文/中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 陳敬思 茹笑嵐 翟文舉 趙 鈿

0 引言

發(fā)展裝配式建筑是實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)綠色低碳發(fā)展的重要手段，是全面推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)和加快推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化進(jìn)程的重要舉措。裝配式建筑的設(shè)計(jì)不僅要考慮使用需求和空間環(huán)境，還應(yīng)關(guān)注部品部件生產(chǎn)和裝配式施工安裝要求。因此，裝配式建筑應(yīng)遵循標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化設(shè)計(jì)原則，采用少規(guī)格、多組合的設(shè)計(jì)策略。提高建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化程度能夠有效減少部品部件種類(lèi)和數(shù)量，提高部品部件生產(chǎn)和施工效率，對(duì)控制和優(yōu)化項(xiàng)目成本起到重要作用。

本文以北京市保障性住房建設(shè)投資中心建設(shè)的通州臺(tái)湖公租房項(xiàng)目為例，研究如何提高裝配式建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化水平，從而提升裝配式建筑的經(jīng)濟(jì)性。

1 工程概況

通州臺(tái)湖公租房項(xiàng)目位于北京亦莊新城站前區(qū)，是亦莊新城主要的居住生活組團(tuán)，主要解決產(chǎn)業(yè)園區(qū)等周邊片區(qū)的職住平衡問(wèn)題。項(xiàng)目分為B1、D1兩個(gè)地塊，總用地面積約16hm2，建筑限高80m。B1地塊總用地面積約8hm2， D1地塊位于B1地塊東南2km處，總用地面積約8hm2。項(xiàng)目總建筑面積約57.8萬(wàn)m2，其中地上公租房建筑面積約28萬(wàn)m2，共建設(shè)5058套公租房，分為60m2和35m2兩種套型（見(jiàn)圖1～4）。

本項(xiàng)目公租房全部按裝配式方式建造，采用裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)，戶(hù)內(nèi)全部實(shí)施裝配式裝修。

2 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的6個(gè)方法

裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)不局限于部品部件設(shè)計(jì)，而是涵蓋樓棟、套型、廚衛(wèi)模塊、核心筒模塊、立面等方面。通州臺(tái)湖公租房項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)階段在標(biāo)準(zhǔn)化建筑設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了大量嘗試與探索，有效提高了項(xiàng)目整體標(biāo)準(zhǔn)化程度。

2.1 樓棟標(biāo)準(zhǔn)化

通州臺(tái)湖公租房項(xiàng)目共有34棟公租房，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，樓棟類(lèi)型精簡(jiǎn)到2種，分別為T(mén)6樓型和T7樓型。其中，T6樓型共24棟，T7樓型共10棟。在2種樓型基礎(chǔ)上，公租房層數(shù)分布在14～28層，通過(guò)樓棟層數(shù)變化，形成豐富的城市天際線(xiàn)，活躍了小區(qū)整體形象（見(jiàn)圖5～8）。

2.2 套型標(biāo)準(zhǔn)化

本項(xiàng)目要求設(shè)計(jì)60m2和35m2兩種套型，考慮到套型配比與樓型組合方式的因素，最終方案設(shè)計(jì)共設(shè)置4種套型，其中A、B、C套型均為60m2套型，D套型為35m2套型（見(jiàn)表1）。T6、T7樓型均由這4種套型組合而成（見(jiàn)圖9）。

60m2的A、B、C3種套型由于所處樓型的不同位置而有所區(qū)別，但3種套型的開(kāi)間、進(jìn)深尺寸相同，均為5.4m×7.2m；35m2的D套型開(kāi)間、進(jìn)深尺寸為3.6m×6.6m（見(jiàn)圖10）。

圖1 項(xiàng)目區(qū)位

圖2 地塊位置

圖3 B1地塊總平面

圖4 D1地塊總平面

圖5 B1地塊沿街人視效果

圖6 樓型分布

圖7 T6樓型標(biāo)準(zhǔn)層平面

圖8 T7樓型標(biāo)準(zhǔn)層平面

表1 4種套型基本情況

圖9 標(biāo)準(zhǔn)層套型單元分布

圖10 4種套型平面

2.3 廚衛(wèi)模塊標(biāo)準(zhǔn)化

本項(xiàng)目4種套型均采用統(tǒng)一的衛(wèi)生間模塊，凈尺寸為1.5m×1.8m。60m2的A、B、C3種套型采用統(tǒng)一的燃?xì)鈴N房模塊A，其凈尺寸為1.5m×2.1m；35m2D套型采用電廚房模塊B（見(jiàn)圖11）。

統(tǒng)一的廚衛(wèi)模塊提高了建筑的標(biāo)準(zhǔn)化程度，也減少了裝配式內(nèi)裝的部品部件種類(lèi)與規(guī)格，大大提高了設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和施工效率（見(jiàn)圖12，13）。

2.4 核心筒模塊標(biāo)準(zhǔn)化

核心筒模塊綜合了電梯、電梯廳、機(jī)電管井、防排煙管井等功能，是對(duì)多種標(biāo)準(zhǔn)部件的組合設(shè)計(jì)。核心筒模塊可進(jìn)一步分解為固定部分與彈性部分，其中固定部分包括樓電梯、前室和接口；彈性部分包括管井和走道。通州臺(tái)湖公租房項(xiàng)目根據(jù)2種樓型設(shè)計(jì)了2種核心筒模塊，通過(guò)對(duì)樓電梯規(guī)格尺寸進(jìn)行優(yōu)化，最終采用2種樓梯模塊和2種電梯模塊進(jìn)行組合（見(jiàn)表2）。T6核心筒由樓梯模塊B和電梯模塊B組合而成，T7核心筒由樓梯模塊A、電梯模塊A和電梯模塊B組合而成（見(jiàn)圖14）。

2.5 部品部件標(biāo)準(zhǔn)化

公租房主體結(jié)構(gòu)采用預(yù)制三明治外墻、預(yù)制內(nèi)墻、疊合樓板、預(yù)制陽(yáng)臺(tái)板、預(yù)制空調(diào)板和預(yù)制樓梯6類(lèi)預(yù)制混凝土構(gòu)件。在構(gòu)件拆分設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)減少構(gòu)件種類(lèi)、提高單一構(gòu)件的復(fù)用次數(shù)，極大提高了構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化程度（見(jiàn)圖15）。以B1地塊18棟公租房為例，構(gòu)件總數(shù)17404塊，通過(guò)優(yōu)化，將構(gòu)件種類(lèi)減少到40種，大大提高了模板復(fù)用次數(shù)，其中重復(fù)使用最小的達(dá)135次，最大可達(dá)1860次（見(jiàn)表3）。

圖11 廚衛(wèi)模塊分布

圖12 廚房室內(nèi)效果

圖13 衛(wèi)生間室內(nèi)效果

表2 樓、電梯模塊基本情況

圖14 2種核心筒固定部分組合方式

2.6 立面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化

一說(shuō)起標(biāo)準(zhǔn)化，許多人就會(huì)擔(dān)心建筑形象千篇一律。實(shí)際上，立面的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)并不意味著失去立面形象的變化與美感，而是產(chǎn)生了一種新型裝配式建筑美學(xué)的設(shè)計(jì)方法。通州臺(tái)湖公租房項(xiàng)目采用“少規(guī)格、多組合”的設(shè)計(jì)思路，合理控制外立面裝飾構(gòu)件的種類(lèi)和規(guī)格，將有限的構(gòu)件進(jìn)行多種排列組合，形成外立面豐富的韻律與變化。

以B1地塊公租房為例，南立面設(shè)計(jì)采用在結(jié)構(gòu)主體外側(cè)掛設(shè)裝飾構(gòu)件的手法，將陽(yáng)臺(tái)和裝飾構(gòu)件統(tǒng)一。為提升標(biāo)準(zhǔn)化程度，外掛裝飾構(gòu)件種類(lèi)最終精簡(jiǎn)至3種，通過(guò)3種構(gòu)件的組合和排列形成了立面的錯(cuò)動(dòng)與變化。

東西立面考慮到實(shí)墻面較大，為避免單調(diào)乏味，通過(guò)在外頁(yè)板上刻出豎向分縫的方法進(jìn)行處理。豎向分縫間距以900mm為模數(shù)，分縫圖式分為兩種，每?jī)蓪訄D式錯(cuò)動(dòng)變化，形成立面韻律感（見(jiàn)圖16～19）。

3 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性分析

裝配式混凝土建筑與現(xiàn)澆建筑在生產(chǎn)和建造方式上存在較大差異，成本構(gòu)成有較大不同，存在200～400元/m2的增量成本。提高裝配式建筑設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化程度對(duì)降低增量成本發(fā)揮重要作用。

3.1 部品部件生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性

預(yù)制部品部件主要有預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件和內(nèi)裝部件兩大類(lèi)。

1）對(duì)預(yù)制混凝土構(gòu)件而言，模具的重復(fù)利用率直接影響構(gòu)件成本。如果構(gòu)件種類(lèi)過(guò)多、模具重復(fù)利用率較低，模具成本對(duì)構(gòu)件的成本影響就會(huì)非常大。以預(yù)制外墻構(gòu)件為例，單套模具投資約5萬(wàn)元，重復(fù)利用50～60次，折合每立方米預(yù)制構(gòu)件投入400～600元，成本占比15%～25%。如果此套模具僅生產(chǎn)10個(gè)構(gòu)件，則該預(yù)制外墻構(gòu)件因攤銷(xiāo)較高的模具費(fèi)用會(huì)直接引起構(gòu)件成本大幅提升。

圖15 T6樓型豎向與水平構(gòu)件拆分

表3 B1地塊構(gòu)件統(tǒng)計(jì)

圖16 B1地塊公租房人視效果

圖17 外立面裝飾構(gòu)成邏輯

圖18 外立面裝飾構(gòu)件拆分

圖19 東西山墻分縫

通州臺(tái)湖公租房項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，一組模具可在工廠(chǎng)內(nèi)生產(chǎn)多棟公租房的預(yù)制構(gòu)件，重復(fù)次數(shù)提高至135次以上，成本占比降到5%～10%，效益提高2～3倍（見(jiàn)圖20）。

2）對(duì)內(nèi)裝部品而言，影響成本的主要因素是出材率。一般情況下，裝飾行業(yè)板材的出材率通常不超過(guò)80%。通州臺(tái)湖公租房采用裝配化裝修，并通過(guò)設(shè)計(jì)提高廚房和衛(wèi)生間標(biāo)準(zhǔn)化程度；同時(shí)，在深化設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)裝飾面板材料規(guī)格進(jìn)行優(yōu)化，提高板材利用效率，出材率達(dá)90%以上，生產(chǎn)效率提升20%，既節(jié)省了材料，又提高了經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 施工安裝經(jīng)濟(jì)性

根據(jù)對(duì)現(xiàn)有一些裝配式混凝土建筑項(xiàng)目的不完全測(cè)算，裝配方式與傳統(tǒng)現(xiàn)澆方式相比，施工安裝現(xiàn)場(chǎng)人工費(fèi)可減少40%。通州臺(tái)湖公租房項(xiàng)目因大力提高建筑標(biāo)準(zhǔn)化程度，有效減少預(yù)制構(gòu)件尺寸種類(lèi)，安裝節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化，極大提高了安裝施工效率，人工費(fèi)進(jìn)一步減少7%。

當(dāng)前，裝配式混凝土建筑的預(yù)制構(gòu)件材料成本占地上結(jié)構(gòu)成本的65%以上，是現(xiàn)階段引起投資增加和進(jìn)行成本管控的主要部分。提高預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化程度和提高模具的復(fù)用次數(shù)，對(duì)于降低增量成本、提高生產(chǎn)和安裝效率、提升建筑質(zhì)量具有重要意義（見(jiàn)表4）。

圖20 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)與模具重復(fù)利用次數(shù)效益分析

表4 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)對(duì)經(jīng)濟(jì)性影響分析

4 結(jié)語(yǔ)

通州臺(tái)湖公租房項(xiàng)目是通過(guò)提高建筑的標(biāo)準(zhǔn)化程度，從而降低裝配式建筑增量成本的成功嘗試。在這個(gè)項(xiàng)目中，通過(guò)樓棟、套型、廚衛(wèi)模塊、核心筒模塊、部品部件、立面等6個(gè)方面進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，大大降低了設(shè)計(jì)難度，提高了生產(chǎn)和施工效率，降低了建筑增量成本。該項(xiàng)目施工速度達(dá)5.5層/d，已超過(guò)許多普通現(xiàn)澆混凝土建筑項(xiàng)目的施工速度。

值得稱(chēng)道的是，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)并未產(chǎn)生所謂的“千篇一律”，立面少量標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件的不同組合，加上顏色和材質(zhì)的組合，形成的建筑形象具有鮮明的裝配式建筑美學(xué)特征，而這一點(diǎn)正是做裝配式建筑的建筑師和工程師們孜孜以求的。