設計一體化在裝配式建筑中的運用

丁學楷

（建學建筑與工程設計所有限公司江蘇分公司，江蘇 南京 210000）

一體化設計體系在裝配式建筑工程中的應用前景良好。通過融合設計一體化理念，可以從根本上提升設計成果產品性能，確保裝配式建筑工程在建設與運營期間均能夠實現資源分配最大化目標。但就目前來看，設計一體化概念在裝配式建筑工程中的應用時間較短，缺乏有效設計方式，需要加強實際應用管控力度。

1 設計一體化在裝配式建筑工程中的應用原則

1.1 以人為本原則

在原有建筑工程交付過程中，毛坯房交付或新裝房交付均在傳統住宅基礎上配合二次裝修作業[1]。該種設計方式沒有切實滿足建筑用戶的個性化需求，在房屋內衛生間、臥室位置、插座數量等設計過程中沒有進行全面考量，需要由建筑用戶根據自身需求進行二次裝修、重新鋪設房屋內管線，嚴重影響到工程整體裝修成本，在裝修過程中還會導致環境污染或噪聲污染等問題出現。

在裝配式建筑設計一體化工作實施期間，可以從側供給角度分析建筑用戶根本需求，在建筑方案編制前期加強與業主方的溝通交流，以建筑內裝方案確定建筑整體規劃方案，實現設計一體化目標。建筑施工工作開展過程中，可將裝配式建筑結構整體、裝飾裝修、裝配式構件、電氣設備與管線進行一體化施工，從根源處降低建筑工程建設期間質量問題發生概率[2]。

1.2 部品設計前置原則

在裝配式建筑工程設計過程中，裝配式住宅建筑一體化設計需要對建筑部品進行標準化、模塊化、系統化、同樣化與多樣化處理，確保各裝配式建筑結構部品能夠充分滿足其功能定義，實現功能單元及標準構件的一體化設計目標。

在住宅部品體系集成技術應用時，需要將房屋建筑工程內多個既獨立又相關的部品體系結合為統一整體，配合使用先進的大數據技術與BIM 技術，確保裝配式建筑工程中的各高校技術成果能夠被靈活應用在集成部分中，最大限度發揮出應有的潛力與作用。

1.3 部品解決方案驗證原則

在裝配式建筑工程一體化設計環節需要嚴格遵循工業化生產理念，配合模數協調與標準化設計方法，從根本上提升工程整體設計水平[3]。裝配式建筑工程的系統性與綜合性較為顯著。要求在部品部件模數協調、模塊組合以及連接接口設置過程中配合使用集成化方法，實現生產技術、管理及市場一體化目標。

裝配式建筑模塊化設計工作應當落實模塊化設計理念，借助少規格、多組合方式，將功能模塊、空間模塊、戶型模塊等有機結合在一起[4]。配合使用標準構建體系，配合少量非標準構件，實現建筑多樣化建設目標。普及建筑裝飾部品模塊及建筑結構相統一的模數協調體系，確保裝配式建筑工程部件設計工作能夠始終趨向于標準化、通用化發展，實現部品工業化研發與生產目標。

1.4 內裝部品及構建協同設計原則

裝配式成品住宅部品主要由內裝部品體系、建筑部品體系構成。在裝配式部品部件中，也可細致劃分為建筑結構體系、外圍護體系、內裝系統以及設備及管道系統。在開展一體化設計工作期間，裝配式構件設計工作應當以滿足建筑整體功能需求為目標，從根本上提升構件與建筑工程整體內裝部品的適用性。同時，在內裝部品設計環節也需要明確裝配式構件生產期間的經濟實用性與技術可行性，確保構件與內裝部品設計工作始終保持趨向于標準化及協調化方向發展。通過將預制構件與部品部件借助模數協調、模塊組合、接口連接、節點構造等集成方法，實現技術、管理與市場最優化目標。

1.5 建筑、內裝及環境協調目標

裝配式成品建筑需要滿足綠色、舒適、安全目標。在使用設計一體化理念過程中，需要充分使用綠色技術、健康技術手段，從根本上提升裝配式建筑工程整體綜合性能，進一步改善工程內部環境品質。

建筑環境主要涉及空氣品質、污染物控制、光環境、生活用水品質等多方面，需要在一體化設計期間著重關注設計環境的源頭控制工作，配合使用多學科知識，實現多層次空間環境設計目標。借助平面及空間構成形式，透視、錯覺、光影等設計手段，在室內環境中營造出獨特設計風格，滿足建筑工程性質與用途建設目標，確保建筑功能與建筑風格相互適應。對建筑空間、造型、色彩與藝術展開整體設計，進一步增強建筑工程整體功能及觀賞價值。

2 設計一體化在裝配式建筑中的應用流程

在裝配式建筑設計一體化環節，需要配合使用內裝設計、建筑設計、構件設計、設備及管線布局、環境控制等方式[5]。在施工圖設計前配合內裝設計方案，切實優化構件制作原則以及環境控制內容。裝配式建筑工程施工圖設計需要以設計一體化概念為主導，在標準化設計基礎上進行細節優化。

配合使用一體化技術手段，基于建筑內裝一體化技術對建筑結構、建筑部件、建筑內設備管線系統進行一體化設計。在各技術環節整合優化期間，應當明確關注建筑內裝一體化設計與建筑安裝、部品制造一體化設計具體要求。深入貫徹落實建筑安裝與部品制造環節的技術規則，實現建筑內裝一體化目標。

標準一體化設計期間，可配合使用魔術協調方法，確保建筑設計與內裝設計模數始終處于一體化狀態，配合先進的BIM 體系，從根源處降低建筑、設備、管線一體化設計期間的沖突。

設計一體化是裝配式建筑實施全過程的重要階段，隨著社會經濟與科技技術發展速度不斷加快，裝配式建筑設計一體化也具備了更加完善的智能化基礎與條件，裝配式建筑的建模率大幅度提升。國家及有關部門針對裝配式建筑設計一體化工作頒布了設計一體化審圖標準、設計一體化三維建模標準，使裝配式建筑三維建模與模型使用環節更加規范[6]。標準化裝配式建筑三維建模工作同時也為智能建造的開展提供了重要數據支持。借助數據傳遞方式，實現多平臺模型無損傳遞目標，確保工程建設期間的設計、施工、竣工等全過程信息均能夠實現統一整合及應用，使建立起的裝配式建筑設計一體化模型能夠為工程進度、質量以及安全管理工作提供重要的數據支持。

裝配式建筑設計一體化中智能技術的應用主要結合 BIM 技術將結構信息轉化為以工序為單位的施工信息，實現裝配式建筑構件實時跟蹤目標，推動裝配式建筑裝配式工程全生命周期管理工作有序開展等方面。利用BIM 模型整合工程設計環節上的各類信息，分析工程建設全過程的資源需求，下達更為精準的材料清單，使工程施工期間的資源浪費率能夠被控制在最小范圍之內，增強鋼構件生產與安裝過程中的可操作性水平，編排詳盡的生產計劃，為工程后期施工工作提供可視化管理可能性。

3 設計一體化在裝配式建筑中的應用方法

3.1 建造流程設計一體化模型

注重關注支模體系的設計工作，要求依照分層澆筑要求對支模體系進行計算驗證，設置適宜的梁底模、側模強度與變形量，并對支撐桿件強度、高度及穩定性進行驗算，確保這些參數數值全部與設計要求相符后才可以進行正式施工。在模板搭設過程中，上下層的支撐需要位于同一位置，確保模板受力均衡。對拆模順序進行調整，在保障混凝土結構穩定后才可以拆除模板。

如裝配式建筑轉換層的跨度以及受荷載力較大，內部配筋數量增多，還需要加強鋼筋工程設計環節管控力度，切實保障鋼筋骨架的穩固性，合理布置鋼筋位置。優化鋼筋綁扎順序，配合使用分層澆筑手段。在底部分層綁扎安裝，底模鋪設完畢后首先綁扎轉換梁底部位的鋼筋。為避免鋼筋與轉換層施工存在沖突問題，還可以在底部箍筋穿插到位后再立箍筋。明確每跨梁短鋼管標高，并將該短鋼管扣接在支撐架上，在鋼筋位置矯正并通過復核后才可以拆除短鋼管。

對裝配式疊合面及保護層結構進行處理。為從根本上保障分層澆筑混凝土施工質量，避免混凝土澆筑環節產生較大的沖擊力，還可以在迭合面處采用梅花布置箍筋手段，增強混凝土結構整體性。對轉換層的剪力墻預留插筋位置進行精準性驗證，避免預留插筋位置出現誤差，導致轉換層結構承載力下降。

3.2 空間一體化設計

裝配式建筑工程構造體系主要包括疊合剪力墻、澆筑外掛構件、整體框架、裝配式整體框架-剪力墻等多種類型。

其中，現澆外系統軟件預留構件在實際安裝期間的流程較為簡單、施工效率高。裝配整體式框架-剪力墻結構體系被多數應用在高層辦公樓建筑中，實際預制率能夠達到60%。

總體裝配式架構由部分框架梁、預制柱構件、預制組合混凝土樓板組成，在實際拼裝期間形成混凝土澆筑組合層、接縫混凝土結構等形式。因此在將設計一體化理念應用在裝配式建筑空間一體化設置期間，應當著重分析建筑工程整體形體特征，判斷工程縱橫向鄰柱間距與空間跨度。確保相同柱網內部能夠具備多功能，提升空間整體靈活性[7]。在裝配式建筑工程項目要求單體預制率不低于40%的情況下，構件主要包括結構構件與非結構構件兩種形式，需要結合從預制構件特征與生產要求，對各構件進行一體化設計，從根本上提升建筑工程整體使用效果。

3.3 構件設計一體化

1.裝配式構件運輸與存放。在預制構建運輸工作開展時，應避免構件出現破損情況。分析裝配式構件運輸路線，并對裝配式構件進行保護。

基于不同裝配式構件結構特征，選擇適宜的構件存放方式。如剪力墻存放時需要采用堆垛架存放手段，要求堆垛架應當具有符合具體安全要求的承載力及穩定性。

2.裝配式構件吊裝。在裝配式構件吊裝過程中，應當結合構件規格以及構件大小選擇一個塔吊裝置。要求塔吊裝置能夠覆蓋整個施工現場，滿足各構件吊裝要求。在塔吊裝置應用前還需要做好全面檢修工作，避免塔吊裝置在具體運行過程中出現安全事故問題。

3.裝配式構件連接。在將裝配式構件運輸到指定位置后，應當對模板進行支撐固定，使用套筒連接裝配式構件預留鋼筋。在連接前應當事先清潔套筒，先連接PC 模板與梁柱構件。在連接過程中需結合施工要求選擇焊接或螺栓固定等方式，以從根本上提升模板結構緊密度，為后續裝配式構件施工工作奠定堅實技術基礎。

3.4 內裝設計一體化

裝配式建筑工程內裝工作開展期間，需要遵循現行設計原則，確保營造出的建筑空間更為健康、安全、舒適，切實滿足成品住宅功能性、安全性要求，增強裝配式建筑工程整體功能性。

內裝部品集成設計工作主要就是包括部品化設計、模塊化設計、集成化設計等各種類型。在技術實施過程中，需要將單一技術朝向技術集成化方向轉變。

部品設計環節應當以戶型模塊化為理念，使戶型空間內裝部件與空間模塊相互獨立形成部品模塊。與內裝結構相關聯的部品需要采用部品化整體設計方式，進一步增強內裝部品建設與安裝期間的便捷性，使內裝物品能夠實現靈活更換、可持續利用目標。增強住戶部分設計的自由性、靈活度，控制裝配式建筑工程建設與后續裝飾環節的垃圾產出量，有效降低建筑工程整體建設成本。

在工業化生產部件過程中，需要滿足產品統一部品化、物品統一型號規格、部品統一設定標準等要求。配合使用BIM 技術建立起部品庫，將所獲得的數據及時反饋給工廠，而后由工廠制定非標定化的制作標準。在集成化部品設計環節，應當使室內內裝部品由單一技術朝向集約技術轉變。

4 總結

總而言之，通過在裝配式建筑工程中如何使用設計一體化概念，能夠切實滿足建筑產業結構調整升級轉型目標，使建筑工程在設計建設與運營期間獲得最大化經濟效益與環境效益。由于我國設計一體化理念在裝配式建筑工程中的應用時間尚短，在現階段設計工作實踐過程中還需要結合地區房地產業發展特征與發展要求，制定出裝配式建筑工程設計一體化標準，從根本上提升設計一體化理念落實期間的規范性，為推動我國建筑行業規范化發展進程奠定堅實基礎。