住宅工業(yè)化設計及農(nóng)村住宅建構研究

劉 博，張廷瑜，張 挺，田 興，王晨軒

(四川仁銘住工建筑設計有限公司，四川 成都 610015)

1 住宅平面模塊化設計

住宅平面模塊化的思路是在對大量住宅平面、部件、立面、相關技術進行梳理、分析、研究的基礎上，將住宅平面的構成劃分為一系列功能、結構相對獨立、可互換的基本模塊；通過對基本模塊的設計拼裝、組合形成標準化、系列化的擴展模塊。依據(jù)住宅戶型的各部分功能空間差異，區(qū)分為基本模塊、擴展調(diào)整模塊，基本模塊主要包含廚房、衛(wèi)生間、臥室、客廳，擴展調(diào)整模塊主要包含門廳、餐廳、儲藏室、過道、書房、衣帽間、陽臺等；模塊化設計的方法就是將成熟的基本模塊與擴展調(diào)整模塊依據(jù)功能邏輯進行組合，快速設計出滿足不同面積區(qū)段、不同平面形態(tài)的住宅戶型；這種方法能縮短設計周期、提升住宅設計品質(zhì)、保證設計質(zhì)量和效率。

2 住宅設計標準化

住宅設計標準化的基礎是各功能部品模塊化分解，包括住宅平面設計的模塊化分解、住宅立面設計的模塊化分解、住宅室內(nèi)設施的模塊化分解三個方面，共同組成住宅設計的標準化。住宅平面設計的標準化(模塊化分解)主要包含以下方面：入戶門及入口、客廳和餐廳的設計、臥室設計、廚房設計、衛(wèi)生間設計、過道設計、儲藏間設計、陽臺露臺設計；住宅立面設計的標準化(模塊化分解)主要包含以下幾個方面：立面風格的設定、立面材料的選擇、立面門窗洞口的設置、空調(diào)機位的整合、陽臺露臺立面優(yōu)化；住宅室內(nèi)設施(含家具部品)的標準化(模塊化分解)主要包括以下方面：廚房設施、衛(wèi)生間設施、生活陽臺設施、客廳設施、臥室設施、餐廳設施、書房設施、衣帽間設施、儲藏間設施、門廳過道設施，涉及到的技術專業(yè)包含建筑、結構、給排水、電氣、暖通。

住宅設計標準化的作用[1-2]：①形成開發(fā)企業(yè)的標準產(chǎn)品庫，提供滿足市場需求的住宅產(chǎn)品；②對工程項目規(guī)模、內(nèi)容、建造標準進行控制，實現(xiàn)項目成本控制的可行;③實現(xiàn)產(chǎn)品的預期使用功能及產(chǎn)品質(zhì)量的可控性;④提供項目設計所需求的各種指標、計算數(shù)據(jù)，實現(xiàn)設計進程的可控性;⑤能有效降低工程造價、控制工程投資、控制工程實施進程，加快建設速度;⑥減少設計工作量及設計缺陷、提高設計質(zhì)量和效率;⑦能充分結合建筑工業(yè)化、裝配化設計和施工，實現(xiàn)建筑部品的工業(yè)化、裝配化，提升住宅產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。標準化是實現(xiàn)建筑工業(yè)化中的重要手段，是工業(yè)化的前提和基本方法，部品的標準化、預制化是標準化的主要手段，關系到建筑工業(yè)化的效率和成敗。

3 地產(chǎn)開發(fā)住宅設計標準化體系

隨著房地產(chǎn)開發(fā)市場的發(fā)展，選擇“高周轉(zhuǎn)、標準化”的房地產(chǎn)企業(yè)，業(yè)績增速普遍較快，從市場、客戶、企業(yè)自身發(fā)展等多方面考慮，加強對住宅產(chǎn)品標準化體系的研究具有重要意義。典型的住宅產(chǎn)品開發(fā)標準化體系包括產(chǎn)品技術標準、標準產(chǎn)品(戶型)庫、產(chǎn)品創(chuàng)新研究、管理制度創(chuàng)新[3]。

產(chǎn)品技術標準分為設計標準和技術措施，設計標準用于控制和評判產(chǎn)品的品類設置和保證設計質(zhì)量，技術措施主要針對通用做法、節(jié)點的技術指導，需符合設計規(guī)范和項目建設的要求，同時與成本、工程、營銷要求一致。標準產(chǎn)品(戶型)庫是滿足客戶不同需求的技術措施、產(chǎn)品系統(tǒng)的基礎。一般分為全面覆蓋型與重點通用型，具有多樣性、靈活性、便捷性、開放性的特征。產(chǎn)品創(chuàng)新研究指通過對行業(yè)內(nèi)的新技術、新產(chǎn)品做前瞻性研究，引入各種新的技術手段和技術平臺，比如BIM技術、裝配式建筑、AR技術、信息化管理平臺等，應對未來市場需求的變化。管理制度創(chuàng)新是標準化產(chǎn)品研發(fā)體系搭建、升級過程的保障和依據(jù)，其基本特征應具有簡潔、清晰、可量化性及可復制性。

4 住宅設計工業(yè)化

工業(yè)化住宅建設是建立在住宅體系標準化和住宅部品系統(tǒng)化基礎上，以住宅產(chǎn)品設計的標準化、住宅部品生產(chǎn)制造工廠化、項目施工機械化、住宅全生命周期信息化管理為特征；采取由標準部品組成標準房間，再由標準房間組合成標準套型，最后由標準套型組成標準戶型的手段的新型住宅建構體系。與傳統(tǒng)現(xiàn)澆構件方式相比，工業(yè)化裝配式構件方式具有節(jié)能環(huán)保、綠色施工、節(jié)約勞動力、施工速度快、產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點，能最大限度滿足“新型綠色智能化建筑”的需求[4]。其技術內(nèi)涵[5]主要如下。

1)合理的工業(yè)化住宅設計、生產(chǎn)、施工體系是發(fā)展住宅工業(yè)化建造的前提，合理的預制裝配式結構構成體系和高性能的圍護、分隔、內(nèi)部裝修體系是其中的關鍵因素。

2)標準化、系列化、商品化住宅部品配置需滿足工業(yè)化建造的標準和統(tǒng)一要求，同時滿足市場化的多樣性需求；住宅建造所需各類部品、構件的規(guī)格系列化、標準化是實現(xiàn)預制部品工業(yè)化生產(chǎn)的前提。

3)以標準化、模數(shù)化為基礎的住宅設計是實現(xiàn)住宅部品系列化、商品化生產(chǎn)的前提條件，是住宅產(chǎn)品得以實現(xiàn)工業(yè)化建造的關鍵。

4)住宅各分部部品的工業(yè)化制備和體系化裝配式施工工藝是保障工業(yè)化建造的基礎，是提高工程建構質(zhì)量和整體性能的關鍵步驟，需要各種專用施工、安裝機械設備的不斷升級。

5)信息化管理(BIM)能保障住宅建造階段項目參與各方的信息傳遞更加快捷、準確，提升住宅后期使用與維護的方便性。

基于模數(shù)化、標準化、系列化部品的工業(yè)化住宅設計方法的設計、建構體系為：基于定型化的工業(yè)化住宅產(chǎn)品體系，由建筑師從產(chǎn)品庫中選擇合適的產(chǎn)品進行組合，再根據(jù)產(chǎn)品的性能要求選用標準化、系列化的建筑部品，設計出滿足要求的基本建筑方案；然后由結構工程師根據(jù)住宅應有的結構性能，選用標準化系列化結構部品組成的結構模型，驗算各部品是否滿足結構性能，直至滿足為止；水暖電等其他專業(yè)工程師根據(jù)建筑部品中已集成為一體的設計布置提出整體方案；最后由施工單位根據(jù)部品清單到市場購買住宅部品，運送至項目現(xiàn)場，進行部品裝配、建成預期的建筑產(chǎn)品。

基于模數(shù)化、標準化、系列化部品生產(chǎn)、施工的工業(yè)化住宅設計需解決的主要問題如下：①研發(fā)可采用工業(yè)化生產(chǎn)方式建造的工業(yè)化住宅建構體系，如SI百年建筑體系；②解決工業(yè)化住宅的標準化與多樣性、個性化的矛盾，以標準化為前提實現(xiàn)多樣性與個性化的結合，通過分析建筑中標準化的基本單位、采用異形構件組合的方式實現(xiàn)建筑的多樣性；③形成標準化系列化的部品體系、并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化：通過標準設計、模數(shù)協(xié)調(diào)、規(guī)模生產(chǎn)、配套供應、技術集成、系列開發(fā)的建構體系的建立，實現(xiàn)建構部品設計、生產(chǎn)和供應的標準化、系列化、通用化。

5 新農(nóng)村住宅建設新型建構體系

新農(nóng)村住宅建設具有大量性、可復制性，能很好地跟建筑工業(yè)化結合，采取工廠預制與現(xiàn)場安裝配合的建構方式。考慮到農(nóng)村住宅建設運輸、施工條件的限制，推薦以下兩種建構體系(見圖1)。

圖1 骨架支撐體系盒子房屋

1)骨架支撐體系盒子房屋。采用該體系建構的農(nóng)村住房可采用輕質(zhì)鋼結構、木結構作為骨架支撐，結合金屬板材、復合水泥板材、改性木質(zhì)板材等作為外圍護體系，內(nèi)部隔墻系統(tǒng)采用輕鋼板材系統(tǒng)或輕質(zhì)墻板，預留水、電、暖管線、設備系統(tǒng)，有條件的可以復合房屋內(nèi)部裝修。

盒子建筑是指用工廠化生產(chǎn)的盒子狀構件組合而成的全裝配式建筑，構件由頂板、底板和四面墻板組成，因其外形與盒子相似，故稱“盒子構件”[6]。這種盒子依據(jù)建筑功能和結構體系對建筑進行分解，形成以房間為基礎單元的裝配式盒裝單元(一種空間模塊)；每個單元內(nèi)部的設備、管線、裝修、固定家具均已做好，外立面裝修也基本完成；然后將這些箱形的整體構件運至施工現(xiàn)場，就像“搭建積木”一樣拼裝在一起，或與其他預制構件及現(xiàn)澆構件相結合建成房屋；施工現(xiàn)場僅需要完成盒子就位、構件之間的連接、管線連接等總體工序，大量減少施工現(xiàn)場的濕法施工作業(yè)。這種新型建構方式可以建成單層、多層或高層房屋建筑。

盒子建筑構件體系的優(yōu)點主要有：①施工速度快，同現(xiàn)澆建筑相比可縮短施工周期50%～70%；②裝配化程度高(裝配率可達85%以上)、便于拆卸，水、暖、電、衛(wèi)等設施安裝和房屋內(nèi)部裝修都由工廠預制完成，施工現(xiàn)場完成構件吊裝、節(jié)點處理、接通管線就能使用；③混凝土盒子構件是一種空間薄壁結構，自重較輕，與磚混建筑相比，可減輕結構自重50%以上，而整體結構強度上略有提升。

盒子建筑的結構體系如下：①無骨架整體裝配體系：適合低層、多層和小于等于18層的高層建筑，整體盒子結構一般由鋼筋混凝土在工廠預制完成，常用采用模板整體澆筑成型的方法，其整體剛度較大、安全性及耐久性較好；②骨架支撐體系：含空體框架、有平臺框架、筒體結構等類型。通常用鋼、鋁、木材、鋼筋混凝土作為結構支撐骨架，再用輕型板材圍合形成整體盒子。

2)低層模塊化預制混凝土裝配式房屋[7]。技術特點：①模塊化設計，戶型模塊化設計、可滿足多種戶型需求、空間百變；②標準化構件，標準化預制混凝土構件模塊化施工、全干法作業(yè)、耐久性好、抗震性能高；③裝配式施工，主體結構采用標準化構件機械連接、裝飾裝修采用裝配式集成裝修、運輸方便、施工速度快；④集成化裝修，集成化裝配式裝修、管線分離、安裝快捷、維修簡單。

該構件體系的施工工序如下：①預留基礎施工螺栓；②墻體安裝；③圈梁安裝；④樓板安裝；⑤女兒墻安裝；⑥集成管線預埋；⑦保溫層施工；⑧集成化內(nèi)裝；⑨外墻縫打膠；⑩外裝工程施工。

集成化內(nèi)裝包含以下內(nèi)容：①架空地面系統(tǒng)；②快裝地面系統(tǒng)；③集成采暖系統(tǒng)；④輕質(zhì)隔墻系統(tǒng)；⑤快裝墻面系統(tǒng)；⑥集成吊頂系統(tǒng)；⑦薄法排水系統(tǒng)；⑧快裝給水系統(tǒng)；⑨集成衛(wèi)浴系統(tǒng)；⑩集成廚房系統(tǒng)；套裝門窗系統(tǒng)；智能家居系統(tǒng)。

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