工程總承包模式下裝配式建筑設(shè)計施工融合研究

薛 袁，周笑寒，寧 延

（1. 東南大學(xué) 土木工程學(xué)院，江蘇 南京 211189；2. 南京大學(xué) 工程管理學(xué)院，江蘇 南京 210046，E-mail：1466176214@qq.com）

裝配式建筑相關(guān)政策層面一致提出裝配式建筑原則上應(yīng)采用工程總承包模式[1]。裝配式建筑設(shè)計呈現(xiàn)模塊化、高集成性和生產(chǎn)-施工間順次依賴性等特征[2]，需要設(shè)計與施工的深度融合[3]。

研究者也從管理視角分析了裝配式建筑設(shè)計施工融合問題。如葉浩文等[4]闡述工程總承包模式在促進裝配式建筑發(fā)展上的優(yōu)勢，并提出促進裝配式建筑設(shè)計施工融合的建議。劉寅[5]認為完善裝配式建筑設(shè)計施工一體化需從組織模式入手，如采用工程總承包模式。張守峰[6]則從總承包單位視角提出了裝配式建筑設(shè)計施工一體化措施。岑孫暉等[7]提出采用EPPC模式以實現(xiàn)設(shè)計、采購、生產(chǎn)、施工的一體化。研究者充分認識到發(fā)揮工程總承包模式優(yōu)勢有利于克服傳統(tǒng)承發(fā)包模式下裝配式建筑設(shè)計、生產(chǎn)、施工間脫節(jié)問題[8]，實現(xiàn)設(shè)計施工融合。但實踐中，工程總承包模式下裝配式建筑設(shè)計和施工的割裂仍廣泛存在[9]。目前對于該問題的研究多從管理模式、管理方法、BIM技術(shù)應(yīng)用等視角提出促進設(shè)計施工融合的建議，呈碎片化狀態(tài)，缺乏系統(tǒng)性的分析?；诖耍疚牟捎冒咐Y料分析和專家訪談方式，梳理工程總承包模式下裝配式建筑設(shè)計施工融合的障礙因素及深層次原因，進而設(shè)計其融合機制，以期為工程總承包模式下裝配式建筑設(shè)計施工融合提供參考。

1 工程總承包模式下裝配式建筑設(shè)計施工融合的障礙因素

1.1 障礙因素識別

本文針對從事裝配式建筑或工程總承包業(yè)務(wù)的專家共進行了36次訪談，訪談?wù)邅碓从诎ńㄔO(shè)單位、咨詢單位、設(shè)計單位及施工單位等各參與主體，訪談時長達3000分鐘，其背景信息如表1所示。

表1 訪談背景信息

此外，還深入剖析了8個工程總承包模式下裝配式建筑項目案例，其中包括招標文件、項目策劃書、施工組織設(shè)計和制度文件等工程文件。最終總結(jié)得出工程總承包模式下裝配式建筑設(shè)計施工融合的主要障礙因素。包括設(shè)計主導(dǎo)性弱、構(gòu)件廠對設(shè)計理解不足，可施工性差、施工組織設(shè)計優(yōu)化不足、設(shè)計施工聯(lián)動不足、組織界面不協(xié)調(diào)6個方面，如表2所示。

表2 工程總承包模式下裝配式建筑主要障礙因素

1.2 障礙原因分析

（1）裝配式建筑工程總承包管理體系不完善。由于長期以來實行平行發(fā)包模式，設(shè)計與施工分離。目前大多數(shù)企業(yè)以施工總承包模式為主，而工程總承包模式下變成只是施工總承包模式的簡單延伸或拼接，缺少設(shè)計主導(dǎo)下的全壽命期設(shè)計措施、清晰的界面協(xié)調(diào)機制等，增加設(shè)計與施工的技術(shù)、組織協(xié)調(diào)難度，削弱了工程總承包模式的集成優(yōu)勢[10]。

（2）設(shè)計、施工企業(yè)管理模式差異大。實踐中，工程總承包項目常采用設(shè)計施工聯(lián)合體或采用分包的形式，尚缺少設(shè)計施工一體化的企業(yè)。設(shè)計單位為了降低設(shè)計風(fēng)險，會采用保守設(shè)計，而施工單位長期按圖施工，對設(shè)計方案理解不足。雖然設(shè)計院在設(shè)計集成、全壽命周期設(shè)計方面有所探索，但因施工經(jīng)驗不足，在設(shè)計的可施工性、施工成本管控方面仍十分薄弱，不利于設(shè)計與施工的融合。而施工企業(yè)設(shè)計能力差，設(shè)計優(yōu)化參與度低，難以實現(xiàn)施工組織設(shè)計與施工圖深化設(shè)計的融合。

（3）設(shè)計、施工界面劃分不清。在工程總承包模式中，許多承包商未擺脫以往平行發(fā)包模式的習(xí)慣，將設(shè)計與采購、施工計劃機械拼湊，忽視設(shè)計、施工的交叉聯(lián)動，造成設(shè)計、施工工作界面混亂等問題，容易導(dǎo)致界面沖突，削弱工程總承包的集成優(yōu)勢。

2 工程總承包模式下裝配式建筑的設(shè)計施工融合機制

2.1 設(shè)計主導(dǎo)下的全壽命期設(shè)計

工程總承包模式下裝配式建筑需將設(shè)計工作貫穿全壽命期，以實現(xiàn)設(shè)計與生產(chǎn)、施工的合理搭接[11]。首先明確裝配式建筑的全壽命期設(shè)計原則。全壽命周期設(shè)計是指工程設(shè)計單位參與到從工程構(gòu)思到結(jié)束（被拆除）的全部階段[12]。依據(jù)裝配式建筑實施流程，其設(shè)計原則的制定應(yīng)考慮生產(chǎn)、運輸、吊裝、施工、裝修、使用和拆除7個階段[13]，包括可靠性和安全性設(shè)計、可生產(chǎn)性設(shè)計、可運輸性設(shè)計、可吊裝性設(shè)計、可施工性設(shè)計、設(shè)計專業(yè)間協(xié)同性設(shè)計、可維護性設(shè)計和可擴展性設(shè)計。

為加強設(shè)計施工融合，設(shè)計人員在設(shè)計階段，充分考慮施工可行性及生產(chǎn)能力；在施工階段，設(shè)計人員應(yīng)結(jié)合施工現(xiàn)場，制定設(shè)計深化方案，指導(dǎo)施工，以保證施工過程有效貫徹設(shè)計意圖，促進設(shè)計、施工融合，提高裝配建筑整體質(zhì)量。

2.2 可施工性分析和施工團隊的提前介入

可施工性設(shè)計是指裝配式建筑的設(shè)計方案應(yīng)便于施工，保證設(shè)計的可靠性。

2.2.1 可施工性分析要點

（1）建筑設(shè)計可施工性分析。建筑設(shè)計可施工性分析包括構(gòu)件拆分、構(gòu)件外形設(shè)計等方面。其中，構(gòu)件拆分需聯(lián)系設(shè)計要求、現(xiàn)場實際、使用需求等方面，如考慮構(gòu)件尺寸和重量的限制、受力要求、運輸工具條件、安裝連接材料設(shè)備的能力等。而且，構(gòu)件拆分時需選擇合適的模數(shù)標準。設(shè)計人員依據(jù)具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計參數(shù)進行模數(shù)選擇，實現(xiàn)各類構(gòu)件或材料的規(guī)格、尺寸、間距等標準化[14]，便于預(yù)制混凝土構(gòu)件生產(chǎn)及后續(xù)施工建設(shè)。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計和機電管線可施工性分析。結(jié)構(gòu)設(shè)計可施工性包括預(yù)制構(gòu)件接合面連接方案、預(yù)制構(gòu)件鋼筋連接方式、預(yù)制構(gòu)件模板支設(shè)等方面；機電管線可施工性包括管線連接位置、連接方式、管線交叉優(yōu)化、預(yù)埋件設(shè)置（代替預(yù)留孔洞）、預(yù)留孔洞間距等方面，分析設(shè)計是否滿足設(shè)計標準和便于施工。

（3）施工措施的前置設(shè)計。在設(shè)計階段，進行施工環(huán)境和條件的充分調(diào)研，如了解預(yù)制工廠的產(chǎn)能、預(yù)制工廠生產(chǎn)線工藝水平、施工單位吊裝水平等。依據(jù)現(xiàn)場條件，優(yōu)化塔吊設(shè)計及布置方案、構(gòu)件堆場及運輸線路、人貨電梯深化設(shè)計、構(gòu)件預(yù)埋件及鋼筋布置情況等。

（4）應(yīng)用BIM技術(shù)檢驗可施工性。應(yīng)用BIM技術(shù)建立設(shè)計模型，借助系統(tǒng)化模擬、施工可視化方案模擬及碰撞檢驗等手段，檢驗設(shè)計可施工性，深化預(yù)制構(gòu)件設(shè)計并指導(dǎo)構(gòu)件生產(chǎn)。

2.2.2 成立可施工性研究小組

工程總承包單位可組織設(shè)計、施工人員，成立臨時可施工性研究小組，使設(shè)計方及時掌握施工單位吊裝水平、施工環(huán)境等情況，促進設(shè)計可施工性。

此外，將施工團隊提前參與至施工圖設(shè)計，使設(shè)計和施工單位的人員共同參與、發(fā)揮專業(yè)所長，在提升設(shè)計可施工性的同時，實現(xiàn)建設(shè)效能最優(yōu)。

2.3 施工圖設(shè)計和施工組織設(shè)計的交叉優(yōu)化

工程總承包模式下，可分階段進行施工圖設(shè)計、施工組織設(shè)計的交叉優(yōu)化，如圖1所示。

圖1 施工圖設(shè)計和施工組織設(shè)計的交叉優(yōu)化

施工圖設(shè)計初稿形成后，設(shè)計方邀請施工單位參與初稿會審，充分聽取施工單位意見和建議，根據(jù)提出的優(yōu)化建議，完成施工圖設(shè)計優(yōu)化工作。施工方通過與設(shè)計方溝通，進一步明確設(shè)計意圖，進而貫徹到施工組織設(shè)計中。結(jié)合設(shè)計方提供的設(shè)計駐場服務(wù)，如駐場優(yōu)化、危險源識別并提供措施方案，優(yōu)化施工組織設(shè)計。以此確保施工圖設(shè)計與施工組織設(shè)計同步交叉進行，強化設(shè)計與施工之間的聯(lián)動關(guān)系。

2.4 組織界面協(xié)調(diào)

2.4.1 施工對設(shè)計的協(xié)調(diào)督導(dǎo)

為促進設(shè)計施工的融合，施工可對設(shè)計進行協(xié)調(diào)督導(dǎo)[15]。設(shè)計單位為保證設(shè)計可施工性，在前期充分調(diào)研的同時聯(lián)系施工單位，就關(guān)鍵問題或重點部位征求意見；在設(shè)計會審或交底時，施工單位對設(shè)計文件進行審核，指出問題或提出優(yōu)化建議。

（1）施工方派駐施工人員作為設(shè)計、施工單位間聯(lián)系的紐帶，進入可施工性研究小組，參與施工圖設(shè)計，協(xié)調(diào)設(shè)計施工雙方在設(shè)計意圖與施工可行性方面的沖突，并充分理解設(shè)計意圖。

（2）施工方派選施工人員或負責(zé)人參與會審，審查設(shè)計文件，確保設(shè)計方案的可施工性，以便施工的開展。如材料堆場的加固須編制詳細的施工方案，附有計算書，經(jīng)設(shè)計確認和專家論證通過后方可實施。

2.4.2 設(shè)計對施工的配合責(zé)任

（1）設(shè)計配合施工全過程。為便于施工階段設(shè)計、施工溝通對接，實現(xiàn)設(shè)計施工融合，設(shè)計單位派設(shè)計代表常駐現(xiàn)場，跟蹤設(shè)計方案的實施，根據(jù)現(xiàn)場情況及時進行設(shè)計優(yōu)化、修改或變更，提高設(shè)計的科學(xué)性和可行性。設(shè)計代表參與關(guān)鍵工序交底，使設(shè)計意圖準確貫穿于施工全過程，并參加施工中的檢查工作，分析施工中可能發(fā)生的技術(shù)問題。

（2）施工圖設(shè)計征求施工意見。施工圖設(shè)計階段，設(shè)計方加強與施工方的交流，并與施工單位合作成立臨時可施工性研究小組。施工方充分應(yīng)用施工知識和經(jīng)驗，結(jié)合施工組織要求，審查施工圖并提出建議。設(shè)計方根據(jù)施工意見優(yōu)化施工圖設(shè)計，提升施工圖設(shè)計的安全性、可運輸性、可吊裝性等，從而提高施工工作的效率和項目質(zhì)量。

2.4.3 設(shè)計施工界面協(xié)調(diào)

設(shè)計與施工的界面協(xié)調(diào)可采用專題工作組、交底、會議、公告和工作聯(lián)系單5種協(xié)調(diào)互動方式[16]，結(jié)合定期調(diào)度會議、計劃會議、評審會議等對設(shè)計施工界面的協(xié)調(diào)進行管理。具體如表3所示。

表3 界面協(xié)調(diào)方式及內(nèi)容

出現(xiàn)矛盾沖突時，負責(zé)設(shè)計施工融合的管理部門負責(zé)人基于已有信息分析矛盾沖突形成的原因，借助溝通制度，通過目標、界面、利益協(xié)調(diào)方式，化解設(shè)計、施工協(xié)作的過程矛盾，改進各方之間協(xié)作關(guān)系，促進項目建設(shè)的順利推進。

3 案例驗證

以合肥市某裝配式建筑工程總承包房建項目為例，驗證本文提出的設(shè)計施工融合機制有效性。該項目采用工程總承包模式，承包人承擔(dān)設(shè)計、深化、施工、采購等工作。

3.1 發(fā)揮設(shè)計在跨專業(yè)聯(lián)動中的主導(dǎo)作用

該項目設(shè)計負責(zé)人開展施工圖會審，督促可生產(chǎn)性審查、可運輸性審查、可吊裝性審查和可施工性審查的開展，負責(zé)設(shè)計的可生產(chǎn)性、可運輸性、可吊裝性和可施工性等。如設(shè)計方在構(gòu)件設(shè)計時同步考慮吊點選擇及吊點處桁架筋設(shè)計，充分考慮設(shè)計可行性、方便施工，杜絕了影響構(gòu)件安全及質(zhì)量的因素；構(gòu)件深化設(shè)計時結(jié)合裝配式建筑施工特點和現(xiàn)場情況，考慮掛架預(yù)留洞口位置，保證了施工過程有效地貫徹設(shè)計意圖，有效促進設(shè)計、施工融合。

3.2 利用BIM技術(shù)審查設(shè)計的可施工性

在設(shè)計階段進行建筑、結(jié)構(gòu)、機電各專業(yè)管道綜合工作，對可能的碰撞，及時完成調(diào)整并報批，使設(shè)計方便施工。

3.3 同步、交叉開展施工圖設(shè)計和施工組織設(shè)計

施工團隊參與施工圖的初稿會審，提出優(yōu)化建議，如提出適應(yīng)本文特征和塔吊特性的專用吊索及吊具類型，使吊點選擇及吊點處桁架筋設(shè)計便于吊裝。設(shè)計參與施工組織設(shè)計、施工方案等內(nèi)部審查會，從安全、耐久、設(shè)計符合性、滿足項目目標方面對施工方案進行了復(fù)核。通過設(shè)計與施工的充分交流，不斷完善設(shè)計方案和施工方案，縮減正式施工圖下發(fā)后施工組織設(shè)計時間。

3.4 明確組織界面協(xié)調(diào)方式

項目經(jīng)理部下設(shè)工程管理部，在項目經(jīng)理、項目副經(jīng)理的領(lǐng)導(dǎo)下，具體負責(zé)設(shè)計、施工方之間的協(xié)調(diào)活動，通過交底、會議、工作聯(lián)系單、公告的方式，提升設(shè)計、施工方的溝通效率，加強了設(shè)計與施工的融合。如本文通過專家會議確定采用鋁合金窗框與預(yù)制外墻一體成型方案，徹底解決窗臺漏水、鋁窗松動等質(zhì)量問題。

3.5 項目實施融合機制的效果

基于本文提出的設(shè)計施工融合機制，該項目取得了如下效果：

（1）以設(shè)計為主導(dǎo)，科學(xué)、合理選擇項目塔吊型號、吊點，解決了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計風(fēng)險高、施工難度大的問題，提升設(shè)計可行性、可吊裝性，確保高層主體結(jié)構(gòu)安全可靠。

（2）預(yù)制混凝土墻體無法拆改、線管重布，通過BIM技術(shù)審查進行可施工性分析，避免了管道碰撞，提高設(shè)計可施工性，使設(shè)計意圖得到了有效貫徹。

（3）同步、交叉開展施工圖設(shè)計和施工組織設(shè)計，縮減了正式施工圖下發(fā)后施工組織設(shè)計的時間，為工期內(nèi)完成項目爭取了時間，解決了因體量大、勞動力波動造成的工期緊張問題。

（4）設(shè)計、施工方通過專家會議等組織界面協(xié)調(diào)方式，解決了窗臺漏水、鋁窗松動等質(zhì)量通病問題，減少材料、人工的浪費。最終該項目完成了項目進度和質(zhì)量安全等管理目標，實現(xiàn)關(guān)鍵工序合格率100%，被評為“省級新技術(shù)應(yīng)用示范工程”。

4 結(jié)語

工程總承包模式下，裝配式建筑設(shè)計施工融合的必要性凸顯。但實踐中仍存在設(shè)計施工“聯(lián)而不合”的問題。為更好解決設(shè)計施工割裂問題，本文識別了工程總承包模式下設(shè)計施工融合的障礙因素及原因，研究發(fā)現(xiàn)工程總承包模式下裝配式建筑的設(shè)計施工融合機制，包括設(shè)計主導(dǎo)下的全壽命期設(shè)計，可施工性分析和施工團隊提前介入，施工圖設(shè)計和施工組織設(shè)計的交叉優(yōu)化，并明確組織界面協(xié)調(diào)可采取的措施，如施工對設(shè)計協(xié)調(diào)督導(dǎo)、設(shè)計配合施工工作、明確設(shè)計施工溝通方式等，有利于提高項目各參與主體間溝通協(xié)作效率，加強設(shè)計、施工雙方聯(lián)動關(guān)系，確保設(shè)計施工融合的協(xié)調(diào)性和實施性，最終促進項目的價值實現(xiàn)。