裝配式住宅建筑的設計創新與應用研究

顧 婧

（江蘇中甲工程設計有限公司，江蘇 南京 210007）

1 裝配式住宅建筑的特點

1.1 裝配式住宅建筑的優點

裝配式住宅建筑因其應用零部件直接安裝搭建建筑這一特征，可以在眾多專業工廠直接進行安裝生產，實現工業化的制備。將工地搬向工廠，這種更加標準化的生產方式，能夠直接控制各種類型的建筑材料及其零部件的力學性能與建造標準。裝配式住宅建筑需要生產和加工的各種建筑構件產品質量較為穩定可控，具有更高的安全性和保障性。同時，裝配式住宅建筑施工過程還具有一定的操作靈活性，可以根據實際的建筑情況來自行決定各種建筑材料的實際使用量，從而在一定程度上減少了建筑施工過程中建筑材料的大量儲存，節省了場地租金。此外，裝配式住宅建筑的施工建造可以減少建筑材料現場的保護工作量，減少對場地周邊環境的破壞，從而充分發揮企業保護生態環境的積極作用。傳統施工受制于季節氣候的影響，惡劣天氣時無法施工，但裝配式建筑施工受環境影響較小，工廠批量加工、養護各類構件的方式也可以極大提高施工效率與速度。因此，裝配式住宅建筑因其有效控制房屋質量并減少施工周期等突出優勢適合被廣大房企、政府保障房項目積極采用。

1.2 裝配式住宅建筑的局限性

當前我國的裝配式住宅建筑仍然存在一些技術問題，主要體現在目前國家對于裝配式住宅建筑的工程設計、竣工驗收等相關管理的標準和相應指標需要進一步明確。在建筑構件的設計生產過程中，其尺寸及位置等都必須盡可能地精確設計，如果不能精確設計，就很有可能需要進行現場施工開槽、開洞或重新設計，這在一定的技術程度上增加了建筑設計、構件生產及建造施工時的技術難度。批量化的生產模式也會加大一定的錯料風險，對設計及生產單位的要求都會相應提高。此外，構件生產工廠如果離實際建筑施工現場太遠，可能會增加材料運輸施工中的時間成本。

2 裝配式住宅建筑設計創新

我國裝配式住宅建筑發展時間較短，但發展迅速，已有較多實踐案例可供研究。文章通過對當前實踐較多的裝配式住宅建筑設計要素及我國與日本的裝配式住宅創新設計進行分析，為我國裝配式住宅建筑的發展提供一定的參考，以期達到一定的促進作用。

2.1 現階段裝配式住宅建筑設計的普遍特點

我國裝配式住宅設計主要體現在建筑結構主體部分，并已達到一定的工業化。通過對預制外墻、疊合樓板、內墻條板、樓梯、空調板、凸窗和女兒墻等構件進行設計組合，與現澆部分共同達到最終效果。裝配式住宅也多采用混進凝土結構形式進行設計，這也與傳統的住宅結構設計形式相同。

此外，在預制率要求較高的地方，精裝修住宅會采用廚衛集成式吊頂等選項，內部如衛生間、廚房等功能性較強的區域仍然為傳統的設計施工方案。住宅建筑外部裝飾如外墻飾面、保溫，以及房間內部裝修也基本為傳統的設計施工方案，這些尚未達到工業化的部分存在較多的二次施工和濕作業問題，這部分設計內容有相當大的空間可供研究與實踐。

2.2 我國裝配式住宅設計創新實例

（1）主體結構形式設計創新。雖然我國的裝配式住宅建筑主體部分以混凝土PC結構為主，其他結構形式的住宅建筑所占比例極少，但作為裝配式住宅家族的后起之秀，鋼結構住宅在我國新建房屋中所占的比例不斷提高。裝配式鋼結構具有建設周期短、抗風抗震性能佳、空間布置靈活、滿足超高層和超跨度結構要求等特點，被廣泛應用于高層住宅。我國是鋼材生產、使用大國，推行裝配式鋼結構住宅具有非常重要的意義。住房和城鄉建設部于2019年6月發布了《裝配式鋼結構住宅建筑技術標準》（JGJ/T 469—2019），該標準已于同年10月1日起正式開始實施，在鋼結構住宅的集成設計、各大系統等諸多方面做出了細致的規范，為裝配式鋼結構住宅建筑設計提供了有力的技術支持。以山西迎曦園鋼結構住宅為例，其地上34層結構設計采用鋼結構——中心支撐的結構體系，傳統現澆建筑高層平均5d才能蓋一層，而山西鋼結構住宅平均3d就可以裝配一層。同時可以減少大量的模具使用，切實減少建筑垃圾。項目采用自研的隱式框架鋼結構體系，該體系由鋼梁混凝土柱、鋼板剪力墻、裝配式內外墻板、裝配式裝修等組成。隱式框架鋼結構住宅體系構件尺寸小，便于隱藏于主要建筑墻體內，室內無凸梁凸柱，適應住宅建筑的布局。

（2）鋼結構外墻板維護結構設計。北京成壽寺安置房項目中，以輕質的混凝土外墻板為外墻維護結構，在外墻板室內側做輕鋼龍骨內裝修系統，主體結構與外墻板之間采用滑移節點，可以消除地震應力對外墻板的作用，確保建筑外圍護系統不受破壞，同時體系化的設計可以統籌考慮保溫、防火、防水等功能要求，使其更加標準化、規范化。

裝配式建筑的設計創新應將材料的科學應用作為重點，能夠有效確保這種裝配式住宅主體建筑設計的合理性及科學性。在裝配式住宅建筑設計施工過程中，有必要合理地選擇使用新型的材料，同時還要注重新型材料連接構造工藝的綜合使用，這樣不僅能使裝配式住宅建筑施工質量水平得到有效提升，還可以進一步降低住宅施工的材料能耗成本。

2.3 日本裝配式住宅的設計創新

我國裝配式住宅建筑發展時間較短，標準化設計仍處在初步發展的階段，且我國地域遼闊，氣候條件相差較大，因此各地對裝配式住宅建筑的標準和預制率要求也不盡相同，非常需要將國外的優秀案例作為參考，補充我國裝配式住宅建筑的創新設計。鄰國日本的裝配式住宅建筑發展已有60余年，設計建造工藝已發展幾代體系，形成了一套相當成熟的設計-生產-施工工藝，且其國民生活、文化等方面與我國相近，其裝配式住宅的創新設計經驗值得吸收和借鑒。

（1）與我國裝配式住宅建筑主要為主體結構設計不同，日本住宅的內裝也發展出了一套裝配工業化體系，并追求一定的品質，部分裝配式住宅的預制率達到75%以上，建造更加標準化的住宅產品。與我國住宅建筑結構主體外部飾面部分，特別是慣用的外墻外保溫設計做法不同的是，日本的外墻面磚、保溫材料等直接粘貼在預制混凝土構件上，采用一體化的設計模式。這樣既能大幅度減少后續人工作業的時間，也能起到保護混凝土構件的作用，防止二次施工中釘、打、敲、砸對主體結構的破壞。內部衛生間也基本為工業化的整體成品，衛生間內部的墻、地磚和衛浴設施均在工廠制作好，地面管線采用鍍鋅支架固定，可以減少類似我國住宅衛生間降板回填的施工步驟，并節省材料。內部裝修施工，例如包含墻紙的整體式墻板等都可以極大減少二次施工，節約人力，配合主體施工、設備安裝等進程壓縮施工時間，方便統籌管理。

（2）日本有大量的單、低層住宅建筑，不同于高層的混凝土PC結構，一般采用鋼結構的集成住宅或木結構住宅形式，可為我國單層、低層的別墅等項目提供一定的參考。

（3）施工圖部分的深化設計更為細致。與我國大部分施工圖設計分工作用有些差異，日本的施工圖深化設計主要面對的是施工方，更強調滿足建造過程中各種構件的安裝說明問題。這在裝配式精細化設計建造上的作用非常關鍵，這樣預埋件、開槽等在工廠完成之后，如果施工深化圖紙可以做到非常準確，并詳盡指導工人施工，將會極大減少返工的可能性。

3 裝配式住宅建筑應用研究

3.1 裝配式設計精確施工

傳統的建筑住宅工程大多都是現場開展施工作業，對建筑材料、機械、人員等建筑資源的施工安排較為困難，因此會降低一部分施工精確度，若施工計劃不夠嚴謹，則會在一定程度上造成建筑資源的嚴重浪費。在這種情況下，選擇裝配式住宅建筑可以創建施工資源模型，并根據實際施工需要進行材料配備，依照施工資源的利用變化來準確判斷裝配式預制件的制備生產狀況，這就極大提高了施工資源的綜合利用效率，實現企業優化材料配置和資源節能的效果。與此同時，在裝配式住宅建筑設計過程中應注重數據計算的合理性，這樣能避免工程分部和各工程間的數據發生沖突，使建筑材料可以得到充分的綜合利用。裝配式住宅建筑需要設計房屋的內部預埋件及外部吊裝件，應避免反復更改預埋件的尺寸深度等信息。相應構件結合的精度和穩定性對整個工程的開展具有重要的影響，這就要求在進行預制構件設計施工時，需要充分采用一套科學合理的建筑施工工藝技術，以保證安裝裝配式構件的質量和效率。

3.2 抗滲漏技術的應用

在降水量較大的地區，設計需要充分考慮環境因素，采用合理的防水抗腐設計，實現室內基本的防水和抗滲功能。裝配式住宅構件之間多為拼接安裝而非現澆，存在有縫隙的可能性，例如預制部分與現澆部分交接處，或者后期封堵不完整。這就需要一定的排水設計，如在構件交接處增加企口，分縫處進行打膠處理增加防水性，豎向混凝土構件增加泄水通道和加大混凝土構件排水坡度，合理設計，達到及時疏導雨水的目的。

3.3 結合BIM技術的應用

建造BIM模型，將項目各類相關信息集成在一個參數模型中，包括建筑、結構、給排水、暖通、電氣等多項技術內容。從項目規劃設計起步，直到生產、安裝調試、裝修和運行維護等過程，傳遞數據和信息，增強建筑工程設計人員對建筑信息模式的理解，提高設計應對能力和效率，可減少設計錯誤和設計變更，最大限度地避免拆改，減少對結構的破壞，提高工程質量，更有利于保證施工工期，節約工程投資。在后期的運維中，將BIM模型集成到運維平臺，在其生命周期內不斷地進行維護，可以提高建筑物運營維護過程的系統性、可控性、高效性。

4 結束語

裝配式住宅建筑的應用也可以提高建筑的性能和質量，在明確裝配式住宅的優點后，建議進一步推廣，促進我國住宅建筑產業的優化和升級。總之，為了體現裝配式住宅建筑的優點，設計上除了必要的創新性，更應該注重節能、環保的特點，同時還要結合行業主體的需求，做到科學、合理設計。