裝配式建筑應用的分析研究
——以劇場裝配式設計應用為例

高 俊 梁 怡 王 濤 劉 濤

中國建筑西北設計研究院有限公司 陜西 西安 710018

裝配式建筑是近幾年建筑行業發展當中衍生出來的一種建筑工程項目形式，與普通的建筑工程相比，其在實際建設施工中更加便捷，開始廣泛應用于各類型建筑中。在我國現代化社會可持續發展要求下，裝配式建筑一體化設計也能夠很好地解決工程項目建設中的“二次設計”問題，減少二次裝修設計中的大量返工與資源浪費，使得項目建造方式得到改善，進而達到全新的工程項目建設要求。所以，將裝配式建筑應用于實際建設當中非常有必要，技術人員在操作當中還需要掌握裝配式建筑的應用要點，以科學、合理的方式提高裝配式建筑工藝水平，達到工程項目建設發展的目標。

1 裝配式建筑應用優勢

與普通的建筑工程項目形式相比，裝配式建筑的抗震性能更高，在建設施工中能夠提供高質量、節能環保的建筑產品，并且可以實現PC構件產品化和標準化。裝配式建筑作為新時期建筑行業發展中的一種新型理念和表現形式，在實際應用中可以根據工程項目建設要求連接形成牢固的整體，結構之間的連接節點和連接處的接縫以后澆混凝土或者灌漿、坐漿等方式予以補充，連接部位也可以根據變形的方向和大小做成滑動、鉸接或者固支，因此具有較強的穩固性和靈活性[1]。

圖1 裝配式劇場理論設計最小高度示意圖

在大中型劇場中，觀眾坐席及周圍墻體可以全部采用裝配式結構，通過主體結構高裝配率、高品質裝配式建筑體系設計，將水、暖、電等設備系統融合進坐席及墻體構造形式中，解決裝配式建筑中的“二次裝修設計”問題。而對于高度比較敏感的劇場設計，可通過優化裝配式構件的尺寸，在有效的高度空間內達到最大的設計觀演人數，融合更多演出模式，并在后期投入使用后，通過較方便的進行更換、維修和材料再利用，達到更加節能環保的效果，也是一種高效率、集約化、節能型的劇場建造方式。

2 裝配式建筑設計應用要點

2.1 外圍護結構設計

外圍護結構是裝配式建筑工程項目設計的要點，其在這類建筑工程結構中需要承擔多重功能，確保裝配式建筑結構的安全性和穩定性。常用的全截面預制外圍護墻自重較大，還存在梁柱核心區域預制與現澆混凝土收縮冷縫問題，會破壞外圍護結構的整體性。在現階段優化裝配式建筑的外圍護結構設計時，通常采用預制化和集成化的圍護隔墻系統，其可以很好地確保外圍護結構的性能，也可以提供更加可行的設計方案和施工規劃。就鋼結構裝配式建筑工程項目來說，在外圍護結構設計不到位的情況下，會直接影響鋼結構建筑施工質量，難以體現裝配式建筑結構的高精度優勢。而以圍護隔離系統的設計為主時，就可以解決傳統圍護結構的弊端。根據不同的裝配式建筑工程項目特點和性質選擇針對性的外圍護結構設計，其能夠以裝配式一體化組合外墻設計為主，在設計工程項目建設方案時，采用復合結構墻體，以局部剛性+整體柔性的方式避免墻體變形、開裂，從而增大外圍護結構的剛度。在這種設計模式下，外圍護結構系統的連接形式需要以嵌掛結合的方式為主，設置多重防水阻隔，采用專用的連接結構對局部剛性和整體柔性進行連接，以剛柔互補的原理可同時提高裝配式建筑結構的抗震系數。這類外圍護墻體設計形式可以在很大程度上縮短工程項目建設施工周期，施工的強度也能夠有所減少，提高裝配式建筑工程項目施工安全性，顯著加強結構性能。

2.2 主體裝配式結構設計

目前常見的裝配式結構為裝配式混凝土結構和鋼結構，針對不同結構形式的裝配式結構，項目設計時要從不同的側重點切入，以提高工程項目設計的科學性及合理性。

裝配式混凝土結構設計時，設計重點為預制豎向構件的拆分設計和深化設計，同時也要做好預制水平構件的拆分和深化設計工作，提高主體結構設計的綜合成效。裝配式建筑混凝土主體結構的安全性能會受到豎向構件的影響，在開展預制豎向構件拆分設計時，應根據有關指導文件，結合《裝配式混凝土結構技術規程》中的規定，對受力復雜區域及關鍵區域以現澆設計方式為主，考慮工程項目建設中的綜合因素，在樓梯間附近及承受拉力的豎向構件均不建議采用預制。為了控制裝配式建筑主體結構施工成本，結構設計時要盡量減少拆分制構件的規格數量，防止產生超預算現象。對預制豎向構件進行深化設計的過程中，應按照《裝配式混凝土結構技術規程》的要求適當減少灌漿套筒的數量[2]。開展預制水平構件設計時，重點應滿足主體結構指標要求。為了提高裝配式混凝土結構設計的科學性，在設計方案中應標明鋼筋碰撞檢查這項重點工作，要求在項目實施當中做好這項工作，否則會影響構件施工質量，還會出現安裝位置不準確的問題。在全面優化設計成效時，設計還可以借助BIM技術模擬構件施工，排除構件吊裝碰撞問題。

當裝配式建筑工程的主體結構為鋼結構時，在項目設計方案中應將準備工作、基礎結構預埋施工、鋼結構主體吊裝作為設計要點。前期的準備工作在于移交吊裝專項施工方案，在共同分析現場施工情況前提下，與施工現場做好技術安全交底，合理選擇塔吊的型號，確定位置，完成這個環節的布設。在編制工程項目進度計劃時，需要設計與施工共同參與，合理調配各個環節的資源，做好充分的準備工作。設計基礎結構預埋施工方案的過程中，要明確鋼結構基礎預埋件的預埋施工會對上部鋼結構施工造成直接影響從根本上控制預埋精度，將誤差嚴格控制在國家現行規范及規程所允許的10mm范圍內。開展鋼結構主體吊裝設計工作時，要確定吊裝施工的流程，要求施工在具體操作之前掌握設計方案的內容，明確每一個步驟的要點，確保鋼結構的施工滿足設計要求。

2.3 機電設備的裝配式設計

機電設備也是裝配式工程項目建設的重要部分，在落實工程項目設計時，需要掌握機電設備裝配式設計的要點，綜合精裝圖紙上的水電暖點位，結合預制構件的布置進行BIM建模，檢查點位是否存在碰撞，從而確定機電點位，保證管線走向的合理性，在設計階段解決施工中可能產生的問題。這個部分的裝配式設計要求圖紙設計階段做好豎向構件電箱設計、電氣點位設計、給排水點位設計、管線設計等工作。設計豎向構件電箱時，要將管線數量較多的箱體盡量避開預制墻，如果實在無法避開就需要將箱體的預留孔洞尺寸精確落到預制構件上，并確定出線套管的數量、規格等，做好預埋設計工作[3]。設計電氣點位時，預制樓板應該按照電氣點位對應預埋線盒，當預制樓板下的隔墻上有開關和配電箱時，墻體內向上垂直輻射的管線應該穿過預制板，與現澆層內水平敷設的管線相連。給排水點位設計應該按照給水管走向在預制墻上開40mm寬30mm深的槽，安裝水管之后將開槽抹平。廚衛水電管線設計時，要盡量避免電氣線盒碰撞。豎向構件管線設計要求設計人員明確預埋方向，預制墻上開關管線要向上預埋，壁掛式空調機插座管線向上預埋，普通插座和柜式空調機插座和弱電插座管線要向下預埋。暖通送回風口也根據建筑空間形式提前做好預埋設計布置，從而達到相應的標準。

圖3 裝配式設計中得線槽預留實例

圖4 裝配式劇場座椅送風預留實例

3 影響裝配式建筑應用質量的因素

3.1 材料因素

材料是建筑工程項目建設施工的要點，以裝配式建筑的應用作為關鍵時，應從多個方面確保工程項目建設施工材料的質量，使得裝配式建筑結構滿足穩定性要求。

3.2 設備因素

機械設備在裝配式建筑工程項目建設中必不可少，尤其是在當下科學技術水平不斷提高的過程中，工程建設施工需要利用的設備種類和數量有所增多。在現場開展工程項目建設施工作業時，還有一些不能夠熟練使用機械設備，在沒有完全掌握設備操作要點的情況下盲目作業，難以體現設備的作用，還會適得其反。

3.3 工藝因素

施工工藝是裝配式建筑需要重點控制的因素，落實工程建設施工作業的過程中，工藝參數、技術指標等都會直接影響裝配式建筑應用成效。就目前的工程項目建設施工情況來看，許多施工人員掌握的工藝方法并不嚴謹，過多地依賴自身的工作經驗，缺乏對裝配式建筑工程項目建設要求和標準的了解，體現出來的工藝技術存在較大的缺陷。裝配式建筑的應用涉及到的工作環節和內容較多，在工程實施操作中一旦沒有掌握重點的工藝技術，就很容易導致工程建設施工參數不達標，影響了建筑結構的性能，嚴重時還會出現建筑結構裂縫、位移、坍塌等現象，達不到工程建設工藝的標準。

4 優化裝配式建筑應用成效的措施

4.1 合理利用BIM設計技術

BIM技術是新時期科學技術發展的過程中常見的一種技術形式，在裝配式建筑中的應用可以體現可視化、高效性等特點，對于提高工程建設施工質量有非常顯著的作用。以裝配式建筑的應用作為核心時，在設計階段，可以通過三維空間技術分析研究建筑空間與建筑結構的關系，從而完善設計內容，進一步提升設計階段的精準度；在施工階段，可以充分利用BIM技術優化工程建設施工形式，分析建筑數據，迅速計算整個建筑工程項目的工程量，并且以此估算造價，提高工程建設施工造價的精度。而且隨著BIM技術不斷普及，眾多施工單位都開始利用BIM技術模擬施工環境。施工單位能夠借助其分析施工主體的客觀環境，根據BIM技術獲得的工程建設施工數據信息確定具體的參數，提供可靠的參考依據。為了提高裝配式建筑應用效果，利用BIM技術的過程中，要完善工程整體結構設計，利用其系統建模，呈現3D立體效果，分析在實際操作中可能產生的問題，從而提前解決其中的問題，豐富裝配式建筑結構的功能特性。

4.2 完善項目管理體制

落實整個項目建設施工作業的過程中，施工單位不僅要合理選擇工程建設施工方法，還要構建可靠的施工管理體制，根據裝配式建筑施工的要求對其進行完善，起到約束施工的作用，規范工程建設施工方法，為裝配式建筑的有效應用提供重要保障。施工單位需要設立嚴格的安全生產管理制度，組織裝配式建筑施工作業時，歸納整理工程項目建設施工各個環節的工作要點，立足于完善的施工管理體制查漏補缺，引導項目施工按照要求完成工程施工任務。需要注意的是，在預制構件時，需要按統一制造標準，保證施工材料的質量達到要求，促使構件可以正確連接，全面提高裝配式建筑應用質量。

4.3 優化相關配套形式

裝配式建筑中的配套形式包括標準配套、隊伍配套和監管配套，雖然整體工程的應用最主要的是合理利用相關的工藝技術，按照工程建設施工流程完成作業任務，但是也不能夠忽視相關配套的重要性。施工單位應以設計標準作為紐帶，實現設計專業、構件結構、機械設備等各方面的統籌，以設計施工一體化的模式提高工程建設施工成效。特別是在裝配式建筑前期設計當中，要采取嚴格的監督管理方法，在后期則需要加強對整個施工過程的質量安全控制，確保工程建設施工的科學性和規范性。

5 結語

綜上所述，在新時期建設發展當中，加大裝配式建筑的推廣力度，擴大其應用范圍。實際推廣裝配式建筑的過程中，應結合工程項目建設的實際情況和需求，合理利用相應的裝配式技術要點，通過控制裝配式建筑施工質量，把握關鍵節點，實現從建筑、構件、設備、裝修、裝飾等的設計、生產、施工一體化建設模式，全方位提高裝配式建筑在工程建設中的應用。