裝配式建筑系統集成技術與設計方法

摘" 要：隨著國家裝配式建筑的創新與技術標準陸續發布實施，我國裝配式建筑發展迅猛、成果喜人且成為趨勢。該文通過分析裝配式建筑系統集成與設計營造方式，得出裝配式建筑適用于我國建筑產業發展和環境可持續發展理念。同時，廣大建筑師在建筑設計實踐中，應創新設計思維，為推動我國建設供給模式轉變、促進社會經濟和資源環境提升作出貢獻。

關鍵詞：裝配式;建筑;系統集成;科技;創新

中圖分類號：TU29" " " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）18-0193-04

Abstract： With the innovation of national prefabricated buildings and the release and implementation of technical standards， prefabricated buildings in China have developed rapidly， achieved gratifying results and become a trend. Through the analysis of the system integration and design and construction of prefabricated buildings， this paper concludes that prefabricated buildings are suitable for the development of China's construction industry and the concept of environmental sustainability. In the practice of architectural design， the majority of architects should innovate their design thinking and contribute to the transformation of China's construction supply mode and the promotion of social economy， resources and environment.

Keywords： assembly; architecture; system integration; science and technology; innovation

裝配式體系因為施工效率高、控制成本、節能環保等優勢成為我國建筑業轉型的方向。裝配式建筑模型的推廣和應用提升產品效益，實現信息化管理。我國裝配式體系一度技術停滯，經歷30余年斷檔期，現有技術研究主要學習國外發展經驗。裝配式體系的核心是“集成”，契合裝配式體系發展需要，當下對基于BIM技術的裝配式建筑體系研究具有重要的現實意義。

1" 建筑產業現代化背景下的裝配式建筑

廣義的裝配式建筑技術含義：第一，現場砌筑方式變革為預制工廠加工分散建筑節點構件后，將成品或半成品構件運輸至施工現場安裝固定的方式[1]。第二，將建筑分解為多個系統，如幕墻系統、樓地面系統、外墻系統等，系統在廠家完成制作和部分安裝后在現場組合成為一體的集成系統[2]。

2" 裝配式體系與BIM技術的應用及實例

裝配式體系的終極目標是綠色低碳建筑，強調建筑工程體系在全生命周期的運營。具體應用流程：設計階段應用BIM智能系統創建各專業的模型，通過BIM軟件快捷高效地分析各構件單元，并對各部件之間進行碰撞檢查，排除各單元部件之間的相互負面作用。將模數規則科學設定，將建筑構件節點制作成預制部件并精密入庫形成預制構件庫。生產階段，通過完善技術標準和變革生產方式將數字化信息技術與智能化裝配式系統融合，滿足生產需要，提升安裝效率。比起傳統的現場澆筑方式，裝配式體系更加精準、統一、便捷且高效，是建筑工業化中最重要的一個環節。

以成都地區2016年統計數據為例，成都市有320個項目報建為裝配式建筑，其中17%的項目應用BIM技術完成。在設計、施工、營運全程應用的項目數達到37個，占比69%;單階段應用的項目為17個。從投資性質來看，政府投資11個，投資總額50億元，國有企業投資17個，投資總額590億元，其他社會投資26個，投資總額391億元。從項目類型來看，成都報建的裝配式項目涵蓋公共建筑、居住建筑、工業建筑。目前，這些項目各項工作正穩步推進，形成了一系列可推廣的經驗模式，為成都市BIM技術應用示范推廣起到積極作用。應用BIM平臺對建筑供應鏈進行敏捷化改造、與新科技成果結合進行智能化應用、節能環保建筑材料的研發創新和智慧城市建設等。BIM技術應用和推廣的過程中，遇到了三方面的問題，制約著該技術的發展，具體表現為①政策層面：缺少與BIM技術應用模式相對應的政策管理規則和流程。政府主管部門需要協同使用統一的數據標準，并與電子審圖、規劃報批環節流程相協調。②組織層面：管理上還未真正實現基于BIM的協同，形成有效的管理制度和溝通協同機制;BIM專業技術人才尤其是一線工程技術人員較缺乏。③技術層面：BIM還未能與項目設計施工真正融合，審圖、施工環節仍使用藍圖;模型在項目不同階段的數據傳遞壁壘，導致重復建模、溝通障礙等問題;軟件的本土化和數據接口問題、不同軟件之間數據轉換與共享問題等;BIM應用深度不足，如設備材料管理、質量與安全管理的具體應用方式。在我國，裝配式技術和BIM技術應用都處于初級階段。除參考國外BIM技術的應用和實踐、裝配式建筑的發展經驗之外，發展裝配式建筑更應立足現階段我國國情，遵循行業自身發展規律，切忌盲目推進。

3" 新型生產建造方式與裝配式建筑

我國裝配式建筑采用最新的材料工藝，日漸實現預制部件的廣泛適用性和科學規范性生產、監控。從其建筑全壽命期的可持續性來看，標準化、智能化、信息化和一體化的運營方式可以從根本上更新營造方法，實現協同化的設計、生產、營造和監管全科學體系[3]。

3.1" 標準化設計

實現標準化設計、標準化生產、標準化施工是裝配式建筑高效應用的根本，是提高裝配式建筑生產質量，效率與效益的重要手段，是建筑設計、生產、施工和管理之間生產協同的橋梁。標準化設計是建筑工業化的基礎，裝配式建筑的標準化設計方法能更好地實現建筑生產的專業化、協作化和集約化，體現出工業化建造的優勢。采用工廠化生產部品是標準化設計的關鍵，有利于提高生產速度和勞動效率，從而降低造價形成可滿足其多樣化要求的系列化建筑產品。

3.2" 工廠化生產方式

我國裝配式建筑生產的新型工業化建造方式的明顯標志就是部品部件的工廠化制造，建造活動由工地現場向工廠轉移。工廠化制造是整個建筑生產建造過程的一個環節， 需要在該過程中與上下游的建造環節相聯系，進行有計劃的生產、協同作業[4]。裝配式建筑的特征之一就是專業分工與相互協同， 在整體系統中批量化、工廠化的生產環節與現場建造環節在技術與管理上需要進行深度協同和融合?，F場手工作業通過工廠加工來代替，減少制造生產的時間、節省資源。工業化加工作業相對于人工作業而言，避免了人工技能差異而導致的作業精度和質量的不穩定，從而實現精度精準與制造品質的提高，改變了現有的作業環境和作業方式，體現出工業化建造的特征。

3.3" 裝配化施工方式

在裝配式建筑生產的新型工業化建造方式中，裝配化施工是指將在工廠中制作完成的預制部件運輸至施工場地，采用預制成品構件代替傳統手工作業方法。預制構件可以減少用工需求，降低勞動強度。裝配化建造方式可以將鋼筋下料制作、構配件生產等大量工作在工廠完成，減少現場的施工工作量，極大地減少了現場用工的人工需求，降低現場的勞動強度，適用于我國未來轉型升級的趨勢和人工紅利淡出的客觀要求。裝配化施工能夠減少現場濕作業，減少材料浪費。裝配化建造方式在一定程度上減少了現場的作業，減少了施工用水、材料浪費等，實現了資源節省。裝配化施工減少了現場揚塵、噪聲和環境污染。裝配化建造方式通過機械化方式進行裝配，減少了現場傳統建造方式所產生的揚塵。同時，降低了混凝土泵送噪聲和機械噪聲等，降低了對環境的污染[5]。裝配化施工能夠提高工程質量和效率，通過大量的構配件工廠化、精細化生產實現了產品品質的提升，結合現場機械化、工序化的建造方式，實現了裝配式建造工程整體質量和效率提升[6]。

3.4" 一體化裝修方式

新型工業化建造方式的一體化裝修，通過主體結構與裝修一體化建造，實現建筑裝修環節的一體化、裝配化和集約化，才能讓使用者感受到品質的提升和功能的完善。通過工廠化生產，減少原材料的浪費，將部品部件標準化與批量化，降低制造成本。信息化管理以裝配式建筑生產的新型工業化建造方式，以建筑信息數據匯總為基礎，通過數據分析得出便捷施工生產所需的裝配數量信息，以及信息數據傳遞和共享[7]。

3.5" 信息化管理方式

裝配式建筑生產的信息化管理指的是以科技信息一體化作為設計基礎數據，在整個方案規劃、產品生產、構件運輸、現場組合的過程中實現協同化管理。裝配式建筑將各單元集成串聯成為一體，服務于設計、建設、運維直至拆除的項目全壽命周期。在建設全過程中，精確掌握施工進程，以縮短工期、降低成本。提高質量，既能提升項目的精細化管理和集約化經營，有效地減少和避免資源配置的浪費和施工隱患，又能夠保證工程質量安全。BIM平臺作為設計、施工、運維一體化信息平臺，對裝配式建筑的全過程管理具有重要意義[8]。通過實驗數據得出結論，在設計階段建立并有效利用BIM模型，對各專業設計進行分析、信息整合、信息碰撞、信息儲存和信息表達，可實現平臺上的分工協作和設計整合。BIM作為信息載體，對裝配式建筑產業鏈的整合，不僅局限于產品子鏈的信息整合，更重要的是實現裝配式建筑產業鏈全生命周期過程的協同[9]。

3.6" 智能化運維方式

智能化、智慧化運維管理系統合理的將資源維護、人員匹配、市場需求統一考評，提升協同工作效率，給出最科學穩定高效的方案。形成智能化、智慧化的全生命周期科學預制管理方案。裝配式設計基本概念、建筑設計與環境設計的相互作用、設計科學思維及設計常用方法;建筑設計的經驗、技巧，并詳實介紹了更多角度、維度的思維理念和運作程序;介紹了工程設計中運用圖示、圖形符號及大數據統計結果衍生系統思維與綜合思維的構架公式和步驟;詳細介紹了項目前期調研、環境考察、立意構思、學習法規，最終逐步完善并結合環境的全面運作技巧[10]。

4" 裝配式建筑的系統集成

建筑產業現代化國家建筑標準設計體系在建筑產業一體化背景下蓬勃發展，通過信息化管理分析，將建筑工業化劃定為多個品類并生產通用的產品，通過工業化方式運裝和組成完成的體系，該體系的基礎是建筑支撐體和填充體分離的理論方法。

4.1" 裝配式建筑標準化發展

裝配式建筑通用體系是通過構架新型的建筑預制化構件，推動建筑設計及施工的裝配化、預制化，為裝配式的集成化和建筑設計科技化帶來巨大推力和發展空間。裝配式建筑通用體系基于建筑工業化的生產體系要求，統籌協調策劃設計、建材生產、部品制造。施工安裝及組織管理等各個環節，采用統一的模數、尺度實現設計和生產全程的工業化。裝配式建筑通用體系，指導我國裝配式現代化的設計、施工工作，協同推進建筑產業鏈的整合和產業化發展[11]。

4.2" 裝配式建筑市場化發展

新型營造構件NBP體系具有良好的社會、環境和經濟效益。裝配化施工以裝配式建筑生產的新型工業化建造方式為主，將在工廠中制作完成的預制部件運輸至施工場地，以預制成品取代支模現澆技術，促成產品的安全化、科技化、低碳化。新型建筑體系下的建筑具有耐久性的支撐體及靈活可變的填充體。在建筑使用過程中可以根據需求進行更新，降低對自然環境的影響，節省資源和能源，為社會貢獻可以長期存在的品質優良的建筑。新型建筑體系可以靈活地更新填充體，可以解決我國傳統建造模式中的建筑問題，滿足因時代變化、科技發展以及生活與工作方式轉變所帶來的更新及改造要求[12]。針對支撐體與填充體及其部品部件的研發，推動新興產業的發展，進而促進建筑產業的現代化發展。新型建筑體系下的建筑通過延長建筑壽命與可持續的更新改造方式，可以形成建筑文化積淀，使城市風貌得以延續。

4.3" 裝配式建筑多樣化發展

我國的裝配式混凝土建筑、裝配式鋼結構建筑、裝配式木結構建筑多樣化發展，但是多數的研究成果為裝配式混凝土建筑，這是介于該形式對建筑防火、耐火性能的考慮。裝配式混凝土剪力墻結構因為力學性能和耐火時間成為多數新建建筑設計的選擇[13-14]。裝配式結構主體的連接節點、接縫技術及結構減隔震技術與裝配式建筑的結合逐漸成為研究熱點?，F階段我國裝配式建筑仍處于如何突破建筑技術瓶頸、突破關鍵技術難題、完善技術體系的階段。裝配式建筑的發展無論是在全程產業鏈條下的產品設計、科學調研、產品研發、生產機制及監督管理等方面，還是在建筑全產業鏈生產管理產業聯動方面，還需繼續深入研究[15]。

4.4" 裝配式建筑高精化發展

裝配式內裝部品體系需要遵循標準化模數、標準化節點、標準化接口通用的原則，并采取節點通用措施促進部品體系的建立。室內空間的墻面、吊頂及地面部品是實現內裝工業化主體、內裝、管線分離設計理念的核心內容[16]。集成化部品易于控制質量，精準度高，同時采取干法施工，可大幅提高施工效率。

5" 裝配式建筑與設計方法

建筑生產包括了建筑項目從策劃、設計到施工的整個過程。裝配式建筑使得建筑物的生產建造方式發生了巨大的變化，產生這些變化的重要原因是圍繞建設活動各個方面的工業化發展。在裝配式建造的前提下，事先在工廠批量制造的部品部件得到了廣泛的應用，現場濕作業的環節將越來越少，部品部件的制造商將越來越多，其組織規模逐步擴大，對勞動力的需求逐步減少，反之對機械生產和自動化智能制造的依賴性逐步增強。同時，隨著人們對建筑品質要求的日益提升，建筑的整體性能目標也隨之逐步提升，必然要求全產業鏈各個工種、各個工序的工作達到必要標準。建筑行業以預制工廠生產的成品取代支?，F澆技術，促成產品的安全化、科技化、低碳化和預制化的生產方式有明顯的優勢[17]。精益建造將推動裝配式建筑高質量可持續發展，實現建筑業全產業鏈工業化。構建裝配式建筑精益建造體系應成為推進建筑產業現代化與新型建筑工業化的重點方向。在保障施工質量的同時，實現建筑全產業鏈的科技化和預制化。精益設計是世界環保組織倡導的建筑工業化模式，該模式提升作業效率，提高作業質量，將推動我國綠色建筑產業的低碳化發展[18]。

6" 結束語

以建筑工業裝配式模型為基礎，采用預制生產、設計形式實現建筑精細化、高效化、便捷化的建造方式升級。在建筑設計過程中，科學應用裝配式建筑系統集成與設計方法，著力打造我國新型建筑工業化的建筑體系，從而提高技術創新能力，攻關以轉變生產建造方式為目的建筑體系與部品集成技術，突破傳統生產建設模式，促進建筑產業的技術升級換代。

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