設(shè)計一體化在裝配式建筑中的運用

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。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)計過程中沒有進行全面考量，需要由建筑用戶根據(jù)自身需求進行二次裝修、重新鋪設(shè)房屋內(nèi)管線，嚴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。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行標準化、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)功能單元及標準構(gòu)件的一體化設(shè)計目標。

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)需要嚴格遵循工業(yè)化生產(chǎn)理念，配合模數(shù)協(xié)調(diào)與標準化設(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。

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、戶型模塊等有機結(jié)合在一起[4]。配合使用標準構(gòu)建體系，配合少量非標準構(gòu)件，實現(xiàn)建筑多樣化建設(shè)目標。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準化、通用化發(fā)展，實現(xiàn)部品工業(yè)化研發(fā)與生產(chǎn)目標。

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，也可細致劃分為建筑結(jié)構(gòu)體系、外圍護體系、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，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準化及協(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。

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

裝配式成品建筑需要滿足綠色、舒適、安全目標。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。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，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，進一步增強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)，在標準化設(shè)計基礎(chǔ)上進行細節(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。

標準一體化設(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)計一體化審圖標準、設(shè)計一體化三維建模標準，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]。標準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，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，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，下達更為精準的材料清單，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行計算驗證，設(shè)置適宜的梁底模、側(cè)模強度與變形量，并對支撐桿件強度、高度及穩(wěn)定性進行驗算，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層結(jié)構(gòu)進行處理。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)留插筋位置進行精準性驗證，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)件進行保護。

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，進一步增強內(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。增強住戶部分設(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)定標準等要求。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定化的制作標準。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，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)計一體化標準，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)展進程奠定堅實基礎(chǔ)。