裝配式住宅建筑的設(shè)計(jì)創(chuàng)新與應(yīng)用研究

顧 婧

（江蘇中甲工程設(shè)計(jì)有限公司，江蘇 南京 210007）

1 裝配式住宅建筑的特點(diǎn)

1.1 裝配式住宅建筑的優(yōu)點(diǎn)

裝配式住宅建筑因其應(yīng)用零部件直接安裝搭建建筑這一特征，可以在眾多專業(yè)工廠直接進(jìn)行安裝生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的制備。將工地搬向工廠，這種更加標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)方式，能夠直接控制各種類型的建筑材料及其零部件的力學(xué)性能與建造標(biāo)準(zhǔn)。裝配式住宅建筑需要生產(chǎn)和加工的各種建筑構(gòu)件產(chǎn)品質(zhì)量較為穩(wěn)定可控，具有更高的安全性和保障性。同時(shí)，裝配式住宅建筑施工過程還具有一定的操作靈活性，可以根據(jù)實(shí)際的建筑情況來自行決定各種建筑材料的實(shí)際使用量，從而在一定程度上減少了建筑施工過程中建筑材料的大量儲存，節(jié)省了場地租金。此外，裝配式住宅建筑的施工建造可以減少建筑材料現(xiàn)場的保護(hù)工作量，減少對場地周邊環(huán)境的破壞，從而充分發(fā)揮企業(yè)保護(hù)生態(tài)環(huán)境的積極作用。傳統(tǒng)施工受制于季節(jié)氣候的影響，惡劣天氣時(shí)無法施工，但裝配式建筑施工受環(huán)境影響較小，工廠批量加工、養(yǎng)護(hù)各類構(gòu)件的方式也可以極大提高施工效率與速度。因此，裝配式住宅建筑因其有效控制房屋質(zhì)量并減少施工周期等突出優(yōu)勢適合被廣大房企、政府保障房項(xiàng)目積極采用。

1.2 裝配式住宅建筑的局限性

當(dāng)前我國的裝配式住宅建筑仍然存在一些技術(shù)問題，主要體現(xiàn)在目前國家對于裝配式住宅建筑的工程設(shè)計(jì)、竣工驗(yàn)收等相關(guān)管理的標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)指標(biāo)需要進(jìn)一步明確。在建筑構(gòu)件的設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程中，其尺寸及位置等都必須盡可能地精確設(shè)計(jì)，如果不能精確設(shè)計(jì)，就很有可能需要進(jìn)行現(xiàn)場施工開槽、開洞或重新設(shè)計(jì)，這在一定的技術(shù)程度上增加了建筑設(shè)計(jì)、構(gòu)件生產(chǎn)及建造施工時(shí)的技術(shù)難度。批量化的生產(chǎn)模式也會加大一定的錯(cuò)料風(fēng)險(xiǎn)，對設(shè)計(jì)及生產(chǎn)單位的要求都會相應(yīng)提高。此外，構(gòu)件生產(chǎn)工廠如果離實(shí)際建筑施工現(xiàn)場太遠(yuǎn)，可能會增加材料運(yùn)輸施工中的時(shí)間成本。

2 裝配式住宅建筑設(shè)計(jì)創(chuàng)新

我國裝配式住宅建筑發(fā)展時(shí)間較短，但發(fā)展迅速，已有較多實(shí)踐案例可供研究。文章通過對當(dāng)前實(shí)踐較多的裝配式住宅建筑設(shè)計(jì)要素及我國與日本的裝配式住宅創(chuàng)新設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，為我國裝配式住宅建筑的發(fā)展提供一定的參考，以期達(dá)到一定的促進(jìn)作用。

2.1 現(xiàn)階段裝配式住宅建筑設(shè)計(jì)的普遍特點(diǎn)

我國裝配式住宅設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)主體部分，并已達(dá)到一定的工業(yè)化。通過對預(yù)制外墻、疊合樓板、內(nèi)墻條板、樓梯、空調(diào)板、凸窗和女兒墻等構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)組合，與現(xiàn)澆部分共同達(dá)到最終效果。裝配式住宅也多采用混進(jìn)凝土結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，這也與傳統(tǒng)的住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式相同。

此外，在預(yù)制率要求較高的地方，精裝修住宅會采用廚衛(wèi)集成式吊頂?shù)冗x項(xiàng)，內(nèi)部如衛(wèi)生間、廚房等功能性較強(qiáng)的區(qū)域仍然為傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)施工方案。住宅建筑外部裝飾如外墻飾面、保溫，以及房間內(nèi)部裝修也基本為傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)施工方案，這些尚未達(dá)到工業(yè)化的部分存在較多的二次施工和濕作業(yè)問題，這部分設(shè)計(jì)內(nèi)容有相當(dāng)大的空間可供研究與實(shí)踐。

2.2 我國裝配式住宅設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)例

（1）主體結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)創(chuàng)新。雖然我國的裝配式住宅建筑主體部分以混凝土PC結(jié)構(gòu)為主，其他結(jié)構(gòu)形式的住宅建筑所占比例極少，但作為裝配式住宅家族的后起之秀，鋼結(jié)構(gòu)住宅在我國新建房屋中所占的比例不斷提高。裝配式鋼結(jié)構(gòu)具有建設(shè)周期短、抗風(fēng)抗震性能佳、空間布置靈活、滿足超高層和超跨度結(jié)構(gòu)要求等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于高層住宅。我國是鋼材生產(chǎn)、使用大國，推行裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅具有非常重要的意義。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2019年6月發(fā)布了《裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 469—2019），該標(biāo)準(zhǔn)已于同年10月1日起正式開始實(shí)施，在鋼結(jié)構(gòu)住宅的集成設(shè)計(jì)、各大系統(tǒng)等諸多方面做出了細(xì)致的規(guī)范，為裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑設(shè)計(jì)提供了有力的技術(shù)支持。以山西迎曦園鋼結(jié)構(gòu)住宅為例，其地上34層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用鋼結(jié)構(gòu)——中心支撐的結(jié)構(gòu)體系，傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑高層平均5d才能蓋一層，而山西鋼結(jié)構(gòu)住宅平均3d就可以裝配一層。同時(shí)可以減少大量的模具使用，切實(shí)減少建筑垃圾。項(xiàng)目采用自研的隱式框架鋼結(jié)構(gòu)體系，該體系由鋼梁混凝土柱、鋼板剪力墻、裝配式內(nèi)外墻板、裝配式裝修等組成。隱式框架鋼結(jié)構(gòu)住宅體系構(gòu)件尺寸小，便于隱藏于主要建筑墻體內(nèi)，室內(nèi)無凸梁凸柱，適應(yīng)住宅建筑的布局。

（2）鋼結(jié)構(gòu)外墻板維護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。北京成壽寺安置房項(xiàng)目中，以輕質(zhì)的混凝土外墻板為外墻維護(hù)結(jié)構(gòu)，在外墻板室內(nèi)側(cè)做輕鋼龍骨內(nèi)裝修系統(tǒng)，主體結(jié)構(gòu)與外墻板之間采用滑移節(jié)點(diǎn)，可以消除地震應(yīng)力對外墻板的作用，確保建筑外圍護(hù)系統(tǒng)不受破壞，同時(shí)體系化的設(shè)計(jì)可以統(tǒng)籌考慮保溫、防火、防水等功能要求，使其更加標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。

裝配式建筑的設(shè)計(jì)創(chuàng)新應(yīng)將材料的科學(xué)應(yīng)用作為重點(diǎn)，能夠有效確保這種裝配式住宅主體建筑設(shè)計(jì)的合理性及科學(xué)性。在裝配式住宅建筑設(shè)計(jì)施工過程中，有必要合理地選擇使用新型的材料，同時(shí)還要注重新型材料連接構(gòu)造工藝的綜合使用，這樣不僅能使裝配式住宅建筑施工質(zhì)量水平得到有效提升，還可以進(jìn)一步降低住宅施工的材料能耗成本。

2.3 日本裝配式住宅的設(shè)計(jì)創(chuàng)新

我國裝配式住宅建筑發(fā)展時(shí)間較短，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)仍處在初步發(fā)展的階段，且我國地域遼闊，氣候條件相差較大，因此各地對裝配式住宅建筑的標(biāo)準(zhǔn)和預(yù)制率要求也不盡相同，非常需要將國外的優(yōu)秀案例作為參考，補(bǔ)充我國裝配式住宅建筑的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。鄰國日本的裝配式住宅建筑發(fā)展已有60余年，設(shè)計(jì)建造工藝已發(fā)展幾代體系，形成了一套相當(dāng)成熟的設(shè)計(jì)-生產(chǎn)-施工工藝，且其國民生活、文化等方面與我國相近，其裝配式住宅的創(chuàng)新設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)值得吸收和借鑒。

（1）與我國裝配式住宅建筑主要為主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同，日本住宅的內(nèi)裝也發(fā)展出了一套裝配工業(yè)化體系，并追求一定的品質(zhì)，部分裝配式住宅的預(yù)制率達(dá)到75%以上，建造更加標(biāo)準(zhǔn)化的住宅產(chǎn)品。與我國住宅建筑結(jié)構(gòu)主體外部飾面部分，特別是慣用的外墻外保溫設(shè)計(jì)做法不同的是，日本的外墻面磚、保溫材料等直接粘貼在預(yù)制混凝土構(gòu)件上，采用一體化的設(shè)計(jì)模式。這樣既能大幅度減少后續(xù)人工作業(yè)的時(shí)間，也能起到保護(hù)混凝土構(gòu)件的作用，防止二次施工中釘、打、敲、砸對主體結(jié)構(gòu)的破壞。內(nèi)部衛(wèi)生間也基本為工業(yè)化的整體成品，衛(wèi)生間內(nèi)部的墻、地磚和衛(wèi)浴設(shè)施均在工廠制作好，地面管線采用鍍鋅支架固定，可以減少類似我國住宅衛(wèi)生間降板回填的施工步驟，并節(jié)省材料。內(nèi)部裝修施工，例如包含墻紙的整體式墻板等都可以極大減少二次施工，節(jié)約人力，配合主體施工、設(shè)備安裝等進(jìn)程壓縮施工時(shí)間，方便統(tǒng)籌管理。

（2）日本有大量的單、低層住宅建筑，不同于高層的混凝土PC結(jié)構(gòu)，一般采用鋼結(jié)構(gòu)的集成住宅或木結(jié)構(gòu)住宅形式，可為我國單層、低層的別墅等項(xiàng)目提供一定的參考。

（3）施工圖部分的深化設(shè)計(jì)更為細(xì)致。與我國大部分施工圖設(shè)計(jì)分工作用有些差異，日本的施工圖深化設(shè)計(jì)主要面對的是施工方，更強(qiáng)調(diào)滿足建造過程中各種構(gòu)件的安裝說明問題。這在裝配式精細(xì)化設(shè)計(jì)建造上的作用非常關(guān)鍵，這樣預(yù)埋件、開槽等在工廠完成之后，如果施工深化圖紙可以做到非常準(zhǔn)確，并詳盡指導(dǎo)工人施工，將會極大減少返工的可能性。

3 裝配式住宅建筑應(yīng)用研究

3.1 裝配式設(shè)計(jì)精確施工

傳統(tǒng)的建筑住宅工程大多都是現(xiàn)場開展施工作業(yè)，對建筑材料、機(jī)械、人員等建筑資源的施工安排較為困難，因此會降低一部分施工精確度，若施工計(jì)劃不夠嚴(yán)謹(jǐn)，則會在一定程度上造成建筑資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。在這種情況下，選擇裝配式住宅建筑可以創(chuàng)建施工資源模型，并根據(jù)實(shí)際施工需要進(jìn)行材料配備，依照施工資源的利用變化來準(zhǔn)確判斷裝配式預(yù)制件的制備生產(chǎn)狀況，這就極大提高了施工資源的綜合利用效率，實(shí)現(xiàn)企業(yè)優(yōu)化材料配置和資源節(jié)能的效果。與此同時(shí)，在裝配式住宅建筑設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注重?cái)?shù)據(jù)計(jì)算的合理性，這樣能避免工程分部和各工程間的數(shù)據(jù)發(fā)生沖突，使建筑材料可以得到充分的綜合利用。裝配式住宅建筑需要設(shè)計(jì)房屋的內(nèi)部預(yù)埋件及外部吊裝件，應(yīng)避免反復(fù)更改預(yù)埋件的尺寸深度等信息。相應(yīng)構(gòu)件結(jié)合的精度和穩(wěn)定性對整個(gè)工程的開展具有重要的影響，這就要求在進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)施工時(shí)，需要充分采用一套科學(xué)合理的建筑施工工藝技術(shù)，以保證安裝裝配式構(gòu)件的質(zhì)量和效率。

3.2 抗?jié)B漏技術(shù)的應(yīng)用

在降水量較大的地區(qū)，設(shè)計(jì)需要充分考慮環(huán)境因素，采用合理的防水抗腐設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)基本的防水和抗?jié)B功能。裝配式住宅構(gòu)件之間多為拼接安裝而非現(xiàn)澆，存在有縫隙的可能性，例如預(yù)制部分與現(xiàn)澆部分交接處，或者后期封堵不完整。這就需要一定的排水設(shè)計(jì)，如在構(gòu)件交接處增加企口，分縫處進(jìn)行打膠處理增加防水性，豎向混凝土構(gòu)件增加泄水通道和加大混凝土構(gòu)件排水坡度，合理設(shè)計(jì)，達(dá)到及時(shí)疏導(dǎo)雨水的目的。

3.3 結(jié)合BIM技術(shù)的應(yīng)用

建造BIM模型，將項(xiàng)目各類相關(guān)信息集成在一個(gè)參數(shù)模型中，包括建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣等多項(xiàng)技術(shù)內(nèi)容。從項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)起步，直到生產(chǎn)、安裝調(diào)試、裝修和運(yùn)行維護(hù)等過程，傳遞數(shù)據(jù)和信息，增強(qiáng)建筑工程設(shè)計(jì)人員對建筑信息模式的理解，提高設(shè)計(jì)應(yīng)對能力和效率，可減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和設(shè)計(jì)變更，最大限度地避免拆改，減少對結(jié)構(gòu)的破壞，提高工程質(zhì)量，更有利于保證施工工期，節(jié)約工程投資。在后期的運(yùn)維中，將BIM模型集成到運(yùn)維平臺，在其生命周期內(nèi)不斷地進(jìn)行維護(hù)，可以提高建筑物運(yùn)營維護(hù)過程的系統(tǒng)性、可控性、高效性。

4 結(jié)束語

裝配式住宅建筑的應(yīng)用也可以提高建筑的性能和質(zhì)量，在明確裝配式住宅的優(yōu)點(diǎn)后，建議進(jìn)一步推廣，促進(jìn)我國住宅建筑產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化和升級。總之，為了體現(xiàn)裝配式住宅建筑的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)上除了必要的創(chuàng)新性，更應(yīng)該注重節(jié)能、環(huán)保的特點(diǎn)，同時(shí)還要結(jié)合行業(yè)主體的需求，做到科學(xué)、合理設(shè)計(jì)。