丁學(xué)楷

（建學(xué)建筑與工程設(shè)計所有限公司江蘇分公司，江蘇 南京 210000）

一體化設(shè)計體系在裝配式建筑工程中的應(yīng)用前景良好。通過融合設(shè)計一體化理念，可以從根本上提升設(shè)計成果產(chǎn)品性能，確保裝配式建筑工程在建設(shè)與運營期間均能夠?qū)崿F(xiàn)資源分配最大化目標(biāo)。但就目前來看，設(shè)計一體化概念在裝配式建筑工程中的應(yīng)用時間較短，缺乏有效設(shè)計方式，需要加強(qiáng)實際應(yīng)用管控力度。

1 設(shè)計一體化在裝配式建筑工程中的應(yīng)用原則

1.1 以人為本原則

在原有建筑工程交付過程中，毛坯房交付或新裝房交付均在傳統(tǒng)住宅基礎(chǔ)上配合二次裝修作業(yè)[1]。該種設(shè)計方式?jīng)]有切實滿足建筑用戶的個性化需求，在房屋內(nèi)衛(wèi)生間、臥室位置、插座數(shù)量等設(shè)計過程中沒有進(jìn)行全面考量，需要由建筑用戶根據(jù)自身需求進(jìn)行二次裝修、重新鋪設(shè)房屋內(nèi)管線，嚴(yán)重影響到工程整體裝修成本，在裝修過程中還會導(dǎo)致環(huán)境污染或噪聲污染等問題出現(xiàn)。

在裝配式建筑設(shè)計一體化工作實施期間，可以從側(cè)供給角度分析建筑用戶根本需求，在建筑方案編制前期加強(qiáng)與業(yè)主方的溝通交流，以建筑內(nèi)裝方案確定建筑整體規(guī)劃方案，實現(xiàn)設(shè)計一體化目標(biāo)。建筑施工工作開展過程中，可將裝配式建筑結(jié)構(gòu)整體、裝飾裝修、裝配式構(gòu)件、電氣設(shè)備與管線進(jìn)行一體化施工，從根源處降低建筑工程建設(shè)期間質(zhì)量問題發(fā)生概率[2]。

1.2 部品設(shè)計前置原則

在裝配式建筑工程設(shè)計過程中，裝配式住宅建筑一體化設(shè)計需要對建筑部品進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化、同樣化與多樣化處理，確保各裝配式建筑結(jié)構(gòu)部品能夠充分滿足其功能定義，實現(xiàn)功能單元及標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的一體化設(shè)計目標(biāo)。

在住宅部品體系集成技術(shù)應(yīng)用時，需要將房屋建筑工程內(nèi)多個既獨立又相關(guān)的部品體系結(jié)合為統(tǒng)一整體，配合使用先進(jìn)的大數(shù)據(jù)技術(shù)與BIM 技術(shù)，確保裝配式建筑工程中的各高校技術(shù)成果能夠被靈活應(yīng)用在集成部分中，最大限度發(fā)揮出應(yīng)有的潛力與作用。

1.3 部品解決方案驗證原則

在裝配式建筑工程一體化設(shè)計環(huán)節(jié)需要嚴(yán)格遵循工業(yè)化生產(chǎn)理念，配合模數(shù)協(xié)調(diào)與標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計方法，從根本上提升工程整體設(shè)計水平[3]。裝配式建筑工程的系統(tǒng)性與綜合性較為顯著。要求在部品部件模數(shù)協(xié)調(diào)、模塊組合以及連接接口設(shè)置過程中配合使用集成化方法，實現(xiàn)生產(chǎn)技術(shù)、管理及市場一體化目標(biāo)。

裝配式建筑模塊化設(shè)計工作應(yīng)當(dāng)落實模塊化設(shè)計理念，借助少規(guī)格、多組合方式，將功能模塊、空間模塊、戶型模塊等有機(jī)結(jié)合在一起[4]。配合使用標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建體系，配合少量非標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，實現(xiàn)建筑多樣化建設(shè)目標(biāo)。普及建筑裝飾部品模塊及建筑結(jié)構(gòu)相統(tǒng)一的模數(shù)協(xié)調(diào)體系，確保裝配式建筑工程部件設(shè)計工作能夠始終趨向于標(biāo)準(zhǔn)化、通用化發(fā)展，實現(xiàn)部品工業(yè)化研發(fā)與生產(chǎn)目標(biāo)。

1.4 內(nèi)裝部品及構(gòu)建協(xié)同設(shè)計原則

裝配式成品住宅部品主要由內(nèi)裝部品體系、建筑部品體系構(gòu)成。在裝配式部品部件中，也可細(xì)致劃分為建筑結(jié)構(gòu)體系、外圍護(hù)體系、內(nèi)裝系統(tǒng)以及設(shè)備及管道系統(tǒng)。在開展一體化設(shè)計工作期間，裝配式構(gòu)件設(shè)計工作應(yīng)當(dāng)以滿足建筑整體功能需求為目標(biāo)，從根本上提升構(gòu)件與建筑工程整體內(nèi)裝部品的適用性。同時，在內(nèi)裝部品設(shè)計環(huán)節(jié)也需要明確裝配式構(gòu)件生產(chǎn)期間的經(jīng)濟(jì)實用性與技術(shù)可行性，確保構(gòu)件與內(nèi)裝部品設(shè)計工作始終保持趨向于標(biāo)準(zhǔn)化及協(xié)調(diào)化方向發(fā)展。通過將預(yù)制構(gòu)件與部品部件借助模數(shù)協(xié)調(diào)、模塊組合、接口連接、節(jié)點構(gòu)造等集成方法，實現(xiàn)技術(shù)、管理與市場最優(yōu)化目標(biāo)。

1.5 建筑、內(nèi)裝及環(huán)境協(xié)調(diào)目標(biāo)

裝配式成品建筑需要滿足綠色、舒適、安全目標(biāo)。在使用設(shè)計一體化理念過程中，需要充分使用綠色技術(shù)、健康技術(shù)手段，從根本上提升裝配式建筑工程整體綜合性能，進(jìn)一步改善工程內(nèi)部環(huán)境品質(zhì)。

建筑環(huán)境主要涉及空氣品質(zhì)、污染物控制、光環(huán)境、生活用水品質(zhì)等多方面，需要在一體化設(shè)計期間著重關(guān)注設(shè)計環(huán)境的源頭控制工作，配合使用多學(xué)科知識，實現(xiàn)多層次空間環(huán)境設(shè)計目標(biāo)。借助平面及空間構(gòu)成形式，透視、錯覺、光影等設(shè)計手段，在室內(nèi)環(huán)境中營造出獨特設(shè)計風(fēng)格，滿足建筑工程性質(zhì)與用途建設(shè)目標(biāo)，確保建筑功能與建筑風(fēng)格相互適應(yīng)。對建筑空間、造型、色彩與藝術(shù)展開整體設(shè)計，進(jìn)一步增強(qiáng)建筑工程整體功能及觀賞價值。

2 設(shè)計一體化在裝配式建筑中的應(yīng)用流程

在裝配式建筑設(shè)計一體化環(huán)節(jié)，需要配合使用內(nèi)裝設(shè)計、建筑設(shè)計、構(gòu)件設(shè)計、設(shè)備及管線布局、環(huán)境控制等方式[5]。在施工圖設(shè)計前配合內(nèi)裝設(shè)計方案，切實優(yōu)化構(gòu)件制作原則以及環(huán)境控制內(nèi)容。裝配式建筑工程施工圖設(shè)計需要以設(shè)計一體化概念為主導(dǎo)，在標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計基礎(chǔ)上進(jìn)行細(xì)節(jié)優(yōu)化。

配合使用一體化技術(shù)手段，基于建筑內(nèi)裝一體化技術(shù)對建筑結(jié)構(gòu)、建筑部件、建筑內(nèi)設(shè)備管線系統(tǒng)進(jìn)行一體化設(shè)計。在各技術(shù)環(huán)節(jié)整合優(yōu)化期間，應(yīng)當(dāng)明確關(guān)注建筑內(nèi)裝一體化設(shè)計與建筑安裝、部品制造一體化設(shè)計具體要求。深入貫徹落實建筑安裝與部品制造環(huán)節(jié)的技術(shù)規(guī)則，實現(xiàn)建筑內(nèi)裝一體化目標(biāo)。

標(biāo)準(zhǔn)一體化設(shè)計期間，可配合使用魔術(shù)協(xié)調(diào)方法，確保建筑設(shè)計與內(nèi)裝設(shè)計模數(shù)始終處于一體化狀態(tài)，配合先進(jìn)的BIM 體系，從根源處降低建筑、設(shè)備、管線一體化設(shè)計期間的沖突。

設(shè)計一體化是裝配式建筑實施全過程的重要階段，隨著社會經(jīng)濟(jì)與科技技術(shù)發(fā)展速度不斷加快，裝配式建筑設(shè)計一體化也具備了更加完善的智能化基礎(chǔ)與條件，裝配式建筑的建模率大幅度提升。國家及有關(guān)部門針對裝配式建筑設(shè)計一體化工作頒布了設(shè)計一體化審圖標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計一體化三維建模標(biāo)準(zhǔn)，使裝配式建筑三維建模與模型使用環(huán)節(jié)更加規(guī)范[6]。標(biāo)準(zhǔn)化裝配式建筑三維建模工作同時也為智能建造的開展提供了重要數(shù)據(jù)支持。借助數(shù)據(jù)傳遞方式，實現(xiàn)多平臺模型無損傳遞目標(biāo)，確保工程建設(shè)期間的設(shè)計、施工、竣工等全過程信息均能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一整合及應(yīng)用，使建立起的裝配式建筑設(shè)計一體化模型能夠為工程進(jìn)度、質(zhì)量以及安全管理工作提供重要的數(shù)據(jù)支持。

裝配式建筑設(shè)計一體化中智能技術(shù)的應(yīng)用主要結(jié)合 BIM 技術(shù)將結(jié)構(gòu)信息轉(zhuǎn)化為以工序為單位的施工信息，實現(xiàn)裝配式建筑構(gòu)件實時跟蹤目標(biāo)，推動裝配式建筑裝配式工程全生命周期管理工作有序開展等方面。利用BIM 模型整合工程設(shè)計環(huán)節(jié)上的各類信息，分析工程建設(shè)全過程的資源需求，下達(dá)更為精準(zhǔn)的材料清單，使工程施工期間的資源浪費率能夠被控制在最小范圍之內(nèi)，增強(qiáng)鋼構(gòu)件生產(chǎn)與安裝過程中的可操作性水平，編排詳盡的生產(chǎn)計劃，為工程后期施工工作提供可視化管理可能性。

3 設(shè)計一體化在裝配式建筑中的應(yīng)用方法

3.1 建造流程設(shè)計一體化模型

注重關(guān)注支模體系的設(shè)計工作，要求依照分層澆筑要求對支模體系進(jìn)行計算驗證，設(shè)置適宜的梁底模、側(cè)模強(qiáng)度與變形量，并對支撐桿件強(qiáng)度、高度及穩(wěn)定性進(jìn)行驗算，確保這些參數(shù)數(shù)值全部與設(shè)計要求相符后才可以進(jìn)行正式施工。在模板搭設(shè)過程中，上下層的支撐需要位于同一位置，確保模板受力均衡。對拆模順序進(jìn)行調(diào)整，在保障混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后才可以拆除模板。

如裝配式建筑轉(zhuǎn)換層的跨度以及受荷載力較大，內(nèi)部配筋數(shù)量增多，還需要加強(qiáng)鋼筋工程設(shè)計環(huán)節(jié)管控力度，切實保障鋼筋骨架的穩(wěn)固性，合理布置鋼筋位置。優(yōu)化鋼筋綁扎順序，配合使用分層澆筑手段。在底部分層綁扎安裝，底模鋪設(shè)完畢后首先綁扎轉(zhuǎn)換梁底部位的鋼筋。為避免鋼筋與轉(zhuǎn)換層施工存在沖突問題，還可以在底部箍筋穿插到位后再立箍筋。明確每跨梁短鋼管標(biāo)高，并將該短鋼管扣接在支撐架上，在鋼筋位置矯正并通過復(fù)核后才可以拆除短鋼管。

對裝配式疊合面及保護(hù)層結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理。為從根本上保障分層澆筑混凝土施工質(zhì)量，避免混凝土澆筑環(huán)節(jié)產(chǎn)生較大的沖擊力，還可以在迭合面處采用梅花布置箍筋手段，增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)整體性。對轉(zhuǎn)換層的剪力墻預(yù)留插筋位置進(jìn)行精準(zhǔn)性驗證，避免預(yù)留插筋位置出現(xiàn)誤差，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)承載力下降。

3.2 空間一體化設(shè)計

裝配式建筑工程構(gòu)造體系主要包括疊合剪力墻、澆筑外掛構(gòu)件、整體框架、裝配式整體框架-剪力墻等多種類型。

其中，現(xiàn)澆外系統(tǒng)軟件預(yù)留構(gòu)件在實際安裝期間的流程較為簡單、施工效率高。裝配整體式框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系被多數(shù)應(yīng)用在高層辦公樓建筑中，實際預(yù)制率能夠達(dá)到60%。

總體裝配式架構(gòu)由部分框架梁、預(yù)制柱構(gòu)件、預(yù)制組合混凝土樓板組成，在實際拼裝期間形成混凝土澆筑組合層、接縫混凝土結(jié)構(gòu)等形式。因此在將設(shè)計一體化理念應(yīng)用在裝配式建筑空間一體化設(shè)置期間，應(yīng)當(dāng)著重分析建筑工程整體形體特征，判斷工程縱橫向鄰柱間距與空間跨度。確保相同柱網(wǎng)內(nèi)部能夠具備多功能，提升空間整體靈活性[7]。在裝配式建筑工程項目要求單體預(yù)制率不低于40%的情況下，構(gòu)件主要包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件與非結(jié)構(gòu)構(gòu)件兩種形式，需要結(jié)合從預(yù)制構(gòu)件特征與生產(chǎn)要求，對各構(gòu)件進(jìn)行一體化設(shè)計，從根本上提升建筑工程整體使用效果。

3.3 構(gòu)件設(shè)計一體化

1.裝配式構(gòu)件運輸與存放。在預(yù)制構(gòu)建運輸工作開展時，應(yīng)避免構(gòu)件出現(xiàn)破損情況。分析裝配式構(gòu)件運輸路線，并對裝配式構(gòu)件進(jìn)行保護(hù)。

基于不同裝配式構(gòu)件結(jié)構(gòu)特征，選擇適宜的構(gòu)件存放方式。如剪力墻存放時需要采用堆垛架存放手段，要求堆垛架應(yīng)當(dāng)具有符合具體安全要求的承載力及穩(wěn)定性。

2.裝配式構(gòu)件吊裝。在裝配式構(gòu)件吊裝過程中，應(yīng)當(dāng)結(jié)合構(gòu)件規(guī)格以及構(gòu)件大小選擇一個塔吊裝置。要求塔吊裝置能夠覆蓋整個施工現(xiàn)場，滿足各構(gòu)件吊裝要求。在塔吊裝置應(yīng)用前還需要做好全面檢修工作，避免塔吊裝置在具體運行過程中出現(xiàn)安全事故問題。

3.裝配式構(gòu)件連接。在將裝配式構(gòu)件運輸?shù)街付ㄎ恢煤?，?yīng)當(dāng)對模板進(jìn)行支撐固定，使用套筒連接裝配式構(gòu)件預(yù)留鋼筋。在連接前應(yīng)當(dāng)事先清潔套筒，先連接PC 模板與梁柱構(gòu)件。在連接過程中需結(jié)合施工要求選擇焊接或螺栓固定等方式，以從根本上提升模板結(jié)構(gòu)緊密度，為后續(xù)裝配式構(gòu)件施工工作奠定堅實技術(shù)基礎(chǔ)。

3.4 內(nèi)裝設(shè)計一體化

裝配式建筑工程內(nèi)裝工作開展期間，需要遵循現(xiàn)行設(shè)計原則，確保營造出的建筑空間更為健康、安全、舒適，切實滿足成品住宅功能性、安全性要求，增強(qiáng)裝配式建筑工程整體功能性。

內(nèi)裝部品集成設(shè)計工作主要就是包括部品化設(shè)計、模塊化設(shè)計、集成化設(shè)計等各種類型。在技術(shù)實施過程中，需要將單一技術(shù)朝向技術(shù)集成化方向轉(zhuǎn)變。

部品設(shè)計環(huán)節(jié)應(yīng)當(dāng)以戶型模塊化為理念，使戶型空間內(nèi)裝部件與空間模塊相互獨立形成部品模塊。與內(nèi)裝結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的部品需要采用部品化整體設(shè)計方式，進(jìn)一步增強(qiáng)內(nèi)裝部品建設(shè)與安裝期間的便捷性，使內(nèi)裝物品能夠?qū)崿F(xiàn)靈活更換、可持續(xù)利用目標(biāo)。增強(qiáng)住戶部分設(shè)計的自由性、靈活度，控制裝配式建筑工程建設(shè)與后續(xù)裝飾環(huán)節(jié)的垃圾產(chǎn)出量，有效降低建筑工程整體建設(shè)成本。

在工業(yè)化生產(chǎn)部件過程中，需要滿足產(chǎn)品統(tǒng)一部品化、物品統(tǒng)一型號規(guī)格、部品統(tǒng)一設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)等要求。配合使用BIM 技術(shù)建立起部品庫，將所獲得的數(shù)據(jù)及時反饋給工廠，而后由工廠制定非標(biāo)定化的制作標(biāo)準(zhǔn)。在集成化部品設(shè)計環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)使室內(nèi)內(nèi)裝部品由單一技術(shù)朝向集約技術(shù)轉(zhuǎn)變。

4 總結(jié)

總而言之，通過在裝配式建筑工程中如何使用設(shè)計一體化概念，能夠切實滿足建筑產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級轉(zhuǎn)型目標(biāo)，使建筑工程在設(shè)計建設(shè)與運營期間獲得最大化經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益。由于我國設(shè)計一體化理念在裝配式建筑工程中的應(yīng)用時間尚短，在現(xiàn)階段設(shè)計工作實踐過程中還需要結(jié)合地區(qū)房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展特征與發(fā)展要求，制定出裝配式建筑工程設(shè)計一體化標(biāo)準(zhǔn)，從根本上提升設(shè)計一體化理念落實期間的規(guī)范性，為推動我國建筑行業(yè)規(guī)范化發(fā)展進(jìn)程奠定堅實基礎(chǔ)。