白文輝 賀一烽 陳偉宏

(1.紹興文理學(xué)院 土木工程學(xué)院,浙江 紹興 312000;2.同創(chuàng)工程設(shè)計(jì)有限公司,浙江 紹興 312000)

0 引言

裝配式建筑的建造方式是標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠(chǎng)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(duì)傳統(tǒng)建造方式的不足進(jìn)行了完善和補(bǔ)充.裝配式建筑有利于實(shí)現(xiàn)建設(shè)參與方的高度協(xié)同，有利于改善建設(shè)工程質(zhì)量、縮短建設(shè)周期、減少施工安全隱患、降低揚(yáng)塵和建筑垃圾等[1]，充分體現(xiàn)了當(dāng)前我國(guó)“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享”的可持續(xù)發(fā)展理念.

由于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式面向的是現(xiàn)場(chǎng)施工階段，很多問(wèn)題只有在施工階段才能夠暴露出來(lái).裝配式建筑設(shè)計(jì)要解決的問(wèn)題就是把施工階段的問(wèn)題提前暴露在設(shè)計(jì)和構(gòu)配件生產(chǎn)階段，并及時(shí)處理.現(xiàn)澆與預(yù)制裝配是兩種不同的建造工藝，它們所涉及的建筑設(shè)計(jì)邏輯、預(yù)制構(gòu)件(部品)生產(chǎn)和運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)施工及建筑產(chǎn)品的評(píng)價(jià)體系等并不相同.簡(jiǎn)單地用等同互換的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)思維轉(zhuǎn)變?yōu)楦鲗?zhuān)業(yè)協(xié)同下的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)思維，才是裝配式建筑成功的必要要素[2].以下結(jié)合裝配式建筑技術(shù)體系的要求、工程調(diào)研中暴露出的主要問(wèn)題和經(jīng)驗(yàn)，探討裝配式居住建筑工程標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的方法.

1 國(guó)內(nèi)裝配式建筑設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

裝配式建筑通常由設(shè)計(jì)公司根據(jù)業(yè)主要求設(shè)計(jì)出建筑圖紙、預(yù)制構(gòu)件(模塊)加工圖和部品選配圖.在設(shè)計(jì)預(yù)制構(gòu)件(模塊)和選配部品時(shí)，首先使部品和預(yù)制構(gòu)件(模塊)符合模數(shù)要求且種類(lèi)最少，其次還要考慮工廠(chǎng)的機(jī)械怎樣生產(chǎn)、未來(lái)在施工現(xiàn)場(chǎng)如何吊裝、模塊之間如何連接、連接點(diǎn)的安全性和防水性能等問(wèn)題.裝配式建筑設(shè)計(jì)是要提前解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)在預(yù)制構(gòu)件(模塊)生產(chǎn)階段、現(xiàn)場(chǎng)施工(安裝)階段出現(xiàn)問(wèn)題[3].

目前國(guó)內(nèi)采用裝配式施工的項(xiàng)目基本上都是先由建筑設(shè)計(jì)院按照現(xiàn)澆施工方式完成建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電和給排水等各專(zhuān)業(yè)施工圖，然后施工單位根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙找到有資質(zhì)的咨詢(xún)機(jī)構(gòu)(或預(yù)制構(gòu)件廠(chǎng))進(jìn)行深化設(shè)計(jì)(又叫二次深化設(shè)計(jì))(見(jiàn)圖1).所謂深化設(shè)計(jì)，即針對(duì)擬采用的裝配式施工構(gòu)件在制作和施工過(guò)程中的工況進(jìn)行荷載不利組合驗(yàn)算和預(yù)制構(gòu)件的大樣圖設(shè)計(jì)，就是把原現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)及構(gòu)件拆分成裝配式構(gòu)件的過(guò)程.把本來(lái)不是按標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的建筑硬拆成裝配式，究其原因一是響應(yīng)地方政府政策湊裝配率，二是設(shè)計(jì)行業(yè)缺少相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，三是傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)行業(yè)不懂裝配式建筑的設(shè)計(jì)方法.

圖1 國(guó)內(nèi)裝配式建筑設(shè)計(jì)模式

2 裝配式建筑設(shè)計(jì)方法和原則

2.1 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

建筑標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)有兩層含義：一是確定標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)模式，包含技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與模塊設(shè)計(jì)；二是建立標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品體系.標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)是建筑工業(yè)化發(fā)展的根本基礎(chǔ)，其核心就是要?jiǎng)?chuàng)立一套具有適應(yīng)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(diào)原則.采用裝配式施工的建筑，平面設(shè)計(jì)中的開(kāi)間與進(jìn)深尺寸應(yīng)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(shè)計(jì)是以戶(hù)型為基本單元，戶(hù)型單元的設(shè)計(jì)通常采用模塊化組合的方法.

在標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)研究居住建筑的使用功能、建筑采用的結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)件和部品件的協(xié)調(diào)等要素設(shè)計(jì)創(chuàng)立模數(shù)網(wǎng)格，模數(shù)網(wǎng)格應(yīng)充分考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件和部品件的安裝尺寸和誤差[4].建筑基本單元、構(gòu)件、建筑部品的重復(fù)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(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì).

2.2 設(shè)計(jì)原則

《裝配式建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T51129—2017》對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的建筑單元、預(yù)制構(gòu)件和建筑部品的重復(fù)使用率等項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)化程度有明確的指標(biāo)要求，在同一項(xiàng)目中對(duì)相對(duì)復(fù)雜或規(guī)格較多的構(gòu)件，同一類(lèi)型的一般控制在3個(gè)規(guī)格，對(duì)于簡(jiǎn)單的構(gòu)件用一個(gè)規(guī)格，以體現(xiàn)該項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)鏈的健康發(fā)展.解決工業(yè)化建造過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題的關(guān)鍵就是在項(xiàng)目的全過(guò)程進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，并促使其實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化.故裝配式建筑設(shè)計(jì)應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系列化的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)

建筑模塊化設(shè)計(jì)是以基本單元或基本套型為模塊進(jìn)行的組合設(shè)計(jì).在裝配式住宅的平面設(shè)計(jì)中，運(yùn)用模塊化的設(shè)計(jì)方法，將優(yōu)化后的套型模塊與核心筒模塊進(jìn)行多樣化的平面組合，形成滿(mǎn)足不同需求的住宅設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖2).

3.1 戶(hù)型模塊設(shè)計(jì)

戶(hù)型模塊可分解成起居室、臥室、門(mén)廳、餐廳、廚房、衛(wèi)生間、陽(yáng)臺(tái)等功能模塊，這些功能模塊既相互獨(dú)立又相互聯(lián)系，各功能模塊應(yīng)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(gòu)件，其不僅是建筑系統(tǒng)中的一部分，還是戶(hù)型之間進(jìn)行串并聯(lián)設(shè)計(jì)的媒介[6].戶(hù)型模塊在考慮系列化要求的情況下要進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)，同系列套型間應(yīng)具有一定的邏輯及衍生關(guān)系，并預(yù)留統(tǒng)一的接口，便于將這些有著統(tǒng)一接口設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)戶(hù)型模塊組合成多樣化的平面模塊.

圖2 戶(hù)型標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和單元平面設(shè)計(jì)

戶(hù)型模塊按照標(biāo)準(zhǔn)模塊和可變模塊設(shè)計(jì).在對(duì)套型的各功能模塊進(jìn)行分析研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)設(shè)計(jì)集成與靈活布置功能模塊的方法，建立如臥室類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)模塊，根據(jù)項(xiàng)目需求定制如門(mén)廳類(lèi)的可變模塊.可變模塊平面尺寸相對(duì)自由，尺寸調(diào)整靈活，便于進(jìn)行多樣化的組合(廚房+門(mén)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(shè)備管道井、加壓送風(fēng)井等各功能分模塊組成，其設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足使用功能及規(guī)范要求.應(yīng)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(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足使用要求、規(guī)范要求、經(jīng)濟(jì)性要求.核心筒模塊設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下因素：

(1)在滿(mǎn)足國(guó)家相關(guān)規(guī)范的基礎(chǔ)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(jì)性，合理布局各功能模塊.

(2)電梯的設(shè)置是核心筒設(shè)計(jì)的一個(gè)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(zhì).

(3)樓梯的設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足疏散要求，合理設(shè)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(yīng)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，方便后期進(jìn)行工廠(chǎng)化預(yù)制與裝配化施工.

(4)前室、候梯廳、公共廊道等的設(shè)計(jì)影響人們使用的舒適度，前室和候梯廳應(yīng)有良好的采光通風(fēng)條件.

(5)設(shè)備管井應(yīng)考慮機(jī)電設(shè)備管線(xiàn)的集中、合理布置，以節(jié)約面積，同時(shí)預(yù)留檢修空間.功能安排上應(yīng)考慮強(qiáng)弱電設(shè)備管井不共用、強(qiáng)電不與水暖管井相鄰、排煙井盡量設(shè)置在角部、公共衛(wèi)生間與開(kāi)水間盡可能靠近水管井等要求.

3.3 平面設(shè)計(jì)

建筑平面設(shè)計(jì)是裝配式建筑設(shè)計(jì)中最重要的階段.首先對(duì)用戶(hù)需求進(jìn)行分析，然后采用拼合方法將標(biāo)準(zhǔn)戶(hù)型模塊進(jìn)行拼合，組成戶(hù)型、樓梯間、電梯間、前室、走廊、 空調(diào)板、水暖井等一個(gè)完整標(biāo)準(zhǔn)平面組合模塊(見(jiàn)圖3, 圖中A、B、C和D分別代表按住戶(hù)需求分析設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)戶(hù)型模塊A型、B型、C型和D型).最后對(duì)建筑平面模塊、構(gòu)件和部品模型進(jìn)行協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)無(wú)碰撞的檢測(cè)目標(biāo).

圖3 戶(hù)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(jié)構(gòu)選型要求，而且其平面形狀和構(gòu)件的布置對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能影響很大.首先要符合現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)規(guī)定.其次，平面形狀規(guī)則性也會(huì)影響結(jié)構(gòu)安全及經(jīng)濟(jì)合理性，宜選用以結(jié)構(gòu)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(xiàn)宜集中設(shè)置管井，滿(mǎn)足使用空間的靈活性和可變性要求.

3.4 立面設(shè)計(jì)

裝配式居住建筑的立面是標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制構(gòu)件和構(gòu)配件立面形式裝配后的集成與統(tǒng)一.根據(jù)技術(shù)策劃的要求最大限度考慮采用標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制構(gòu)件，并依據(jù)“少規(guī)格、多組合”的設(shè)計(jì)原則盡量減少立面預(yù)制構(gòu)件的規(guī)格與種類(lèi).可利用標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件的重復(fù)、旋轉(zhuǎn)、對(duì)稱(chēng)等多種組合方法以及高重復(fù)率的標(biāo)準(zhǔn)層組合方式，實(shí)現(xiàn)立面外墻構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化和類(lèi)型的最少化.再通過(guò)外墻肌理及色彩的變化，同樣可以呈現(xiàn)出多種設(shè)計(jì)邏輯和造型風(fēng)格，實(shí)現(xiàn)建筑立面既有規(guī)律性的統(tǒng)一，又有韻律性的個(gè)性變化.

4 結(jié)束語(yǔ)

裝配式居住建筑設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的設(shè)計(jì)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(yáng)臺(tái)模塊等基本單元模塊組合成戶(hù)型單元模塊，再將戶(hù)型模塊、廊道模塊、核心筒模塊組合成標(biāo)準(zhǔn)層模塊，最終形成滿(mǎn)足重復(fù)率高、規(guī)格少、組合多的模塊化建筑設(shè)計(jì)，既提高了效率，又節(jié)約了設(shè)計(jì)成本.裝配式居住建筑標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)不僅要在建筑設(shè)計(jì)方面運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)思維，還應(yīng)將結(jié)構(gòu)、機(jī)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(yīng)的居住建筑結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法，有利于建筑工業(yè)化發(fā)展，有利于整個(gè)建筑產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)鏈的形成.