伍止超 秦姗 刘赫 程鹏

1 中国建筑标准设计研究院有限公司

2 中国建设科技集团中央研究院装配式建筑与百年住宅研究中心

1 基于建筑工业化产品系统论的建筑设计创新的思考

目前我国正进入社会经济产业转型、高质量发展的新阶段。装配式建筑在国家政策的大力推动下迅速发展，涌现了一系列创新性研究和实践，但同时也暴露出对装配式建筑基本认识与顶层设计较片面、新型建筑设计与建造理论方法及其建筑集成体系不完善等一系列问题。就建筑师而言，问题的关键在于对装配式建筑设计集成思想和方法认识不全面、不系统，从而阻碍了建筑师充分发挥装配式系统的优势。

随着建筑工业化的不断发展，其设计建造理论体系日趋完善，工业化产品与建筑、生产和性能系统的设计理论十分重要，旨在引导创新性策略，解决产品问题。基于建筑工业化产品系统论的建筑设计是将系统论合理地运用到装配式建筑设计中的新方法，可系统性地解决装配式建筑设计过程中的多样性问题。在装配式建筑设计过程中合理运用建筑工业化产品系统思维，整合整体与部分之间的联系与制约关系，可以实现装配式建筑系统集成建造的最优化目标。

1.1 建筑工业化产品的集成化设计理念

装配式建筑以建筑工业化生产建造为基础，以建筑产品为最终形态，需要以产品化思维统筹设计，从产业整合和技术集成的角度思考，实现以用户体验为中心的高质量成品交付。与传统建筑设计不同，装配式建筑的功能与形式只是设计的一个环节，不占据重要地位，这也决定了装配式建筑的建设流程不再以设计思维主导，而是以设计集成策略主导。设计集成中系统性的思考方法十分重要，通常采用一个开放性的建筑体系，体系内部各系统随设计进程优化、梳理和整合，实现集成设计的升级。这一过程需要协同建筑、结构、设备与管线、内装修等专业，涵盖建筑设计、部件/部品生产运输、装配施工、运营维护等各个阶段。此外，对于装配式建筑集成设计来说，技术集成的支撑作用更为关键，设计伊始就应高度重视。

1.2 建筑工业化产品的生产化设计理念

建筑产业化的核心是工厂化生产，工厂化生产的关键是标准化设计。标准化设计还是部品/部件通用性和互换性的关键，而部品/部件的通用可换是保证装配式建筑长久居住和绿色可持续的基础。模数和模数协调是建筑工业化的基础，贯穿于建造过程的各个环节，没有模数和尺寸协调就不可能实现标准化。传统工业化建筑的模数应用主要是确定预制构件的尺寸和定位，以及扩大模数网格对建筑开间、进深、层高等数值的控制。而新型工业化建筑的部件种类更多、构造复杂，在设计阶段就要解决各种部件之间的模数协调关系。同时，模块化的内装、外装也需要通过模数协调提高建筑综合品质。因此，装配式建筑的模数协调应通过层级建立，实现多层次、多系统的协调。

1.3 建筑工业化产品的性能化设计理念

1 各专业协同设计

2 装配式混凝土建筑技术策划要点

3 装配式建筑与传统建筑设计流程比较

4 模数协调基本概念关系

当前，我国大量的住宅设计和施工忽略内装部品的后期维护和检修更换问题，家庭全生命周期的适应性更是无从谈起。装配式建筑注重家庭生命周期的适应性，考虑到居住家庭在五个阶段的不同特征，满足居住者对使用空间的改造和功能布局的变动，在设计之初就将部件/部品的维修与更换方法根植于心。

2 装配式建筑的设计方法与策略

2.1 建筑集成化设计

2.1.1 协同设计

协同设计有多种方法，可以通过协同工作软件和互联网等手段提高协同的效率和质量，如运用BIM技术，从项目技术策划阶段开始，贯穿设计、生产、施工、运营维护各个环节，保证建筑信息在全过程的有效衔接。

2.1.2 体系集成设计

体系集成主要解决装配式建筑部品生产、施工安装等全过程实施的系统性问题，通常采用建筑通用体系来整合设计与集成技术，通过各阶段的设计协同，保证设计和施工相互衔接，保障建筑的性能与品质。SI建筑的体系集成基于长寿化可持续建设设计方法，在全生命期内提升建筑的资产价值和使用价值，是今后集成设计的重要方向。

2.1.3 技术集成设计

设计集成的系统性策略和开放性体系落实到实践中，都需要转化为对技术集成的创造和应用，利用创新技术研发综合解决设计问题。比如，装配式内装以工业化生产方式为基础，采用工厂制造的内装部品，部品安装采用干式工法与施工工艺，其技术集成的作业场没有泥沙尘埃，既干净又独立。整体工作环境得到改善，可大力提升建筑产品的工程质量与品质。

2.2 建筑流程化设计

2.2.1 传统设计流程与装配式建筑设计流程对比

传统建筑设计流程主要分为方案设计、初步设计和施工图设计三个阶段，装配式建筑设计增加了技术策划和部件/部品深化设计两个环节。技术策划是整个装配式建筑的核心，是产品化思维控制的重点，可以统筹规划建筑设计、部件/部品生产运输、施工安装和运营维护等环节，保证装配式建造顺利实施。而部件/部品深化设计是装配式建筑设计流程的特色环节，也是装配式建筑产品实施的基本点。

2.2.2 装配式建筑设计流程的基本阶段

装配式建筑设计流程分为五个阶段：1）技术策划阶段是对装配式建筑结构选型与技术研发的合理性、经济性与施工安装可行性进行分析评估，从而选定执行方案。技术策划要考虑到项目定位、建设规模、装配化目标、成本限额以及各种外部因素，并根据标准化、模块化设计原则制定合理的建设方案，为后续阶段提供设计依据。2）方案设计阶段是根据技术条件与目标，秉承标准化设计原则，采用系统集成的方法。在建筑方案之初，就应在各个环节中充分考虑装配式建筑与传统项目的差异性，协同结构、设备和内装等专业，与建设方共同完成方案设计。3）初步设计阶段是在方案设计的基础上深化解决总图、建筑功能、四大系统之间的集成技术问题，加强各专业之间的配合度。4）施工图设计阶段是增加装配式建筑设计专篇，包括技术体系、部品/部件应用部位、一体化设计情况、保温技术选用、BIM技术应用等，所有部品/部件连接节点与接口大样图应详细标注构件安装的细部要求和尺寸。5）部品/部件深化设计阶段是对部品/部件进行深化设计。

2.3 建筑模数化设计

2.3.1 模数协调

标准化设计的基本环节是建立一套适应性的模数与模数协调原则，通过协调主体结构部件、外围护部品、内装部品、设备与管线部品之间的模数关系，优化部品/部件的尺寸，保证其标准化，满足通用性与互换性的要求，并通过标准化接口实现部品/部件的组合与互换，从而进行大规模的工厂化生产。

2.3.2 模数网格

5 支撑体空间网格

6 单元空间网格

7 内装及外装部品的平面网格

8 模块组合与住栋可变平面

9，10 外围护系统（北京实创青棠湾公租房项目）

在装配式建筑模数协调体系中，有三个体系的模数网格：1）支撑体空间网格，当把建筑看作三维坐标空间中三个方向均为模数尺寸的模数空间网格，这一空间网格在新型工业化建筑中可被设定为模数协调体系的第一层级；2）单元空间网格，支撑体空间网格可以分解为数个独立的单元，这些单元可被设定为模数协调体系的第二层级；3）内装及外装部品的平面网格，新型工业化建筑需要在支撑体最外层的框架上装配外装部件，形成建筑外围护结构，而在单元空间内部，内装部品需装配于各空间界面。安装内装或外装部件都需要在相应的二维模数网格中进行，这些二维模数网格可被设定为模数协调体系的第三层级。

2.4 建筑标准化设计

2.4.1 建筑模块化与系列化

对于装配式建筑而言，根据不同的功能空间，可以将建筑划分为不同的空间单元，将相同属性的空间单元按照一定的逻辑组合在一起，就形成了建筑模块；单个模块或多个模块再经过组合，就构成了完整的建筑。模块和模块组合的设计方法将标准化与多样化巧妙结合并协调设计，满足使用者多样化的需求。

2.4.2 平/立面标准化设计

平面设计首先要减少平面的凸凹变化，避免不规则和不均匀布局，使平面规整；其次要尽可能采用大开间、大进深的布置方式，提高空间的灵活性、可变性；最后可以发挥标准化模块的多样性，进行多样的组合设计。装配式建筑立面标准化则是在平面标准化的基础上，将建筑外围护系统中重要的组成要素标准化，主要涉及外墙板、门窗构件、阳台和空调板等。

2.5 系统化设计

2.5.1 建筑结构的系统化设计

装配式建筑结构主要有装配式混凝土结构体系和装配式钢结构体系两种，设计过程包括结构体系选型、构件及其连接节点设计和成套施工技术设计（包括安装工艺和工序、配套设备设施和机具、质量控制措施、检验验收方法等）。设计内容包括平面、层高、墙板、楼盖、楼梯、地下室等。

2.5.2 建筑外围护结构的系统化设计

外围护系统设计应符合标准化与模数协调的要求，在遵循模数化、标准化原则的基础上，坚持“少规格多组合”，实现立面形式的多样化。选用在工厂生产的标准化系列部品，对外墙板、外门窗、幕墙、阳台板、空调板及遮阳部件等进行集成设计，使其成为具有装饰、保温、防水、采光等功能的集成式单元墙体。

2.5.3 设备及管线的系统化设计

设备与管线系统应与结构系统、外围护系统、内装系统一体化设计，优先选用符合模数的标准化部品，与结构、外围护、内装系统以及部品/部件的生产、运输、安装等各环节相互协调。设计遵从设备管线与主体结构相分离的原则，管线设置在架空层或吊顶内。管线综合设计时，注重部品的通用性和互换性，尽量与建筑空间模数相协调。

2.6 部品化设计

2.6.1 部品标准化与接口标准化

11 轻钢龙骨墙管线敷设示意图

12 装配式楼地面节点示意图

13 装配式住宅建筑分离体系

14 空间灵活可变

内装系统设计集成应按照标准化、模数化、通用化的要求，使其系列化和多样化。在建筑设计的统筹下，与结构系统、外围护系统及设备与管线系统进行一体化集成设计，综合考虑与相关专业的协同关系并采用一体化装修。装配式内装修技术主要包括项目定位、成本目标、技术和部品配置、部品/部件供应、施工安装组织等。内装设计应遵循模数协调的原则，设置模数网、采用界面定位法和标准化接口。节点接口的性能、形式和尺寸是标准化接口的三要素，彼此之间相互影响、相互制约。部品的选型作为非常重要的环节，需要在图纸深化设计之前进行，并在设计中与结构系统和外围护系统配合，明确构件的开洞尺寸及定位。

2.6.2 部品集成化与模块化

集成化部品主要包括装配式墙面与隔墙、装配式吊顶、装配式楼地面，设计的核心在于解决其构造问题并处理好架空层与其他系统的关系，特别是设备管线之间的关系。模块化部品主要包括整体卫浴、集成厨房和系统收纳，三者都需要精细化的设计，特别是整体卫浴的标准化、模数化和整体厨房的管线、设备集成等。

2.7 可持续化设计

2.7.1 建筑长寿化

建筑体系是实现建筑长寿化的基础，SI体系在提高建筑支撑体的物理耐久性、延长建筑寿命的同时，通过建筑支撑体和建筑填充体的分离来提升建筑性能，提高建筑全生命期内的综合价值。若要建筑长寿化，其内装系统和设备管线则应具有耐久性，还要易于维修和更换。设计时应遵循以下原则：1）分类集中设置；2）位置隐藏设置；3）设备接口充分性设置。

2.7.2 建筑全生命期适应性与灵活性

采用大空间结构体系和可实现空间灵活分割的轻质隔墙体系，可以适应未来空间的改造和功能布局。灵活性与适应性主要体现在空间的自由可变和管线设备的可维修更换层面，表现为可进行灵活设计的套型平面、设备的自由选择、轻质隔墙与家具、设备管线易维护更新等。

2.7.3 建筑全生命期的耐久性和维修维护性

在一定程度上，建筑耐久性等同于结构耐久性。对于装配式建筑而言，耐久性在结构系统、外围护系统、设备与管线系统、内装系统四个方面均有体现，不再局限于对结构主体的判断。装配式住宅建筑的部品连接与设计可根据部品使用年限和权属进行分类，并遵循以下原则：1）应以使用年限较短部品的维修和更换、不破坏使用年限较长部品为原则；2）应以住户专用部品的维修与更换、不影响共用部品为原则；3）应以住户专用部品的维修和更换、不影响其他住户为原则。

3 结语

建筑产业现代化建设与生产建造方式升级转型涉及理念的转变、模式的转型和路径的创新，在装配式建筑的集成设计工作中，建筑师应该创新思路，在规划设计阶段整体考虑预制与建造装配等环节的技术措施；在方案设计阶段统筹集成化、模数化、标准化与系统化的设计要点，并在可持续设计方面充分考虑建筑长寿化设计方案。将建设全过程的策划设计、工厂生产和装配建造等环节打造为一个完整的产业系统，实现设计建造全产业链的整合，推动建筑产业现代化建设，促进生产建造方式升级转型，为我国社会经济产业转型、高质量发展助力。

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所有图片均由作者及其研究室提供。