裝配式建筑正向設(shè)計(jì)原則與要點(diǎn)分析

卞成威

（上海君道住宅工業(yè)有限公司，上海 202012）

0 引言

近年來(lái)，裝配式建筑因其綠色節(jié)能、低碳環(huán)保、可有效促進(jìn)建筑業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型升級(jí)等特點(diǎn)受到重視，2025年使裝配式建筑占新建建筑的比例達(dá)到30%，“大力推廣裝配式建筑”已成為國(guó)家重點(diǎn)規(guī)劃內(nèi)容。

裝配式建筑在日本、歐美等國(guó)家已有超過(guò)50年的發(fā)展歷史，各方面技術(shù)理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)非常豐富，已形成各具特色、適合本國(guó)實(shí)際情況的裝配式建筑體系。雖然近幾年我國(guó)裝配式建筑行業(yè)出現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，但仍處于起步階段，加之國(guó)內(nèi)外建筑業(yè)實(shí)際情況不同，適用的規(guī)范也有較大差異，國(guó)外很多成功案例和經(jīng)驗(yàn)無(wú)法作為參考，裝配式建筑在國(guó)內(nèi)的發(fā)展仍處于摸索前進(jìn)的狀態(tài)，應(yīng)用過(guò)程中也暴露出諸多問(wèn)題。

裝配式建筑設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)技術(shù)含量和難度最大，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)若出現(xiàn)問(wèn)題，后續(xù)的構(gòu)件生產(chǎn)、施工環(huán)節(jié)很難解決，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)起著龍頭先導(dǎo)的作用，決定著裝配式項(xiàng)目的質(zhì)量、成本和效率。本文將對(duì)裝配式建筑正向設(shè)計(jì)各設(shè)計(jì)階段的要點(diǎn)進(jìn)行分析，并進(jìn)行歸納總結(jié)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)相關(guān)內(nèi)容有深入理解才能真正做到面向建筑裝配的正向設(shè)計(jì)。

1 裝配式建筑特點(diǎn)

裝配式建筑是指將建筑的部分或全部構(gòu)件在工廠預(yù)制完成，運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)可靠的連接方式組裝而形成的建筑。裝配式建筑技術(shù)最初的目的是希望通過(guò)科學(xué)的方式進(jìn)行合理地規(guī)劃建設(shè)流程，從而提高建設(shè)效率和質(zhì)量，降低建設(shè)成本。因?qū)嶋H情況不同，不同國(guó)家形成略有差異的裝配式建筑體系，但“標(biāo)準(zhǔn)化”“預(yù)加工”“系統(tǒng)性”是所有裝配式建筑體系共同的特點(diǎn)。

1）標(biāo)準(zhǔn)化是工廠能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)構(gòu)件的必要條件，而要實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化又需要先實(shí)現(xiàn)建筑模數(shù)的統(tǒng)一。因此在“二戰(zhàn)”后的十幾年時(shí)間里，國(guó)際上逐漸建立了一套評(píng)價(jià)構(gòu)件規(guī)格的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，包括材料、結(jié)構(gòu)、公差、安裝要求等。

2）預(yù)加工是指構(gòu)件提前在工廠生產(chǎn)，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配，可提升建設(shè)速度，降低建設(shè)成本。從是否需要單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，構(gòu)件大致分為2類：①不需要單獨(dú)設(shè)計(jì)可適用于絕大多數(shù)項(xiàng)目的通用型構(gòu)件；②針對(duì)某個(gè)項(xiàng)目單獨(dú)設(shè)計(jì)的專用型構(gòu)件。

3）系統(tǒng)性是指裝配式建筑的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工一體化，一體化有利于整合產(chǎn)業(yè)鏈資源，減少因各環(huán)節(jié)溝通不暢而引發(fā)的一系列問(wèn)題，促進(jìn)裝配式建筑良性發(fā)展。

2 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式在裝配式建筑中存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑只有設(shè)計(jì)和施工2個(gè)環(huán)節(jié)，而且2個(gè)環(huán)節(jié)往往是獨(dú)立進(jìn)行的，雖然也有聯(lián)系，但聯(lián)系并不是發(fā)生在工作進(jìn)行過(guò)程中，而是在工作結(jié)束后交由下一個(gè)環(huán)節(jié)的單位進(jìn)行審查，如設(shè)計(jì)單位圖紙完成后會(huì)交于施工單位進(jìn)行圖紙會(huì)審。裝配式建筑增加了生產(chǎn)環(huán)節(jié)，同時(shí)設(shè)計(jì)部分也增加了深化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，如果仍按傳統(tǒng)模式，則導(dǎo)致每個(gè)環(huán)節(jié)都是孤立的，僅是產(chǎn)業(yè)鏈上下游的關(guān)系。我國(guó)裝配式建筑的發(fā)展還處于初期階段，裝配式混凝土建筑各環(huán)節(jié)的專業(yè)人員尚比較稀缺，規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)體系也在逐步完善中。目前，大部分設(shè)計(jì)人員缺乏裝配式設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，裝配式設(shè)計(jì)能力比較薄弱，在設(shè)計(jì)方面常出現(xiàn)各類問(wèn)題。導(dǎo)致問(wèn)題出現(xiàn)的原因如下。

2.1 外部原因

1）政策 初期階段，全國(guó)各地裝配式建筑發(fā)展水平不同，政府和當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)企業(yè)的認(rèn)識(shí)也存在差距，導(dǎo)致有些地方的政策缺乏科學(xué)性和合理性。

2）規(guī)范 目前我國(guó)裝配式相關(guān)規(guī)范尚未形成完善的體系，理論研究和實(shí)踐不足，與國(guó)外相關(guān)規(guī)范對(duì)比相對(duì)保守和謹(jǐn)慎。

3）結(jié)構(gòu)體系 國(guó)內(nèi)高層住宅基本采用剪力墻體系，但裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系在預(yù)制裝配方面仍存在一些障礙需要克服，國(guó)外高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)采用較少，缺乏可借鑒經(jīng)驗(yàn)。

4）項(xiàng)目開(kāi)發(fā) 業(yè)主方在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)階段沒(méi)有裝配式的概念，設(shè)計(jì)服務(wù)模式選擇上仍按照傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式進(jìn)行委托，后期需要做裝配式時(shí)再?gòu)?qiáng)行拆分為裝配式建筑，導(dǎo)致設(shè)計(jì)協(xié)同不到位，集成設(shè)計(jì)內(nèi)容缺項(xiàng)。

2.2 內(nèi)部原因

1）裝配式設(shè)計(jì)意識(shí)缺乏 建筑和結(jié)構(gòu)方案階段的設(shè)計(jì)師未遵循裝配式建筑規(guī)律和特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，給后續(xù)預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)、制作、施工帶來(lái)困難。

2）協(xié)同設(shè)計(jì)不到位 裝配式建筑設(shè)計(jì)除要覆蓋設(shè)計(jì)院全專業(yè)外，還需覆蓋設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝全過(guò)程，任何環(huán)節(jié)的協(xié)同缺失均會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)出問(wèn)題。

3）設(shè)計(jì)深度不足 深化設(shè)計(jì)圖紙需表達(dá)各專業(yè)內(nèi)容，而且對(duì)于細(xì)節(jié)要求非常高，內(nèi)容表達(dá)不完整、信息不明確等設(shè)計(jì)深度不足會(huì)導(dǎo)致后續(xù)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題。

4）生產(chǎn)和施工環(huán)節(jié)不熟悉 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)和安裝環(huán)節(jié)有很多約束條件，這些約束條件會(huì)反過(guò)來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)造成影響，未遵循約束條件的設(shè)計(jì)圖紙?jiān)谏a(chǎn)和安裝階段會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題。

3 正向設(shè)計(jì)的定義與優(yōu)勢(shì)

裝配式建筑正向設(shè)計(jì)是指從方案階段就根據(jù)裝配式建筑的特點(diǎn)和規(guī)律，以“少規(guī)格、多組合”理念為指導(dǎo)，充分考慮后期生產(chǎn)和安裝的約束條件，利用BIM平臺(tái)，使各專業(yè)在統(tǒng)一模型中進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，同時(shí)要求構(gòu)件生產(chǎn)單位、施工單位和其他相關(guān)單位（如精裝、幕墻單位）一起參與設(shè)計(jì)過(guò)程。由于裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)化、預(yù)加工、系統(tǒng)性的特點(diǎn)，很多步驟需前置到設(shè)計(jì)階段進(jìn)行考慮，正向設(shè)計(jì)可將設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工3個(gè)階段的方案和要求通過(guò)BIM平臺(tái)集成在一起，將生產(chǎn)和施工階段有可能遇到的問(wèn)題前置到設(shè)計(jì)階段解決。正向設(shè)計(jì)的應(yīng)用真正實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的主導(dǎo)作用，使設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過(guò)程中所做的決策更加科學(xué)合理，依托BIM平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，建立完善的多專業(yè)溝通協(xié)調(diào)機(jī)制，規(guī)避不同專業(yè)間的設(shè)計(jì)沖突及傳統(tǒng)模式中設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工相互推諉的現(xiàn)象。同時(shí)，依托BIM平臺(tái)三維建模出圖特點(diǎn)，不但可減少圖紙中的錯(cuò)誤、節(jié)省出圖時(shí)間，還可保證各專業(yè)的一致性及后期變更的及時(shí)性。

4 正向設(shè)計(jì)原則與各設(shè)計(jì)階段要點(diǎn)

裝配式建筑設(shè)計(jì)人員需按照裝配式建筑規(guī)律和特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，遵循一定的設(shè)計(jì)原則，才能真正實(shí)現(xiàn)正向設(shè)計(jì)的目標(biāo)和項(xiàng)目工期、成本等方面的效益。

4.1 正向設(shè)計(jì)原則

1）協(xié)同設(shè)計(jì)原則 裝配式設(shè)計(jì)應(yīng)貫穿設(shè)計(jì)全過(guò)程，除設(shè)計(jì)院內(nèi)部各專業(yè)外，構(gòu)件生產(chǎn)單位、施工單位和相關(guān)裝修單位、幕墻單位等均應(yīng)一起參與。外部單位需將相關(guān)預(yù)留預(yù)埋、管線、開(kāi)洞等信息和其他約束條件及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)單位，以免造成遺漏或錯(cuò)誤。為達(dá)到協(xié)同設(shè)計(jì)目標(biāo)，業(yè)主方在設(shè)計(jì)初期就必須與預(yù)制構(gòu)件工廠、施工總包企業(yè)、精裝修單位、幕墻單位等達(dá)成合作，而不是按照傳統(tǒng)模式等到施工圖設(shè)計(jì)完成后再開(kāi)始進(jìn)行招標(biāo)。

2）效益與效能原則 裝配式建筑的出發(fā)點(diǎn)是通過(guò)科學(xué)的方式合理規(guī)劃建設(shè)流程，從而提高建設(shè)效率和質(zhì)量，降低建設(shè)成本。因此設(shè)計(jì)人員不能為了裝配而裝配，應(yīng)以實(shí)現(xiàn)成本最優(yōu)、提高生產(chǎn)和施工效率為出發(fā)點(diǎn)。

3）集成化原則 裝配式建筑不僅是主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裝配，還包括內(nèi)外圍護(hù)、裝修和設(shè)備管線。裝配式混凝土建筑設(shè)計(jì)應(yīng)致力于集成化，如結(jié)構(gòu)、保溫、裝飾一體化的外圍護(hù)構(gòu)件，全裝修，集成廚衛(wèi)，各專業(yè)管路集成化、整體收納等。

4）精細(xì)化原則 裝配式建筑圖紙必須完整、精細(xì)且深度足夠。設(shè)計(jì)精細(xì)是預(yù)制構(gòu)件制作、安裝正確和保證質(zhì)量的前提，是避免失誤和損失的前提。

5）標(biāo)準(zhǔn)化原則 國(guó)家大力發(fā)展裝配式建筑的目的是實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)的產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型升級(jí)，只有模數(shù)化和標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)才能實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件的工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

6）一圖通原則 裝配式建筑設(shè)計(jì)增加了深化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，而且構(gòu)件生產(chǎn)單位是以深化設(shè)計(jì)圖紙作為唯一標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)生產(chǎn)。深化設(shè)計(jì)圖紙應(yīng)表達(dá)所有專業(yè)所有環(huán)節(jié)對(duì)構(gòu)件的要求，提供該構(gòu)件完整詳盡的圖樣。

4.2 各設(shè)計(jì)階段要點(diǎn)

1）方案設(shè)計(jì)階段 與業(yè)主方溝通，從裝配式最優(yōu)化角度出發(fā)，根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)、定位、成本等要求綜合分析，提出合適的裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系、預(yù)制構(gòu)件布置范圍、預(yù)制構(gòu)件類別、預(yù)制率計(jì)算表及裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接方式等。根據(jù)裝配方案和工藝特點(diǎn)確定平立面、保溫體系、工業(yè)化應(yīng)用等設(shè)計(jì)內(nèi)容，平面設(shè)計(jì)應(yīng)與建筑功能相適應(yīng)，遵循預(yù)制構(gòu)件“少規(guī)格、多組合”的設(shè)計(jì)原則。立面設(shè)計(jì)宜考慮一體化集成設(shè)計(jì)，這是裝配式建筑最難也是最出彩的部位。

2）初步設(shè)計(jì)階段 在方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善裝配體系方案，需各專業(yè)進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，初步完成平、立面的拆分，確定預(yù)制構(gòu)件的外形尺寸和重量，完成連接節(jié)點(diǎn)的通用詳圖，核定各項(xiàng)裝配式指標(biāo)，初步統(tǒng)計(jì)工程量和造價(jià)。

3）施工圖設(shè)計(jì)階段 除常規(guī)施工圖設(shè)計(jì)內(nèi)容外，各專業(yè)的內(nèi)容都應(yīng)該落實(shí)到裝配式設(shè)計(jì)內(nèi)容中，與裝配式有關(guān)的外部單位，如門窗、幕墻、精裝也需進(jìn)行集成設(shè)計(jì)。此階段需要完成平、立面拆分圖，詳細(xì)的預(yù)制率計(jì)算表格，典型構(gòu)件制作、運(yùn)輸、吊裝工況計(jì)算書(shū)及節(jié)點(diǎn)連接計(jì)算書(shū)等。

4）深化設(shè)計(jì)階段 根據(jù)施工圖審查合格的設(shè)計(jì)文件（包括建筑、結(jié)構(gòu)和設(shè)備各專業(yè)）、以及構(gòu)件制作和施工各環(huán)節(jié)的綜合要求進(jìn)行PC構(gòu)件深化設(shè)計(jì)，協(xié)調(diào)各專業(yè)和各階段所用預(yù)埋件，確定合理的制作和安裝公差等，其內(nèi)容和深度應(yīng)滿足構(gòu)件加工要求。

以上4個(gè)階段設(shè)計(jì)單位是絕對(duì)主導(dǎo)，其他相關(guān)單位配合，除此之外，還有前期策劃階段和后期配合階段需要設(shè)計(jì)單位的參與。前期策劃階段對(duì)項(xiàng)目的實(shí)施起到十分關(guān)鍵的作用，設(shè)計(jì)單位應(yīng)積極配合業(yè)主方理解政策和指標(biāo)的要求，調(diào)研產(chǎn)業(yè)鏈上的供方資源，考察已有項(xiàng)目實(shí)施情況，分析項(xiàng)目特點(diǎn)和優(yōu)劣勢(shì)。后期配合階段是保證項(xiàng)目順利實(shí)施的關(guān)鍵，設(shè)計(jì)單位要對(duì)構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)和施工單位進(jìn)行詳細(xì)交底，讓構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)和施工單位更好地理解設(shè)計(jì)意圖，并要積極參與實(shí)際生產(chǎn)和施工過(guò)程，對(duì)一些關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行指導(dǎo)，保證項(xiàng)目按照設(shè)計(jì)目標(biāo)實(shí)施。