裝配式建筑發(fā)展進(jìn)程下的設(shè)計(jì)要求及應(yīng)對(duì)策略

馮智良

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東廣州 510010）

0 引言

隨著我國(guó)目前社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)人們的生活質(zhì)量在不斷提高，對(duì)于建筑也提出一定的需求。在裝配式建筑下，可根據(jù)綠色設(shè)計(jì)理念、節(jié)能設(shè)計(jì)環(huán)保理念提高人們居住的便捷性與舒適度。在進(jìn)行預(yù)制裝配式建筑設(shè)計(jì)中，其設(shè)計(jì)人員應(yīng)明確認(rèn)識(shí)到預(yù)制裝配式建筑的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求編制出完善的設(shè)計(jì)方案。

1 裝配式建筑發(fā)展進(jìn)程

在裝配式建筑發(fā)展中，主要起源于德國(guó)以及歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家。在裝配式建筑逐漸在我國(guó)成熟起來(lái)時(shí)，裝配式建筑的優(yōu)勢(shì)也越來(lái)越突出，具體體現(xiàn)在以下4 個(gè)方面：①裝配式建筑具有產(chǎn)品質(zhì)量高的特點(diǎn)，裝配式建筑可以最大限度降低墻體裂滲漏的可能性，其耐火耐候等特點(diǎn)明顯。②裝配式建筑生產(chǎn)成本低，長(zhǎng)期批量工業(yè)化生產(chǎn)可有效減少環(huán)境污染，并突出了其環(huán)保性特點(diǎn)。③裝配式建筑生產(chǎn)效率較高，與傳統(tǒng)建筑項(xiàng)目相比工期縮短時(shí)間為43%。④綠色低碳，綠色建筑的根本物質(zhì)是綠色建材，其能耗、污染都有效降低了。另外，裝配式混凝土建筑確實(shí)被作為社會(huì)性住宅的工法，混凝土外掛立面非常普遍，且非常具有美學(xué)品質(zhì)。其裝配式建筑與傳統(tǒng)建筑最大的影響是：其模糊了資方、設(shè)計(jì)方、施工方的傳統(tǒng)分界，裝配式建筑只需要一個(gè)建設(shè)方。比如遠(yuǎn)大集團(tuán)、寶鋼集團(tuán)一家就可以完成融資、設(shè)計(jì)和建造全部環(huán)節(jié)。這將大大降低政府管理難度，提高對(duì)政府對(duì)“房地產(chǎn)行業(yè)”的把控力，單憑這一條政府就有充足動(dòng)力實(shí)施，所以作者傾向于認(rèn)為這是長(zhǎng)期變化的開(kāi)始。

通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，裝配式建筑與傳統(tǒng)住宅項(xiàng)目資源能耗以及生態(tài)破壞方面裝配式建筑的優(yōu)勢(shì)明顯。裝配式建筑可在鋼筋、模板、水泥、保溫材料的使用量中縮小占比重，其施工廢料也較少。目前，我國(guó)裝配式建筑在各地發(fā)展速度較快。在公布建設(shè)項(xiàng)目時(shí)，應(yīng)因地制宜選擇適合本地區(qū)的裝配式建筑技術(shù)，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供市場(chǎng)需求。以經(jīng)濟(jì)適用房等政府投資住宅項(xiàng)目為起點(diǎn)，分步推進(jìn)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的水平構(gòu)件、豎向非承重構(gòu)件、豎向承重構(gòu)件技術(shù)體系，逐步提升裝配率，全面推廣應(yīng)用預(yù)制內(nèi)隔墻、預(yù)制樓梯板和預(yù)制樓板。其鋼結(jié)構(gòu)、工程木結(jié)構(gòu)、預(yù)制混凝土、預(yù)制磚結(jié)構(gòu)都是高度工業(yè)化的施工方法[1]。

2 裝配式建筑發(fā)展背景下的設(shè)計(jì)要求

2.1 模塊化的設(shè)計(jì)

在預(yù)制裝配式建筑中，其設(shè)計(jì)特點(diǎn)有模塊化。其模塊化設(shè)計(jì)特點(diǎn)是指在有特定功能的單元下可利用通用性的模塊與其他產(chǎn)品要素進(jìn)行組合，如圖1 所示，以此不斷以新的形式、新的結(jié)構(gòu)、新的單元產(chǎn)生出不同的功能狀態(tài)或相同的功能狀態(tài)。在以模塊化設(shè)計(jì)預(yù)制裝配式建筑時(shí)，其裝配式建筑可應(yīng)用在商業(yè)街、民宿、康養(yǎng)中心、醫(yī)療方艙、學(xué)校、宿舍、安置房、新農(nóng)村建設(shè)等。

2.2 裝配式建筑設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

圖1 通用性的模塊與其他產(chǎn)品要素進(jìn)行組合

首先，在裝配式建筑中，其設(shè)計(jì)單位要積極向建設(shè)單位推薦使用標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)品的住宅設(shè)計(jì)方案，按《設(shè)計(jì)深度規(guī)定》（建質(zhì)〔2003〕84 號(hào)）規(guī)定編制裝配式住宅施工圖設(shè)計(jì)文件，每個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制構(gòu)件及其連接方式均應(yīng)在施工圖設(shè)計(jì)階段表達(dá)，如圖2 所示，并做到按形狀種類編號(hào)，明確訂制數(shù)量，不得以不出圖、少出圖形式壓縮合理設(shè)計(jì)周期。其次，施工圖審查機(jī)構(gòu)要依法審查住宅工程的施工圖設(shè)計(jì)深度，不滿足施工圖深度規(guī)定的設(shè)計(jì)文件不得審查通過(guò)。發(fā)現(xiàn)大量采用非標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制構(gòu)件的住宅工程應(yīng)及時(shí)上報(bào)市勘察設(shè)計(jì)管理中心。建筑造型復(fù)雜導(dǎo)致裝配式構(gòu)件審查工作量大的住宅工程要相應(yīng)延長(zhǎng)施工圖審查時(shí)限。與此同時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)施工現(xiàn)場(chǎng)圖紙管理法規(guī)規(guī)定，混凝土預(yù)制構(gòu)件加工圖應(yīng)在施工單位承接住宅工程施工總包業(yè)務(wù)后按通過(guò)審查的施工圖和工程實(shí)際情況制作，并由施工單位承擔(dān)質(zhì)量責(zé)任。加工圖不作為施工現(xiàn)場(chǎng)按圖施工的圖紙依據(jù)，施工單位應(yīng)嚴(yán)格按照通過(guò)審查的施工圖施工，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題應(yīng)及時(shí)告知設(shè)計(jì)單位，進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，不按圖施工的行為由監(jiān)督部門(mén)依法查處。最后，應(yīng)積極鼓勵(lì)設(shè)計(jì)單位積極應(yīng)用建筑信息模型技術(shù)，依托標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件產(chǎn)品目錄對(duì)住宅工程開(kāi)展正向設(shè)計(jì)，住宅工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、結(jié)構(gòu)專業(yè)負(fù)責(zé)人應(yīng)關(guān)注如何提高各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)能力，加強(qiáng)對(duì)裝配式住宅建設(shè)全過(guò)程的指導(dǎo)和服務(wù)。市勘察設(shè)計(jì)管理中心將對(duì)開(kāi)展正向設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)并積極提供住宅建設(shè)全過(guò)程指導(dǎo)和服務(wù)的設(shè)計(jì)單位和注冊(cè)工程師給予設(shè)計(jì)市場(chǎng)推薦、評(píng)先評(píng)優(yōu)加分、優(yōu)先辦理行政審批、減少事中事后監(jiān)管頻次等激勵(lì)措施。并且應(yīng)支持設(shè)計(jì)企業(yè)、高校、科研院所積極創(chuàng)新，為進(jìn)一步提高建筑工業(yè)化比例夯實(shí)結(jié)構(gòu)理論基礎(chǔ)，改變現(xiàn)有的預(yù)制構(gòu)件吊裝、澆筑交叉施工模式，用裝配連接取代現(xiàn)有的后澆、灌漿連接，加強(qiáng)構(gòu)造防水，保證抗震性能，縮短工期，提高住宅工程質(zhì)量。

3 裝配式建筑發(fā)展進(jìn)程下的設(shè)計(jì)對(duì)策

在中國(guó)特色的政策環(huán)境下，解讀“裝配式”三個(gè)字十分重要。這個(gè)提法本意是“工廠預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)拼裝”這八個(gè)字，其衡量標(biāo)準(zhǔn)有預(yù)制率和裝配率兩個(gè)重要指標(biāo)。

3.1 裝配式標(biāo)準(zhǔn)化建筑設(shè)計(jì)模塊化

圖2 非標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制構(gòu)件及其連接方式

首先，在裝配式建筑中應(yīng)符合裝配式建設(shè)設(shè)計(jì)特點(diǎn)如標(biāo)準(zhǔn)化、參數(shù)化、工業(yè)化。其裝配式建筑在設(shè)計(jì)前是被拆解為無(wú)數(shù)個(gè)組件，并批量生產(chǎn)以此降低生產(chǎn)成本提高成本效率。以此在不影響方案與空間感時(shí)，應(yīng)盡量將裝配式建筑部分配件的規(guī)格與參數(shù)能耗降到最低其次，在目前建成的裝配式建筑中一般有辦公樓、醫(yī)院、賓館等，這些建筑物都采用了模塊化設(shè)計(jì)辦法。不僅降低了生產(chǎn)制造成本也縮短了工期。例如，在供暖設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須結(jié)合裝配式住宅的特點(diǎn)。地板輻射采暖具有溫度適宜、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，已成為裝配式房屋的重要采暖方式之一。室內(nèi)的平均輻射溫度決定著人的舒適感，地板輻射供暖的設(shè)計(jì)中，室內(nèi)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的溫度較高，導(dǎo)致平均輻射溫度升高。室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度降低1～3℃，可有效提高人們的舒適度。又如，在電氣設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)在方案階段提供孔洞、管道固定點(diǎn)、預(yù)埋套管位置、接線盒等預(yù)制構(gòu)件的規(guī)格，并確定其處理原則。本階段主要是根據(jù)項(xiàng)目計(jì)劃中預(yù)制房屋的功能和面積要求，確定裝配所采用的結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)件類型。在電氣方面，我們應(yīng)根據(jù)管道的實(shí)際情況進(jìn)行規(guī)劃，并及時(shí)制定相應(yīng)的解決方案。

3.2 裝配式參數(shù)化與BIM 技術(shù)的利用對(duì)策

在裝配式建筑組件預(yù)制模式中，應(yīng)利用BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)二維與三維結(jié)合的方式進(jìn)行，以此在分析復(fù)核項(xiàng)目時(shí)，設(shè)計(jì)人員可將項(xiàng)目建成效果以可視化，清楚直觀地反映出設(shè)計(jì)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)。其BIM 技術(shù)中可形成裝配式參數(shù)化的特點(diǎn)，并在建模的幫助下，模擬出項(xiàng)目建成空間，其設(shè)計(jì)人員在復(fù)核各個(gè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)時(shí)，避免錯(cuò)誤發(fā)生。例如，在管線綜合設(shè)計(jì)中，可利用BIM 建模來(lái)完成，在降低出錯(cuò)率的同時(shí)可方便后期與工程生產(chǎn)階段進(jìn)行交接[2]。

例如，預(yù)制施工項(xiàng)目的傳統(tǒng)施工模式是設(shè)計(jì)、工廠制造和現(xiàn)場(chǎng)安裝。與設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工模式相比，節(jié)省了時(shí)間，但仍難以推廣。從技術(shù)和管理的角度來(lái)看，一方面，由于設(shè)計(jì)、工廠制造和現(xiàn)場(chǎng)安裝三個(gè)階段的分離，設(shè)計(jì)結(jié)果可能不合理，在安裝過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)不可用或不經(jīng)濟(jì)，導(dǎo)致更換和浪費(fèi)，甚至影響質(zhì)量；另一方面，工廠統(tǒng)一加工的產(chǎn)品比較死板，缺乏多樣性，無(wú)法滿足不同客戶的需求。BIM 技術(shù)的引入可以有效解決上述問(wèn)題，它將設(shè)計(jì)方案、制造需求和安裝需求集成到BIM 模型中，在實(shí)際施工前綜合考慮設(shè)計(jì)、制造和安裝的各種要求，提前消除實(shí)際制造和安裝過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題[3]。

3.3 在裝配式建筑下預(yù)制構(gòu)件的安裝過(guò)程

在裝配式建筑下預(yù)制構(gòu)件在安裝過(guò)程中，施工人員應(yīng)嚴(yán)格按照施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安裝，根據(jù)施工設(shè)計(jì)圖紙開(kāi)展安裝工作，并且應(yīng)確保預(yù)制構(gòu)件在安裝過(guò)程中的完整性[4]。施工人員應(yīng)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的尺寸、規(guī)格進(jìn)行嚴(yán)格的把控，同時(shí)也需要對(duì)施工工藝進(jìn)行分析，確保安裝過(guò)程中不出現(xiàn)意外等情況發(fā)生。施工人員應(yīng)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的軸線進(jìn)行定位，確保軸線與尺寸、水平標(biāo)高一致，在進(jìn)行安裝的時(shí)候應(yīng)確保預(yù)制構(gòu)件平整潔凈，表面無(wú)其他雜物，拼縫嚴(yán)密避免出現(xiàn)漏漿的情況發(fā)生。例如，在針對(duì)預(yù)制構(gòu)件鋁合金模板進(jìn)行安裝時(shí)，應(yīng)將偏差控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)，在裝配式建筑下鋁合金模板具有一定的承載能力、剛度和穩(wěn)定性等，能夠承載來(lái)自混凝土自重、側(cè)壓力以及施工荷載[5]。在進(jìn)行安裝時(shí)施工人員需要注意，在遇到非標(biāo)層配模施工產(chǎn)生的問(wèn)題時(shí)應(yīng)采取一定的措施解決。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)比鋁合金模板高的時(shí)候梁板、板尺寸會(huì)產(chǎn)生局部變化。為提高預(yù)制構(gòu)件安裝率，施工人員應(yīng)針對(duì)非標(biāo)層配模變化通過(guò)對(duì)墻、梁、板節(jié)點(diǎn)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，采用標(biāo)準(zhǔn)層加預(yù)制構(gòu)件的結(jié)構(gòu)變化有序進(jìn)行安裝工作。

3.4 裝配式建筑中的多樣化設(shè)計(jì)

在裝配式建筑設(shè)計(jì)中，具有多樣化的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。首先，在選擇預(yù)制構(gòu)件時(shí)應(yīng)考慮到當(dāng)?shù)氐娜宋奶厣l(fā)展環(huán)境等因素，并且應(yīng)根據(jù)周邊環(huán)境設(shè)計(jì)出合理的預(yù)制裝配式建筑。其次，為滿足人們的居住環(huán)境，應(yīng)體現(xiàn)其標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)理念，一般來(lái)說(shuō)體現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)是指裝配式建筑應(yīng)采用模塊及模塊組合的設(shè)計(jì)方法，遵循少規(guī)格、多組合的原則。住宅建筑的樓梯、集成式廚房、集成式衛(wèi)生間等模塊應(yīng)采用組合設(shè)計(jì)。裝配式建筑外墻、陽(yáng)臺(tái)板、空調(diào)板、外窗、遮陽(yáng)設(shè)施及裝飾等部品部件宜進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。根據(jù)調(diào)查，在采用裝配式建筑工藝完成模塊化、預(yù)制化生產(chǎn)，使用的時(shí)候只需要像搭積木一樣安裝起來(lái)就行，4h 就能搭建出房屋主體。

3.5 加快落實(shí)裝配式建筑設(shè)計(jì)理念，促進(jìn)我國(guó)長(zhǎng)久發(fā)展

目前，為加快落實(shí)快新型建筑工業(yè)化發(fā)展的實(shí)施意見(jiàn)，提出推進(jìn)裝配式建筑發(fā)展、應(yīng)推進(jìn)綠色建筑高質(zhì)量發(fā)展等重點(diǎn)任務(wù)，明確金融、環(huán)保、科技等方面的支持政策。首先是在環(huán)境保護(hù)政策方面，應(yīng)支持建筑企業(yè)做好環(huán)境影響評(píng)價(jià)和監(jiān)測(cè)工作，將符合要求的裝配式建筑等新型建筑產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目納入生態(tài)環(huán)境監(jiān)管積極名單。在嚴(yán)格落實(shí)揚(yáng)塵污染防治辦法的基礎(chǔ)上，在重污染天氣應(yīng)急響應(yīng)期間，裝配式建筑等新型建筑工業(yè)化項(xiàng)目除土石方、爆破拆除、噴涂粉刷等國(guó)家明確要求的施工環(huán)節(jié)外，其他可以不停工。同時(shí)，各地可以研究制定符合重污染天氣應(yīng)急期間，生態(tài)環(huán)境監(jiān)管要求的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)差異化管控政策。制定建筑垃圾排放限值標(biāo)準(zhǔn)。到2025 年底，新建施工現(xiàn)場(chǎng)的建筑垃圾（不含工程渣和泥漿）排放量不超過(guò)300t/萬(wàn)m2，裝配式施工現(xiàn)場(chǎng)的建筑垃圾（不含工程渣和泥漿）排放量不超過(guò)200t/萬(wàn)m2。開(kāi)展施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾排放宣傳，鼓勵(lì)各地對(duì)符合施工現(xiàn)場(chǎng)減少建筑垃圾要求的施工企業(yè)給予獎(jiǎng)勵(lì)。其次，新建建筑面積中的地方裝配式建筑比例應(yīng)達(dá)到30%以上，被動(dòng)式超低能耗建筑累計(jì)超過(guò)1340 萬(wàn)m2。這樣，中國(guó)將在2035 年推動(dòng)系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)和精益生產(chǎn)建設(shè)的廣泛應(yīng)用，大大提高企業(yè)的科技創(chuàng)新能力，將信息技術(shù)與建筑業(yè)深度融合，進(jìn)入綠色發(fā)展的新階段，實(shí)現(xiàn)新型建筑產(chǎn)業(yè)化的高質(zhì)量發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在我國(guó)建筑設(shè)計(jì)行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展中，應(yīng)基于裝配式建筑并不斷促進(jìn)我國(guó)大型項(xiàng)目裝配式建造方式，以此，有效降低能耗、減少成本，注重綠色建筑發(fā)展理念。本文從設(shè)計(jì)角度出發(fā)，基于裝配式建筑發(fā)展內(nèi)容，并提出相應(yīng)的對(duì)策，在裝配式建筑的推動(dòng)下，不斷促進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)良好發(fā)展。