白文輝 賀一烽 陳偉宏

(1.紹興文理學院 土木工程學院,浙江 紹興 312000;2.同創(chuàng)工程設計有限公司,浙江 紹興 312000)

0 引言

裝配式建筑的建造方式是標準化設計、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修和信息管理的工業(yè)化生產(chǎn)方式，它從根源上針對傳統(tǒng)建造方式的不足進行了完善和補充.裝配式建筑有利于實現(xiàn)建設參與方的高度協(xié)同，有利于改善建設工程質量、縮短建設周期、減少施工安全隱患、降低揚塵和建筑垃圾等[1]，充分體現(xiàn)了當前我國“創(chuàng)新、協(xié)調、綠色、開放、共享”的可持續(xù)發(fā)展理念.

由于傳統(tǒng)設計模式面向的是現(xiàn)場施工階段，很多問題只有在施工階段才能夠暴露出來.裝配式建筑設計要解決的問題就是把施工階段的問題提前暴露在設計和構配件生產(chǎn)階段，并及時處理.現(xiàn)澆與預制裝配是兩種不同的建造工藝，它們所涉及的建筑設計邏輯、預制構件(部品)生產(chǎn)和運輸、現(xiàn)場施工及建筑產(chǎn)品的評價體系等并不相同.簡單地用等同互換的設計方式和工作模式是不可能做好裝配式建筑的.只有將傳統(tǒng)的建筑設計思維轉變?yōu)楦鲗I(yè)協(xié)同下的標準化設計思維，才是裝配式建筑成功的必要要素[2].以下結合裝配式建筑技術體系的要求、工程調研中暴露出的主要問題和經(jīng)驗，探討裝配式居住建筑工程標準化設計的方法.

1 國內裝配式建筑設計現(xiàn)狀

裝配式建筑通常由設計公司根據(jù)業(yè)主要求設計出建筑圖紙、預制構件(模塊)加工圖和部品選配圖.在設計預制構件(模塊)和選配部品時，首先使部品和預制構件(模塊)符合模數(shù)要求且種類最少，其次還要考慮工廠的機械怎樣生產(chǎn)、未來在施工現(xiàn)場如何吊裝、模塊之間如何連接、連接點的安全性和防水性能等問題.裝配式建筑設計是要提前解決傳統(tǒng)設計在預制構件(模塊)生產(chǎn)階段、現(xiàn)場施工(安裝)階段出現(xiàn)問題[3].

目前國內采用裝配式施工的項目基本上都是先由建筑設計院按照現(xiàn)澆施工方式完成建筑、結構、機電和給排水等各專業(yè)施工圖，然后施工單位根據(jù)設計圖紙找到有資質的咨詢機構(或預制構件廠)進行深化設計(又叫二次深化設計)(見圖1).所謂深化設計，即針對擬采用的裝配式施工構件在制作和施工過程中的工況進行荷載不利組合驗算和預制構件的大樣圖設計，就是把原現(xiàn)澆結構及構件拆分成裝配式構件的過程.把本來不是按標準化設計的建筑硬拆成裝配式，究其原因一是響應地方政府政策湊裝配率，二是設計行業(yè)缺少相關法規(guī)和標準，三是傳統(tǒng)建筑設計行業(yè)不懂裝配式建筑的設計方法.

圖1 國內裝配式建筑設計模式

2 裝配式建筑設計方法和原則

2.1 標準化設計

建筑標準化設計有兩層含義：一是確定標準化的設計模式，包含技術標準與模塊設計；二是建立標準化的產(chǎn)品體系.標準化設計是建筑工業(yè)化發(fā)展的根本基礎，其核心就是要創(chuàng)立一套具有適應裝配式建筑工業(yè)化生產(chǎn)和建造的模數(shù)及模數(shù)協(xié)調原則.采用裝配式施工的建筑，平面設計中的開間與進深尺寸應采用統(tǒng)一模數(shù)尺寸系列，并盡可能優(yōu)化出利于組合的尺寸規(guī)格.居住建筑設計是以戶型為基本單元，戶型單元的設計通常采用模塊化組合的方法.

在標準化設計過程中，通過研究居住建筑的使用功能、建筑采用的結構體系、結構構件和部品件的協(xié)調等要素設計創(chuàng)立模數(shù)網(wǎng)格，模數(shù)網(wǎng)格應充分考慮結構構件和部品件的安裝尺寸和誤差[4].建筑基本單元、構件、建筑部品的重復使用率高、規(guī)格少、組合多等要求，決定了裝配式建筑必須采用標準設計.

2.2 設計原則

《裝配式建筑評價標準：GB/T51129—2017》對標準化設計的建筑單元、預制構件和建筑部品的重復使用率等項目的標準化程度有明確的指標要求，在同一項目中對相對復雜或規(guī)格較多的構件，同一類型的一般控制在3個規(guī)格，對于簡單的構件用一個規(guī)格，以體現(xiàn)該項目的標準化程度.[5].

裝配式建筑采用的是工業(yè)化的建造方式，這有利于推進建筑產(chǎn)業(yè)鏈的健康發(fā)展.解決工業(yè)化建造過程中出現(xiàn)問題的關鍵就是在項目的全過程進行標準化設計，并促使其實現(xiàn)建筑產(chǎn)品的標準化與規(guī)范化.故裝配式建筑設計應采用標準化、模塊化、系列化的設計方法，遵循“少規(guī)格、多組合”的原則.

3 裝配式居住建筑模塊化設計

建筑模塊化設計是以基本單元或基本套型為模塊進行的組合設計.在裝配式住宅的平面設計中，運用模塊化的設計方法，將優(yōu)化后的套型模塊與核心筒模塊進行多樣化的平面組合，形成滿足不同需求的住宅設計(見圖2).

3.1 戶型模塊設計

戶型模塊可分解成起居室、臥室、門廳、餐廳、廚房、衛(wèi)生間、陽臺等功能模塊，這些功能模塊既相互獨立又相互聯(lián)系，各功能模塊應具有“接口、功能、邏輯、狀態(tài)”等屬性.其中“接口”為各功能模塊之間共享的構件，其不僅是建筑系統(tǒng)中的一部分，還是戶型之間進行串并聯(lián)設計的媒介[6].戶型模塊在考慮系列化要求的情況下要進行精細化設計，同系列套型間應具有一定的邏輯及衍生關系，并預留統(tǒng)一的接口，便于將這些有著統(tǒng)一接口設計的標準戶型模塊組合成多樣化的平面模塊.

圖2 戶型標準化設計和單元平面設計

戶型模塊按照標準模塊和可變模塊設計.在對套型的各功能模塊進行分析研究的基礎上，通過設計集成與靈活布置功能模塊的方法，建立如臥室類的標準模塊，根據(jù)項目需求定制如門廳類的可變模塊.可變模塊平面尺寸相對自由，尺寸調整靈活，便于進行多樣化的組合(廚房+門廳的組合等)[7-8].

3.2 核心筒模塊

核心筒模塊主要由樓梯間、電梯井、前室、公共廊道、候梯廳、設備管道井、加壓送風井等各功能分模塊組成，其設計應滿足使用功能及規(guī)范要求.應合理確定各分模塊的空間尺寸以及相互間的合理布局，并根據(jù)使用需求進行標準化設計，滿足使用要求、規(guī)范要求、經(jīng)濟性要求.核心筒模塊設計應考慮以下因素：

(1)在滿足國家相關規(guī)范的基礎上，從使用的安全性和交通的便捷性出發(fā)，考慮舒適性和經(jīng)濟性，合理布局各功能模塊.

(2)電梯的設置是核心筒設計的一個重要部分，其數(shù)量、規(guī)格、組合方式等將直接影響建筑的使用和品質.

(3)樓梯的設計應滿足疏散要求，合理設置樓梯的位置與數(shù)量，最大程度節(jié)約公共交通面積，提高使用率.樓梯應實現(xiàn)標準化設計，方便后期進行工廠化預制與裝配化施工.

(4)前室、候梯廳、公共廊道等的設計影響人們使用的舒適度，前室和候梯廳應有良好的采光通風條件.

(5)設備管井應考慮機電設備管線的集中、合理布置，以節(jié)約面積，同時預留檢修空間.功能安排上應考慮強弱電設備管井不共用、強電不與水暖管井相鄰、排煙井盡量設置在角部、公共衛(wèi)生間與開水間盡可能靠近水管井等要求.

3.3 平面設計

建筑平面設計是裝配式建筑設計中最重要的階段.首先對用戶需求進行分析，然后采用拼合方法將標準戶型模塊進行拼合，組成戶型、樓梯間、電梯間、前室、走廊、 空調板、水暖井等一個完整標準平面組合模塊(見圖3, 圖中A、B、C和D分別代表按住戶需求分析設計的標準戶型模塊A型、B型、C型和D型).最后對建筑平面模塊、構件和部品模型進行協(xié)調設計，實現(xiàn)無碰撞的檢測目標.

圖3 戶型模塊組合平面模塊示意圖

組合后的裝配式混凝土建筑平面模塊不僅要符合結構選型要求，而且其平面形狀和構件的布置對結構抗震性能影響很大.首先要符合現(xiàn)行建筑抗震設計規(guī)范的相關規(guī)定.其次，平面形狀規(guī)則性也會影響結構安全及經(jīng)濟合理性，宜選用以結構單元空間為功能模塊的大空間平面布局，合理布置柱、墻及核心筒位置.公共交通空間宜集約布置，豎向管線宜集中設置管井，滿足使用空間的靈活性和可變性要求.

3.4 立面設計

裝配式居住建筑的立面是標準化預制構件和構配件立面形式裝配后的集成與統(tǒng)一.根據(jù)技術策劃的要求最大限度考慮采用標準化預制構件，并依據(jù)“少規(guī)格、多組合”的設計原則盡量減少立面預制構件的規(guī)格與種類.可利用標準化構件的重復、旋轉、對稱等多種組合方法以及高重復率的標準層組合方式，實現(xiàn)立面外墻構件的標準化和類型的最少化.再通過外墻肌理及色彩的變化，同樣可以呈現(xiàn)出多種設計邏輯和造型風格，實現(xiàn)建筑立面既有規(guī)律性的統(tǒng)一，又有韻律性的個性變化.

4 結束語

裝配式居住建筑設計采用標準化、模塊化的設計方法，遵循“少規(guī)格、多組合”的原則，將廚房模塊、衛(wèi)浴模塊、居室模塊、陽臺模塊等基本單元模塊組合成戶型單元模塊，再將戶型模塊、廊道模塊、核心筒模塊組合成標準層模塊，最終形成滿足重復率高、規(guī)格少、組合多的模塊化建筑設計，既提高了效率，又節(jié)約了設計成本.裝配式居住建筑標準化設計不僅要在建筑設計方面運用模塊化設計思維，還應將結構、機電、裝修等方面納入模塊化考慮范圍.探求與居住建筑模塊化相適應的居住建筑結構模塊化設計方法，有利于建筑工業(yè)化發(fā)展，有利于整個建筑產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)鏈的形成.