住宅工業(yè)化設(shè)計(jì)及農(nóng)村住宅建構(gòu)研究

劉 博，張廷瑜，張 挺，田 興，王晨軒

(四川仁銘住工建筑設(shè)計(jì)有限公司，四川 成都 610015)

1 住宅平面模塊化設(shè)計(jì)

住宅平面模塊化的思路是在對(duì)大量住宅平面、部件、立面、相關(guān)技術(shù)進(jìn)行梳理、分析、研究的基礎(chǔ)上，將住宅平面的構(gòu)成劃分為一系列功能、結(jié)構(gòu)相對(duì)獨(dú)立、可互換的基本模塊；通過(guò)對(duì)基本模塊的設(shè)計(jì)拼裝、組合形成標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的擴(kuò)展模塊。依據(jù)住宅戶型的各部分功能空間差異，區(qū)分為基本模塊、擴(kuò)展調(diào)整模塊，基本模塊主要包含廚房、衛(wèi)生間、臥室、客廳，擴(kuò)展調(diào)整模塊主要包含門廳、餐廳、儲(chǔ)藏室、過(guò)道、書房、衣帽間、陽(yáng)臺(tái)等；模塊化設(shè)計(jì)的方法就是將成熟的基本模塊與擴(kuò)展調(diào)整模塊依據(jù)功能邏輯進(jìn)行組合，快速設(shè)計(jì)出滿足不同面積區(qū)段、不同平面形態(tài)的住宅戶型；這種方法能縮短設(shè)計(jì)周期、提升住宅設(shè)計(jì)品質(zhì)、保證設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。

2 住宅設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化

住宅設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)是各功能部品模塊化分解，包括住宅平面設(shè)計(jì)的模塊化分解、住宅立面設(shè)計(jì)的模塊化分解、住宅室內(nèi)設(shè)施的模塊化分解三個(gè)方面，共同組成住宅設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化。住宅平面設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化(模塊化分解)主要包含以下方面：入戶門及入口、客廳和餐廳的設(shè)計(jì)、臥室設(shè)計(jì)、廚房設(shè)計(jì)、衛(wèi)生間設(shè)計(jì)、過(guò)道設(shè)計(jì)、儲(chǔ)藏間設(shè)計(jì)、陽(yáng)臺(tái)露臺(tái)設(shè)計(jì)；住宅立面設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化(模塊化分解)主要包含以下幾個(gè)方面：立面風(fēng)格的設(shè)定、立面材料的選擇、立面門窗洞口的設(shè)置、空調(diào)機(jī)位的整合、陽(yáng)臺(tái)露臺(tái)立面優(yōu)化；住宅室內(nèi)設(shè)施(含家具部品)的標(biāo)準(zhǔn)化(模塊化分解)主要包括以下方面：廚房設(shè)施、衛(wèi)生間設(shè)施、生活陽(yáng)臺(tái)設(shè)施、客廳設(shè)施、臥室設(shè)施、餐廳設(shè)施、書房設(shè)施、衣帽間設(shè)施、儲(chǔ)藏間設(shè)施、門廳過(guò)道設(shè)施，涉及到的技術(shù)專業(yè)包含建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、電氣、暖通。

住宅設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的作用[1-2]：①形成開(kāi)發(fā)企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品庫(kù)，提供滿足市場(chǎng)需求的住宅產(chǎn)品；②對(duì)工程項(xiàng)目規(guī)模、內(nèi)容、建造標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目成本控制的可行;③實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的預(yù)期使用功能及產(chǎn)品質(zhì)量的可控性;④提供項(xiàng)目設(shè)計(jì)所需求的各種指標(biāo)、計(jì)算數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)進(jìn)程的可控性;⑤能有效降低工程造價(jià)、控制工程投資、控制工程實(shí)施進(jìn)程，加快建設(shè)速度;⑥減少設(shè)計(jì)工作量及設(shè)計(jì)缺陷、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率;⑦能充分結(jié)合建筑工業(yè)化、裝配化設(shè)計(jì)和施工，實(shí)現(xiàn)建筑部品的工業(yè)化、裝配化，提升住宅產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。標(biāo)準(zhǔn)化是實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化中的重要手段，是工業(yè)化的前提和基本方法，部品的標(biāo)準(zhǔn)化、預(yù)制化是標(biāo)準(zhǔn)化的主要手段，關(guān)系到建筑工業(yè)化的效率和成敗。

3 地產(chǎn)開(kāi)發(fā)住宅設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化體系

隨著房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)市場(chǎng)的發(fā)展，選擇“高周轉(zhuǎn)、標(biāo)準(zhǔn)化”的房地產(chǎn)企業(yè)，業(yè)績(jī)?cè)鏊倨毡檩^快，從市場(chǎng)、客戶、企業(yè)自身發(fā)展等多方面考慮，加強(qiáng)對(duì)住宅產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化體系的研究具有重要意義。典型的住宅產(chǎn)品開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化體系包括產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(戶型)庫(kù)、產(chǎn)品創(chuàng)新研究、管理制度創(chuàng)新[3]。

產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)措施，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)用于控制和評(píng)判產(chǎn)品的品類設(shè)置和保證設(shè)計(jì)質(zhì)量，技術(shù)措施主要針對(duì)通用做法、節(jié)點(diǎn)的技術(shù)指導(dǎo)，需符合設(shè)計(jì)規(guī)范和項(xiàng)目建設(shè)的要求，同時(shí)與成本、工程、營(yíng)銷要求一致。標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(戶型)庫(kù)是滿足客戶不同需求的技術(shù)措施、產(chǎn)品系統(tǒng)的基礎(chǔ)。一般分為全面覆蓋型與重點(diǎn)通用型，具有多樣性、靈活性、便捷性、開(kāi)放性的特征。產(chǎn)品創(chuàng)新研究指通過(guò)對(duì)行業(yè)內(nèi)的新技術(shù)、新產(chǎn)品做前瞻性研究，引入各種新的技術(shù)手段和技術(shù)平臺(tái)，比如BIM技術(shù)、裝配式建筑、AR技術(shù)、信息化管理平臺(tái)等，應(yīng)對(duì)未來(lái)市場(chǎng)需求的變化。管理制度創(chuàng)新是標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品研發(fā)體系搭建、升級(jí)過(guò)程的保障和依據(jù)，其基本特征應(yīng)具有簡(jiǎn)潔、清晰、可量化性及可復(fù)制性。

4 住宅設(shè)計(jì)工業(yè)化

工業(yè)化住宅建設(shè)是建立在住宅體系標(biāo)準(zhǔn)化和住宅部品系統(tǒng)化基礎(chǔ)上，以住宅產(chǎn)品設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、住宅部品生產(chǎn)制造工廠化、項(xiàng)目施工機(jī)械化、住宅全生命周期信息化管理為特征；采取由標(biāo)準(zhǔn)部品組成標(biāo)準(zhǔn)房間，再由標(biāo)準(zhǔn)房間組合成標(biāo)準(zhǔn)套型，最后由標(biāo)準(zhǔn)套型組成標(biāo)準(zhǔn)戶型的手段的新型住宅建構(gòu)體系。與傳統(tǒng)現(xiàn)澆構(gòu)件方式相比，工業(yè)化裝配式構(gòu)件方式具有節(jié)能環(huán)保、綠色施工、節(jié)約勞動(dòng)力、施工速度快、產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，能最大限度滿足“新型綠色智能化建筑”的需求[4]。其技術(shù)內(nèi)涵[5]主要如下。

1)合理的工業(yè)化住宅設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工體系是發(fā)展住宅工業(yè)化建造的前提，合理的預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)成體系和高性能的圍護(hù)、分隔、內(nèi)部裝修體系是其中的關(guān)鍵因素。

2)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、商品化住宅部品配置需滿足工業(yè)化建造的標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一要求，同時(shí)滿足市場(chǎng)化的多樣性需求；住宅建造所需各類部品、構(gòu)件的規(guī)格系列化、標(biāo)準(zhǔn)化是實(shí)現(xiàn)預(yù)制部品工業(yè)化生產(chǎn)的前提。

3)以標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化為基礎(chǔ)的住宅設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)住宅部品系列化、商品化生產(chǎn)的前提條件，是住宅產(chǎn)品得以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化建造的關(guān)鍵。

4)住宅各分部部品的工業(yè)化制備和體系化裝配式施工工藝是保障工業(yè)化建造的基礎(chǔ)，是提高工程建構(gòu)質(zhì)量和整體性能的關(guān)鍵步驟，需要各種專用施工、安裝機(jī)械設(shè)備的不斷升級(jí)。

5)信息化管理(BIM)能保障住宅建造階段項(xiàng)目參與各方的信息傳遞更加快捷、準(zhǔn)確，提升住宅后期使用與維護(hù)的方便性。

基于模數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化部品的工業(yè)化住宅設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)、建構(gòu)體系為：基于定型化的工業(yè)化住宅產(chǎn)品體系，由建筑師從產(chǎn)品庫(kù)中選擇合適的產(chǎn)品進(jìn)行組合，再根據(jù)產(chǎn)品的性能要求選用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的建筑部品，設(shè)計(jì)出滿足要求的基本建筑方案；然后由結(jié)構(gòu)工程師根據(jù)住宅應(yīng)有的結(jié)構(gòu)性能，選用標(biāo)準(zhǔn)化系列化結(jié)構(gòu)部品組成的結(jié)構(gòu)模型，驗(yàn)算各部品是否滿足結(jié)構(gòu)性能，直至滿足為止；水暖電等其他專業(yè)工程師根據(jù)建筑部品中已集成為一體的設(shè)計(jì)布置提出整體方案；最后由施工單位根據(jù)部品清單到市場(chǎng)購(gòu)買住宅部品，運(yùn)送至項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行部品裝配、建成預(yù)期的建筑產(chǎn)品。

基于模數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化部品生產(chǎn)、施工的工業(yè)化住宅設(shè)計(jì)需解決的主要問(wèn)題如下：①研發(fā)可采用工業(yè)化生產(chǎn)方式建造的工業(yè)化住宅建構(gòu)體系，如SI百年建筑體系；②解決工業(yè)化住宅的標(biāo)準(zhǔn)化與多樣性、個(gè)性化的矛盾，以標(biāo)準(zhǔn)化為前提實(shí)現(xiàn)多樣性與個(gè)性化的結(jié)合，通過(guò)分析建筑中標(biāo)準(zhǔn)化的基本單位、采用異形構(gòu)件組合的方式實(shí)現(xiàn)建筑的多樣性；③形成標(biāo)準(zhǔn)化系列化的部品體系、并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化：通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、模數(shù)協(xié)調(diào)、規(guī)模生產(chǎn)、配套供應(yīng)、技術(shù)集成、系列開(kāi)發(fā)的建構(gòu)體系的建立，實(shí)現(xiàn)建構(gòu)部品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和供應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化。

5 新農(nóng)村住宅建設(shè)新型建構(gòu)體系

新農(nóng)村住宅建設(shè)具有大量性、可復(fù)制性，能很好地跟建筑工業(yè)化結(jié)合，采取工廠預(yù)制與現(xiàn)場(chǎng)安裝配合的建構(gòu)方式。考慮到農(nóng)村住宅建設(shè)運(yùn)輸、施工條件的限制，推薦以下兩種建構(gòu)體系(見(jiàn)圖1)。

圖1 骨架支撐體系盒子房屋

1)骨架支撐體系盒子房屋。采用該體系建構(gòu)的農(nóng)村住房可采用輕質(zhì)鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)作為骨架支撐，結(jié)合金屬板材、復(fù)合水泥板材、改性木質(zhì)板材等作為外圍護(hù)體系，內(nèi)部隔墻系統(tǒng)采用輕鋼板材系統(tǒng)或輕質(zhì)墻板，預(yù)留水、電、暖管線、設(shè)備系統(tǒng)，有條件的可以復(fù)合房屋內(nèi)部裝修。

盒子建筑是指用工廠化生產(chǎn)的盒子狀構(gòu)件組合而成的全裝配式建筑，構(gòu)件由頂板、底板和四面墻板組成，因其外形與盒子相似，故稱“盒子構(gòu)件”[6]。這種盒子依據(jù)建筑功能和結(jié)構(gòu)體系對(duì)建筑進(jìn)行分解，形成以房間為基礎(chǔ)單元的裝配式盒裝單元(一種空間模塊)；每個(gè)單元內(nèi)部的設(shè)備、管線、裝修、固定家具均已做好，外立面裝修也基本完成；然后將這些箱形的整體構(gòu)件運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，就像“搭建積木”一樣拼裝在一起，或與其他預(yù)制構(gòu)件及現(xiàn)澆構(gòu)件相結(jié)合建成房屋；施工現(xiàn)場(chǎng)僅需要完成盒子就位、構(gòu)件之間的連接、管線連接等總體工序，大量減少施工現(xiàn)場(chǎng)的濕法施工作業(yè)。這種新型建構(gòu)方式可以建成單層、多層或高層房屋建筑。

盒子建筑構(gòu)件體系的優(yōu)點(diǎn)主要有：①施工速度快，同現(xiàn)澆建筑相比可縮短施工周期50%～70%；②裝配化程度高(裝配率可達(dá)85%以上)、便于拆卸，水、暖、電、衛(wèi)等設(shè)施安裝和房屋內(nèi)部裝修都由工廠預(yù)制完成，施工現(xiàn)場(chǎng)完成構(gòu)件吊裝、節(jié)點(diǎn)處理、接通管線就能使用；③混凝土盒子構(gòu)件是一種空間薄壁結(jié)構(gòu)，自重較輕，與磚混建筑相比，可減輕結(jié)構(gòu)自重50%以上，而整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度上略有提升。

盒子建筑的結(jié)構(gòu)體系如下：①無(wú)骨架整體裝配體系：適合低層、多層和小于等于18層的高層建筑，整體盒子結(jié)構(gòu)一般由鋼筋混凝土在工廠預(yù)制完成，常用采用模板整體澆筑成型的方法，其整體剛度較大、安全性及耐久性較好；②骨架支撐體系：含空體框架、有平臺(tái)框架、筒體結(jié)構(gòu)等類型。通常用鋼、鋁、木材、鋼筋混凝土作為結(jié)構(gòu)支撐骨架，再用輕型板材圍合形成整體盒子。

2)低層模塊化預(yù)制混凝土裝配式房屋[7]。技術(shù)特點(diǎn)：①模塊化設(shè)計(jì)，戶型模塊化設(shè)計(jì)、可滿足多種戶型需求、空間百變；②標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件，標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制混凝土構(gòu)件模塊化施工、全干法作業(yè)、耐久性好、抗震性能高；③裝配式施工，主體結(jié)構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件機(jī)械連接、裝飾裝修采用裝配式集成裝修、運(yùn)輸方便、施工速度快；④集成化裝修，集成化裝配式裝修、管線分離、安裝快捷、維修簡(jiǎn)單。

該構(gòu)件體系的施工工序如下：①預(yù)留基礎(chǔ)施工螺栓；②墻體安裝；③圈梁安裝；④樓板安裝；⑤女兒墻安裝；⑥集成管線預(yù)埋；⑦保溫層施工；⑧集成化內(nèi)裝；⑨外墻縫打膠；⑩外裝工程施工。

集成化內(nèi)裝包含以下內(nèi)容：①架空地面系統(tǒng)；②快裝地面系統(tǒng)；③集成采暖系統(tǒng)；④輕質(zhì)隔墻系統(tǒng)；⑤快裝墻面系統(tǒng)；⑥集成吊頂系統(tǒng)；⑦薄法排水系統(tǒng)；⑧快裝給水系統(tǒng)；⑨集成衛(wèi)浴系統(tǒng)；⑩集成廚房系統(tǒng)；套裝門窗系統(tǒng)；智能家居系統(tǒng)。

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