任樂民，謝合舜，陳帥光，周裕利，鄒 毅

（1、廣州建筑產(chǎn)業(yè)研究院有限公司 廣州510663；2、廣州建筑股份有限公司 廣州510030）

0 引言

一般意義來講，裝配式建筑是結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、外圍護(hù)系統(tǒng)、設(shè)備與管線系統(tǒng)、內(nèi)裝系統(tǒng)的主要部分采用預(yù)制部品部件集成的建筑。其主要特征是形成以標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計為中心的裝配式建筑產(chǎn)品的工業(yè)化建造體系。為此，就標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計理念基礎(chǔ)上的裝配式建筑設(shè)計路線作以探討。

1 基本思考

標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計是保證裝配式建筑大規(guī)模、高效率建造的前提，它必須符合建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化和民眾生活水平的時代要求。參照《裝配式混凝土建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 51231-2016》指導(dǎo)思想，裝配式建筑設(shè)計“應(yīng)按照通用化、模數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化的要求，以少規(guī)格、多組合的原則，實現(xiàn)建筑及部品部件的系列化和多樣化”［1］。少規(guī)格可以保證高效的工業(yè)化生產(chǎn)和建造，多組合能夠?qū)崿F(xiàn)建筑風(fēng)格、功能和舒適度等多樣性需求。以此，作為裝配式建筑設(shè)計的出發(fā)點(diǎn)。

標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的基礎(chǔ)是模數(shù)化設(shè)計，通過確定合理的模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)系列，能夠保證建筑部品構(gòu)件及其接縫接口規(guī)格的通用性，精準(zhǔn)協(xié)調(diào)構(gòu)成建筑功能單元、結(jié)構(gòu)體系和系統(tǒng)空間之間的尺寸關(guān)系，實現(xiàn)多組合的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計。

裝配式建筑設(shè)計過程中，要強(qiáng)調(diào)各相關(guān)專業(yè)的協(xié)同設(shè)計，通過模數(shù)協(xié)調(diào)，完成建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、外圍護(hù)系統(tǒng)、設(shè)備與管線系統(tǒng)、內(nèi)裝修系統(tǒng)之間一體化設(shè)計成果，為建筑模塊化集成和建筑部品構(gòu)件深化設(shè)計創(chuàng)造必要條件。

裝配式建筑建造過程也是系統(tǒng)工程，在設(shè)計前期，要充分考慮到部品構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸和安裝的可行性。綜合分析建造過程各階段關(guān)鍵環(huán)節(jié)和工況的實際要求，結(jié)合EPC 項目管理機(jī)制，通過設(shè)計方案階段的技術(shù)策劃，使得標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計成果能夠滿足裝配式建筑工程建造全過程的實際需要，充分發(fā)揮其速度、質(zhì)量、成本控制和綠建水平等方面的優(yōu)勢［2］。

裝配式建筑設(shè)計應(yīng)采用建筑信息模型（BIM）技術(shù)，以利于方案分析和技術(shù)策劃，有效平衡專業(yè)協(xié)同設(shè)計，合理進(jìn)行建筑單元和系統(tǒng)模塊的拆分和集成，實現(xiàn)工程項目標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計全過程的信息化管理。

在設(shè)計過程中，應(yīng)貫徹“適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀和綠色”的主導(dǎo)思想，通過系統(tǒng)性的合理的技術(shù)策劃，以建筑部品構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化拆分，實現(xiàn)功能單元和系統(tǒng)模塊的精準(zhǔn)集成。

2 設(shè)計程序

與常規(guī)的工程設(shè)計觀念相比，裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計相對增加了符合工程項目全過程工業(yè)化建造的系統(tǒng)性要求，把工程項目建設(shè)全壽命期的綜合效益同設(shè)計思想有機(jī)地融合成一體。由此，要在建筑方案設(shè)計環(huán)節(jié)嵌入系統(tǒng)性的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計思維，就方案技術(shù)選型合理性、經(jīng)濟(jì)可行性和易建造性等方面綜合分析，進(jìn)行前置性方案技術(shù)策劃；隨著設(shè)計展開，須強(qiáng)化標(biāo)準(zhǔn)化框架內(nèi)的各專業(yè)相互協(xié)同的一體化設(shè)計，使建筑成為有血有肉的有機(jī)整體，并通過系統(tǒng)單元和功能模塊分解，將標(biāo)準(zhǔn)化的部品構(gòu)件及系統(tǒng)管線集成設(shè)計為通用型基本元件；最終形成深化設(shè)計文件和數(shù)據(jù)信息，為工廠化生產(chǎn)提供技術(shù)依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。將這些強(qiáng)調(diào)的設(shè)計環(huán)節(jié)同常規(guī)的建筑設(shè)計流程結(jié)合起來，就構(gòu)成了具有裝配式建筑設(shè)計特征的運(yùn)作程序（見圖1）。

圖1 裝配式建筑設(shè)計程序Fig.1 Design Procedures of Prefabricated Building

3 技術(shù)策劃

建筑方案設(shè)計通常主要反映前期規(guī)劃和投資方功能定位要求，融合了裝配式建筑理念之后，同時強(qiáng)調(diào)了系統(tǒng)性地進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計思維，需要綜合平衡工程建造全過程的相關(guān)要素，科學(xué)統(tǒng)籌，合理策劃。

⑴ 根據(jù)建筑規(guī)劃、概念和功能要求建立信息模型，結(jié)合裝配式建筑特點(diǎn)，優(yōu)先采用大跨度的結(jié)構(gòu)形式，以利于建筑內(nèi)部空間靈活布置、功能整合和更新改造；平面形狀簡潔，豎向構(gòu)件定位規(guī)則有序；設(shè)備及系統(tǒng)集中平衡設(shè)置，管線與結(jié)構(gòu)分離。以此，結(jié)合《裝配式建筑評價標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 51129-2017》相關(guān)等極指標(biāo)［3］，為展開標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計創(chuàng)造條件。

⑵ 結(jié)合本地區(qū)建材業(yè)態(tài)、建筑部品和構(gòu)件的生產(chǎn)規(guī)模、整合能力、技術(shù)水平和物流環(huán)境等，綜合考慮建筑部品構(gòu)件生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)目尚行裕_定建筑模塊拆分和集成的技術(shù)方案。

⑶ 要結(jié)合建筑施工方法和裝備情況，包括施工計劃安排、塔吊吊裝能力、構(gòu)件堆場和現(xiàn)場環(huán)境等，調(diào)整部品構(gòu)件設(shè)計的合理性，滿足施工便利和易建要求。

⑷ 根據(jù)裝配式建筑類別，測定工程估算及概算指標(biāo)，適當(dāng)確定裝配式建筑裝配率和部品構(gòu)件預(yù)制率指標(biāo)。以建筑全壽命期效益為準(zhǔn)則，綜合平衡設(shè)計方案與工程造價關(guān)系，既要避免片面追求預(yù)制裝配率的最大化，又要考慮通過提高建筑標(biāo)準(zhǔn)和耐久性，降低使用期間運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用［4］。

⑸ 保證建筑結(jié)構(gòu)體系安全性和耐久性的前提下，實現(xiàn)建筑內(nèi)部功能的多樣性、拓展性與持續(xù)更新性。

4 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

技術(shù)策劃框架下的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計主要表現(xiàn)在，通過模數(shù)系列協(xié)調(diào)，以公差定位和通用接口，實現(xiàn)建筑部品構(gòu)件、系統(tǒng)模塊和功能單元等在不同層級上的拆分與組合，從而系統(tǒng)性地設(shè)計成滿足裝配式建造的多樣化建筑產(chǎn)品。

⑴ 隨著設(shè)計程序的展開，方案階段側(cè)重于既有建筑形式和功能空間的標(biāo)準(zhǔn)化分析，采用建筑信息模型（BIM）技術(shù)，對具有相同或相似功能和體量的建筑單元進(jìn)行分配和布置，如住宅的套型，酒店的客房和學(xué)校教室等。同時，將主體結(jié)構(gòu)、圍護(hù)形式、交通聯(lián)系和機(jī)電系統(tǒng)等結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化的建筑單元整體設(shè)置，并合理利用環(huán)境及地形條件，以靈活的建筑單元組合型式表現(xiàn)樓棟的節(jié)地型布局和多樣化的建筑風(fēng)格。

該階段要確定建筑裝配化的范圍，量化評估指標(biāo)和完成預(yù)評價程序。

⑵ 初步設(shè)計階段，將標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計延伸，針對建筑單元內(nèi)功能、尺度相同或相似的用房進(jìn)行通用型模塊化設(shè)計，如住宅廚房和儲物間，酒店衛(wèi)生間，公共管道豎井等。同時，細(xì)化模數(shù)協(xié)調(diào)工作，建立能夠傳遞功能、集結(jié)系統(tǒng)的通用性接口，使得建筑單元內(nèi)的功能性模塊可以更替擴(kuò)充，又能夠結(jié)合成有機(jī)系統(tǒng)。

⑶ 施工圖及深化設(shè)計階段要將建筑功能模塊構(gòu)造進(jìn)一步拆分和細(xì)化，對構(gòu)成建筑模塊的部品構(gòu)件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，如住宅衛(wèi)生間內(nèi)部的整體淋浴間、架空地板、復(fù)合型隔墻板、管線綜合吊架、預(yù)制疊合外墻板和疊合樓板等。其間，應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)、施工和使用運(yùn)維等實際情況，持續(xù)優(yōu)化部品構(gòu)件設(shè)計品質(zhì)，提升標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的裝配集成度，降低建造成本，保證標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計產(chǎn)品的通用性、經(jīng)濟(jì)性和易建造性［5］。

在此基礎(chǔ)上，結(jié)合建筑信息模型（BIM）技術(shù)，將定型的建筑功能模塊和部品構(gòu)件信息（包括相關(guān)數(shù)據(jù)、物理信息、構(gòu)造、接口及技術(shù)說明等）錄入標(biāo)準(zhǔn)化信息庫，統(tǒng)一編碼、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)則，形成通用部品構(gòu)件系列，并通過信息化協(xié)同平臺實現(xiàn)各專業(yè)數(shù)據(jù)信息互通與共享。

5 設(shè)計的協(xié)同與集成

設(shè)計過程的主線是建筑標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，各專業(yè)之間的協(xié)同設(shè)計則是完善建筑功能的整體設(shè)計，跟隨設(shè)計主線平行交互進(jìn)行，這種一體化設(shè)計達(dá)到施工圖設(shè)計深度后，開始系統(tǒng)性集成設(shè)計，最終完成建筑部品構(gòu)件的深化設(shè)計。

⑴ 設(shè)計協(xié)同過程中，一般由建筑專業(yè)牽頭，提供標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計條件和資料給到各相關(guān)專業(yè)展開設(shè)計，每個設(shè)計階段后期，再由各相關(guān)設(shè)計專業(yè)反提設(shè)計成果和技術(shù)資料給建筑專業(yè)整合，并就存在的相互碰撞問題，進(jìn)行技術(shù)分析、磋商及論證，取得一致意見并相互確認(rèn)后，開始下一階段設(shè)計，不斷深化往復(fù)。

協(xié)同設(shè)計要實行嚴(yán)格的校審和協(xié)調(diào)制度，通過各專業(yè)之間有效的交叉與整合機(jī)制，持續(xù)優(yōu)化建筑功能和品質(zhì)；同時，精準(zhǔn)確定各專業(yè)和系統(tǒng)之間界面、定位和關(guān)聯(lián)，為高復(fù)合度的集成設(shè)計打好基礎(chǔ)。

⑵ 集成設(shè)計將結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、外圍護(hù)系統(tǒng)、設(shè)備與管線系統(tǒng)和內(nèi)裝系統(tǒng)以建筑功能模塊或單元為基礎(chǔ)進(jìn)行深度整合，側(cè)重部品構(gòu)件的復(fù)合性設(shè)計和設(shè)備管線綜合性設(shè)計，并確定部品構(gòu)件以及設(shè)備管線之間的連接方式，包括通用型接口、接縫構(gòu)造以及界面公差設(shè)計，以保證連接節(jié)點(diǎn)的安全性、通用性和耐久性要求。通過更高程度的部品構(gòu)件和綜合管線的精準(zhǔn)集成，表現(xiàn)裝配式建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展優(yōu)勢［6］。

⑶ 利用建筑信息模型技術(shù)和信息管理平臺，提增標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計過程的協(xié)同和集成效率，平衡和優(yōu)化各專業(yè)之間的整體設(shè)計，實現(xiàn)建筑部品構(gòu)件及功能模塊的精準(zhǔn)集成。

6 專業(yè)設(shè)計要點(diǎn)

⑴ 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計以保證建筑的安全性、穩(wěn)定性和耐久性為原則，根據(jù)國家及行業(yè)相關(guān)設(shè)計規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，在建筑標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的基礎(chǔ)上，確定建筑的結(jié)構(gòu)形式、高度、跨度、體型、材料等級、構(gòu)造和連接方式。其中，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)通過節(jié)點(diǎn)連接和構(gòu)造設(shè)計，實現(xiàn)“等同現(xiàn)澆”的效能，給結(jié)構(gòu)安全以最基本保障［7］。

對于各類別裝配式構(gòu)件在制作、運(yùn)輸、堆放和吊裝等環(huán)節(jié)荷載作用下的承載力和變形進(jìn)行驗算，并完成臨時支點(diǎn)和吊點(diǎn)設(shè)計。

⑵ 外圍護(hù)系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)地域氣候條件，滿足建筑的使用功能、建筑效果和建造技術(shù)要求。其中，比較其他外墻系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)預(yù)制混凝土外墻板與主體結(jié)構(gòu)連接的安全性要求，保證在罕見地震時，外墻板不得掉落；連接節(jié)點(diǎn)應(yīng)具有可靠的承載力，并采用柔性連接方式，具備適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)的變形能力；外墻接縫防水構(gòu)造應(yīng)防排結(jié)合，接縫材料具有可靠的粘接性能和耐久性能［8］。

⑶ 設(shè)備和管線系統(tǒng)設(shè)計注重與其它系統(tǒng)的集成化設(shè)計，強(qiáng)調(diào)管線綜合平衡、精準(zhǔn)定位和通用型接口，應(yīng)用管線分離、整體衛(wèi)浴和同層排水技術(shù)，公共管井、管廊采用模塊化設(shè)計。

⑷ 內(nèi)裝系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)符合建筑、防火和環(huán)保等相關(guān)規(guī)范要求，結(jié)合建筑模塊化設(shè)計，通過采用建筑信息模型（BIM）技術(shù)實現(xiàn)裝修與機(jī)電系統(tǒng)一體化設(shè)計，體現(xiàn)系統(tǒng)之間建筑部品、構(gòu)件及接口的通用性和集成技術(shù)［9］。

7 結(jié)語

裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計思想和方法要貫穿于設(shè)計全過程，堅持“少規(guī)格、多組合”的基本原則，以模數(shù)化為基礎(chǔ)，標(biāo)準(zhǔn)化為核心，集成化設(shè)計為方向，精準(zhǔn)高效地實現(xiàn)完備的建筑功能和系統(tǒng)性建造指標(biāo)，為裝配式建筑建造工業(yè)化發(fā)展提供可靠保證。