裝配式建筑設計中的優化設計流程及方法

王 健

（廣州市建工設計院有限公司，廣東廣州 510030）

1 工程應用實例

某住宅小區采用裝配式剪力墻結構，地面、地下建設規模分別為150000、70000m2，推出現階段住宅市場較為常見的70、80、110、120m2的4類戶型。裝配式建筑的突出特點在于建設效率高、作業流程化和規范化特征顯著、交付質量好，但體量較大、種類繁多，需要注重前期設計，為正式施工創設良好的條件。

2 五位一體模式概述

傳統的EPC（工程采購施工承包）模式主要涵蓋設計、采購、施工三個環節，由總承包企業完成相應的工作，同時對安全、質量、工期、造價等方面負責。隨著行業的發展，五位一體模式應運而生，增加了研發和制造兩個環節，在五位一體模式中，分別對各階段提出特定的要求。設計階段強調建筑結構與機電等相關設施的有效融合，建造階段充分應用業內主流的智能化建造平臺，實現對制造、采購、施工等方面的融合。五位一體模式可顯著提高全產業鏈質量，為安全管理提供了有效保障。針對以往建筑工程中各階段（例如設計、制造等）協同性較差的問題，五位一體模式可以充分聯動各階段的各項細分工作，促進建筑工程的協同發展。

3 裝配式設計方案的制定

（1）頂層設計。

針對裝配式結構設計方案的可行性展開分析，具體考慮戶型、分縫等方面，判斷是否有不合理之處，若有不妥應及時調整。確定裝配式方案后，應積極與其他人員溝通，共同學習方案要點，以便高效、協同施工。布置預制構件時，除了考慮構件自身的設計外，還需要注重配套條件的合理性，例如塔吊位置、起吊載重等方面均需要考慮周全，避免出現預制構件無法正常吊裝的情況。

（2）標準化控制。

以模塊化的基本思路組織前期方案的設計工作，進入深化設計階段后，需要著重考慮標準化特性，應以可行的方式最大限度提高標準化水平。具體可以采取減少預制構件種類的方法，此時在模具方面的成本投入有所減少，可批量生產滿足施工所需的預制構件。以疊合梁的設計為例，待初步設計工作落實到位后，確定合適的梁截面，根據已經明確的基本信息，在施工圖階段確定梁配筋。在前述基礎上，對各項細節進行深度優化設計，確?？v筋的間距、梁兩端出筋的形式均滿足要求。在此方式下，有利于減少梁端端模的種類，更便于預制構件的生產。

（3）拆分要點。

針對長度較大的預制構件，可以采取對稱居中拆開的方法。盡可能保證單構件一致性，如尺寸、重量盡可能相同，高度不跨越層高。暗柱結構以現澆施工成型的方法為宜，便于構件的交接。構件的拆分均需要根據樓層有效劃分，避免出現跨層拆分的情況。條件允許時，盡可能減少拼縫，保證結構的完整性和穩定性。

4 裝配式設計過程

裝配式建筑設計具有集約、精細的特點，五位一體模式下，裝配式建筑設計需要充分關注研發和制作階段。為了順利推進具體的工作進程，需要多方協同，綜合考慮業主的需求、質量、經濟效益等方面，以統籌兼顧的理念開展前期方案策劃和初步設計工作。此外，還需要密切關注預制構件的可行性以及生產、安裝階段的便捷性，在安全的前提下盡可能降低成本，達到高效施工的效果。初步設計調整時，必須適時更新預制率或裝配率，調整出最具可行性的參數，以滿足項目要求。

切實提高設計流程的規范化水平至關重要，以便有序開展各項工作，實現標準化生產的目標。建筑工程對預制構件的需求量較大，如果生產階段的標準化程度偏低，將造成構件質量欠佳、成本偏高的問題。如果項目中應用到新技術，應加強精細化設計，保證技術可行的前提下簡化工作內容。

以疊合板的施工為例，其可能存在出筋、支撐問題，因此在設計階段應有效規避，以標準化的方式完成加工等后續的工作，最大限度降低疊合板的出筋率，保證疊合板質量，提高制作及安裝的效率。如何減少疊合板的支撐數量是裝配式建筑工程中的重點內容，可以考慮飛筋、大板設計或根據裝配式建筑的工程要求，針對性建立新型預應力鋼管桁架疊合板體系，在確保疊合板穩定性的同時，減少支撐甚至達到無支撐的效果。

4.1 裝配式住宅節點設計

主體結構、內外圍護、設備管線等均是裝配式住宅節點設計中需要重點考慮的內容。在具體的節點設計中，需要考慮加工和施工的便捷性要求，注重優化設計，在不影響質量的前提下達到成本最低化的效果。在有效保證建筑安全和質量的基本前提下，盡可能提高建筑的工業化水平，針對疊合板出筋、飄窗連接節點等細部，應注重節點的創新優化。

在預制混凝土構件連接節點的設計中，如果節點相對復雜，對工廠生產水平的要求較高，可能存在生產難度大、成本高等問題。若節點明顯偏簡單，可以更便捷地完成生產和安裝作業，但難以滿足連接接頭的構造要求。設計人員需要兼顧多方面的要求，確定可提高作業可行性和降低成本的優質節點方案。以疊合板出筋問題為例，其存在生產難度大、效率低的局限性，可采用四邊不出筋疊合板，以密拼的方式有效設置。

拼縫連接的單向疊合板如圖1、圖2所示。

圖1 拼縫連接的單向疊合板（單位：mm）

圖2 拼縫單向疊合板接縫

4.2 多專業協同設計

預制構件的廠內生產水平高，例如內部鋼筋、雨水管洞等均根據工程要求提前在工廠完成，廠內生產階段的作業內容多、過程復雜，對設計水平也要求較高。針對預制構件進行深化設計時，需要多專業人員的共同參與，例如建筑、結構、機電等專業的人員協同開展設計工作，針對各專業間存在的矛盾給予有效處理，以便生產的順利進行。在多專業協同設計中，可靈活應用BIM技術，以建模分析的方式更直觀地判斷各專業的情況，直觀發現問題，予以有效協調。某專業的參數發生改變后，建成的模型可根據該參數的變化自動更新，減小員工的工作量[1]。

在五位一體模式下，除了各專業的協同設計外，要求設計方積極與其他參與主體協調，如施工方、構件生產方等。設計方需要深入生產廠，經實地調研后掌握實際生產條件，根據現有的發展狀況，合理安排資源配置設計工作。例如，廠內的吊裝埋件為螺紋套筒，在設計中盡可能不使用吊環、吊釘作為吊裝埋件，如果選用會導致構件廠需要重新組織埋件的招標、采購工作，使成本增加，耗費更多的時間，不利于裝配式建筑施工的順利進行。

5 優化設計

（1）標準化設計。

充分關注平面、立面、構件、部件的標準化，依托標準化的設計方式，提高設計水平，減少在采購、模具方面的成本投入。以平面標準化的設計為例，在此方面可以考慮現階段業內主流的模塊化方案，設計各個細分模塊時，必須充分提升其聯動性，凸顯模塊化特性。合理搭配模塊有利于優化立面造型，提高構件的設計質量。

（2）類框架簡化體系。

裝配式住宅建筑中分戶墻隔離，建立關鍵受力剪力墻，其他區域均增設結構柱。通過該方法的應用，有效劃分內部空間，輔以輕質裝配式內裝的方法，提升整體品質。可以針對內部預制剪力墻進行合并處理，在條件允許時可以適當增加長墻，有利于減少預制剪力墻的規格數量，也能夠更高效地完成預制作業。類框架體系還可實現大板體系，在部分裝配式建筑工程中，可以對梁體系進行優化設計，不再采用次梁，選用現澆梁。應用適量大板有利于吊裝作業順利開展。

（3）研發新構件。

可以采用U形槽構件，達到免降板施工的效果，施工流程較優化前有所精簡。

（4）少規格設計。

裝配式建筑工程使用的預制構件的規格種類相對較多，此類構件數量增加，需要配套更豐富的模具，在模具方面投入更多的成本。在合理的前提下應盡可能減少預制構件的規格種類。

以某17棟單體建筑為例，在少規格設計的思路下，采用1個飄窗、2個陽臺、2種梯段板，預制構件的規格種類減少，項目所有建筑所需模具種類約50種。從成本角度分析，預制構件在人工、模具的成本分別降低130元/m3和370元/m3，并有效減少了管理工作量。在少規格設計中，能夠以批量化的方式完成預制構件的生產，效率大幅度提高，能夠及時為建筑工程施工現場提供預制構件。

6 結語

裝配式建筑實施廠內加工、現場安裝的精簡模式，具有流程化、規范化、標準化等突出特點。為了提高裝配式建筑的工程質量，應合理應用五位一體模式，注重研發、設計、制造、采購、施工各階段的各項細分工作。在設計階段需要確定可行的流程，保證優化設計工作的秩序性，提高預制構件的質量，提高效率、減少成本，推動裝配式建筑行業的持續發展。