许笑梅

清华大学建筑设计研究院有限公司

1 我国装配式建筑发展趋势与C2项目设计背景及概况

1.1 装配式建筑发展趋势

近年来，无论是国家相关部门还是地方政府，都对建筑产业化给予了高度重视。《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》（国办发〔2016〕71号）明确提出，发展装配式建筑是建造方式的重大变革，是推进供给侧结构性改革和新型城镇化发展的重要举措，不仅能节约资源、减少施工污染、提升劳动生产效率和质量安全水平，还能促进建筑业与信息化、工业化的深度融合，培育新产业、新动能，化解过剩产能。住房城乡建设部颁布了《装配式建筑评价标准》（GB／T 51129—2017），各地方政府也颁布了装配式建筑设计管理办法及审图要点等相关政策，力争用10年时间,使装配式建筑面积占新建建筑面积的30%。

1.2 项目设计背景及概况

西北旺新村C2地块棚户区改造安置房项目正是在国家的相关政策下，根据北京市住房保障办公室文件（京住危字〔2014〕15号）实施的装配式住宅，已获得绿色三星认证及住建部装配式A级示范认证。该项目位于北京市海淀西区北旺镇，占地面积约4.62万m2，总建筑面积约17.45万m2，由七栋10层住宅和一栋6层住宅组成，住宅建筑面积99 057m2，共1 418户。

项目全部为装配式建筑，装配率达84%，结构体系采用装配整体式抗震墙结构，抗震墙采用预制墙体，结构楼板、屋盖采用钢筋混凝土叠合楼板，楼梯、空调板全部采用预制构件或叠合构件，阳台、外围护墙采用钢筋混凝土预制挂板，坡屋面采用轻钢结构，住宅门头采用与主体分离的钢结构。

因本工程为政府棚改建项目，住宅户型面积较小（仅为40～90m2），厨房、卫生间、隔墙、部品/部件众多，给建造装修带来了许多挑战。如何在满足户型配比及外观效果的前提下，做到全装配式建筑？如何在设计阶段协助结构专业减少预制墙板、楼板等部件的种类，让装配式厂家保质保量地生产预制构件？如何协调设备、精装设计、预留预埋并解决装配式建筑特有的设计问题？是本项目的设计难点。

2 装配式建筑设计思路

项目建设的基本过程分为方案、初步设计、施工图设计三个阶段，产业化项目也不例外，但需根据其特点分阶段解决。

（1）在方案阶段，应协调建设、设计、装配部件生产厂家、施工各方之间的关系，共同对住宅的总平面、户型、立面进行优化设计。在满足使用方需求的前提下，使户型、单元、楼/电梯核心筒、厨房、卫生间、立面开窗尺寸标准化、模数化、系列化，论证预制构件的技术可行性和经济性，进行整体策划，提出最佳方案。与此同时，建筑、结构、设备、装修等专业及部件生产厂家也应密切配合，对预制构件的尺寸、形状、节点构造提出具体技术要求，并对制作、运输安装和施工全过程的可行性以及造价等进行预测。这项工作会对结构布置的合理性和工程造价的准确性产生很大的影响，因此十分重要。

1 鸟瞰效果图

2 项目立面实景

3 标准户型单元模块化设计

4 单元分布示意图

表1 户型对比

业主：北京威凯建设发展有限责任公司

建设地点：北京市海淀区

规划、建筑、室内设计：清华大学建筑设计研究院有限公司

项目负责人：许笑梅

设计团队：李会娟（建筑）；房轻舟（结构）；张晓伟（给排水）；张菁华（暖通）；黄景峰（电气）；宋兵（精装）

施工单位：中国建筑一局（集团）有限公司、中国建设第二工程局有限公司

构件厂家：长沙远大住宅工业集团有限公司

设计时间：2016.06—2018.08

建成时间：2019.09

图片版权：清华大学建筑设计研究院有限公司

（2）在初步设计阶段，建筑专业要根据装配式建筑的特点，配合结构专业重新调整户型剪力墙体位置，确保没有异形楼板与墙板，减少预制板生产难度及施工难度。与结构专业、设备专业、精装设计专业配合，确定厨具、卫生器具的管线位置与走向，减少预制墙体的管线预留，为施工图设计、工厂加工、主体施工带来便利。

（3）在施工图阶段，各专业通力配合，通过精确的计算把控，优化施工图，降低土建造价。其中，应特别注意装配式结构预制构件间的连接部位和预制构件与非预制构件（现浇段）的连接部位防水隔音的细节处理。在预制构件深化设计阶段，预制构件生产厂家可将各部件部品（如门窗、外挂太阳能板）的预留预埋、精装设计等所需的预留孔洞、预埋件一并完成，避免后凿、切割等伤及构件，影响质量和观感。

3 装配式建筑设计方法

在工程方案设计阶段，首先根据甲方对户型比例的要求进行户型分解，提取七个标准单元模块，通过排列组合形成八栋住宅楼。然后对户型进行拆解，将室内各个功能空间的门、窗以及厨卫空间的尺寸规格统一，并根据各类户型的大小整合尺寸规格，减少种类，以达到通用性、一致性，从而实现室内的标准化设计。

3.1 模块化设计

模块化既是一种标准化形式又是一种设计方法，作为标准化的一种，模块化以规范系统内各模块的自身功能以及模块间的组织规则为手段，实现整体系统的标准化。

3.1.1 标准户型模块设计

1#～8#楼南北向板楼均以A单元为基础单元，A单元的甲、乙户型为基础户型，根据不同套型比例要求灵活调整为丙、丁户型，加上转角户型戊，从而组合出B、C、A1、D1、D2共五种组合。东西向板楼全部由E单元组成，七种标准单元组成了本工程的八栋住宅楼（表1）。

本工程单元户型基本统一，门窗洞口规整有序。综合考虑卫生间、厨房的设备和家具产品及其管线布置的合理性，标准层平面凹凸变化不大，主体结构布置简单、规整，合理布置承重墙及管井位置，以满足住宅空间的灵活性、可变性，公共空间及户内各功能分区明确、布局合理，符合结构设计需求。

3.1.2 标准厨卫模块设计

在住宅产业化中，全装修是重要的一环，通过整合住宅生产全过程，优化产业链和技术利用，以高效率、低成本为消费者提供优质完整的产品。项目的室内工程设计重点运用了模块化原理和方法，归纳出适用于套型使用的集成式厨房、卫生间，运用模块化设计方法对厨房、卫生间进行水平分解和纵向分级，从而建立厨卫部品化、模块化、装配化的标准化体系。

3.1.3 交通核模块设计

本项目的公共区域交通核也进行了模块化设计，包括楼梯梯段的标准化、楼梯外围护的标准化、电梯井的标准化以及管井的标准化。为减少预制构件的数量，避免不必要的资源浪费，该项目的三十个交通核全部为同一模块。

3.1.4 门窗等部品的规格统一

将各个功能空间的门、窗、电动遮阳百叶、太阳能板的尺寸规格统一，并根据各类套型的大小整合尺寸规格，减少种类，以达到通用性、一致性，从而实现部品的标准化设计。

3.2 设计尺寸与模数协调

装配式建筑的特点之一在于建筑部件的工厂化、规模化，在设计中尽可能减少构件种类，统一模数，方便工厂的标准化、工业化生产。在设计中，对厨房、卫生间、楼梯进行精细化的尺寸与模数设计，对优化建筑部件、降低建设成本、提升建筑品质有明显作用。

3.2.1 厨房、卫生间的模数化、标准化和系列化

5 设计优化后厨房模块

6 设计优化后卫生间模块

7 后厨模块化设计

8 卫生间模块化设计

9 设计优化后太阳能外挂板

厨房和卫生间进行归纳：1）将厨房进深尺寸归纳为2 700mm、3 000mm、3 300mm三种，面宽尺寸归纳为1 500mm和1 650mm两种；2）将卫生间进深尺寸归纳为2 000mm、2 100mm、2 250mm及3 000mm四种，面宽尺寸归纳为1 400mm、1 500 mm、1 900 mm三种。

厨卫采用装配式整体设计，空间均按施工完成面净尺寸计算，以300mm为尺寸进级基数，净尺寸为300mm的倍数。部品以30mm为尺寸进级基数，实现建筑空间与内装部品的尺寸协调与网格设计定位。

3.2.2 楼梯的模数化、标准化和系列化

预制楼梯是目前应用最成熟的预制构件，一端铰接、一端滑动，可实施性高。本项目各层层高一致，楼梯间的开间与进深尺寸均为100mm的倍数，梯段尺寸高度一致，可设计为相同的踏步，具备标准化的条件。

预制混凝土楼梯规范中，明确要求预制楼梯踏步宽度不小于250mm，宜采用260mm、280mm、300mm，预制楼梯宽度宜为100mm的倍数，同时住宅建筑规范中要求住宅楼梯踏步宽度不应小于260mm。本项目建筑层高2.8m，将层高一分为二，设置两个梯段，每个梯段设置16步，踏步高度统一为175mm。同时要考虑设备吊装能力，预估预制楼梯段的重量，结合梯段重量布置梯段长度。

3.3 合理布置竖向与水平预制构件

在初步设计阶段，通过户型优化，减少预制墙板、楼板种类。同时，避免出现刀把形等不规则的墙板楼板，以方便运输、减少损耗。这一过程十分重要，可以从根本上达到合理布置、拆分结构竖向/水平构件、提高预制构件重复率、减少预制构件种类、提高构件生产效率、减少项目造价的目的。

本项目根据以上设计原则，在初步设计阶段不改变基本户型的前提下，对项目的剪力墙进行调整，既减少了剪力墙的数量又规整了楼板的布置，为结构专业的下一步的拆板设计提供了设计基础。虽然在这个阶段建筑专业、结构专业、预制板厂家沟通协调的时间成本很高，但后续的设计工作证明，这个阶段的调整为整个项目的顺利推进提供了强有利的保障，是装配式建筑设计必不可少的环节。

3.4 节点设计

预制外墙板的板缝处，应保持墙体保温性能的连续性，如果外页板有渗水现象，会破坏外页板的安全性。相对普通建筑，预制建筑更需注意外墙的防水性能，通过材料防水和构造防水两道防水措施，做好防水节点的构造设计。主要连接节点形式为L形、T形、一字形三种。

在施工过程中预制构件与现浇混凝土间的缝隙采用发泡聚氨酯，先封堵密实后打胶。拼缝处密封胶打注必须饱满、密实、连续、均匀、无气泡，宽度和深度符合要求，胶缝应横平竖直、深浅一致、宽窄均匀、光滑顺直。施工方严格按此节点施工，方可避免渗水隐患。

3.5 设计注意事项

在设计过程中统筹各专业的设计特点，做到既满足装配式建筑的设计要求又便于施工。装配式建筑最常用的是叠合楼板，叠合楼板要求楼板平整尽量不要出现降板区域，这就需要建筑专业协调给排水专业，合理布置洁具及地漏位置，调整地面排水方向，保证在不降板的前提下使卫生间的地面低于其他房间。

为减少预制墙板生产厂家的预留环节及施工难度，设备专业的立管尽量走在现浇段内。我们的解决方案是建筑专业在单元大样图中把现浇墙和预制墙区分出来。实践证明，虽然增加了建筑专业的绘图量，但是为后续各专业提供了方便，最终提高了出图效率。

4 关于装配式建筑设计的思考

西北旺新村C2地块棚户区改造安置房项目为北京市住保办示范项目，叠合楼板、预制混凝土夹心保温外墙、预制混凝土内墙、预制楼梯、预制阳台板、空调板、集成厨卫和部分管线全部采用装配式建造。为了保证高装配率，首层地板及屋面板采用叠合楼板，坡顶和住宅入口门头采用钢结构形式，由此本项目的装配率为84%，达到AA级装配评价标准，具备高起点、高标准的示范特性。这种做法的优点为主体装配率高、湿作业少、对环境影响低、施工速度快，但总体造价高于普通混凝土建筑（约增加1 500元/m2）。

通过对方案设计、施工图设计、预制板拆分图设计，以及从预制板生产到项目施工全过程的经验与教训，结合装配式建筑发展现状及现行规范，我们对装配式建筑设计特点及其装配率控制思考如下：

（1）非示范项目建议考虑最低的装配式建筑面积指标要求，现阶段装配式建筑比现浇建筑成本高，因此可以遵循以下设计原则：1）先高层后多层，直到满足最低的装配式建筑面积指标要求，楼栋越高，标准化程度越高，构件越容易实现“高复制”，成本增量相对较低；2）先大户型后小户型，大户型的部品/部件数量少于小户型，应用比例更容易实现。本项目户型面积小，小于90m2的户型占90%，部品/部件数量占比巨大，成本提高。

10 户型优化前后预制剪力墙示意图

11 户型优化前预制楼板示意图

12 户型优化后预制楼板示意图

13 预制钢筋混凝土外页板节点构造

14 A 单元大样图

15 园区鸟瞰

（2）适当减少预制承重竖向构件。在装配式建筑中，竖向构件的设计和施工难度最大也最复杂，对工人素质要求很高；外墙热桥、防水问题比较难以处理，而且密封胶耐久性不能与建筑同周期；灌浆套筒检测技术未列入强制性检测范畴，灌浆质量问题层出不穷，灌浆料在低温环境下的适应性尚在试验当中，对温度的适应性低，影响工期，且大型构件的运输成本较大。

（3）采用叠合楼板。此项技术较为成熟，现浇节点相对较少，可同时作为模板使用，对增加施工进度、改善工地环境，有明显作用。

（4）慎重使用干式工法施工楼地面。干式地暖需配合冷热水管线分离，对施工要求较高，地板容易不平整，后期维护成本较高。

（5）预制楼梯、阳台板、空调板的制作、施工难度不大，可大量应用。

（6）根据住宅使用人群选择是否采用管线分离。管线分离需占用一定的室内空间，若住户为不定人群，为方便管理及检修更换，可选用管线分离。本项目为棚改住宅，为固定使用人群，且户型建筑面积小，因此未实施全部管线分离。

综上，装配式建筑是一个系统工程，不同的组合代表不同的成本增量，因此方案阶段对于装配式建筑设计至关重要。

5 结语

通常认为在装配式建筑设计中，结构专业占比较大，建筑师的工作较为常规，然而在实际的工程中，建筑专业在装配式建筑设计中的作用十分重要。从前期配合投资方对装配率的选择，方案阶段的标准化、系列化、模块化设计，初步设计阶段的结构墙体的调整，施工图阶段的模数化、精细化设计以及构造节点设计，最终造价的控制，建筑设计贯穿了装配式建筑设计全过程，为装配式建筑提供了基础支撑及全程保障。在装配式建筑设计中，建筑师应及早介入，主动了解装配式建筑的特点，根据不同的项目特征进行建筑设计。

图表来源

图2，5，6，9，15 由陈尧拍摄；其余图表均由项目组绘制。