裝配式建筑正向設計原則與要點分析

卞成威

（上海君道住宅工業有限公司，上海 202012）

0 引言

近年來，裝配式建筑因其綠色節能、低碳環保、可有效促進建筑業實現產業化轉型升級等特點受到重視，2025年使裝配式建筑占新建建筑的比例達到30%，“大力推廣裝配式建筑”已成為國家重點規劃內容。

裝配式建筑在日本、歐美等國家已有超過50年的發展歷史，各方面技術理論和實踐經驗非常豐富，已形成各具特色、適合本國實際情況的裝配式建筑體系。雖然近幾年我國裝配式建筑行業出現爆發式增長，但仍處于起步階段，加之國內外建筑業實際情況不同，適用的規范也有較大差異，國外很多成功案例和經驗無法作為參考，裝配式建筑在國內的發展仍處于摸索前進的狀態，應用過程中也暴露出諸多問題。

裝配式建筑設計環節技術含量和難度最大，設計環節若出現問題，后續的構件生產、施工環節很難解決，設計環節起著龍頭先導的作用，決定著裝配式項目的質量、成本和效率。本文將對裝配式建筑正向設計各設計階段的要點進行分析，并進行歸納總結，設計人員應對相關內容有深入理解才能真正做到面向建筑裝配的正向設計。

1 裝配式建筑特點

裝配式建筑是指將建筑的部分或全部構件在工廠預制完成，運輸到施工現場，通過可靠的連接方式組裝而形成的建筑。裝配式建筑技術最初的目的是希望通過科學的方式進行合理地規劃建設流程，從而提高建設效率和質量，降低建設成本。因實際情況不同，不同國家形成略有差異的裝配式建筑體系，但“標準化”“預加工”“系統性”是所有裝配式建筑體系共同的特點。

1）標準化是工廠能夠實現大規模產業化生產構件的必要條件，而要實現標準化又需要先實現建筑模數的統一。因此在“二戰”后的十幾年時間里，國際上逐漸建立了一套評價構件規格的統一標準，包括材料、結構、公差、安裝要求等。

2）預加工是指構件提前在工廠生產，運輸到現場進行裝配，可提升建設速度，降低建設成本。從是否需要單獨進行設計的角度來看，構件大致分為2類：①不需要單獨設計可適用于絕大多數項目的通用型構件；②針對某個項目單獨設計的專用型構件。

3）系統性是指裝配式建筑的設計、生產、施工一體化，一體化有利于整合產業鏈資源，減少因各環節溝通不暢而引發的一系列問題，促進裝配式建筑良性發展。

2 傳統設計模式在裝配式建筑中存在的問題

傳統現澆建筑只有設計和施工2個環節，而且2個環節往往是獨立進行的，雖然也有聯系，但聯系并不是發生在工作進行過程中，而是在工作結束后交由下一個環節的單位進行審查，如設計單位圖紙完成后會交于施工單位進行圖紙會審。裝配式建筑增加了生產環節，同時設計部分也增加了深化設計環節，如果仍按傳統模式，則導致每個環節都是孤立的，僅是產業鏈上下游的關系。我國裝配式建筑的發展還處于初期階段，裝配式混凝土建筑各環節的專業人員尚比較稀缺，規范及標準體系也在逐步完善中。目前，大部分設計人員缺乏裝配式設計經驗，裝配式設計能力比較薄弱，在設計方面常出現各類問題。導致問題出現的原因如下。

2.1 外部原因

1）政策 初期階段，全國各地裝配式建筑發展水平不同，政府和當地相關企業的認識也存在差距，導致有些地方的政策缺乏科學性和合理性。

2）規范 目前我國裝配式相關規范尚未形成完善的體系，理論研究和實踐不足，與國外相關規范對比相對保守和謹慎。

3）結構體系 國內高層住宅基本采用剪力墻體系，但裝配式剪力墻結構體系在預制裝配方面仍存在一些障礙需要克服，國外高層建筑剪力墻結構采用較少，缺乏可借鑒經驗。

4）項目開發 業主方在項目開發階段沒有裝配式的概念，設計服務模式選擇上仍按照傳統設計模式進行委托，后期需要做裝配式時再強行拆分為裝配式建筑，導致設計協同不到位，集成設計內容缺項。

2.2 內部原因

1）裝配式設計意識缺乏 建筑和結構方案階段的設計師未遵循裝配式建筑規律和特點進行設計，給后續預制構件深化設計、制作、施工帶來困難。

2）協同設計不到位 裝配式建筑設計除要覆蓋設計院全專業外，還需覆蓋設計、生產、安裝全過程，任何環節的協同缺失均會導致設計出問題。

3）設計深度不足 深化設計圖紙需表達各專業內容，而且對于細節要求非常高，內容表達不完整、信息不明確等設計深度不足會導致后續環節出現問題。

4）生產和施工環節不熟悉 預制構件生產和安裝環節有很多約束條件，這些約束條件會反過來對設計造成影響，未遵循約束條件的設計圖紙在生產和安裝階段會出現很多問題。

3 正向設計的定義與優勢

裝配式建筑正向設計是指從方案階段就根據裝配式建筑的特點和規律，以“少規格、多組合”理念為指導，充分考慮后期生產和安裝的約束條件，利用BIM平臺，使各專業在統一模型中進行協同設計，同時要求構件生產單位、施工單位和其他相關單位（如精裝、幕墻單位）一起參與設計過程。由于裝配式建筑標準化、預加工、系統性的特點，很多步驟需前置到設計階段進行考慮，正向設計可將設計、生產、施工3個階段的方案和要求通過BIM平臺集成在一起，將生產和施工階段有可能遇到的問題前置到設計階段解決。正向設計的應用真正實現了設計的主導作用，使設計師在設計過程中所做的決策更加科學合理，依托BIM平臺優勢，建立完善的多專業溝通協調機制，規避不同專業間的設計沖突及傳統模式中設計、生產、施工相互推諉的現象。同時，依托BIM平臺三維建模出圖特點，不但可減少圖紙中的錯誤、節省出圖時間，還可保證各專業的一致性及后期變更的及時性。

4 正向設計原則與各設計階段要點

裝配式建筑設計人員需按照裝配式建筑規律和特點進行設計，遵循一定的設計原則，才能真正實現正向設計的目標和項目工期、成本等方面的效益。

4.1 正向設計原則

1）協同設計原則 裝配式設計應貫穿設計全過程，除設計院內部各專業外，構件生產單位、施工單位和相關裝修單位、幕墻單位等均應一起參與。外部單位需將相關預留預埋、管線、開洞等信息和其他約束條件及時反饋給設計單位，以免造成遺漏或錯誤。為達到協同設計目標，業主方在設計初期就必須與預制構件工廠、施工總包企業、精裝修單位、幕墻單位等達成合作，而不是按照傳統模式等到施工圖設計完成后再開始進行招標。

2）效益與效能原則 裝配式建筑的出發點是通過科學的方式合理規劃建設流程，從而提高建設效率和質量，降低建設成本。因此設計人員不能為了裝配而裝配，應以實現成本最優、提高生產和施工效率為出發點。

3）集成化原則 裝配式建筑不僅是主體結構構件的裝配，還包括內外圍護、裝修和設備管線。裝配式混凝土建筑設計應致力于集成化，如結構、保溫、裝飾一體化的外圍護構件，全裝修，集成廚衛，各專業管路集成化、整體收納等。

4）精細化原則 裝配式建筑圖紙必須完整、精細且深度足夠。設計精細是預制構件制作、安裝正確和保證質量的前提，是避免失誤和損失的前提。

5）標準化原則 國家大力發展裝配式建筑的目的是實現建筑業的產業化轉型升級，只有模數化和標準化的設計才能實現預制構件的工業化大規模生產。

6）一圖通原則 裝配式建筑設計增加了深化設計環節，而且構件生產單位是以深化設計圖紙作為唯一標準指導生產。深化設計圖紙應表達所有專業所有環節對構件的要求，提供該構件完整詳盡的圖樣。

4.2 各設計階段要點

1）方案設計階段 與業主方溝通，從裝配式最優化角度出發，根據項目特點、定位、成本等要求綜合分析，提出合適的裝配式建筑結構體系、預制構件布置范圍、預制構件類別、預制率計算表及裝配式結構構件連接方式等。根據裝配方案和工藝特點確定平立面、保溫體系、工業化應用等設計內容，平面設計應與建筑功能相適應，遵循預制構件“少規格、多組合”的設計原則。立面設計宜考慮一體化集成設計，這是裝配式建筑最難也是最出彩的部位。

2）初步設計階段 在方案設計的基礎上進一步完善裝配體系方案，需各專業進行協同設計，初步完成平、立面的拆分，確定預制構件的外形尺寸和重量，完成連接節點的通用詳圖，核定各項裝配式指標，初步統計工程量和造價。

3）施工圖設計階段 除常規施工圖設計內容外，各專業的內容都應該落實到裝配式設計內容中，與裝配式有關的外部單位，如門窗、幕墻、精裝也需進行集成設計。此階段需要完成平、立面拆分圖，詳細的預制率計算表格，典型構件制作、運輸、吊裝工況計算書及節點連接計算書等。

4）深化設計階段 根據施工圖審查合格的設計文件（包括建筑、結構和設備各專業）、以及構件制作和施工各環節的綜合要求進行PC構件深化設計，協調各專業和各階段所用預埋件，確定合理的制作和安裝公差等，其內容和深度應滿足構件加工要求。

以上4個階段設計單位是絕對主導，其他相關單位配合，除此之外，還有前期策劃階段和后期配合階段需要設計單位的參與。前期策劃階段對項目的實施起到十分關鍵的作用，設計單位應積極配合業主方理解政策和指標的要求，調研產業鏈上的供方資源，考察已有項目實施情況，分析項目特點和優劣勢。后期配合階段是保證項目順利實施的關鍵，設計單位要對構件生產企業和施工單位進行詳細交底，讓構件生產企業和施工單位更好地理解設計意圖，并要積極參與實際生產和施工過程，對一些關鍵節點進行指導，保證項目按照設計目標實施。