裝配式建筑應(yīng)用的分析研究
——以劇場裝配式設(shè)計應(yīng)用為例

高 俊 梁 怡 王 濤 劉 濤

中國建筑西北設(shè)計研究院有限公司 陜西 西安 710018

裝配式建筑是近幾年建筑行業(yè)發(fā)展當中衍生出來的一種建筑工程項目形式，與普通的建筑工程相比，其在實際建設(shè)施工中更加便捷，開始廣泛應(yīng)用于各類型建筑中。在我國現(xiàn)代化社會可持續(xù)發(fā)展要求下，裝配式建筑一體化設(shè)計也能夠很好地解決工程項目建設(shè)中的“二次設(shè)計”問題，減少二次裝修設(shè)計中的大量返工與資源浪費，使得項目建造方式得到改善，進而達到全新的工程項目建設(shè)要求。所以，將裝配式建筑應(yīng)用于實際建設(shè)當中非常有必要，技術(shù)人員在操作當中還需要掌握裝配式建筑的應(yīng)用要點，以科學(xué)、合理的方式提高裝配式建筑工藝水平，達到工程項目建設(shè)發(fā)展的目標。

1 裝配式建筑應(yīng)用優(yōu)勢

與普通的建筑工程項目形式相比，裝配式建筑的抗震性能更高，在建設(shè)施工中能夠提供高質(zhì)量、節(jié)能環(huán)保的建筑產(chǎn)品，并且可以實現(xiàn)PC構(gòu)件產(chǎn)品化和標準化。裝配式建筑作為新時期建筑行業(yè)發(fā)展中的一種新型理念和表現(xiàn)形式，在實際應(yīng)用中可以根據(jù)工程項目建設(shè)要求連接形成牢固的整體，結(jié)構(gòu)之間的連接節(jié)點和連接處的接縫以后澆混凝土或者灌漿、坐漿等方式予以補充，連接部位也可以根據(jù)變形的方向和大小做成滑動、鉸接或者固支，因此具有較強的穩(wěn)固性和靈活性[1]。

圖1 裝配式劇場理論設(shè)計最小高度示意圖

在大中型劇場中，觀眾坐席及周圍墻體可以全部采用裝配式結(jié)構(gòu)，通過主體結(jié)構(gòu)高裝配率、高品質(zhì)裝配式建筑體系設(shè)計，將水、暖、電等設(shè)備系統(tǒng)融合進坐席及墻體構(gòu)造形式中，解決裝配式建筑中的“二次裝修設(shè)計”問題。而對于高度比較敏感的劇場設(shè)計，可通過優(yōu)化裝配式構(gòu)件的尺寸，在有效的高度空間內(nèi)達到最大的設(shè)計觀演人數(shù)，融合更多演出模式，并在后期投入使用后，通過較方便的進行更換、維修和材料再利用，達到更加節(jié)能環(huán)保的效果，也是一種高效率、集約化、節(jié)能型的劇場建造方式。

2 裝配式建筑設(shè)計應(yīng)用要點

2.1 外圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計

外圍護結(jié)構(gòu)是裝配式建筑工程項目設(shè)計的要點，其在這類建筑工程結(jié)構(gòu)中需要承擔多重功能，確保裝配式建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。常用的全截面預(yù)制外圍護墻自重較大，還存在梁柱核心區(qū)域預(yù)制與現(xiàn)澆混凝土收縮冷縫問題，會破壞外圍護結(jié)構(gòu)的整體性。在現(xiàn)階段優(yōu)化裝配式建筑的外圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計時，通常采用預(yù)制化和集成化的圍護隔墻系統(tǒng)，其可以很好地確保外圍護結(jié)構(gòu)的性能，也可以提供更加可行的設(shè)計方案和施工規(guī)劃。就鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑工程項目來說，在外圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計不到位的情況下，會直接影響鋼結(jié)構(gòu)建筑施工質(zhì)量，難以體現(xiàn)裝配式建筑結(jié)構(gòu)的高精度優(yōu)勢。而以圍護隔離系統(tǒng)的設(shè)計為主時，就可以解決傳統(tǒng)圍護結(jié)構(gòu)的弊端。根據(jù)不同的裝配式建筑工程項目特點和性質(zhì)選擇針對性的外圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計，其能夠以裝配式一體化組合外墻設(shè)計為主，在設(shè)計工程項目建設(shè)方案時，采用復(fù)合結(jié)構(gòu)墻體，以局部剛性+整體柔性的方式避免墻體變形、開裂，從而增大外圍護結(jié)構(gòu)的剛度。在這種設(shè)計模式下，外圍護結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的連接形式需要以嵌掛結(jié)合的方式為主，設(shè)置多重防水阻隔，采用專用的連接結(jié)構(gòu)對局部剛性和整體柔性進行連接，以剛?cè)峄パa的原理可同時提高裝配式建筑結(jié)構(gòu)的抗震系數(shù)。這類外圍護墻體設(shè)計形式可以在很大程度上縮短工程項目建設(shè)施工周期，施工的強度也能夠有所減少，提高裝配式建筑工程項目施工安全性，顯著加強結(jié)構(gòu)性能。

2.2 主體裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計

目前常見的裝配式結(jié)構(gòu)為裝配式混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)，針對不同結(jié)構(gòu)形式的裝配式結(jié)構(gòu)，項目設(shè)計時要從不同的側(cè)重點切入，以提高工程項目設(shè)計的科學(xué)性及合理性。

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計重點為預(yù)制豎向構(gòu)件的拆分設(shè)計和深化設(shè)計，同時也要做好預(yù)制水平構(gòu)件的拆分和深化設(shè)計工作，提高主體結(jié)構(gòu)設(shè)計的綜合成效。裝配式建筑混凝土主體結(jié)構(gòu)的安全性能會受到豎向構(gòu)件的影響，在開展預(yù)制豎向構(gòu)件拆分設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)有關(guān)指導(dǎo)文件，結(jié)合《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中的規(guī)定，對受力復(fù)雜區(qū)域及關(guān)鍵區(qū)域以現(xiàn)澆設(shè)計方式為主，考慮工程項目建設(shè)中的綜合因素，在樓梯間附近及承受拉力的豎向構(gòu)件均不建議采用預(yù)制。為了控制裝配式建筑主體結(jié)構(gòu)施工成本，結(jié)構(gòu)設(shè)計時要盡量減少拆分制構(gòu)件的規(guī)格數(shù)量，防止產(chǎn)生超預(yù)算現(xiàn)象。對預(yù)制豎向構(gòu)件進行深化設(shè)計的過程中，應(yīng)按照《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的要求適當減少灌漿套筒的數(shù)量[2]。開展預(yù)制水平構(gòu)件設(shè)計時，重點應(yīng)滿足主體結(jié)構(gòu)指標要求。為了提高裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性，在設(shè)計方案中應(yīng)標明鋼筋碰撞檢查這項重點工作，要求在項目實施當中做好這項工作，否則會影響構(gòu)件施工質(zhì)量，還會出現(xiàn)安裝位置不準確的問題。在全面優(yōu)化設(shè)計成效時，設(shè)計還可以借助BIM技術(shù)模擬構(gòu)件施工，排除構(gòu)件吊裝碰撞問題。

當裝配式建筑工程的主體結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)時，在項目設(shè)計方案中應(yīng)將準備工作、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)預(yù)埋施工、鋼結(jié)構(gòu)主體吊裝作為設(shè)計要點。前期的準備工作在于移交吊裝專項施工方案，在共同分析現(xiàn)場施工情況前提下，與施工現(xiàn)場做好技術(shù)安全交底，合理選擇塔吊的型號，確定位置，完成這個環(huán)節(jié)的布設(shè)。在編制工程項目進度計劃時，需要設(shè)計與施工共同參與，合理調(diào)配各個環(huán)節(jié)的資源，做好充分的準備工作。設(shè)計基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)預(yù)埋施工方案的過程中，要明確鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)預(yù)埋件的預(yù)埋施工會對上部鋼結(jié)構(gòu)施工造成直接影響從根本上控制預(yù)埋精度，將誤差嚴格控制在國家現(xiàn)行規(guī)范及規(guī)程所允許的10mm范圍內(nèi)。開展鋼結(jié)構(gòu)主體吊裝設(shè)計工作時，要確定吊裝施工的流程，要求施工在具體操作之前掌握設(shè)計方案的內(nèi)容，明確每一個步驟的要點，確保鋼結(jié)構(gòu)的施工滿足設(shè)計要求。

2.3 機電設(shè)備的裝配式設(shè)計

機電設(shè)備也是裝配式工程項目建設(shè)的重要部分，在落實工程項目設(shè)計時，需要掌握機電設(shè)備裝配式設(shè)計的要點，綜合精裝圖紙上的水電暖點位，結(jié)合預(yù)制構(gòu)件的布置進行BIM建模，檢查點位是否存在碰撞，從而確定機電點位，保證管線走向的合理性，在設(shè)計階段解決施工中可能產(chǎn)生的問題。這個部分的裝配式設(shè)計要求圖紙設(shè)計階段做好豎向構(gòu)件電箱設(shè)計、電氣點位設(shè)計、給排水點位設(shè)計、管線設(shè)計等工作。設(shè)計豎向構(gòu)件電箱時，要將管線數(shù)量較多的箱體盡量避開預(yù)制墻，如果實在無法避開就需要將箱體的預(yù)留孔洞尺寸精確落到預(yù)制構(gòu)件上，并確定出線套管的數(shù)量、規(guī)格等，做好預(yù)埋設(shè)計工作[3]。設(shè)計電氣點位時，預(yù)制樓板應(yīng)該按照電氣點位對應(yīng)預(yù)埋線盒，當預(yù)制樓板下的隔墻上有開關(guān)和配電箱時，墻體內(nèi)向上垂直輻射的管線應(yīng)該穿過預(yù)制板，與現(xiàn)澆層內(nèi)水平敷設(shè)的管線相連。給排水點位設(shè)計應(yīng)該按照給水管走向在預(yù)制墻上開40mm寬30mm深的槽，安裝水管之后將開槽抹平。廚衛(wèi)水電管線設(shè)計時，要盡量避免電氣線盒碰撞。豎向構(gòu)件管線設(shè)計要求設(shè)計人員明確預(yù)埋方向，預(yù)制墻上開關(guān)管線要向上預(yù)埋，壁掛式空調(diào)機插座管線向上預(yù)埋，普通插座和柜式空調(diào)機插座和弱電插座管線要向下預(yù)埋。暖通送回風口也根據(jù)建筑空間形式提前做好預(yù)埋設(shè)計布置，從而達到相應(yīng)的標準。

圖3 裝配式設(shè)計中得線槽預(yù)留實例

圖4 裝配式劇場座椅送風預(yù)留實例

3 影響裝配式建筑應(yīng)用質(zhì)量的因素

3.1 材料因素

材料是建筑工程項目建設(shè)施工的要點，以裝配式建筑的應(yīng)用作為關(guān)鍵時，應(yīng)從多個方面確保工程項目建設(shè)施工材料的質(zhì)量，使得裝配式建筑結(jié)構(gòu)滿足穩(wěn)定性要求。

3.2 設(shè)備因素

機械設(shè)備在裝配式建筑工程項目建設(shè)中必不可少，尤其是在當下科學(xué)技術(shù)水平不斷提高的過程中，工程建設(shè)施工需要利用的設(shè)備種類和數(shù)量有所增多。在現(xiàn)場開展工程項目建設(shè)施工作業(yè)時，還有一些不能夠熟練使用機械設(shè)備，在沒有完全掌握設(shè)備操作要點的情況下盲目作業(yè)，難以體現(xiàn)設(shè)備的作用，還會適得其反。

3.3 工藝因素

施工工藝是裝配式建筑需要重點控制的因素，落實工程建設(shè)施工作業(yè)的過程中，工藝參數(shù)、技術(shù)指標等都會直接影響裝配式建筑應(yīng)用成效。就目前的工程項目建設(shè)施工情況來看，許多施工人員掌握的工藝方法并不嚴謹，過多地依賴自身的工作經(jīng)驗，缺乏對裝配式建筑工程項目建設(shè)要求和標準的了解，體現(xiàn)出來的工藝技術(shù)存在較大的缺陷。裝配式建筑的應(yīng)用涉及到的工作環(huán)節(jié)和內(nèi)容較多，在工程實施操作中一旦沒有掌握重點的工藝技術(shù)，就很容易導(dǎo)致工程建設(shè)施工參數(shù)不達標，影響了建筑結(jié)構(gòu)的性能，嚴重時還會出現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)裂縫、位移、坍塌等現(xiàn)象，達不到工程建設(shè)工藝的標準。

4 優(yōu)化裝配式建筑應(yīng)用成效的措施

4.1 合理利用BIM設(shè)計技術(shù)

BIM技術(shù)是新時期科學(xué)技術(shù)發(fā)展的過程中常見的一種技術(shù)形式，在裝配式建筑中的應(yīng)用可以體現(xiàn)可視化、高效性等特點，對于提高工程建設(shè)施工質(zhì)量有非常顯著的作用。以裝配式建筑的應(yīng)用作為核心時，在設(shè)計階段，可以通過三維空間技術(shù)分析研究建筑空間與建筑結(jié)構(gòu)的關(guān)系，從而完善設(shè)計內(nèi)容，進一步提升設(shè)計階段的精準度；在施工階段，可以充分利用BIM技術(shù)優(yōu)化工程建設(shè)施工形式，分析建筑數(shù)據(jù)，迅速計算整個建筑工程項目的工程量，并且以此估算造價，提高工程建設(shè)施工造價的精度。而且隨著BIM技術(shù)不斷普及，眾多施工單位都開始利用BIM技術(shù)模擬施工環(huán)境。施工單位能夠借助其分析施工主體的客觀環(huán)境，根據(jù)BIM技術(shù)獲得的工程建設(shè)施工數(shù)據(jù)信息確定具體的參數(shù)，提供可靠的參考依據(jù)。為了提高裝配式建筑應(yīng)用效果，利用BIM技術(shù)的過程中，要完善工程整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，利用其系統(tǒng)建模，呈現(xiàn)3D立體效果，分析在實際操作中可能產(chǎn)生的問題，從而提前解決其中的問題，豐富裝配式建筑結(jié)構(gòu)的功能特性。

4.2 完善項目管理體制

落實整個項目建設(shè)施工作業(yè)的過程中，施工單位不僅要合理選擇工程建設(shè)施工方法，還要構(gòu)建可靠的施工管理體制，根據(jù)裝配式建筑施工的要求對其進行完善，起到約束施工的作用，規(guī)范工程建設(shè)施工方法，為裝配式建筑的有效應(yīng)用提供重要保障。施工單位需要設(shè)立嚴格的安全生產(chǎn)管理制度，組織裝配式建筑施工作業(yè)時，歸納整理工程項目建設(shè)施工各個環(huán)節(jié)的工作要點，立足于完善的施工管理體制查漏補缺，引導(dǎo)項目施工按照要求完成工程施工任務(wù)。需要注意的是，在預(yù)制構(gòu)件時，需要按統(tǒng)一制造標準，保證施工材料的質(zhì)量達到要求，促使構(gòu)件可以正確連接，全面提高裝配式建筑應(yīng)用質(zhì)量。

4.3 優(yōu)化相關(guān)配套形式

裝配式建筑中的配套形式包括標準配套、隊伍配套和監(jiān)管配套，雖然整體工程的應(yīng)用最主要的是合理利用相關(guān)的工藝技術(shù)，按照工程建設(shè)施工流程完成作業(yè)任務(wù)，但是也不能夠忽視相關(guān)配套的重要性。施工單位應(yīng)以設(shè)計標準作為紐帶，實現(xiàn)設(shè)計專業(yè)、構(gòu)件結(jié)構(gòu)、機械設(shè)備等各方面的統(tǒng)籌，以設(shè)計施工一體化的模式提高工程建設(shè)施工成效。特別是在裝配式建筑前期設(shè)計當中，要采取嚴格的監(jiān)督管理方法，在后期則需要加強對整個施工過程的質(zhì)量安全控制，確保工程建設(shè)施工的科學(xué)性和規(guī)范性。

5 結(jié)語

綜上所述，在新時期建設(shè)發(fā)展當中，加大裝配式建筑的推廣力度，擴大其應(yīng)用范圍。實際推廣裝配式建筑的過程中，應(yīng)結(jié)合工程項目建設(shè)的實際情況和需求，合理利用相應(yīng)的裝配式技術(shù)要點，通過控制裝配式建筑施工質(zhì)量，把握關(guān)鍵節(jié)點，實現(xiàn)從建筑、構(gòu)件、設(shè)備、裝修、裝飾等的設(shè)計、生產(chǎn)、施工一體化建設(shè)模式，全方位提高裝配式建筑在工程建設(shè)中的應(yīng)用。