預制裝配式建筑設計實踐及相關問題探討

胡小玲

摘要：預制裝配式建筑的定義是把建筑物中的混凝土剪力墻、柱、梁、樓板、樓梯、陽臺等建筑構件先在工廠中預制生產，再運輸到施工現場進行裝配的施工做法。相對傳統的現場施工的方法，預制裝配式做法的優點在于減少了氣候環境對施工效果的影響，提高了施工效率，縮短了施工周期，在保證施工質量的同時也能夠大大節約勞動力，并且更節能環保。缺點是預制裝配受到運輸條件、吊裝設備和場地的限制，大型建筑構件如剪力墻、柱、梁、樓板等會在工廠預制前被拆分，需要運到現場后再進行組裝，會對施工各方的配合度提出更高的要求。

關鍵詞：預制裝配式建筑；建筑設計；設計實踐

1 引言

從建國以來，我國在建筑建設方面發展的很快，大量的混凝土建筑拔地而起。隨著施工經驗的不斷積累和施工技術的不斷革新，我們發現混凝土現場澆注的產生的一些問題，如下：①需要大量勞動力且施工工期長。比如韓國三星在西安建設的一個工廠，采用了預制裝配技術，工期僅需三個月，若采用非裝配技術，工期至少一年，并且所耗勞動力總量只有非裝配建筑技術的1/20。②部分部位如果采用現場澆注的做法，施工質量很難得到保證，如坡屋頂與天溝/的接觸部位受振搗條件的影響質量差異很大，現場基本無其他作業手段，因此該部位漏水現象普遍，工廠化生產就可避免這一問題。③現場澆注混凝土會對環境造成影響，如噪聲污染、建筑垃圾污染等。比如，混凝土施工為避免過多施工縫的形成，通常會連夜施工，噪聲會影響周圍居民的正常作息。又如，河道護坡項目施工如果采用現場澆注混凝土，將對河流造成污染，而若使用預制樁就不會有此污染問題。④施工現場作業在露天進行，工人的施工環境受氣候影響較大。讓從業工人在惡劣的工作條件下工作不僅會影響工作效率，還存在安全風險。隨著從業工人對作業環境有了更高要求，他們已經不愿意在惡劣的條件下工作了。基于上述問題，產生了預制裝配式建筑技術。目前預制裝配技術已經在工業廠房、大型公共建筑、多高層住宅、別墅等各個類型建筑中得到廣泛的應用，為了更加完善預制裝配技術，我們應該對其在設計實踐中存在的問題進行分析和研究，并找到解決的辦法。

2 預制裝配式建筑存在的技術難題

預制裝配式建筑在設計理論上和傳統現場澆注建筑沒有不同，但在施工思路上完全不一樣。預制裝配式建筑是將原本是一個整體的剪力墻、梁、柱等建筑構件拆分，在工廠中預制生產后，通過運輸到現場，吊裝進行組裝的方式施工建設，從而滿足設計要求的受力性能的。雖然預制裝配式建筑的工業化生產模式可以縮短施工周期，提高施工質量，但因受到運輸和吊裝條件的限制，在實踐中也會存在一些技術問題：

（1）平面不規則與構件數量限制的矛盾。每個建筑平面都是根據對地形、使用功能和建筑外觀等因素的綜合考量確定的，因此每個建筑項目的平面千差萬別。在實踐過程中如果按照每個建筑平面生產相應的模具，那么成本將會過高，導致項目夭折。因此，我們需要結合預制裝配式建筑與非裝配式建筑的優點，對于平面形狀中不規則的部分可以采用非裝配式建筑現場澆注的做法，或者采用鋼結構的做法。

（2）接縫、節點處的耐久性、抗震性能、安全性和防水處理。因為裝配式建筑在組裝建筑構件的過程中，會出現很多節點和接縫，這些是結構受力和建筑防水的薄弱環節，如果不能處理好節點和接縫，建筑的安全性就會受到影響。通常的處理方法是將拆分構件的預留鋼筋焊接好后，再用一個比被連接構件高一等級的混凝土加微膨脹劑澆筑，然后再振搗密實即可。眾多實際工程案例證明，這種做法能夠滿足耐久性、抗震性、防水等建設要求。但需注意的是，由于構件拆分組裝過程質量具有離散性，所以拆分構件的預留連接鋼筋應適當加大。

（3）預防構件運輸、吊裝過程中的開裂：由于拆分構件由于運輸、吊裝的需要會設置四個或多個吊裝點，通過模擬運輸、吊裝過程中拆分構件的受力情況，如果實際受力情況同設計模擬時相同或相近，那么將不會發生開裂的情況。但實際情況是，在運輸和吊裝過程中很難做到不開裂。考慮到吊裝和運輸方式的不確定性，通常工程中預防構件開裂的方式是加大被拆分構件的構造配筋。

特別說明的是，對于高層建筑的核心筒、剪力墻的約束邊緣構件、轉換梁、框支柱等抗地震力的建筑構件適宜采用現澆混凝土的施工方式，增強建筑構件的抗震性。

3 采用BIM技術實現預制裝配式建筑

目前，二維圖紙表達設計的工作方法仍是主流，但對于預制裝配式建筑來講，由于其對節點連接、管線預埋位置等要求準確，傳統的二維表達方式很難直觀的表述，給溝通帶來困難。這就需要我們采用三維的表述，BIM技術就恰好解決了這一問題，更好地協同各個專業一起解決設計實踐問題。

3.1 結構專業協同

為了滿足抗震設計的原則和需求，預制裝配式建筑的體形、平面和構造都有一定的要求。為了滿足工業化制造的要求，預制建筑構件在設計上應符合受力合理、連接簡單、施工方便、規格少、組合多的原則，制定合理的預制構件尺寸和重量，便于加工和運輸，提高工程質量的同時也要控制建設成本。承重墻和柱應注意上下連續，門窗洞口盡量上下對齊，不宜使用轉角窗。門窗洞口的設置應滿足結構受力要求和預制構件的設計要求，另外管線留洞位置和尺寸應保證準確。

3.2 給排水專業協同

預制裝配式建筑需要考慮公共空間豎向管井留洞位置和大小，豎向管線應相對集中，水平管線應減少交叉。穿過預制樓板的管道應預留洞，穿過預制梁的管道應預埋套管，要保證管井和吊頂內部的管線安裝牢固并方便檢修和更換。住宅套內優先采用同層排水的方式，并要做好防水構造。整體衛浴和整體廚房的安裝需要和廠家配合預留好管道接口位置及尺寸，太陽能熱水系統集熱器與儲水罐也需要與建筑整體配合，做好預留和預埋。

3.3 暖通專業協同

供暖系統的主立管和分戶控制閥門等應布置在公共空間豎向管井內，戶內供暖管線則是做成獨立環路。在采用低溫熱水地面輻射供暖時，分、集水器應結合地面墊層構造布置，便于檢修管理。在采用散熱器供暖時，應做好合理分布散熱器位置，管線走向的工作。在采用分體式空調機時，應滿足臥室和起居室空調安裝的位置和預留預埋條件。在采用集中新風系統時，應預先確定風道的布置、住宅中廚房和衛生間排氣道的布置。

3.4 電氣電訊專業協同

在布置分戶配電箱位置時，要保證分戶墻兩側暗裝電氣設備不連通。預制構件需考慮內裝要求，確定好插座、燈具、有線電視接口、電話和網絡接口等位置。還需將線路布置與建筑構件綜合考慮。在預制墻體或疊合板內暗敷設時，需要用線管保護。在預制墻體相應位置還需預留預埋，為了將來安裝電氣開關、插座、連接管線等。另外，在外墻板、內墻板的門窗過梁和錨固區不宜埋設設備管線。

4 結語

為了能夠實現我國預制裝配式建筑的快速發展，需要在設計實踐中結合具體建設項目的設計要求，綜合考量各方需求，在熟悉預制構件的拆分、生產、加工、運輸和安裝等各道工序技術要點的前提下，對預制裝配建筑進行整體分析和研究，并盡力協同各專業工種，不斷積累預制裝配式建筑設計經驗，整合各項資源，提高預制裝配式建筑設計和建設的水平，本文期盼能為做出微薄貢獻，供同行參考。

參考文獻

[1]樊則森.預制裝配式建筑設計要點【J】.住宅產業，2015（8）：56.

[2]胥曉睿.預制裝配式高層住宅設計與綠色施工【J】.建筑施工，2016，38（1）：97-99

[3]徐曄楨.預制裝配式剪力墻結構住宅建筑的設計【J】.建筑施工，2013，35（10）：928-930.

[4]駱雅琳. 淺議預制裝配式建筑的發展前景及結構設計要點【J】.建設科技，2014，（19）：102-103.