高層裝配式住宅設計方法與應用

張嘉龍

（廣東省建筑設計研究院有限公司，廣東廣州 510010）

0 引言

中共中央、國務院印發《關于大力發展裝配式建筑的指導意見》（國辦發〔2016〕71 號）中明確要大力發展裝配式建筑，穩步推進創新建造方式，促進建筑行業結構性轉型升級，并指明裝配式建筑設計要進行創新。裝配式建筑集設計標準化、生產工業化、組合化施工、信息化運營于一體。以工業化生產應用為基礎構件，施工現場全面實現干作業裝配，保證項目建設高效率，組建安裝高精度，設計成品高品質。裝配式建筑能大幅提高建筑效率，減少現場濕作業，縮短建筑周期，減少環境影響，避免因為氣候問題而導致工地誤工怠工。裝配式讓房屋像工業流水線生產一樣，批量制造房屋構件，生產后把各類從工廠運到工地組裝。我國是人口大國，提高住宅建筑的裝配率的重要性勿容置疑，因此發展裝配式住宅對改善居住品質、降低人工成本、提升建設速度、提高居住適應性起到重要作用。

1 裝配式住宅模塊化設計

1.1 功能模塊化

裝配式建筑可拆分為不同的構件，在前期設計方案階段，如何把住宅單元進行整體拆分非常重要。因此在設計之初，需考慮核心筒與各戶型單元的組合關系，考慮戶型單元中各生活空間的組合關系，從而減少墻板門窗種類，提高建造效率，實現住宅功能性與經濟性的統一。其次，裝配式住宅建筑的工業化制造為不同戶型、標準層、樓棟之間采用相同構件模塊提供了產業基礎，方便標準化樓棟的多次利用。綜上所述，項目初期可統籌劃分各使用單元，將住宅功能空間“模塊化”，然后再拼裝組合（圖1）。

項目負責人將各住宅使用空間進行歸類，如衛生間、廚房，主臥、次臥等各標準段對應尺寸，在排布戶型時利用模塊進行組合，形成各標準戶型平面，后期也方便進行集成衛生間和集成廚房的布置。

1.2 戶型模塊化

住宅建筑拆分后的單元式空間，以基本單元模塊，經過拼接、組合方式，組成分戶單元，再與模塊化和核心筒組成住宅建筑。根據各功能模塊進行組合，可以形成典型的套型模塊，套型模塊是平面組合中最重要的部分，也是必須進行的設計部分。有了套型模塊，就可以對裝配式外墻構件、疊合板、陽臺、空調板等進行拆分。

住宅標準層平面設計時，可把將功能空間拼裝好的戶型作為組合端，公共空間電梯筒部分作為核心端，核心模塊保持不變，通過組合各面積段戶型端形成標準層平面，如圖2 所示，由標準化的戶型端及標準化電梯筒核心端共同構成標準化設計。在戶型組合方面，通過規整單戶的剪力墻，通過參照模塊或常規的協同平臺可實現了全區的結構布置統一，使內部隔墻能更靈活分隔；同時方便調整戶型的客廳和居室的空間開間和進深，合理化功能尺寸，使用上更符合家具布置和內裝設計。同時遵循了標準模塊原則和模數尺寸，為室內設計標準化提供了前期條件。在公共核心筒設計端，根據裝配式后期深化要求調整成為若干標準化構件，包括了裝配式樓梯的標準化、機電管井及走道的標準化、電梯井的標準化。既方便了后續高效的流水線生產，也為創造多樣的標準化組合平面提供了可能性。

戶型模塊的規劃使高層裝配式住宅既為開發商提供高效的建造流程，也為住戶提供更高品質的生活空間，更可以作為設計單位內部的設計庫存，通過不斷優化更新，得出更加符合生活習慣和居住需求的內部空間格局，形成住宅產品的迭代。同時，戶型的優化也能帶來預制外墻立面構件的標準化，充分體現工業化流水線生產的優勢。而住宅立面的設計，也遵循標準化原則，在減少構件種類的基礎上，實現豐富的立面組合形式。

2 立面設計

2.1 模塊標準化

標準化、模塊生產應作為設計概念貫穿住宅單體的平面和立面設計。首先，規整建筑平面布置，減少戶型組合類型，盡量做到標準化；其次，立面設計應同時考慮拆分后的預制構件標準化，減少復雜造型，降低建造成本，提高施工效率。根據平面設計，協調預制構件與立面之間的尺寸關系，盡可能減少如預制外墻板、預制空調板、預制陽臺、預制窗臺等構件類型，滿足標準化、模數化的設計概念。因此立面面積、尺寸的設計必須要充分考慮標準件的模數。標準構件在立面設計上整齊劃一的排布能形成重復韻律的立面效果，再通過色彩及造型的搭配，提高立面的豐富度。

2.2 立面設計

基于現時各開發商住宅產品的對標，針對高層住宅立面設計要求越來越高，既追求整體效果，也強調細節的搭配。同時在色彩的選擇上，追求清素與高雅，并注意顏色間的搭配與過渡。例如，大面積的色彩運用搭配其他顏色的線條，形成住宅立面色彩體量上的咬合關系。在建材方面，裝配式建筑講求輕便耐久易安裝，在滿足建筑強度的基礎上應盡量方便預制構件的安裝連接。與傳統住宅項目不同，裝配式住宅項目應該建立與材料特性和建構特色相適應的立面美學體系。以立面三段式構圖為例，主要是從顏色和設計形態上區分，就是以屋頂、建筑主體（建筑腰身）、建筑基礎（建筑的腳），通過采用不同顏色的搭配或不同材質的組合區分變化。基座采用石材或真石漆、提升近人尺度體驗上的觀感和觸感，標準身段通過不同色彩的組合形成豐富的立面身段，頂部通過幕墻或格柵的加高，結合屋頂的飛翅、構架等造型使建筑形態更加挺拔，如圖3 所示。

標準化的設計雖然限定了模數尺寸，但在設計過程中，可通過分段劃分、色彩搭配、線條的咬合提升最終立面建筑效果的呈現。所以項目設計人需綜合考慮建筑美觀、建筑經濟、生產效率等方面，統籌兼顧，爭取裝配式住宅立面綜合效益最大化。

2.3 飾面材料

裝配式建筑外墻預制混凝土可以與傳統飾面材料一體化集成制造。各類飾面面磚和飾面石材都可預先按設計要求嵌入平放的模臺與混凝土澆筑為一體，無須額外粘結層。

面磚飾面具有美觀的裝飾效果，歷久彌新的質感等優點，是各類高品質住宅建筑外墻材料的首選。但是面磚飾面的傳統做法容易造成面磚脫落。且其粘貼質量受高空作業、現場作業條件、施工氣候、工人操作水平等影響較大，面磚飾面常有脫落現象。很多城市、地區都禁止高層建筑外墻貼面磚。

而使用反打工藝可以解決面磚后期脫落的問題，陶板、瓷片、劈離磚等都可以與混凝土牢固結合，可免除傳統面磚鋪貼立面的腳手架、材料堆放場所，免除鋪貼使用的設施工具，并且節約人力，改善施工環境，提高鋪貼立面的施工效率縮短工期。面磚反打工藝可以實現尺寸的精準和質量控制，使得復雜精細的細節，如：拱券、弧形券，柱頭等排磚圖案可以同墻板集成在一起。這種美學表達的自由度以現場粘貼面磚工藝是很難經濟地實現的。

同樣，大理石、花崗巖、石灰巖等石材裝飾板材，也可以在工廠內同混凝土預制為整體。飾面石材反打工藝將傳統干掛工藝涉及的高空作業和現場作業量移入工廠，改變工人操作條件，不受天氣影響。石材無須龍骨可以節約材料、節省大量勞動力，提高外觀質量和施工效率。飾面石材表面規整，預制墻板附著牢固，外立面品質觀感優良。

現時各類的飾面材料都能很好地結合裝配式預制墻板進行生產，設計人可通過標準化構件，進行豐富多樣的組合，通過組合尋求變化，增添裝配式住宅里立面的多樣性。

3 BIM 設計

當落實住宅方案后，應建立BIM 模型進行深化設計，逐步完善構件深化工作，用于指導性生產及施工進程。如在BIM 模型中進行拆分，特別是各類構件的劃分，以族件庫為單元進行深化，建立構件模型，為生產廠家提供前期接口，是預制構件深化設計的重要內容。在BIM 技術平臺中，預制構件生產廠與土建設計專業在同一模型上達成一致意見，結合配筋、尺寸等詳細信息，構件模型轉化為實體標準進行生產。依托BIM 軟件，設計單位還可建立預制構件族的模型庫，在各類項目中不斷對標完善，后續項目中通過庫存選擇適當預制構件，同樣通過迭代更新以進一步使整個裝配式設計流程更加完善和高效，如圖4 所示。

在BIM 設計中，前期的設計樣板是設計標準的首要組成部分，設置樣板的目的是標準化呈現各專業的設計成果，提高整體設計效率與圖面質量。通常在項目設計前期階段，項目經理統領建立項目的基本模板文件，并持續完善。

除了建立裝配式全專業設計項目樣板，還需設立裝配式各類預制構件的設計樣板。如預制梁柱、預制柱、預制樓梯、及預制飄窗等其他復雜的異型構件設計樣板。預制構件樣板可以在項目樣板的基礎上，進行優化調整。樣板建立內容包括：①構件族。②工作視圖。③圖紙布局。④預設的明細表。

項目樣板的設置作為大前提，主要考慮進行各專業建模的區分（如工作視圖區分為：建筑專業視圖、結構專業、機電設備專業、內裝專業），預制構件樣板則主要考慮構件進行加工、預埋安裝步驟的區分（如工作視圖區分為深化設計視圖、配筋設計視圖、模板設計視圖、機電預埋視圖、安裝工作視圖）。

裝配式建筑設計是個整體系統工程，需充分考慮設計、生產、運輸以及安裝施工，以及運營等全周期流程中各因素的影響。因而在設計過程中，建筑專業設計人員將起龍頭作用，協調好結構專業、設備專業做好管線分離安裝，墻體孔洞的預留預埋，協調裝修專業做好構件、點位尺寸定位，避免施工階段的調整與后續開孔，減少設計修改變更。并同時借助BIM 模型，進行可視化指導施工、協同設計進行管線綜合及碰撞分析等，提高設計質量

4 結語

綜上所述，標準化和集成化的裝配式建筑，已成為國家未來發展高層住宅建筑的主要方向，有著廣闊的發展空間和前景，同時也對設計提出了更高的要求。為充分發揮住宅建筑的裝配式優勢，體現新時代建筑高時效、高品質等特點，要求項目管理人員、項目設計者重視模塊化概念，通過標準空間模塊化、標準構件、預制構件的靈活組合和搭配，提升住宅建造效率，促進高層裝配式住宅建設能力的提升。