碳中和下裝配式住宅建筑設計管理與技術協(xié)同
——以晉江市P2018-22號地塊為例

文｜廈門市泛華建筑設計有限公司 沈藝梅

如今氣候變化源于人類活動引起溫室氣體排放及全球氣候模式改變，危及生態(tài)系統(tǒng)，系列連鎖反應無疑會影響我們?nèi)粘Ｉ?。?jù)世界資源研究所的數(shù)據(jù)，凈零氣候計劃到2050年中國將能產(chǎn)生近1 萬億美元的經(jīng)濟和社會凈效益。聯(lián)合國發(fā)布的《2020全球建筑現(xiàn)狀報告》指出，盡管2019年全球建筑能耗在年度基礎上保持穩(wěn)定，但與能源有關的二氧化碳排放量卻增加到99.5億噸。全球運營的碳排放量加上建筑工業(yè)部分，占到全球能源相關的碳排放總量的38%。其中非住宅建筑（間接）占8%；非住宅建筑（直接）占3%；住宅建筑（間接）占11%；住宅建筑（直接）占6%；建筑行業(yè)10%。由此可見房地產(chǎn)行業(yè)對減少相關總量，確保全球環(huán)境立足于可持續(xù)發(fā)展基礎之上可做出巨大貢獻。

1 邁向碳中和

預計未來十年內(nèi)中國建筑體量將占全球一半，每年新增建筑面積已達20 億平方米，近整個倫敦面積1.3 倍。據(jù)BBC 未來星球系列報道，2001年到2016年中國建筑業(yè)主要能源消耗增加了一倍多，約達10 億噸煤，建筑施工碳消耗（包括整個供應鏈使用的原材料和能源）約占到中國碳排放1/5。進一步采取行動實現(xiàn)碳中和，需考慮碳抵消；避免碳排放；隱含的排放量；運營產(chǎn)生的排放量。選擇最佳建筑實踐設計和所用材料，被動式低能耗低用水量的節(jié)能建筑，平衡所使用碳和用于補償將實施綠色倡議的碳。若項目自身碳排放實際上不可能減少，則投資開發(fā)商可利用碳抵消綠色工程資金幫助平衡一國內(nèi)其他地方的排放量。研究建筑最佳碳中和解決方案時設計團隊所有專業(yè)人員集體參與必不可少。

對開發(fā)者而言，避免碳排放指規(guī)劃階段不建設，探索替代方案；規(guī)劃、設計階段少建設，最大化利用現(xiàn)存建筑；設計階段智能建設，優(yōu)化所用材料，用低碳材料進行設計；建造階段高效建設，使用低碳建筑技術，消除浪費，如3D 打印技術和預制裝配式建筑；運營和維護階段智能運行，利用智能建筑技術來避免碳排放；高效運行，確保全部采用最新、狀態(tài)良好的建造系統(tǒng)和設備。我國建筑業(yè)長期以現(xiàn)場施工為主，其高碳排放量與建材損耗量，每年建設消耗全世界40%～50%鋼材和水泥；高建筑垃圾產(chǎn)生量已占城市垃圾總量30%～40%，揚塵和垃圾已成為PM2.5 和城市噪音主要來源；低產(chǎn)出依賴人工技能勞作，高強度長周期，受人為、氣候影響因素，對項目管理組織、質量進度安全成本、資源、驗收等產(chǎn)生諸多不可控不利影響。

2 政策引導建筑產(chǎn)業(yè)管理技術變革

國家及地方出臺相應建筑垃圾管理條例、資源化利用技術導則、裝配式建設要求等條文。盡管現(xiàn)狀建筑垃圾資源化率仍不足10%，據(jù)生態(tài)環(huán)境部披露，截至2019年中國CO2排放強度相比2005年降低了48.1%，非化石能源達一次能源消費15.3%，截至2020年8月末，7 大試點碳市場配額成交量累計4.06 億噸，累計約92.8 億元的成交額。2020年9月中國在聯(lián)合國大會上表明CO2排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和?！?021年政府工作報告》則直接提出“十四五期間單位GDP 能耗和二氧化碳排放分別降低13.5%和18%，森林覆蓋率達到24.1%”。

2.1 建筑產(chǎn)業(yè)化管理

在國家產(chǎn)業(yè)結構優(yōu)化升級，科技創(chuàng)新和管理創(chuàng)新向集約型經(jīng)濟增長的背景下，以《國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略剛要》為指導，加快建筑行業(yè)結構調(diào)整和轉型升級發(fā)展預制裝配式建筑，探索企業(yè)管理生產(chǎn)新模式，爭取BIM、智能化、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動通訊、云計算等，建筑業(yè)智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化有突破進展，智能化生產(chǎn)與智慧化城市提高產(chǎn)業(yè)集中度，把建筑業(yè)打造成技術先進的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)、節(jié)能減排環(huán)保的綠色產(chǎn)業(yè)、帶動力強的支柱產(chǎn)業(yè)。

從慣有的勞動密集、粗放經(jīng)營的特征，在面臨經(jīng)濟、行業(yè)環(huán)境變化、產(chǎn)業(yè)政策調(diào)整時從傳統(tǒng)建造轉型向工業(yè)4.0 智能化，對信息的使用與分析提升建造智能化水平，本質上提高了企業(yè)自挖潛力、依靠管理創(chuàng)效的內(nèi)在能力。批量化、組建化生產(chǎn)，實現(xiàn)建筑設計標準化、部品生產(chǎn)工廠化、現(xiàn)場施工裝配化、結構裝修一體化、維護保養(yǎng)專業(yè)化、過程管理信息化、建筑應用智能化，提升效率和工程質量，同時減少建筑垃圾和揚塵污染碳排放，促進建筑農(nóng)民工市民化轉為產(chǎn)業(yè)工人，化解鋼產(chǎn)能過剩，有效降低企業(yè)管理和運作成本。

2.2 裝配式建筑設計管理

住房和城鄉(xiāng)建設部印發(fā)的《2016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》提出“2020年裝配式建筑占新建建筑比例20%以上，到2025年達到50%以上”。全國各地出臺的指導意見及政策措施主要概括為五個方面：強制實施百分率，獎勵面積，提前預售，政策補貼，綠色通道?？辈煸O計類企業(yè)應當加強探索企業(yè)知識管理，建設智慧企業(yè)及知識管理信息系統(tǒng)，完善知識庫，跟進勘查設計信息資源獲取和表達方式，實現(xiàn)知識共享，知識價值充分挖掘和利用，著重企業(yè)信息管理系統(tǒng)一體化應用，促使企業(yè)設計水平和管理水平提高。本文以本企業(yè)設計裝配式住宅建筑為例，運用產(chǎn)業(yè)化思維，淺析裝配式住宅建筑全過程協(xié)同設計管理及技術要點。

3 工程概況

泉州晉江市陽光城海峽大都會國府，住宅區(qū)位于晉江靈源街道英塘片區(qū)，晉江市P2018-22 號地塊項目，設計規(guī)模：總建筑面積408938.04m2，其中地上318511.94m2，地下90426.10m2，總計容面積317298.053m2，容積率2.5169，綠地率25.01%。由22 棟高層住宅、7 棟低層住宅、集中商業(yè)、幼兒園組成。地下室平時為I 類停車庫及設備用房，局部戰(zhàn)時為甲類核六級常六級二等人員掩蔽部，抗震設防烈度7度(0.15g)，主體結構合理使用年限50年，建筑外墻防水設防標準Ⅰ類。工程于2019年6月設計審查結束，裝配施工于同年底竣工投入生產(chǎn)運營，2020年榮獲中國金盤獎最佳預售樓盤獎。裝配式建筑結構體系的預制構件包括：疊合樓板、預制樓梯、預應力構件及集成部品部件，剪力墻部分按體系要求為現(xiàn)澆法施工，主要針對抗側力構件。B 地塊共7 棟高層采用工業(yè)化方式建造，面積共占總建筑面積20.9%，裝配實施率20.9%。

4 裝配式住宅建筑設計技術要點

4.1 技術策劃階段

前期技術策劃對項目實施起重要作用，除通常按國家相關規(guī)定完成規(guī)劃、設計說明、技術經(jīng)濟指標等，還應充分考慮裝配式建筑、綠色建筑、建筑節(jié)能等執(zhí)行政策文件的要求，分析項目定位、規(guī)模、成本指標的同時分析裝配化目標，制定協(xié)同設計工作方法細則，進行合理的裝配式建筑專項技術策劃，形成專項技術實施方案。

4.2 總體規(guī)劃設計

除滿足國家規(guī)劃條件、建設標準外，裝配式建筑總圖規(guī)劃設計優(yōu)先采用模塊化單元，同時考慮施工組織設計流程，所在區(qū)域構件生產(chǎn)水平、施工裝配能力、布置運輸通道和機械起重吊裝運輸工作半徑所需空間、臨時堆放場地等經(jīng)濟科學。

4.3 平面設計

綜合考慮利于裝配式建造各方面因素，滿足平面使用功能的基礎上，基于模數(shù)協(xié)調(diào)原則，標準化、定型化設計，住宅單體通過模塊化的多組合應用，標準化部件、功能和空間模塊，對模塊單元、構件和部品增加重復利用率。檢查樓梯凈尺寸、電梯井道、管道、管井、選型與結構、設備、裝修各專業(yè)的關系。

4.4 立面設計

立面造型做法簡潔基本不出現(xiàn)外凸線條，單體標準層每層立面做法一致，結合建筑美學和力學性能，風環(huán)境、日照等模擬分析，對各種預制構件生產(chǎn)和制造進行可行性分析，充分發(fā)揮外墻構件自由變化、靈活組合及平面組合設計的裝飾作用，外墻反打一次成型,通過部品與建筑及部品之間的模數(shù)協(xié)調(diào)設計創(chuàng)造組團多樣性效果統(tǒng)一。

4.5 內(nèi)裝機電設計

模塊協(xié)調(diào)大原則下實現(xiàn)內(nèi)裝機電一體化，充分考慮各功能空間使用尺度、空間適應性，貫通建筑全壽命周期（含維護保修階段），如預制廚房、預制衛(wèi)生間、“I、L、T”型預制混凝土內(nèi)墻板，預留洞預埋管。室內(nèi)隔墻使用預制輕質隔墻板，施工精度高，功能空間更方正規(guī)整，擴大了使用功能空間；省去了裝修現(xiàn)場砌磚和抹灰濕作業(yè)，揚塵得到控制，改善了雜亂且泥水遍地的施工現(xiàn)場環(huán)境。

4.6 結構設計

圖1 建筑鳥瞰效果圖

圖2 中庭透視圖

采用地區(qū)廣泛采用的裝配式剪力墻結構體系，有較成熟的生產(chǎn)工藝產(chǎn)能。審核結構拆分原則圖、主要預制構件模板圖、典型安裝大樣圖，產(chǎn)業(yè)化相關經(jīng)濟技術指標和技術數(shù)據(jù)表，提供結構預制裝配率指標數(shù)據(jù)?？紤]相交節(jié)點、預埋件的可施工性，預制和現(xiàn)場施工的相互影響及可行性，預留安裝空間，簡化預制構件，協(xié)調(diào)總包鋁膜預制構件廠，各單位同步設計技術前置推動項目順利高效進行。鋁模板施工墻面垂直度、平整度極佳，可控3mm 以內(nèi)精度，內(nèi)外墻面可免抹灰直接施工裝飾面層，顯著減少建筑垃圾，綠色環(huán)保施工。

4.7 通盤考慮要點

從設計端：理清當?shù)匮b配式項目政策和補貼要求，“兩率”預制率和裝配化率計算要求（預制率=裝配式構件總體積/總混凝土體積；裝配率=實施裝配面積/地上總計容面積），結合設計方案尋求最優(yōu)裝配式方案。如有裝配式咨詢單位參與在方案設計階段就標準化、模數(shù)化、拆分方案方面提供建議溝通就能解決妥當，避免到施工圖甚至之后階段才參與導致強拆各專業(yè)方案使得成本上升、后續(xù)施工困難、進度滯后。從招采端：考察清楚當?shù)貥嫾S家，包括產(chǎn)能、構件質量、訂單排期、運距、灌漿作業(yè)能力等，一般需提前半年預定以保證構件供應及時。因環(huán)節(jié)相扣需做好招采計劃，比如選用窗框預埋、面磚反打，構件生產(chǎn)時材料得采購完畢并供貨給構件制作工廠。從施工端：考慮構件生產(chǎn)運輸施工過程中質量控制，裝配式單體在整個施工中策劃與排布，合理更新施工組織設計和“監(jiān)驗測防”措施。從運營端：考慮整個裝配式項目進度計劃成本質量控制，各條線的協(xié)同與銜接。進行智能化設計，實施和運行智能建筑技術，智能表和系統(tǒng)、設備和機械安裝到位并確保處于最新的良好狀態(tài)。

5 設計管理控制要點

5.1 成本控制

依據(jù)現(xiàn)有工業(yè)化生產(chǎn)水平，預制率越高成本越高，運營階段經(jīng)濟效益更好，維護成本更低，本工程設計裝配實施率20.9%剛好符合要求。初步統(tǒng)計，預制率每增加10%成本增量在150 元左右，拆分選擇預制構件重復率高的單體，一般構件重復率建議大于100 件，重復越多越經(jīng)濟。拆分選擇遵循少規(guī)格多組合的原則；外圍護構件盡量單開間拆分；預制結構構件接縫位置選擇結構受力較小處；長度較大構件可考慮對稱居中拆開；考慮現(xiàn)場脫模安裝、預埋方案及堆放運輸?shù)跹b影響，單構件重量要盡量接近，一般不超過6t，高度不宜跨越層高，長度不宜超過6m。

5.2 進度控制

開發(fā)商強調(diào)運營提效的大前提下，進度時間節(jié)點與契合度要求、圖紙細化深度及精細程度工作量相比傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑更具考驗。細化管理及進度計劃，各專業(yè)提前溝通、介入配合，做好進度保障。與傳統(tǒng)現(xiàn)澆結構相比，在設計各流程階段將傳統(tǒng)設計置于后端的構建生產(chǎn)工藝要求、施工安裝要求、內(nèi)裝部品選型要求等提前至設計各階段中。

5.3 質量控制

技術策劃階段就建立統(tǒng)一協(xié)調(diào)的設計機制，由經(jīng)驗豐富的建筑師和結構設計師負責協(xié)調(diào)銜接各專業(yè)，列出與裝配式有關設計和銜接清單、設計關鍵點清單，避免漏洞，制定裝配式設計流程，培訓不熟悉裝配式設計的人員。相關各專業(yè)，包括內(nèi)裝設計師、制作、施工工廠應參與拆分后構件制作圖校對審核，施工配合階段驗證典型節(jié)點，落實設計責任，合理利用BIM管理體系。構件加工深化設計階段，預制構件、拆分、加工詳圖設計，建立數(shù)據(jù)模型庫等深化內(nèi)容比想象的多，高度集成化設計內(nèi)容繁瑣復雜，與傳統(tǒng)分工差距主要在于對生產(chǎn)調(diào)運現(xiàn)場施工的考慮，因此需重視設計管理的把控。

5.4 信息化管理

全過程協(xié)同設計過程中，我們發(fā)現(xiàn)應用二維碼信息技術對預制構件編碼掃描進場施工，極大提高工效和進度，常采用QR code 編碼格式耐臟不易破損符合施工環(huán)境?，F(xiàn)場施工人員掃描構件表面二維碼，即可明晰構件參數(shù)信息、安裝說明和具體位置，對比此參數(shù)信息是否滿足實際施工要求，以完成收貨操作，避免二次搬運和交叉施工，直接運輸?shù)綀龅刂付ㄎ恢茫瑫r在二維碼數(shù)據(jù)信息庫中編制詳細質量驗收標準，形成系統(tǒng)化的質量管理體系。管理人員只需掃描二維碼，即可明確操作人員和施工工藝等信息進行質量全程跟蹤，實現(xiàn)構建安裝和質量管理可追溯，后期責任追蹤，避免互相推諉，對建筑設計管理有啟發(fā)，值得進一步研究。

6 結語

在滲透產(chǎn)業(yè)鏈一體化和全過程一體化的裝配式建筑體系理念之上，建立科學合理智能化的預制裝配式建筑設計管理制度、方法，掌握技術要點，全過程協(xié)同設計思考的能力，不斷深入研究行業(yè)新形勢，更新改進科研技能，對于建筑各方單位管理者是挑戰(zhàn)更是機遇。碳中和是未來幾十年政府持續(xù)性的主要發(fā)展工作，從政策引導——技術變革——人才培養(yǎng)最關鍵的三個支柱，減量化、資源化、無害化綠色發(fā)展無廢城市，進而到無廢社會，順應時代，助力中國實現(xiàn)碳中和目標。