；在施工过程中，随时根据之前的计划把控质量与进度，并随时针对产生的问题进行解决；在施工收尾阶段，对不同系统及细部进行验收。

4 奥南文化商务园中心绿地鸟瞰图Bird's view of the Beijing South Olympic Park

5 奥南文化商务园中心绿地平面图及设计过程Master plan and design process of Beijing South Olympic Park

6 奥南文化商务园中心绿地预装配技术体系Landscape architectural prefabricated technology and system of Beijing South Olympic Park

7 三大系统相互耦合关系Relationship of the three systems

3.2.1 架空层广场系统

东西广场坐落在地下室顶板上，整个广场结构从下到上分为3层，即建筑顶板层、架空结构层和铺装面层（图8）。设计师创造性地将铺装面层和地下室顶板之间的架空层作为雨水储存与净化的空间，根据建筑柱网系统设计地垄墙和预制盖板作为持力结构；与柱网轴线成45°的支撑条带内布置方钢龙骨，1 581mm×785.5mm×120mm浅灰色烧面花岗岩面层与方钢龙骨之间放置塑胶垫块，保证面层和结构层之间的柔性连接；花岗岩之间的缝隙用预制的金属限位器固定（图9），保证铺装面层不会相互错位。为了塑造简洁大方的景观形象，设计师统一了所有硬质铺装的材质与颜色，全园主要采用浅灰色烧面花岗岩，局部搭配少量深灰色花岗岩。由于采用了模块化的设计原则，面层材料中90%以上为标准化材料，以方便工厂流水线式生产预制组件。组件按安装先后顺序分批运抵现场后，由工人进行有序安装。铺装层的大部分材料都可以随时拆卸，便于维修或更换。

8 东西架空层广场剖面Section of the lifted plaza

架空广场面层铺装之间均匀设置10mm分缝，这使得广场的雨水能够通过石材缝隙下渗，一方面去掉了传统广场的雨水篦子，另一方面广场可以设计成纯平，即不设任何坡度。架空层内设计800mm厚碎石层兼作建筑保温层和雨水过滤设施，碎石层中布置穿孔波纹管将过滤后的雨水导入地下的雨水蓄积池，供公园绿化用水回收利用，达成了架空广场系统与可持续模块化系统的顺利接驳（图10）。

3.2.2 异形收边系统

异形收边系统为本项目最重要的景观特征。与传统公园道牙石不同，本项目绿地和道路广场之间用异形收边石（图11）分开，标准截面宽度450mm，外高内低，局部放大成座椅状，并结合了灯光布置。由于每块绿地大小不一，异形收边石材的规格略有不同；设计师将所有收边石按照曲率进行优化，当曲率较大时采用非标准加工，当曲率较小、能够用标准石材进行拟合时按照标准石材进行加工。最终设计师将收边系统优化成90%以上为标准构件，剩下的在Rhino软件中切割编号，交由厂家加工生产。

安装过程中，BIM软件生成参数指导安装。所有收边石材运抵现场后，按编号有序吊装，调整至合适位置后进行勾缝固定。但由于石材加工、安装过程中的定位放线会产生一定误差，即便是标准构件，当误差累计到一定程度时，收边系统的安装效果就大打折扣。经反复测试，最终采取的方法是加密控制线，当误差累计到5cm时，现场切割构件消除误差，然后继续安装成品构件。异形构件为工地实测复核结构位置，然后再精细化建模。

3.2.3 可持续模块系统

本项目作为北京市近期具有代表性的新型城市绿地，不但在理念、形式和技术上具有强烈的特色，在生态可持续性方面也有着深入的考虑，主要体现在雨水系统和太阳能系统。设计师将二者以模块化的形式组织起来，配合预装配技术，形成了一整套完整的可持续模块系统（图12）。

9 架空层广场安装详图Detail layering of the lifted plaza

雨水系统功能保证中心绿地内100%雨水就地渗入地下或收集回用。雨水系统包括收集、净化处理和储存，最终用于绿地浇灌和水景循环。在绿地中沿异形收边系统布置模块化的雨水收集模块，部分雨水渗入地下，其余被导入到架空广场下，和广场收集的雨水一起被净化，然后储存到位于地下三层雨水收集池中。雨水收集池兼做水景的循环池，收集的雨水作为水景用水持续循环，水质不会恶化。部分收集的雨水被接入浇灌系统，用于绿地浇灌。

太阳能系统利用中心绿地中部景观平台的挑空区域，平台两侧安装预制金属支撑架，支撑架上铺设太阳能板以获取清洁能源，贮存的能源用于景观照明。

10 架空层广场雨水收集详图Water collection details of the lifted plaza

11 异形收边Irregular edging

12 可持续模块系统平面Plan of the sustainable module system

13 架空层广场施工实景Photo of the lifted plaza on site

14 架空层广场完成实景Photo of the lifted plaza after completion

15 异形收边系统施工实景Photo of the irregular edging system on site

16 异形收边系统完成实景Photo of the irregular edging system after completion

4 总结与展望

在奥南文化商务园中心绿地的设计建造中，设计师不拘泥于传统思维，大胆采用新的技术—预装配技术，即设计师主导方法论、技术研发与总体效果，业主负责把控项目进度与协调各团队关系，工厂按图纸进行构件生产，施工方配合进行高效的装配施工作业。最终不仅实现了新的景观理念和艺术效果，而且摸索出一套完整的技术体系和绿色可持续体系，极大丰富了景观设计与施工实践，对以后的项目有很大的借鉴价值（图13～19）。

项目执行过程中遇到不少挑战，如新的技术刚开始并不能完全获得大家的认同，再加上项目复杂程度高，业主、设计师和建造方三者步调并不完全一致，设计师需要反复到现场查验并提供技术支持，参与各种协调会议；建造方对预装配技术体系理解不够深入，在测量、工序安排等方面准备不足，建造过程甚至局部出现错误而返工。

本文通过对预装配技术的基本研究、预装配技术体系概念的提出与试验性实践可以得出结论：预装配技术体系是一个科学、可行的发展方向。生产力的水平是衡量社会发达水平的标准，预装配体系正是符合高生产力标准的新兴项目建造方式，虽然这一概念目前仍在初级阶段。但相信，在可以展望的将来，随着更多的研究与实践，预装配技术体系会正式来到风景园林行业面前。

17 预装配挡土墙施工实景Photo of the prefabricated retaining wall on site

18 预装配挡土墙完成实景Photo of the prefabricated retaining wall after completion

19 太阳能系统实景Photo of the solar energy system

注释：

①图1、2、3、6：王仲宇绘；图4、5、7、8、9、10、11、12：刘东云工作室（LAUR Studio）提供；图13、15、16、17：蔡凌豪摄；图14、18、19：徐畅摄。

[1]李滨.我国预装配式建筑的现状与发展[J].中国科技信息，2014，（7）：114-115.

Li Bin. The Situation and Development of Prefabricated Architectures in China[J]. China Science and Technology Information, 2014, (7): 114-115.

[2]袁烽，孟媛.基于BIM平台的数字模块化建造理论方法[J].时代建筑，2013，（2）：31-37.

Yuan Feng, Meng Yuan. The Methodology of Digital Modular Fabrication Based on the BIM Platform. Time+Architecture, 2013, (2): 31-37.

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑产业现代化发展纲要[Z]. 2016-03-12.

MOHURD. Outline of Modernization of Construction Industry[Z]. 2016-03-12.

[4]袁烽.从数字化编程到数字化建造[J]．时代建筑，2012，（5）：114-115.

Yuan Feng. From Scripting the Future to Fabricating the Future. Time+Architecture, 2012, (5): 10-21.

[5] LAAC Architekten&Stiefel Kramer Architecture. http:// www.laac.eu/.

[6]简·阿密顿.移动的地平线—凯瑟琳·古斯塔夫森及合伙人事务所的景观设计学[M].曹淑华译.深圳:安基国际印刷出版有限公司，2006：112.

Jane Amidon. Moving Horizons The Landscape Architecture of Kathryn Gustafson and Partners[M]. Translated by Cao Shuhua. Shenzhen: A&J International Printing and Publishing Co.Ltd, 2006: 112.

[7] Wikipedia: Cloud Gate. https://en.wikipedia.org/wiki/ Cloud_Gate.

[8]蔡凌豪.风景园林数字化规划设计概念谱系与流程图解[J].风景园林，2013，（1）：48-57.

Cai Linghao. The Concept Hierarchy and Procedure Diagram of Digital Planning and Design for Landscape Architecture[J]. Landscape Architecture, 2013, (1): 48-57.

（编辑/任京燕）

Study on Landscape Architectural Prefabricated Technology and System —— A Case Study of Beijing South Olympic Park

XU Chang, WANG Zhong-yu, DUAN Wang, SHA Gang, LIU Dong-yun＊

With the rapid development in recent decades, prefabricated technology demonstrates its remarkable ability and vitality in industrial practices in terms of architecture and landscape. This research focuses on the characteristics, development history, and application cases of prefabricated technology in the field of landscape. With the case of Beijing South Olympic Park, this research introduces and summaries the practice of the technology, which aims to figure out how to derive a systematic prefabricated technology including assembly design, assembly project management and assembly production and construction from a single term to benefit further researches and applications.

landscape architecture; prefabricated technology; parametric design

TU986

A

1673-1530(2017)04-0106-08

10.14085/j.fjyl.2017.04.0106.08

2016-09-18

修回日期：2017-03-30

徐畅/1991年生/男/湖北人/北京林业大学园林学院在读硕士研究生/研究方向为风景园林规划与设计（北京100083）

XU Chang, who was born in 1991 in Hubei province, is a postgraduate student of Landscape Architecture in Beijing Forestry University. His research focuses on landscape architecture planning and design (Beijing 100083).

王仲宇/1994年生/女/吉林人/北京林业大学园林学院在读硕士研究生/研究方向为风景园林规划与设计（北京100083）

WANG Zhong-yu, who was born in 1994 in Jilin province, is a postgraduate student of Landscape Architecture in Beijing Forestry University. Her research focuses on landscape architecture planning and design (Beijing 100083).

段旺/1962年生/男/辽宁人/北京新奥集团有限公司教授级高工/研究方向为城市景观规划设计、建筑设计（北京100083）

DUAN Wang, who was born in 1962 in Liaoning province, is a professor-level senior engineer of Beijing ENN Group. His research focuses on urban landscape planning and design , architecture design (Beijing 100083).

沙钢/1971年生/男/辽宁人/北京新奥集团有限公司教授级高工/研究方向为建筑设计（北京100083）

SHA Gang, who was born in 1971 in Liaoning province, is a professor-level senior engineer of Beijing ENN Group. His research focuses on architecture design (Beijing 100083).

刘东云/1976年生/男/湖北人/博士/北京林业大学园林学院副教授/研究方向为生态规划、城市景观规划设计、可持续环境设计（北京100083）

邮箱（Corresponding author Email）：laurstudio@sina.com

LIU Dong-yun, who was born in 1976 in Hubei province, is an associate professor at the School of Landscape Architecture in Beijing Forestry University. His research focuses on ecological planning, urban landscape planning and design, sustainable environmental design (Beijing 100083).