裝配式內裝體系在木結構住宅中的應用研究

姚騰飛，李光耀，程麗君，嚴明明Yao Tengfei& Li Guangyao& Cheng Lijun& Yan Mingming(...浙江農林大學化學與材料工程學院，浙江杭州 00; .浙江農林大學林業與生物技術學院,浙江杭州 00）

裝配式內裝是采用干式工法，將工廠生產的內裝部品在現場進行組合安裝的裝修方式，具有工期短、效率高等優點。隨著木結構住宅與其內裝體系都在朝著裝配化的方向發展，很多學者也進行了一定的研究，并嘗試將裝配式內裝應用在木結構住宅中，研究主要集中在傳統內裝部分施工技術、局部裝配等方面，如任海青、魏麗萍、梁艷等人對木結構住宅傳統內裝材料、施工技術等部分進行研究[1-3]，劉長春、唐璇等人通過引入裝配化等理念從技術上提高木結構住宅內裝裝配化程度[4-5]，但是針對裝配式內裝體系在木結構住宅中的應用適應性研究較少。通過對已有文獻總結，發現裝配式內裝體系并不能完全適用于木結構住宅，存在裝配式內裝體系與主體結構不相匹配的問題，這一問題影響著木結構住宅的整體性。因此，本文針對木結構住宅中結構體系與裝配式內裝體系之間的融合匹配問題進行探討，希望可以達到促進兩者有效結合的目的。

1 裝配式內裝體系應用概況分析

圖1 、圖2 木結構住宅內裝效果

圖3 裝配式木結構住宅結構體系與內裝體系關系圖

圖4 影響裝配式內裝體系應用的關鍵內容

圖5 裝配式內裝體系與結構體系之間的相互作用

木結構住宅具有良好的環保、抗震等性能，裝配化程度高，適合采用裝配式內裝體系[6]，內裝效果如圖1-圖2所示。裝配式內裝體系在混凝土結構上的應用相較木結構更為成熟，但是應用依然受到局限[7]。木結構是新興結構體系，缺乏成熟設計體系與工程經驗，而且裝配式內裝技術發展迅速，內裝部品數量、類型增多，兩者在結合應用中存在很多問題。一方面，由于內裝部品缺乏技術工程經驗，導致在應用時難以把控質量，另一方面，內裝部品相應研究多局限在單個部品上，未形成成熟的應用模式和技術體系，導致在工程實踐上，除去應用政策強制規定的部品，其他內裝部品應用更為謹慎，而單個內裝部品技術的推進，并不足以支撐裝配式內裝整體的積極發展[8]。因此，在木結構中要有效實現裝配式內裝，形成內裝與結構協調統一，需要統籌好內裝與結構之間的關系，針對性解決裝配式內裝適用性與技術問題，提升內裝在結構中的適配性。

2 裝配式內裝體系在裝配式木結構住宅中的應用特征分析

2.1 裝配式內裝體系與結構體系的關系分析

裝配式木結構住宅采用裝配式內裝體系的目的是提高住宅品質，滿足人們的居住需求，這就要求各個系統相互協調。在裝配式木結構住宅中，結構體系與內裝體系兩者存在相互影響的動態平衡關系，可以從以下幾個方面進行具體說明：

（1）裝配式木結構住宅宜采用結構體系與內裝體系分離形式。一方面，由于木結構住宅自身生產特性等原因決定其采用分離形式的需要；另一方面，結構與內裝使用周期不同，采用分離形式，避免內裝施工對主體結構破壞，延長住宅壽命，既保護主體結構安全，也提升內裝體系獨立性。

（2）如圖3，內裝體系可變性與結構布局和戶型設計的變化之間存在互相影響的關系。內裝體系可變的基體依托是主體結構，主要以提高內裝部品互換性來實現，內裝空間變化通過部品互換等方式進行改變，而結構空間限制內裝可變空間。內裝與結構兩者分離更能促進內裝與建筑結構進行平行聯動設計，因此內裝可變是存在對結構、戶型的影響，而這種影響是在于通過對結構布局、戶型設計上的改變來實現內裝的可變，也為內裝部品互換創造更大空間和更有利的基體條件。

具體來說，木結構住宅在設計時，通過采取減少戶型凹凸、規整布置結構等措施[9]，給予內裝部品在戶內更大的靈活性以利于互換。一體化設計是維持兩者動態平衡關系的基礎，因此，在設計階段中提前考慮內裝部分，進行一體化設計，否則兩者在時間、空間上會形成失衡狀態，最終難以保證住宅整體性能的發揮。

（3）兩者之間動態平衡關系需要相應技術手段予以維持。內裝體系在分離形式下具有更大的獨立性與靈活性，需要有足夠的適應能力去適應結構體系，以減少應用偏差，因此結合的重點在于內裝部品部分。為了使內裝部品能較好適應主體結構，需要從部品接口設計、尺寸協調以及安裝這兩方面進行討論，見圖4，這也是適合處理兩者關系的關鍵技術手段。

2.2 裝配式內裝體系在裝配式木結構住宅中的應用特點

2.2.1 裝配式內裝體系適用于裝配化程度高的木結構住宅

在目前工業化發展背景下，裝配式內裝體系在不同裝配化程度的木結構住宅上都有一定的應用，區別在于應用條件不同。對于低裝配化的木結構住宅來說，裝配式內裝體系的應用主要體現在局部裝配化部品應用和內裝改造方面，因為低裝配化木結構住宅的應用限制更多，需要經過精密計算保證內裝部品功能發揮，也需要解決如建筑與內裝模數不協調導致部品安裝困難等問題[10]。而高裝配化的木結構住宅具有先天優勢利于內裝體系進行全面應用，并給予更大的應用空間，促進發揮相應價值，如內裝改造是基于原住宅進行單線內裝設計，需要內裝體系主動適應原住宅結構特點，而裝配式木結構住宅是基于內裝進行一體化設計，并聯式設計流程，各專業高效協同，提高工作效率。因此高裝配化的木結構住宅為裝配式內裝體系的應用提供相對更好的應用條件，更加適合裝配式內裝體系的應用。

表1 接口性能分類與具體性能

表2 木結構住宅中內裝部品連接形式

表3 座便器尺寸表（單位：mm）

圖6 內裝部品與主體結構的連接分布

圖7 內裝部品尺寸

圖8 部品接口的安裝公差

圖9 設計部分相關內容構成與分布情況

圖10 裝修施工部分相關內容構成與分布情況

圖11 設計部分相關內容細致分布

圖12 裝修施工部分相關內容細致分布

圖13 構建內裝部品接口專用標準體系流程

2.2.2 裝配式內裝體系在應用中存在與結構體系的相互作用

裝配式內裝體系的應用是一個隨著居住需求變化而改變的動態過程，結構體系作為其應用基體，提供了動態變化的基礎，也對其應用提出一定要求，如圖5所示其主要內容分為兩方面：1、裝配式內裝體系需具有一定的主動適應性。裝配式內裝體系在木結構住宅中的應用并不成熟，需要主動適應目前存在的應用偏差，這就對內裝體系中如模數尺寸等方面都要有全面的考慮；其次，裝配式內裝體系需針對不同木結構住宅的結構特點，采用合適的應用方式予以適應，以滿足結構中存在的一些特殊需求；2、兩者使用周期不同，要滿足內裝體系使用周期輪替，更換維修需求，對內裝部品多樣性、標準化提出高要求。

主體結構給予內裝體系一定空間更利于其應用：1、兩者采取分離形式，給予內裝體系更大的獨立性，提升內裝設計靈活性；2、結構體系作為應用基體，其自身條件需要達到一定要求才有利于內裝體系的應用，如木結構住宅選擇框剪結構，平面靈活性大，結構空間方正、布置規整，利于內裝體系的設計應用。

3 裝配式內裝體系應用中的關鍵問題探索

3.1 裝配式內裝體系應用中存在的關鍵問題

3.1.1 內裝部品與主體結構之間的接口技術

接口反映內裝部品與主體結構構件之間的結合狀態或連接關系[11]。接口技術涵蓋接口性能、形式、尺寸三方面[12]，這對兩者結合狀態和使用功能都有影響。目前存在的問題是，內裝設計相對獨立，接口問題常被忽略，導致接口質量、性能無法保障，不適用高效率安裝。如何采用合適的接口并保證安裝效率與整體性能，需要從接口性能、形式、尺寸進行討論。

接口性能是接口應用質量的保障。木結構構件與內裝部品之間的接口性能需要匹配主體結構性能需求和內裝部品性能需求，歸納分類并明確接口性能，便于針對不同類型內裝部品選用滿足相應性能要求的接口。接口性能包括安全耐久性能、理化性能等，每種性能又可以分成很多具體性能，由于木結構構件主材是木材，性質相對特殊，需要考慮握釘力、含水率等特殊性質，因此針對木結構特性，將具體接口性能分類見表1。

接口形式是影響內裝部品與主體結構之間結合狀態的關鍵。見表2，在裝配式木結構住宅中，內裝部品與主體結構之間的連接方式主要為釘連接與螺栓連接。兩者連接包括吊頂與樓板連接、廚柜與墻面連接等部分，連接分布見圖6。

接口尺寸是伴隨內裝部品尺寸設計進行的，影響內裝部品能否正常安裝。見圖7，內裝部品尺寸包括標志尺寸、制作尺寸和實際尺寸，實際尺寸表示實際安裝的尺寸，以保證安裝協調；制作尺寸是針對生產方而言，需滿足生產公差要求；標志尺寸是設計方考慮到生產、安裝時的偏差并予以包含的設計尺寸，并根據部品基準面進行確定[13]。而在實際的施工現場中會出現在內裝部品安裝時，發現接口尺寸偏差較大，無法安裝的問題，導致問題出現的原因是在接口尺寸設計中沒有將接口在實際定位、安裝中不可避免的偏差考慮進去，并不符合誤差要求。這種問題的出現也反映出內裝部品接口尺寸設計的混亂與盲目，目前也沒有具體的標準條文予以規范。

3.1.2 內裝部品與主體結構之間尺寸協調與安裝

兩者的尺寸協調包括規格尺寸和空間尺寸上的協調，具有互相分解組合的幾何關系，空間尺寸有利于內裝部品規格尺寸的疊加，規格尺寸利于空間尺寸的分割[14]。尺寸協調可以實現內裝部品與結構空間尺寸上的整體秩序化，使人們有良好的使用體驗，減少割裂感，也可以促進結構與內裝兩者協調，實現兩者動態平衡。

在實際生活中,市面上內裝部品尺寸繁多,以座便器為例，根據付繼輝的《住宅內裝部品標準化研究》中的調查表明，市面上座便器常用尺寸較多,關鍵尺寸分為兩種，一是規格尺寸，分為長度和寬度，二是接口位置尺寸，即下水口距離地面或墻面的尺寸，見表3[15]。如果家里座便器損壞,需要去市場上購買相應尺寸的座便器,若是市場缺少相應尺寸的座便器或早已停產,那么更換座便器就非常困難，如果在設計時，座便器的尺寸符合協調標準，且生產廠家都是按照尺寸協調標準來制作座便器，就不會出現這種問題。

出現這種問題有如下原因:1、模數是尺寸協調的關鍵，市面上內裝部品尺寸多但缺乏統一模數標準，很多都與建筑空間模數不協調，導致內裝部品不通用；2、內裝部品接口不規范，不符合通用標準，接口位置雜亂，不利于安裝與維修更換。

3.2 裝配式內裝體系應用中關鍵問題方法探索

3.2.1 接口技術問題相關方法探索

（一）接口設計要求

結構體系與內裝體系之間的連接技術是影響功能發揮與住宅整體性的關鍵。如何保障連接接口是否牢固、連接狀態是否良好，在設計時需要按照以下要求進行：

（1）接口具有牢固性與穩定性：接口需具有足夠的結構強度用于連接內裝部品與主體結構；由于兩者使用周期較長，接口沒有足夠的強度與穩定性根本無法保證內裝部品正常使用，因此要保證接口連接具有長期穩定性。

（2）接口具有包容性與針對性：包容性是指在精度要求高的裝配化施工中，由于接口在定位、安裝中存在不可避免的偏差，需要在設計中將這些誤差考慮進去，并控制在合理的范圍內，避免后期施工中出現安裝不上等問題，即接口尺寸需要滿足相應接口的公差，并且符合接口的尺寸設計標準，如圖8：

針對性是指由于各個功能空間特點不同，需針對接口所在部位的特殊性進行設計，滿足接口所在部位的性能需求，比如固定內墻墻面板材的釘眼需防銹處理。

（3）接口設計滿足易建造性：易建造性是指接口易滿足施工安裝要求，且構造簡單、施工簡化。內裝部品安裝精度要求高，接口尺寸上的偏差易導致安裝不上，且內裝設計較為獨立，設計者缺少安裝經驗，再加上安裝方式復雜，工人水平不高，安裝效率低下，影響工期。因此，在接口設計時，盡量使接口構造簡單，減少設計返工，利于安裝高效。

（4）接口滿足維修更換靈活性：內裝部品使用周期較主體結構短，所以需要一定期限內進行維修更換；人們的居住需求隨時間而改變，內裝部品頻繁的更新換代，實現使用功能的動態改變，就要求接口能靈活滿足更換需求，以方便內裝部品拆改。

（5）提升接口標準化程度：標準化接口指具有統一的性能、形式和尺寸的接口。提升接口標準化的意義在于規范接口設計，提升接口質量，提高效率，提升內裝部品多樣性和互換性。

（二）構建接口專用標準體系

如圖9-圖10，在對裝配式木結構相關標準的梳理中發現在設計、裝修施工部分都缺少內裝部品相關條文，更偏向于主體結構與構件部分。如圖11，接口與連接相關條文較多，主要針對結構構件的連接。如圖12，裝修施工階段中相關接口與連接的條文依然缺少，可見裝配式木結構中內裝部品接口與連接部分有待于進一步完善[16]。

在查閱《裝配式內裝修技術標準》中發現[17]，內裝部品相關接口與連接的規定約占10.6%，但都較為籠統，缺乏系統性。因此，有必要構建相關內裝部品專用標準體系，對規范內裝部品接口設計、保證接口質量、提升接口標準化程度有重要意義。

構建內裝部品專用標準體系總的思路是先對內裝部品接口進行分析，即對內裝部品接口專用標準體系進行目標分析；然后分析內裝部品接口專用標準的需求，確定內裝部品中不同類型接口的性能、形式、尺寸，接著確定內裝部品接口專用標準體系適用范圍，然后搭建整個內裝部品接口專用標準體系結構，之后對已有相關接口的標準規范進行搜集、匯編，并分析目前接口體系的情況，最終完成內裝部品接口專用標準體系的構建，構建思路如圖13所示。

3.2.2 尺寸協調與安裝問題相關方法探索

（一）尺寸協調具體原則

內裝部品與主體結構之間的尺寸協調，有利于內裝部品安裝、使用維修更換，也為人們提供一個協調的居住環境。因此，尺寸協調設計需遵循以下原則:

（1）人體工程學原則:人體工程學是影響內裝部品自身規格尺寸的關鍵,根據人體尺度和活動尺度來確定內裝部品的規格尺寸、空間位置,給予人們舒服的活動空間。

（2）模數協調原則：確定內裝部品規格尺寸需考慮建筑空間尺寸。模數是尺寸協調的關鍵，通過模數協調,空間尺寸應利于分割成內裝部品的規格尺寸，規格尺寸可以組合為空間尺寸。采用與結構空間相協調的模數，可以提升內裝部品的通用性和互換性，利于安裝協調。

（3）提升內裝部品規格化與通用化程度:對于結構設計,室內裝修與安裝來說,提升內裝部品的規格化與通用化可以提高內裝部品對空間的適應性,以避免對主體結構造成破壞。

（二）數字化技術輔助內裝部品安裝

BIM技術是以信息化為核心，在工程項目各個階段都有著廣泛的應用，具有可視化、協調性、優化性、模擬性、可出圖性五大特點[18]，由于裝配式內裝體系中內裝部品安裝精細化程度高，安裝節點多，因此，在內裝部品安裝過程中引入BIM技術，可以實現對內裝部品的精細化安裝與管理。可以從以下幾個方面進行BIM技術應用：

（1）實現內裝部品接口設計可視化：利用Revit軟件對相應內裝部品的接口進行設計建模，并以三維模型的形式呈現，并形成相應接口安裝圖紙。

（2）應用BIM技術對內裝部品安裝方案進行預演。首先制定內裝部品安裝方案，并應用BIM軟件進行方案預演，提前發現安裝方案中存在的問題，并予以優化。

（3）應用BIM技術對安裝過程予以控制。安裝之前，利用Navisworks軟件對內裝部品進行預安裝，提前發現安裝中存在的接口碰撞等問題，且所有接口節點都需要與模型一一對應，使其在安裝過程中實現精準安裝，保證安裝質量；利用三維接口模型進行技術交底，制作三維安裝視頻，將安裝步驟完整告知安裝人員，安裝過程中嚴格按照安裝方案中所制定的安裝順序進行；利用BIM軟件對安裝現場進行場地模擬與物料管理，控制實際現場內裝部品的堆置位置、安裝位置、臨時固定等情況，最大程度提高現場安裝效率，減少問題的發生。

4 結語

我國近些年來大力提倡在有條件的地區發展木結構，因此木結構住宅在我國的發展迅速，而裝修作為木結構住宅中重要的一部分，積極提升裝配式裝修的應用水平也是目前建筑工業化發展的要求。通過提高裝配式內裝體系的應用質量以及與木結構住宅結構體系的適配性，可以促進木結構住宅的協調統一，對木結構住宅的發展有積極的作用。本文針對裝配式內裝體系在木結構住宅的應用中存在的適配問題，在裝配式內裝體系與木結構住宅結構體系兩者關系分析與應用特征分析的基礎上，分別深入分析了接口技術、尺寸協調與安裝這兩個關鍵問題，并探索了相應的解決方法：針對接口技術問題，確定了接口設計要求，并且通過構建接口專用標準體系來規范接口設計，提升接口標準化程度；針對尺寸協調與安裝問題，確定了尺寸協調的具體原則，并通過引入BIM技術輔助內裝部品安裝。也希望可以為裝配式內裝體系與木結構住宅的相關研究提供一定的理論參考。