基于工程全壽命期的裝配式住宅設(shè)計準則研究

葉 焱（中鐵四院集團廣州設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 510600）

裝配式住宅設(shè)計目前是建筑工程領(lǐng)域的一個重要發(fā)展方向。2016年9月，國務(wù)院辦公廳發(fā)布相關(guān)的文件，對于裝配式住宅進行著力的推進，尤其是在京津冀、長三角、珠三角等地區(qū)推廣裝配式住宅建筑，以提高國內(nèi)裝配式建筑設(shè)計、生產(chǎn)、施工的整體水平，力爭在2035年之前裝配式建筑在總體建筑總量當中超過30%。可以看出，裝配式建筑已經(jīng)成為建筑工程領(lǐng)域的一種發(fā)展趨勢。相對于常規(guī)的現(xiàn)澆施工工藝來說，裝配式住宅質(zhì)量要求更高，只有把握相關(guān)的準則，對裝配式住宅建筑進行科學的設(shè)計，引入全壽命周期的理念，才能夠提高總體的工程質(zhì)量。

1 裝配式住宅設(shè)計的價值與特征

1.1 裝配式住宅設(shè)計的價值

裝配式住宅設(shè)計相對于現(xiàn)澆施工工藝說，是一種更為先進的住宅設(shè)計模式，它通過科學的設(shè)計和可推廣、可復(fù)制的施工，可以全面提高整體建筑的工程質(zhì)量。2017年11月，住建部公布了第一批產(chǎn)業(yè)示范名單，對裝配式建筑的重點城市和195個產(chǎn)業(yè)基地進行了全方面的文件推廣，并且著力通過這種產(chǎn)業(yè)支撐，響應(yīng)國家的號召和政策，推廣裝配式住宅建筑的相關(guān)經(jīng)驗取得了階段性的成果。在十四五階段，我國將著力提升裝配式建筑在整體建筑當中所占的比重。但是相對于現(xiàn)澆筑施工方式來說，裝配式建筑設(shè)計仍然是較高質(zhì)量的一種施工方式，它可以通過不同構(gòu)件的生產(chǎn)、運輸、吊裝、施工以及裝修等等全方位地進行資源整合，提高建筑施工設(shè)計的有效性，進一步降低資源的浪費，從而提高綜合管理的質(zhì)量。

1.2 裝配式住宅設(shè)計的特征

第一，裝配式住宅設(shè)計與其他的住宅設(shè)計相比最為明顯的差別就是其模塊化的特征，功能模塊、戶型模塊、單元模塊、樓棟模塊，再通過裝配式住宅設(shè)計的模數(shù)協(xié)調(diào)保障各單元充分的整合和拼接在一起，相對于現(xiàn)澆筑結(jié)構(gòu)來說，裝配式住宅設(shè)計模塊之間是相對獨立的。不同部分的依賴性和階段性減弱，設(shè)計人員可以采取模塊化的設(shè)計方法，形成一種規(guī)模經(jīng)濟，在工廠生產(chǎn)同一個系統(tǒng)參數(shù)的模塊。

第二，裝配式住宅建筑具有高集成性。這也是當前裝配式住宅的一個最顯著的特征。通過協(xié)同設(shè)計，可以對水電、暖通以及裝修等不同的專業(yè)進行有效的整合，充分利用裝配式構(gòu)件上下游產(chǎn)業(yè)鏈的資源，協(xié)調(diào)各方供應(yīng)商。按照不同的能力和需求來提供相應(yīng)的產(chǎn)品。

第三，裝配式住宅設(shè)計的變更情況相對較少，對比傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工工藝，裝配式住宅設(shè)計的糾偏比較難，容錯率比較低。因此對設(shè)計的精準度要求更高，設(shè)計階段只有對構(gòu)件生產(chǎn)、構(gòu)件運輸、構(gòu)件吊裝、構(gòu)件施工的全過程進行充分的考慮，才能夠全面提高生產(chǎn)施工間的順序依賴性，減少應(yīng)用的不合理情況。

2 裝配式住宅全壽命周期的設(shè)計準則

2.1 全壽命周期理念

從全壽命周期的理論應(yīng)用角度看，設(shè)計階段模數(shù)協(xié)調(diào)及標準化問題是提高裝配式整體設(shè)計的關(guān)鍵步驟，因此以標準化為基礎(chǔ)，以模數(shù)協(xié)調(diào)為中心的設(shè)計對全壽命周期的目標形成具有決定性的作用。從目前的裝配式住宅設(shè)計方案來看，不同的設(shè)計流程對于整體的工程質(zhì)量有著不同的影響，例如生產(chǎn)、運輸方式不同，后期所需要的吊裝和現(xiàn)場施工步驟就會有不同，而后期所考慮到的總平面設(shè)計不同，前期的生產(chǎn)、運輸也就要發(fā)生相對應(yīng)的變化，可以說只有從全壽命周期的角度來對裝配式住宅進行設(shè)計，才能夠起到良好的工程質(zhì)量和效果。工程全壽命周期一旦割裂，那么相應(yīng)的施工成本、施工周期、施工工序都會發(fā)生一定的變化。傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工工藝的項目當中最容易出現(xiàn)的問題，也是全壽命周期割裂的問題，各部分缺乏系統(tǒng)的統(tǒng)籌，容易導(dǎo)致后期施工的變更問題較多，但是現(xiàn)澆施工工藝糾偏操作成本相對較低，在現(xiàn)有的裝配式住宅施工過程當中，由于各種條件的剛性，可逆性極低，設(shè)計過程中只有充分考慮PC構(gòu)件的生產(chǎn)、運輸、吊裝和施工等各個環(huán)節(jié)，才能夠提高施工的質(zhì)量。減少后期施工變更的情況，避免信息傳遞的衰竭狀態(tài)，提高各部分之間信息共享的有效性，減少質(zhì)量問題的發(fā)生。

2.2 全壽命周期理念在裝配式建筑設(shè)計中的應(yīng)用

在裝配式住宅的設(shè)計當中，應(yīng)用全壽命周期的理念要從集成性的角度進行思考。裝配式住宅項目的設(shè)計與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程相比更為復(fù)雜，因此專業(yè)與專業(yè)之間必須要秉持高度的協(xié)同，共同為標準化、模塊化的形成而努力。設(shè)計前期，就要考慮到PC構(gòu)件生產(chǎn)能力、施工單位裝配能力、現(xiàn)場運輸和吊裝條件等各方面的需求和因素，確定好項目的裝配率和裝配實施的技術(shù)路線。同時要統(tǒng)籌施工方、業(yè)主方、監(jiān)理方對裝配式的技術(shù)策劃方案進行反復(fù)的探討，了解項目建設(shè)目標，了解整體的內(nèi)外部環(huán)境，打造完善的結(jié)構(gòu)體系，共同拿出一套合理的裝配式設(shè)計方案，以提高預(yù)制構(gòu)件的可生產(chǎn)性、可協(xié)調(diào)性，以及后期的可更改性，使構(gòu)件更加標準化、工業(yè)化，達到項目施工降低污染、縮短工期、節(jié)約成本的要求。通過對初步設(shè)計、施工圖設(shè)計、PC構(gòu)件深化設(shè)計、PC構(gòu)件加工生產(chǎn)和現(xiàn)場建造施工不同的階段進行各階段優(yōu)化，形成相應(yīng)的設(shè)計準則，完成整體的模塊化管理，使項目所采用的裝配式設(shè)計圖紙具備更高的集成性。

2.3 全面分析裝配式建筑存在的問題

當前，裝配式住宅的常見設(shè)計問題較多，在設(shè)計的前期要對此類問題進行分析，例如預(yù)制構(gòu)件拆分不合理，未充分考慮結(jié)構(gòu)受力和連接節(jié)點種類，導(dǎo)致生產(chǎn)出的構(gòu)件規(guī)格繁多、施工復(fù)雜。而且未結(jié)合運輸車輛考慮，導(dǎo)致構(gòu)件固定措施不合理，造成構(gòu)件在運輸過程當中發(fā)生破壞、碰撞或其他的損傷。還有構(gòu)件安裝定位不合理、設(shè)計與施工未核對，未形成合理有效的銜接點，荷載效應(yīng)組合缺漏、節(jié)點設(shè)計不合理，造成后期連續(xù)倒塌，接縫滲水造成鋼筋，板材出現(xiàn)銹蝕。外墻板保溫及相關(guān)的材料選型不合理，預(yù)埋件定位不準確、不充分，未與構(gòu)件廠、施工單位進行良好的協(xié)調(diào)，集成度太低，對現(xiàn)場施工造成諸多阻礙，在設(shè)計的準備階段都需要進行充分的考慮。

2.4 安置房工程全壽命周期設(shè)計

在施工設(shè)計的過程當中，基于裝配式住宅全壽命周期的實際特點，充分考慮生產(chǎn)、運輸、吊裝、施工、裝修、使用和拆卸等不同的階段，從全壽命周期的流程入手，按照前期策劃、設(shè)計和計劃兩個不同的設(shè)計角度，對后期的施工運行、拆除進行全方位的分析。總的來看，要從可生產(chǎn)性設(shè)計、可運輸性設(shè)計、可吊裝性設(shè)計、可施工性設(shè)計、專業(yè)協(xié)同性設(shè)計、安全性設(shè)計、環(huán)境友好型設(shè)計等幾個方面綜合入手。

2.4.1 可生產(chǎn)性

可生產(chǎn)性設(shè)計是指前期設(shè)計要考慮到后期的運輸、吊裝、使用，既滿足業(yè)主項目部的要求，也要滿足施工項目部的要求，不能僅從美觀和成本的角度考慮，也要考慮到實用性和可生產(chǎn)性。只有在不同的標準之下建立起可選擇的模塊數(shù)據(jù)，才能夠提高后期施工與前期設(shè)計的協(xié)調(diào)性。預(yù)制構(gòu)件的可生產(chǎn)性是要滿足深度和精度兩方面的要求，避免后續(xù)施工出現(xiàn)過多的施工變更。減少構(gòu)件的種類，盡可能提高單一模板、單一數(shù)據(jù)后期應(yīng)用的廣度和深度，形成一定的規(guī)模經(jīng)濟，從而提高后期的制造順利性，降低生產(chǎn)的成本和制造的成本。

2.4.2 可運輸性

可運輸性是指構(gòu)件的設(shè)計要具有運輸上面的可行性。通過運輸方式的協(xié)調(diào)、道路狀況的分析、構(gòu)件的科學排放等等，盡可能地充分利用運輸資源，避免使用過多的運輸車輛或增加過多的運輸成本，而是在效率的角度下，充分考慮目前的運輸路線選擇，避免預(yù)制構(gòu)件在運輸?shù)倪^程當中發(fā)生明顯的損壞。

2.4.3 可吊裝性

可吊裝性設(shè)計原則、可施工性設(shè)計原則也是當前施工設(shè)計最為重要的兩個點，在構(gòu)件的節(jié)點時，要考慮到拼裝過程、堆場的設(shè)計過程、塔吊選型過程、節(jié)點拼縫等全面的可施工可操作、可靠精確，才能夠減少后期施工的不可重復(fù)性，提高施工的效率。設(shè)計專業(yè)間的協(xié)同性是指整體的全壽命周期設(shè)計，要與建筑結(jié)構(gòu)、暖通、裝修和構(gòu)件深化等等全方位地協(xié)調(diào)在一起，在這里，設(shè)計人員可以采取BIM平臺作為相關(guān)的信息化工具。充分整合管線設(shè)計、工業(yè)化策劃，使方案可以滿足監(jiān)理項目部、施工項目部和業(yè)主項目部三方面的要求。

2.4.4 安全性原則

安全性設(shè)計原則是指整體后期施工當中不發(fā)生故障，保障業(yè)主在使用的過程當中可以有一個相對安全地使用空間，包含結(jié)構(gòu)的可靠性、系統(tǒng)的可靠性、運行的可靠性、例如管道系統(tǒng)可靠、機電系統(tǒng)可靠、信息化系統(tǒng)可靠等等。工程在正常的情況之下，要能夠應(yīng)對火災(zāi)、暴雨等極端的情況。可維護性設(shè)計原則是指在工程設(shè)計的過程當中，應(yīng)采用盡可能知名的供應(yīng)商，盡可能可靠的預(yù)制構(gòu)件，減少后期的維護與更換，并且從業(yè)主的角度出發(fā)，選擇更加高度成熟的集成設(shè)計。

總的來看，裝配式住宅近些年高速發(fā)展，從全壽命周期的角度看待。裝配式住宅設(shè)計就是要充分考慮整體的設(shè)計需求，避免前期的設(shè)計和后期的吊裝、運輸、生產(chǎn)、使用脫節(jié)，聯(lián)通整個發(fā)展脈絡(luò)，既要考慮到設(shè)計專業(yè)之間的協(xié)同，也要考慮到安全可靠，低成本，從業(yè)主的個性化需求角度進行通盤的思考。

3 結(jié)語

綜上所述，裝配式住宅項目是十四五階段建筑領(lǐng)域發(fā)展的一個重點，但是從目前的施工實際情況也可以看出其設(shè)計存在很多的問題。在未來發(fā)展當中，我們要優(yōu)化設(shè)計理念，從全壽命周期的角度探討施工設(shè)計的要點，引入這種科學的設(shè)計準則充分進行施工的運輸協(xié)調(diào)、吊裝協(xié)調(diào)、施工設(shè)計的專業(yè)性協(xié)調(diào)，考慮到安全可靠性、人性化、可維護性以及空間可變性，設(shè)計可變性和環(huán)保性，提高整體施工設(shè)計的管理水平。