裝配式建筑發展進程下的設計要求及應對策略

馮智良

（廣東省建筑設計研究院有限公司，廣東廣州 510010）

0 引言

隨著我國目前社會經濟的快速發展，我國人們的生活質量在不斷提高，對于建筑也提出一定的需求。在裝配式建筑下，可根據綠色設計理念、節能設計環保理念提高人們居住的便捷性與舒適度。在進行預制裝配式建筑設計中，其設計人員應明確認識到預制裝配式建筑的設計要點，并根據設計要求編制出完善的設計方案。

1 裝配式建筑發展進程

在裝配式建筑發展中，主要起源于德國以及歐洲發達國家。在裝配式建筑逐漸在我國成熟起來時，裝配式建筑的優勢也越來越突出，具體體現在以下4 個方面：①裝配式建筑具有產品質量高的特點，裝配式建筑可以最大限度降低墻體裂滲漏的可能性，其耐火耐候等特點明顯。②裝配式建筑生產成本低，長期批量工業化生產可有效減少環境污染，并突出了其環保性特點。③裝配式建筑生產效率較高，與傳統建筑項目相比工期縮短時間為43%。④綠色低碳，綠色建筑的根本物質是綠色建材，其能耗、污染都有效降低了。另外，裝配式混凝土建筑確實被作為社會性住宅的工法，混凝土外掛立面非常普遍，且非常具有美學品質。其裝配式建筑與傳統建筑最大的影響是：其模糊了資方、設計方、施工方的傳統分界，裝配式建筑只需要一個建設方。比如遠大集團、寶鋼集團一家就可以完成融資、設計和建造全部環節。這將大大降低政府管理難度，提高對政府對“房地產行業”的把控力，單憑這一條政府就有充足動力實施，所以作者傾向于認為這是長期變化的開始。

通過對比發現，裝配式建筑與傳統住宅項目資源能耗以及生態破壞方面裝配式建筑的優勢明顯。裝配式建筑可在鋼筋、模板、水泥、保溫材料的使用量中縮小占比重，其施工廢料也較少。目前，我國裝配式建筑在各地發展速度較快。在公布建設項目時，應因地制宜選擇適合本地區的裝配式建筑技術，為產業發展提供市場需求。以經濟適用房等政府投資住宅項目為起點，分步推進裝配式混凝土結構的水平構件、豎向非承重構件、豎向承重構件技術體系，逐步提升裝配率，全面推廣應用預制內隔墻、預制樓梯板和預制樓板。其鋼結構、工程木結構、預制混凝土、預制磚結構都是高度工業化的施工方法[1]。

2 裝配式建筑發展背景下的設計要求

2.1 模塊化的設計

在預制裝配式建筑中，其設計特點有模塊化。其模塊化設計特點是指在有特定功能的單元下可利用通用性的模塊與其他產品要素進行組合，如圖1 所示，以此不斷以新的形式、新的結構、新的單元產生出不同的功能狀態或相同的功能狀態。在以模塊化設計預制裝配式建筑時，其裝配式建筑可應用在商業街、民宿、康養中心、醫療方艙、學校、宿舍、安置房、新農村建設等。

2.2 裝配式建筑設計準則

圖1 通用性的模塊與其他產品要素進行組合

首先，在裝配式建筑中，其設計單位要積極向建設單位推薦使用標準預制構件產品的住宅設計方案，按《設計深度規定》（建質〔2003〕84 號）規定編制裝配式住宅施工圖設計文件，每個非標準化預制構件及其連接方式均應在施工圖設計階段表達，如圖2 所示，并做到按形狀種類編號，明確訂制數量，不得以不出圖、少出圖形式壓縮合理設計周期。其次，施工圖審查機構要依法審查住宅工程的施工圖設計深度，不滿足施工圖深度規定的設計文件不得審查通過。發現大量采用非標準預制構件的住宅工程應及時上報市勘察設計管理中心。建筑造型復雜導致裝配式構件審查工作量大的住宅工程要相應延長施工圖審查時限。與此同時，應進一步強調施工現場圖紙管理法規規定，混凝土預制構件加工圖應在施工單位承接住宅工程施工總包業務后按通過審查的施工圖和工程實際情況制作，并由施工單位承擔質量責任。加工圖不作為施工現場按圖施工的圖紙依據，施工單位應嚴格按照通過審查的施工圖施工，發現設計問題應及時告知設計單位，進行設計變更，不按圖施工的行為由監督部門依法查處。最后，應積極鼓勵設計單位積極應用建筑信息模型技術，依托標準化構件產品目錄對住宅工程開展正向設計，住宅工程設計項目負責人、結構專業負責人應關注如何提高各專業協同設計能力，加強對裝配式住宅建設全過程的指導和服務。市勘察設計管理中心將對開展正向設計、協同設計并積極提供住宅建設全過程指導和服務的設計單位和注冊工程師給予設計市場推薦、評先評優加分、優先辦理行政審批、減少事中事后監管頻次等激勵措施。并且應支持設計企業、高校、科研院所積極創新，為進一步提高建筑工業化比例夯實結構理論基礎，改變現有的預制構件吊裝、澆筑交叉施工模式，用裝配連接取代現有的后澆、灌漿連接，加強構造防水，保證抗震性能，縮短工期，提高住宅工程質量。

3 裝配式建筑發展進程下的設計對策

在中國特色的政策環境下，解讀“裝配式”三個字十分重要。這個提法本意是“工廠預制，現場拼裝”這八個字，其衡量標準有預制率和裝配率兩個重要指標。

3.1 裝配式標準化建筑設計模塊化

圖2 非標準化預制構件及其連接方式

首先，在裝配式建筑中應符合裝配式建設設計特點如標準化、參數化、工業化。其裝配式建筑在設計前是被拆解為無數個組件，并批量生產以此降低生產成本提高成本效率。以此在不影響方案與空間感時，應盡量將裝配式建筑部分配件的規格與參數能耗降到最低其次，在目前建成的裝配式建筑中一般有辦公樓、醫院、賓館等，這些建筑物都采用了模塊化設計辦法。不僅降低了生產制造成本也縮短了工期。例如，在供暖設計的過程中，必須結合裝配式住宅的特點。地板輻射采暖具有溫度適宜、節能等優點，已成為裝配式房屋的重要采暖方式之一。室內的平均輻射溫度決定著人的舒適感，地板輻射供暖的設計中，室內的圍護結構的溫度較高，導致平均輻射溫度升高。室內設計溫度降低1～3℃，可有效提高人們的舒適度。又如，在電氣設計的過程中，應在方案階段提供孔洞、管道固定點、預埋套管位置、接線盒等預制構件的規格，并確定其處理原則。本階段主要是根據項目計劃中預制房屋的功能和面積要求，確定裝配所采用的結構體系和構件類型。在電氣方面，我們應根據管道的實際情況進行規劃，并及時制定相應的解決方案。

3.2 裝配式參數化與BIM 技術的利用對策

在裝配式建筑組件預制模式中，應利用BIM 技術實現二維與三維結合的方式進行，以此在分析復核項目時，設計人員可將項目建成效果以可視化，清楚直觀地反映出設計中的各項細節。其BIM 技術中可形成裝配式參數化的特點，并在建模的幫助下，模擬出項目建成空間，其設計人員在復核各個設計要點時，避免錯誤發生。例如，在管線綜合設計中，可利用BIM 建模來完成，在降低出錯率的同時可方便后期與工程生產階段進行交接[2]。

例如，預制施工項目的傳統施工模式是設計、工廠制造和現場安裝。與設計和現場施工模式相比，節省了時間，但仍難以推廣。從技術和管理的角度來看，一方面，由于設計、工廠制造和現場安裝三個階段的分離，設計結果可能不合理，在安裝過程中，發現不可用或不經濟，導致更換和浪費，甚至影響質量；另一方面，工廠統一加工的產品比較死板，缺乏多樣性，無法滿足不同客戶的需求。BIM 技術的引入可以有效解決上述問題，它將設計方案、制造需求和安裝需求集成到BIM 模型中，在實際施工前綜合考慮設計、制造和安裝的各種要求，提前消除實際制造和安裝過程中可能出現的問題[3]。

3.3 在裝配式建筑下預制構件的安裝過程

在裝配式建筑下預制構件在安裝過程中，施工人員應嚴格按照施工標準進行安裝，根據施工設計圖紙開展安裝工作，并且應確保預制構件在安裝過程中的完整性[4]。施工人員應對預制構件的尺寸、規格進行嚴格的把控，同時也需要對施工工藝進行分析，確保安裝過程中不出現意外等情況發生。施工人員應對預制構件的軸線進行定位，確保軸線與尺寸、水平標高一致，在進行安裝的時候應確保預制構件平整潔凈，表面無其他雜物，拼縫嚴密避免出現漏漿的情況發生。例如，在針對預制構件鋁合金模板進行安裝時，應將偏差控制在規范允許的范圍內，在裝配式建筑下鋁合金模板具有一定的承載能力、剛度和穩定性等，能夠承載來自混凝土自重、側壓力以及施工荷載[5]。在進行安裝時施工人員需要注意，在遇到非標層配模施工產生的問題時應采取一定的措施解決。當標準層結構比鋁合金模板高的時候梁板、板尺寸會產生局部變化。為提高預制構件安裝率，施工人員應針對非標層配模變化通過對墻、梁、板節點進行深化設計，采用標準層加預制構件的結構變化有序進行安裝工作。

3.4 裝配式建筑中的多樣化設計

在裝配式建筑設計中，具有多樣化的設計特點。首先，在選擇預制構件時應考慮到當地的人文特色、發展環境等因素，并且應根據周邊環境設計出合理的預制裝配式建筑。其次，為滿足人們的居住環境，應體現其標準化設計理念，一般來說體現標準化設計是指裝配式建筑應采用模塊及模塊組合的設計方法，遵循少規格、多組合的原則。住宅建筑的樓梯、集成式廚房、集成式衛生間等模塊應采用組合設計。裝配式建筑外墻、陽臺板、空調板、外窗、遮陽設施及裝飾等部品部件宜進行標準化設計。根據調查，在采用裝配式建筑工藝完成模塊化、預制化生產，使用的時候只需要像搭積木一樣安裝起來就行，4h 就能搭建出房屋主體。

3.5 加快落實裝配式建筑設計理念，促進我國長久發展

目前，為加快落實快新型建筑工業化發展的實施意見，提出推進裝配式建筑發展、應推進綠色建筑高質量發展等重點任務，明確金融、環保、科技等方面的支持政策。首先是在環境保護政策方面，應支持建筑企業做好環境影響評價和監測工作，將符合要求的裝配式建筑等新型建筑產業化項目納入生態環境監管積極名單。在嚴格落實揚塵污染防治辦法的基礎上，在重污染天氣應急響應期間，裝配式建筑等新型建筑工業化項目除土石方、爆破拆除、噴涂粉刷等國家明確要求的施工環節外，其他可以不停工。同時，各地可以研究制定符合重污染天氣應急期間，生態環境監管要求的預制構件生產企業差異化管控政策。制定建筑垃圾排放限值標準。到2025 年底，新建施工現場的建筑垃圾（不含工程渣和泥漿）排放量不超過300t/萬m2，裝配式施工現場的建筑垃圾（不含工程渣和泥漿）排放量不超過200t/萬m2。開展施工現場建筑垃圾排放宣傳，鼓勵各地對符合施工現場減少建筑垃圾要求的施工企業給予獎勵。其次，新建建筑面積中的地方裝配式建筑比例應達到30%以上，被動式超低能耗建筑累計超過1340 萬m2。這樣，中國將在2035 年推動系統集成設計和精益生產建設的廣泛應用，大大提高企業的科技創新能力，將信息技術與建筑業深度融合，進入綠色發展的新階段，實現新型建筑產業化的高質量發展。

4 結語

綜上所述，在我國建筑設計行業轉型發展中，應基于裝配式建筑并不斷促進我國大型項目裝配式建造方式，以此，有效降低能耗、減少成本，注重綠色建筑發展理念。本文從設計角度出發，基于裝配式建筑發展內容，并提出相應的對策，在裝配式建筑的推動下，不斷促進我國建筑行業良好發展。