装配式建筑发展进程下的设计要求及应对策略

2022-09-01冯智良

建材与装饰 2022年25期

冯智良

（广东省建筑设计研究院有限公司，广东广州 510010）

0 引言

随着我国目前社会经济的快速发展，我国人们的生活质量在不断提高，对于建筑也提出一定的需求。在装配式建筑下，可根据绿色设计理念、节能设计环保理念提高人们居住的便捷性与舒适度。在进行预制装配式建筑设计中，其设计人员应明确认识到预制装配式建筑的设计要点，并根据设计要求编制出完善的设计方案。

1 装配式建筑发展进程

在装配式建筑发展中，主要起源于德国以及欧洲发达国家。在装配式建筑逐渐在我国成熟起来时，装配式建筑的优势也越来越突出，具体体现在以下4 个方面：①装配式建筑具有产品质量高的特点，装配式建筑可以最大限度降低墙体裂渗漏的可能性，其耐火耐候等特点明显。②装配式建筑生产成本低，长期批量工业化生产可有效减少环境污染，并突出了其环保性特点。③装配式建筑生产效率较高，与传统建筑项目相比工期缩短时间为43%。④绿色低碳，绿色建筑的根本物质是绿色建材，其能耗、污染都有效降低了。另外，装配式混凝土建筑确实被作为社会性住宅的工法，混凝土外挂立面非常普遍，且非常具有美学品质。其装配式建筑与传统建筑最大的影响是：其模糊了资方、设计方、施工方的传统分界，装配式建筑只需要一个建设方。比如远大集团、宝钢集团一家就可以完成融资、设计和建造全部环节。这将大大降低政府管理难度，提高对政府对“房地产行业”的把控力，单凭这一条政府就有充足动力实施，所以作者倾向于认为这是长期变化的开始。

通过对比发现，装配式建筑与传统住宅项目资源能耗以及生态破坏方面装配式建筑的优势明显。装配式建筑可在钢筋、模板、水泥、保温材料的使用量中缩小占比重，其施工废料也较少。目前，我国装配式建筑在各地发展速度较快。在公布建设项目时，应因地制宜选择适合本地区的装配式建筑技术，为产业发展提供市场需求。以经济适用房等政府投资住宅项目为起点，分步推进装配式混凝土结构的水平构件、竖向非承重构件、竖向承重构件技术体系，逐步提升装配率，全面推广应用预制内隔墙、预制楼梯板和预制楼板。其钢结构、工程木结构、预制混凝土、预制砖结构都是高度工业化的施工方法[1]。

2 装配式建筑发展背景下的设计要求

2.1 模块化的设计

在预制装配式建筑中，其设计特点有模块化。其模块化设计特点是指在有特定功能的单元下可利用通用性的模块与其他产品要素进行组合，如图1 所示，以此不断以新的形式、新的结构、新的单元产生出不同的功能状态或相同的功能状态。在以模块化设计预制装配式建筑时，其装配式建筑可应用在商业街、民宿、康养中心、医疗方舱、学校、宿舍、安置房、新农村建设等。

2.2 装配式建筑设计准则

图1 通用性的模块与其他产品要素进行组合

首先，在装配式建筑中，其设计单位要积极向建设单位推荐使用标准预制构件产品的住宅设计方案，按《设计深度规定》（建质〔2003〕84 号）规定编制装配式住宅施工图设计文件，每个非标准化预制构件及其连接方式均应在施工图设计阶段表达，如图2 所示，并做到按形状种类编号，明确订制数量，不得以不出图、少出图形式压缩合理设计周期。其次，施工图审查机构要依法审查住宅工程的施工图设计深度，不满足施工图深度规定的设计文件不得审查通过。发现大量采用非标准预制构件的住宅工程应及时上报市勘察设计管理中心。建筑造型复杂导致装配式构件审查工作量大的住宅工程要相应延长施工图审查时限。与此同时，应进一步强调施工现场图纸管理法规规定，混凝土预制构件加工图应在施工单位承接住宅工程施工总包业务后按通过审查的施工图和工程实际情况制作，并由施工单位承担质量责任。加工图不作为施工现场按图施工的图纸依据，施工单位应严格按照通过审查的施工图施工，发现设计问题应及时告知设计单位，进行设计变更，不按图施工的行为由监督部门依法查处。最后，应积极鼓励设计单位积极应用建筑信息模型技术，依托标准化构件产品目录对住宅工程开展正向设计，住宅工程设计项目负责人、结构专业负责人应关注如何提高各专业协同设计能力，加强对装配式住宅建设全过程的指导和服务。市勘察设计管理中心将对开展正向设计、协同设计并积极提供住宅建设全过程指导和服务的设计单位和注册工程师给予设计市场推荐、评先评优加分、优先办理行政审批、减少事中事后监管频次等激励措施。并且应支持设计企业、高校、科研院所积极创新，为进一步提高建筑工业化比例夯实结构理论基础，改变现有的预制构件吊装、浇筑交叉施工模式，用装配连接取代现有的后浇、灌浆连接，加强构造防水，保证抗震性能，缩短工期，提高住宅工程质量。

3 装配式建筑发展进程下的设计对策

在中国特色的政策环境下，解读“装配式”三个字十分重要。这个提法本意是“工厂预制，现场拼装”这八个字，其衡量标准有预制率和装配率两个重要指标。

3.1 装配式标准化建筑设计模块化

图2 非标准化预制构件及其连接方式

首先，在装配式建筑中应符合装配式建设设计特点如标准化、参数化、工业化。其装配式建筑在设计前是被拆解为无数个组件，并批量生产以此降低生产成本提高成本效率。以此在不影响方案与空间感时，应尽量将装配式建筑部分配件的规格与参数能耗降到最低其次，在目前建成的装配式建筑中一般有办公楼、医院、宾馆等，这些建筑物都采用了模块化设计办法。不仅降低了生产制造成本也缩短了工期。例如，在供暖设计的过程中，必须结合装配式住宅的特点。地板辐射采暖具有温度适宜、节能等优点，已成为装配式房屋的重要采暖方式之一。室内的平均辐射温度决定着人的舒适感，地板辐射供暖的设计中，室内的围护结构的温度较高，导致平均辐射温度升高。室内设计温度降低1～3℃，可有效提高人们的舒适度。又如，在电气设计的过程中，应在方案阶段提供孔洞、管道固定点、预埋套管位置、接线盒等预制构件的规格，并确定其处理原则。本阶段主要是根据项目计划中预制房屋的功能和面积要求，确定装配所采用的结构体系和构件类型。在电气方面，我们应根据管道的实际情况进行规划，并及时制定相应的解决方案。

3.2 装配式参数化与BIM 技术的利用对策

在装配式建筑组件预制模式中，应利用BIM 技术实现二维与三维结合的方式进行，以此在分析复核项目时，设计人员可将项目建成效果以可视化，清楚直观地反映出设计中的各项细节。其BIM 技术中可形成装配式参数化的特点，并在建模的帮助下，模拟出项目建成空间，其设计人员在复核各个设计要点时，避免错误发生。例如，在管线综合设计中，可利用BIM 建模来完成，在降低出错率的同时可方便后期与工程生产阶段进行交接[2]。

例如，预制施工项目的传统施工模式是设计、工厂制造和现场安装。与设计和现场施工模式相比，节省了时间，但仍难以推广。从技术和管理的角度来看，一方面，由于设计、工厂制造和现场安装三个阶段的分离，设计结果可能不合理，在安装过程中，发现不可用或不经济，导致更换和浪费，甚至影响质量；另一方面，工厂统一加工的产品比较死板，缺乏多样性，无法满足不同客户的需求。BIM 技术的引入可以有效解决上述问题，它将设计方案、制造需求和安装需求集成到BIM 模型中，在实际施工前综合考虑设计、制造和安装的各种要求，提前消除实际制造和安装过程中可能出现的问题[3]。

3.3 在装配式建筑下预制构件的安装过程

在装配式建筑下预制构件在安装过程中，施工人员应严格按照施工标准进行安装，根据施工设计图纸开展安装工作，并且应确保预制构件在安装过程中的完整性[4]。施工人员应对预制构件的尺寸、规格进行严格的把控，同时也需要对施工工艺进行分析，确保安装过程中不出现意外等情况发生。施工人员应对预制构件的轴线进行定位，确保轴线与尺寸、水平标高一致，在进行安装的时候应确保预制构件平整洁净，表面无其他杂物，拼缝严密避免出现漏浆的情况发生。例如，在针对预制构件铝合金模板进行安装时，应将偏差控制在规范允许的范围内，在装配式建筑下铝合金模板具有一定的承载能力、刚度和稳定性等，能够承载来自混凝土自重、侧压力以及施工荷载[5]。在进行安装时施工人员需要注意，在遇到非标层配模施工产生的问题时应采取一定的措施解决。当标准层结构比铝合金模板高的时候梁板、板尺寸会产生局部变化。为提高预制构件安装率，施工人员应针对非标层配模变化通过对墙、梁、板节点进行深化设计，采用标准层加预制构件的结构变化有序进行安装工作。

3.4 装配式建筑中的多样化设计

在装配式建筑设计中，具有多样化的设计特点。首先，在选择预制构件时应考虑到当地的人文特色、发展环境等因素，并且应根据周边环境设计出合理的预制装配式建筑。其次，为满足人们的居住环境，应体现其标准化设计理念，一般来说体现标准化设计是指装配式建筑应采用模块及模块组合的设计方法，遵循少规格、多组合的原则。住宅建筑的楼梯、集成式厨房、集成式卫生间等模块应采用组合设计。装配式建筑外墙、阳台板、空调板、外窗、遮阳设施及装饰等部品部件宜进行标准化设计。根据调查，在采用装配式建筑工艺完成模块化、预制化生产，使用的时候只需要像搭积木一样安装起来就行，4h 就能搭建出房屋主体。

3.5 加快落实装配式建筑设计理念，促进我国长久发展

目前，为加快落实快新型建筑工业化发展的实施意见，提出推进装配式建筑发展、应推进绿色建筑高质量发展等重点任务，明确金融、环保、科技等方面的支持政策。首先是在环境保护政策方面，应支持建筑企业做好环境影响评价和监测工作，将符合要求的装配式建筑等新型建筑产业化项目纳入生态环境监管积极名单。在严格落实扬尘污染防治办法的基础上，在重污染天气应急响应期间，装配式建筑等新型建筑工业化项目除土石方、爆破拆除、喷涂粉刷等国家明确要求的施工环节外，其他可以不停工。同时，各地可以研究制定符合重污染天气应急期间，生态环境监管要求的预制构件生产企业差异化管控政策。制定建筑垃圾排放限值标准。到2025 年底，新建施工现场的建筑垃圾（不含工程渣和泥浆）排放量不超过300t/万m2，装配式施工现场的建筑垃圾（不含工程渣和泥浆）排放量不超过200t/万m2。开展施工现场建筑垃圾排放宣传，鼓励各地对符合施工现场减少建筑垃圾要求的施工企业给予奖励。其次，新建建筑面积中的地方装配式建筑比例应达到30%以上，被动式超低能耗建筑累计超过1340 万m2。这样，中国将在2035 年推动系统集成设计和精益生产建设的广泛应用，大大提高企业的科技创新能力，将信息技术与建筑业深度融合，进入绿色发展的新阶段，实现新型建筑产业化的高质量发展。