■ 周 勇 ZHOU Yong 郝萬福 HAO Wanfu 盧 恒 LU Heng

1 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑概述

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)是指由工廠或現(xiàn)場預(yù)先制作的混凝土構(gòu)件，通過可靠的連接方式裝配而成的混凝土結(jié)構(gòu)[1]。它的主要表現(xiàn)形式為：通過標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，將擬建建筑物拆分為不同類型的若干個預(yù)制混凝土構(gòu)件，經(jīng)過工廠化生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)跹b到指定部位，再通過現(xiàn)澆混凝土等其他可靠方式拼裝成整體的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)。在建筑工程中，稱之為裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑。

我國裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑起步于20世紀(jì)50年代，當(dāng)時主要是前蘇聯(lián)政府援建的一批預(yù)制裝配式工業(yè)廠房。在20世紀(jì)50～80年代，我國裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑逐步發(fā)展，但由于該類建筑抗震性能弱、保溫性能差、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造缺點(diǎn)突出，到90年代，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展幾近“停滯”，建造方式逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槿F(xiàn)場澆筑，現(xiàn)澆領(lǐng)域的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)、人員、裝備也日益完善。21世紀(jì)以來，在技術(shù)引進(jìn)、產(chǎn)品研發(fā)、科技引領(lǐng)等內(nèi)因和綠色建筑、節(jié)能減排等外因綜合作用下，裝配式建筑逐漸增多，發(fā)展迅速。2016年2月6日，《中共中央國務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》要求“積極推廣應(yīng)用綠色新型建材、裝配式建筑和鋼結(jié)構(gòu)建筑，力爭用10年左右時間，使裝配建筑在新建建筑比例達(dá)到30%”！

由于預(yù)制構(gòu)件成品的工業(yè)屬性和現(xiàn)場裝配的特點(diǎn)，基本上也決定了預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)品需要在工廠制作時，充分考量后續(xù)環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的情況；否則，將會造成預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量不合格，甚至是報廢。例如，在生產(chǎn)制作時，少預(yù)埋1個過線盒，那么在后期水電安裝時，難免會對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行打鑿，造成較差影響。預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)依據(jù)是深化設(shè)計圖紙，因此，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵在于深化設(shè)計。深化設(shè)計作為一次設(shè)計和生產(chǎn)制作的中間環(huán)節(jié)，其質(zhì)量直接決定了裝配式建筑整體建造質(zhì)量。本文將簡單探討裝配式混凝土結(jié)構(gòu)深化設(shè)計，以示拋磚引玉。

2 深化設(shè)計原則

2.1 協(xié)同設(shè)計原則

與常規(guī)的一次設(shè)計工作相比，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計工作多了一個深化設(shè)計；而深化設(shè)計與一次設(shè)計是相互關(guān)聯(lián)的，兩者既不是先后關(guān)系，也不是主次關(guān)系，需要二者保持一致性和連續(xù)性。正常情況下，在建筑設(shè)計策劃階段，應(yīng)針對項目特點(diǎn)、建造目標(biāo)、限制條件、綜合效益等因素，合理地進(jìn)行設(shè)計策劃，將深化設(shè)計工作前置，這樣才更加有助于裝配式建筑的發(fā)展。裝配式建筑是一個系統(tǒng)工程，設(shè)計對“建造”過程的理解和應(yīng)對非常重要，要在技術(shù)策劃和方案設(shè)計一開始，按照構(gòu)件的模塊組合的思路和邏輯來進(jìn)行設(shè)計，并將其貫穿于整個設(shè)計和建造的全過程[2]。

協(xié)同設(shè)計原則，不僅包括一次設(shè)計的專業(yè)配合，也強(qiáng)調(diào)深化設(shè)計和一次設(shè)計的協(xié)同配合，更加著重于設(shè)計、生產(chǎn)、施工、運(yùn)維各環(huán)節(jié)的整體協(xié)同，設(shè)計工作應(yīng)該真正服務(wù)于建筑的全生命周期。例如預(yù)制構(gòu)件的尺寸設(shè)計，需要平面布局、生產(chǎn)制作、道路運(yùn)輸、機(jī)械吊裝等因素的協(xié)同配合，在這些因素的綜合考量下，設(shè)計工作才能落到實(shí)處，也才能真正做到設(shè)計先行。

2.2 圖紙準(zhǔn)確性和一件一圖的原則

“齊不齊，一把泥”，形象表達(dá)了傳統(tǒng)現(xiàn)澆方式不科學(xué)、效率低、質(zhì)量差、無居住體驗(yàn)的弊端。裝配式建筑新型建造方式：除了是生產(chǎn)關(guān)系的轉(zhuǎn)變外，更是建筑品質(zhì)需求的轉(zhuǎn)變；誤差從厘米級到毫米級，操作從手工勞作到機(jī)械化生產(chǎn)，專業(yè)協(xié)助從分散到集成等等；從整體設(shè)計、單獨(dú)生產(chǎn)再到整體拼裝，充分體現(xiàn)了裝配式建筑的系統(tǒng)性。而系統(tǒng)性歸根到底取決于圖紙準(zhǔn)確性，一旦圖紙準(zhǔn)確性產(chǎn)生疑問，就無法保證預(yù)制生產(chǎn)制作的正確性，進(jìn)而影響到現(xiàn)場建造效率，從而又將用傳統(tǒng)現(xiàn)澆方式修正，這種建筑應(yīng)該稱之為“偽裝配式建筑”。因此，深化設(shè)計一定要保證圖紙準(zhǔn)確性，這是設(shè)計工作的基礎(chǔ)。

由于預(yù)制構(gòu)件制作時涉及多個條件，包括外觀尺寸、鋼筋配置、預(yù)埋件安放、機(jī)電預(yù)埋等。不同于常規(guī)圖紙的分專業(yè)表達(dá)，預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計要求做到“一件一圖”，就是要求上述條件集中體現(xiàn)在一張圖紙內(nèi)，便于生產(chǎn)人員視圖制作，不需要二次理解圖紙，從而避免出錯和遺漏。

2.3 外部條件約束

在工程實(shí)踐中，深化設(shè)計工作不能片面地追求“高大上”。若一味地重形式、輕實(shí)際，會導(dǎo)致構(gòu)件的不合理和實(shí)現(xiàn)的低效率；若一味地模仿，則會導(dǎo)致適用的局限和經(jīng)濟(jì)的浪費(fèi)。深化設(shè)計應(yīng)該在建筑目標(biāo)的基礎(chǔ)上，充分尊重外部條件約束（如生產(chǎn)能力的限制、運(yùn)輸?shù)缆返南拗?、區(qū)域環(huán)境差異性、資源配置條件等），合理設(shè)計，充分體現(xiàn)裝配式建筑的優(yōu)勢。

3 目前深化設(shè)計中存在的局限

3.1 深化設(shè)計理念和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計意識

深化設(shè)計不是簡單地一次設(shè)計后的拆分設(shè)計，而是起始于設(shè)計策劃，貫穿于整個設(shè)計階段，服務(wù)于制作生產(chǎn)和現(xiàn)場施工，為工程的建設(shè)和使用增值。

與傳統(tǒng)設(shè)計相比，裝配式建筑設(shè)計最大特點(diǎn)是需要建立一套標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計體系。標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)是模數(shù)化和模塊化，強(qiáng)調(diào)預(yù)制構(gòu)件的重復(fù)利用，這樣有利于機(jī)械化生產(chǎn)制作，提高生產(chǎn)質(zhì)量，降低模具攤銷，簡化現(xiàn)場裝配。但標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計不是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，不是要求所有建筑的千篇一律。建筑的個異性需要建筑師充分考量，通過“少規(guī)格、多組合”的形式，豐富立面多樣性；通過模塊化組合，實(shí)現(xiàn)平面布局差異性。所以，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計是深化設(shè)計的基礎(chǔ)，也不是深化設(shè)計的全部。

3.2 “設(shè)計—生產(chǎn)—施工”一體化

傳統(tǒng)工程普遍存在設(shè)計、施工分隔孤立的情況，最直觀的表現(xiàn)是現(xiàn)場打鑿修補(bǔ)和設(shè)計變更文件，這也是建筑行業(yè)顯著弊端，嚴(yán)重影響了行業(yè)發(fā)展。裝配式建筑的特點(diǎn)是“集成”和“轉(zhuǎn)化”，其中，“集成”涵蓋了設(shè)計—生產(chǎn)—施工的集成。設(shè)計指導(dǎo)生產(chǎn)，生產(chǎn)簡化施工，施工反饋設(shè)計，深化設(shè)計作為承上啟下環(huán)節(jié)，尤為重要。但目前的若干裝配式建筑實(shí)踐項目，三者之間還是存在溝通壁壘，信息傳遞和反饋效率較低，在一定程度上影響了“設(shè)計—生產(chǎn)—施工”一體化。

3.3 配套資源配置

在制圖工具方面，傳統(tǒng)的二維圖紙模式難以滿足深化設(shè)計要求。目前，常用的三維制圖軟件存在種類繁多，信息接口不統(tǒng)一，且同一軟件的制圖標(biāo)準(zhǔn)和深度有差異性。

相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、圖集資料和專業(yè)設(shè)計人員需進(jìn)一步完善。近幾年來，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑得到了廣泛的社會關(guān)注，從中央到地方出臺了一系列關(guān)于裝配式建筑的鼓勵政策，各地的裝配式建筑如“雨后春筍”般落成。但需要認(rèn)識到，裝配式建筑配套規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、圖集還相對空白和落后，很多設(shè)計工作是借鑒國內(nèi)外成熟經(jīng)驗(yàn)或“專家論證”，遠(yuǎn)不能滿足日益增長的裝配式建筑需求。另外，專業(yè)人員配置明顯不夠。從常規(guī)設(shè)計到深化設(shè)計，是兩種完全不同性質(zhì)的設(shè)計工作；深化設(shè)計的工作量和工作深度是需要有一定數(shù)量具備裝配式建筑知識的專業(yè)設(shè)計人員。

裝配式建筑離不開專用配套配件，但其研發(fā)和推廣程度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，常常會有深化設(shè)計已充分考慮細(xì)節(jié)，又因缺少專用配件而不得不另作他法的情況出現(xiàn)，從而導(dǎo)致其他環(huán)節(jié)效率降低，整體上得不償失。

4 關(guān)于深化設(shè)計的若干要點(diǎn)

4.1 深化設(shè)計定位

圖1 基本型預(yù)制梁柱分隔圖

圖2 預(yù)制柱+預(yù)制兩截梁組合圖

圖3 預(yù)制梁柱+蓮藕梁組合圖

圖4 預(yù)制梁柱一體型圖

首先，深化設(shè)計不是單純簡單的拆分設(shè)計，而是串聯(lián)建筑方案設(shè)計、構(gòu)件制作、現(xiàn)場安裝的設(shè)計工作，是一個集成模具設(shè)計、構(gòu)件細(xì)部設(shè)計、構(gòu)配件范圍確定、生產(chǎn)能力協(xié)調(diào)、存放運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)的綜合設(shè)計，需要相關(guān)從業(yè)者對裝配式建筑全產(chǎn)業(yè)鏈有較為深刻的理解和認(rèn)識，需要將深化設(shè)計工作介入時間前置，做到“策劃”指導(dǎo)“實(shí)施”。

其次，深化設(shè)計要以現(xiàn)有規(guī)范為依據(jù)，優(yōu)化建筑布局、結(jié)構(gòu)體系，針對建筑特點(diǎn)合理選取裝配范圍、構(gòu)件類別，做到設(shè)計模數(shù)化、構(gòu)件裝配化，適合工廠機(jī)械化生產(chǎn)，并一定要以現(xiàn)場施工為核心，真正體現(xiàn)裝配式建筑施工的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)項目整體效益最大化，而不是“唯裝配”。

4.2 深化設(shè)計內(nèi)容

深化設(shè)計不同于一般設(shè)計，主要體現(xiàn)在圖紙量和設(shè)計內(nèi)容量，其中，設(shè)計內(nèi)容量是最明顯的區(qū)別。深化設(shè)計需要將每一個構(gòu)件都用圖紙表達(dá)出來，其圖紙量較傳統(tǒng)項目增加了5～10倍；設(shè)計內(nèi)容涵蓋模板設(shè)計、配筋設(shè)計、水電預(yù)埋設(shè)計、連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計、生產(chǎn)制作要求設(shè)計等方面，不僅要與結(jié)構(gòu)設(shè)計假定一致，而且要充分考慮生產(chǎn)、施工的條件。以預(yù)制柱起吊預(yù)埋件設(shè)計為例，需要考慮預(yù)埋件的選取、預(yù)埋件的構(gòu)造措施及預(yù)制構(gòu)件在脫模、存放、翻轉(zhuǎn)、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)的承載力核算等一系列細(xì)節(jié)問題。

4.3 深化設(shè)計變化性

可能在一般人看來，深化設(shè)計工作內(nèi)容很單一，就是按照一定的規(guī)格尺寸進(jìn)行拆分，這是因?yàn)閷ι罨O(shè)計的本質(zhì)理解還不夠透徹。以單層框架結(jié)構(gòu)分割環(huán)節(jié)為例，其方式存在多種形式，主要分為基本型預(yù)制梁柱分隔、預(yù)制柱+預(yù)制兩截梁組合、預(yù)制梁柱+蓮藕梁組合、預(yù)制梁柱一體型等（圖1～4）。

4.4 基于BIM技術(shù)的深化設(shè)計

裝配式建筑設(shè)計應(yīng)該與BIM技術(shù)緊密聯(lián)系，特別是深化設(shè)計環(huán)節(jié)。BIM技術(shù)提供協(xié)同設(shè)計平臺，最大限度地避免的預(yù)埋條件的遺漏和重復(fù)，極大提高了深化設(shè)計的質(zhì)量和效率，在一定程度上有助于工廠機(jī)械化生產(chǎn)，并在后續(xù)運(yùn)維管理方面提供軟件支撐。綜合而言，簡單的二維圖紙無法準(zhǔn)確地涵蓋全部的建筑信息，BIM技術(shù)是裝配式建筑必備“工具”。

5 結(jié)語

裝配式建筑正值方興未艾，也得到了各界廣泛關(guān)注。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑深化設(shè)計工作作為關(guān)鍵工作，還存在著若干發(fā)展局限和認(rèn)識誤區(qū)，需要我們相關(guān)從業(yè)人員共同為之努力。