裝配式設計方法應用研究

劉 鴻

（中國建筑第四工程局有限公司，廣東 廣州 510665）

1 裝配式設計應用現狀

隨著我國建筑行業高速發展，裝配式建筑以其優點和發展前景獲得行業青睞，國家從2013年開始倡導大力發展工業化建筑。目前，我國研究和應用裝配式建筑的企業及人員越來越多，裝配式設計在建筑及結構專業方面取得不少成績，并完成了很多優秀的作品。

以三維模型進行方案設計，并依托三維模型進行匯報成為當前設計的主流，行業內較能接受三維模型的方案展示，也方便給行業外的人員進行直觀的溝通和交流，提高溝通效率。而在施工圖設計階段目前則主要應用于管線碰撞，其設計真正應用于指導現場施工、工廠加工、商務招采及運營維護等的案例則較少，尚未完全發揮裝配式設計在實際操作中的功能。

2 裝配式設計行業現狀原因分析

2.1 人員

完整的裝配式設計需由各專業設計人員把關和審核規范、條款方面的內容，然后由專門的人員進行建模工作，再依據不同產品的特性進行部件分解，最終經多方溝通協調形成最終圖紙。

根據裝配式設計人員要求特點，相關人員需對各階段的工作內容均要有所了解，尤其是對項目負責人要求較高，需能統籌協調好各方人員的工作。各專業設計人員業內一般是各專業懂規范的設計師，通常除主管方案的設計師外，其他專業的設計師較少具備三維建模及模塊分解能力。專業設計人員一般在設計院，建模人員設計院和施工單位均有，部件分解人員一般是施工單位和廠家，各方人員在介入項目的時間上存在一定差異，因此，按照現有裝配式設計模式，在人員方面出現較大困難。

2.2 機械

建筑行業裝配式構件大多尺寸及質量較大，其連接節點在施工時要求精度較高，目前缺乏很好的機械能夠較好地完成此項工作，對這些構件的組裝一般還需依托現場人員及機械進行配合，這類配合易出現節點損壞、對接不上等問題。各部件的生產機械也并未大規模、大范圍普及，行業內對標準構件尚未形成統一標準，因此不同廠家生產的產品大多存在差異，通用性較差。

2.3 技術

連接節點處理是當前的主要技術難題。在建筑、結構連接節點上，如套筒灌漿、等強設計等的處理尚不成熟；在電氣部分節點上，連接節點過多、用電安全、電壓降落等因素也制約著電氣部分的裝配式設計；在給排水部分，需要焊接的管道如何進行預制，尚無相關節點做法；在暖通方面，風管連接、焊接管道等都制約該專業的裝配式設計等。

目前也尚無有效的工具能夠滿足設計出圖的需要，無法提供有效、合規的裝配式設計施工圖，導致現場及工廠無法進行有效的施工和生產，仍需花大量時間和精力進行深化和研究。

2.4 環境

機電部分在常規住宅、公建等項目中一般資金占比較小，而建筑結構占比較大，且又涉及使用安全，因而目前在建筑結構方面各類研究較多，發展較快，在機電上則較少，此是導致上述情況的環境原因之一。

多數項目存在工期緊張的情況，導致設計匆忙出圖，圖紙質量不佳；現場匆忙施工，施工質量不佳；這與裝配式設計的應用背道而馳，無法有效應用裝配式設計與施工。

3 案例分析

3.1 項目概況

某項目總建筑面積193 954.17m2，總投資額為21.85億元，其中地上部分面積為124 782.87m2，地下面積為69 171.30m2，地上部分分為5個區，分別由不同使用單位使用。建筑外立面為異形多曲面，建筑結構體系為鋼骨混凝土-鋼管混凝土混合框架結構，機電系統繁多，凈高要求較高。

3.2 裝配式設計方法應用

地方住建部門對本項目有裝配式建筑試點的要求，要求項目裝配率不得低于50%，項目股東對本項目有BIM技術應用的要求，應用的范圍為全專業深化設計及施工指導。因此，項目在裝配式建筑方面考慮鋼結構體系的裝配式設計制造安裝、制冷機房裝配式設計制造安裝、管線分離，在建設初期便選定了BIM單位，定下模型精細度為LOD400的全專業應用的目標。

1）應對人員方面的困難，項目建立了以業主專業工程師牽頭，聯合設計院、總包、分包、廠家技術人員的組織架構，由業主單位派專業工程師，設計院派負責人、總包、分包及廠家派設計總監、技術人員在現場進行會議，同時在線上聯合各自后臺人員參會，共同推進和解決從設計、深化到分解加工的協同設計和一體化設計。

經過多方人員的長期投入，項目形成會議結束便由設計院出具對應變更，總包與分包出具深化設計圖紙，工廠即按深化設計圖紙加工的模式，三方圖紙互相匹配吻合，縮短了出圖周期，提高了出圖質量和生產精度。

2）應對施工機械困難，主要是依靠現場協同指揮完成，并未突破現有的機械。

3）應對技術方面的困難，分專業論述。在鋼結構方面，主要依托設計院的規范把關能力、總包與分包較強的深化設計能力、施工能力及高精度加工能力完成，其深化設計圖紙節點設計較為精細。在幕墻方面，由于項目只有少數幾塊玻璃/GRC板模數相同，且多曲面異形大面積構造，給幕墻設計和施工帶來較大困難，項目采用的應對方式是以Rhino模型建模進行深化設計，拆分模塊后和設計院共同確認，配合完成，然后由工廠生產，幕墻構造模型如圖1所示。

圖1 幕墻構造模型

在機電及精裝修方面主要是提前進行設計，然后利用BIM模型綜合建筑、結構、機電、精裝修，嚴格定義各層層高要求，在施工之前與各方開會討論確定各區域層高、主要管線排布等，經過總包、分包提資，設計院確認，業主下發的流程，要求總包、分包嚴格根據模型施工，真正做到了BIM設計指導施工，也利用裝配式設計方式，指導了局部機電管線的預制，并申報兩項工法，分別為管道保溫耐磨抗壓彩色外護施工工法和抗扭曲變形風量可調節連接套筒施工工法。其模型如圖2所示，施工效果如圖3所示。

圖2 機電管線模型

圖3 施工效果

4 基于使用功能的裝配式設計方法設想

基于對項目案例的總結，結合過往工程研發、設計、生產、管理經驗，提出裝配式設計方法的設想，即裝配式設計需要基于使用功能而設置，設計出來的產品能夠滿足規范、安全要求的同時，滿足使用功能，并可實現標準化、規?；?、產業化和智能化，具備完整成熟的理論和實現實操應用的方法。

4.1 具體設想

1）標準化 可形成各種標準產品和構件，在建筑方面也形成對應的標準化產品，如梁、柱、墻板等，并附有配套裝飾、機電管線等，可根據客戶選定功能，直接由設計師出圖，只需購買“配件”組裝即可。

2）規?；?裝配式設計及應用形成一定規模，從而產生規模效應。

3）產業化 形成相關行業產業鏈，從上游到下游均有各類成熟的工廠配置及相關產品生產，大幅提高生產效率。

4）智能化 設計單位根據使用單位功能要求可迅速出施工及生產圖紙，而根據圖紙，廠家可迅速購買或生產對應產品，施工單位可熟練操作對應機械進行組裝。

4.2 實現模式

1）第1個階段 利用現有條件能夠在建筑各專業、各部位實現模塊化設計，設計圖紙能夠滿足工廠生產需要并符合使用功能，能夠在建筑各階段發揮作用。

2）第2個階段 已初步解決上述人、機、技、環問題，應用較為成熟，已有新生代的設計師和施工機械，逐步實現標準化、模塊化、產業化。

3）第3個階段 實現智能化，如充分應用3D打印技術，出圖即可打印生產、安裝、維護等，并向更高、更廣的空間延伸。