建立有效的預制裝配式建筑項目設計管理制度和方法研究

余民

建筑產業現代化的核心是融合信息化技術的新型建筑工業化，是建筑業實現可持續發展和轉型升級的必然選擇。為在本企業開發項目管理中進一步推行預制裝配式建筑的全過程標準化設計和一體化集成設計，本文將技術和管理相結合，對裝配式建筑設計各方面工作進行梳理總結，運用產業化思維探索建立一套適合裝配式建筑項目的、科學合理的設計管理制度和方法，促使項目在研發、設計、生產、施工、裝修等各個環節形成完整的協同機制，從而有效提高開發效率、建設質量和經濟效益。

一、企業開發項目概況

本公司開發建設的“深圳市國際生命科學產業園”項目是一個建筑規模為110 多萬m2的大型產業城市科技綜合體項目，位于深圳市龍崗區南灣街道上李朗片區，包括研發、物流、宿舍、商業、醫療等多種業態，需要根據建筑不同類型、功能以及高度等特點，采用適宜、可靠、高效的裝配式建筑結構體系進行分期開發建設。其中，宿舍、醫療、高層研發（物流）用房建筑采用裝配整體式框架-剪力墻結構，超高層研發用房建筑采用裝配整體式框架-核心筒結構（鋼-混組合結構）。該裝配式建筑結構體系的預制構件包括：外墻掛板、樓梯、疊合樓板、疊合梁、陽臺板、空調板、預應力構件以及集成部品部件。

二、項目設計管理原則和目標

為落實本企業開發項目中有關裝配式建筑技術評分的各種專項要求，需要對整個項目不同階段充分了解和各部門、各專業的密切配合，強化設計對部品部件生產、安裝施工、裝飾裝修等環節的統籌，建立產業鏈一體化和全過程一體化的裝配式建筑體系理念，明確項目設計管理原則和目標。

一是按照系統的思想將結構系統、外圍護系統、內裝系統、設備與管線系統進行技術集成，落實預制構件的科學拆分、節點處理的標準化；二是通過BIM技術在裝配式建筑中的一體化集成應用，實現工程建設項目全生命周期數據共享和信息化管理；三是采用模塊化、標準化設計方法，與構件加工生產、施工工藝形成配套設計，提高生產效率、降低工程造價，同時發揮生產和施工工藝的特點滿足裝配式建筑形式多樣性和創新性的要求。

三、項目技術要點把控

預制裝配式建筑與傳統現澆建筑方式相比，具有質量可控、成本可控、進度可控等多項優勢，要求具備工業化建筑設計理念，其設計成果與整個建設項目的投資效益密切相關。為在本企業項目開發建設中更加充分地發揮這些優勢，需要對裝配式建筑項目的技術措施要點進行有針對性的分析和把控。

1.總體規劃設計

裝配式建筑總體規劃設計除了需滿足項目《建設用地規劃許可證》上的退線、間距等規劃條件和國家規范及建設標準外，應對項目定位、技術路線、成本控制、效率目標等作出明確要求，優先考慮采用模塊化建筑單元開展總規設計，并根據科學合理、經濟安全的原則考慮施工組織流程。在總平面設計中，應充分考慮項目所在區域的構件生產能力、施工裝配能力、運輸通道的設置和起重運輸設備服務半徑所需空間，合理安排預制構件的臨時堆放場地，選擇合適的塔吊數量、定位和型號，準確控制構件的運輸環節，提高施工效率，確保施工工序的有效銜接，加強施工組織的安全性和便捷性。

2.平面設計

裝配式建筑平面設計在滿足使用功能的基礎上，應綜合考慮有利于裝配式建造的各方面因素，基于模數協調原則進行標準化、定型化設計，以提高項目工程質量、建造效率及控制成本造價。主要技術措施包括：一是建立標準化的部件、功能和空間模塊，通過模塊化的多組合應用，增加模塊單元、構件和部品的重復利用率；二是優化模塊的尺寸和種類，加強建筑與部品和部品之間的模數協調，實現部品的集成化和工業化生產；三是考慮各功能空間的使用尺度和建筑全壽命期的空間適應性，在模塊協調原則下實現土建與裝修一體化；四是滿足生產工藝、交通運輸和施工設備的要求，使建筑達到規范化、系統化標準。

3.立面設計

裝配式建筑立面設計應結合建筑美學和力學性能，根據裝配式建筑的建造方式和結構形式特點，著重對各種預制構件的生產和制造進行可行性分析，充分發揮外墻構件的裝飾作用，通過外墻構件的自由變化、靈活組合及平面組合設計實現新穎多樣化的建筑立面效果。預制飾面外墻板宜采用反打一次成型工藝，以涂料、面磚、石材、陶板等不同飾面材料展現項目的市場定位和形象定位，既可體現裝配式模塊化建筑立面特征，又可減少現場施工材料的浪費、縮減施工工期、降低建造成本。此外，應考慮預制外墻板接縫設計對外立面造型的影響，預制構件端部銜接部位的接縫應滿足結構、熱工、防水、防火及建筑裝飾等要求，做到結構合理性和建筑效果的統一。

4.預制構件設計

建筑工業化深化設計的核心是預制構件的設計，為保證裝配式建筑工程質量，降低預制構件建筑結構整體性的不利影響，應堅持模數化、標準化的設計原則，盡可能減少構件的類型，使構件做到精確化和標準化，有利于提高工程造價管理的效力。設計時應充分發揮建筑工業化的相對優勢，綜合考慮當地的構件吊裝、運輸和加工生產能力，注意構件成品的生產可行性、安全性、便利性，尤其要具有良好的耐火性和耐久性。為確保裝配式建筑符合結構安全和施工使用要求以及調整、復核等方面的工作需要，應及時組織各方參與主體共同討論確定方案，避免建筑預制構件與結構鋼筋、水電埋管等產生碰撞或各專業相互之間發生沖突，并做好配件工具和施工措施的深化設計，滿足各方面的技術要求。

5.構件連接節點設計

裝配式建筑結構連接設計中有一條重要的原理是等同原理，通過采用可靠的連接方式和必要的結構與構造措施，使裝配式混凝土結構與現澆混凝土結構的效能基本等同。而實現等同效能，結構構件的連接方式則是滿足建筑結構安全要求的最重要、最根本的保障：一是需保證連接節點的結構安全性能，通過鋼筋之間的可靠連接將預制構件與現澆部分有效地連接起來，使整個裝配式結構與現澆實現等同；二是需根據技術規范和項目具體情況進行加強和調整，確保預制構件與現澆混凝土的可靠連接，包括鋼筋的連接處理和新老混凝土接合面的連接處理，使預制構件的受力與傳力合理明確；三是需考慮節點位置防水、防火和節能保溫等功能要求，為有效防止外墻滲漏，防水薄弱部位應采用構造防水和材料防水相結合的做法，構配件組裝部位的構造節點與材料選用應滿足建筑的物理、力學、耐久及裝飾性能的需求。

6.構件拆分設計

預制構件的科學拆分是裝配式建筑標準化設計的關鍵環節，對項目開發建設將會產生重大影響，集中表現在建筑的使用功能、平立面、主體結構受力狀況、預制構件承載能力、成本造價等方面。構件拆分應遵循模數協調原則，選擇適宜的預制構件尺寸和重量，優化構件種類和拆分位置，組裝成形式多樣的結構系列，做到受力合理、連接簡單、施工方便、少規格、多組合，使建筑部品實現通用性和互換性，保證項目在功能、質量、技術和經濟等方面獲得最優方案。影響構件拆分設計的主要因素包括：節點科學合理；構件標準化設計；工廠生產、構件運輸和現場吊裝；便于現場施工、減少施工措施；降低綜合成本、實現成本可控。

7.構件加工詳圖設計

除了完成施工圖設計以外，預制裝配式建筑還需要進行構件加工詳圖的設計。構件加工詳圖是工廠生產制作的依據，拆分后所有預制構件的主體結構構件以及非結構構件均需進行節點構造詳圖的設計，主要包括：將建筑、結構、給排水、電氣、暖通等各專業、各環節對預制構件的所有要求集成到構件加工詳圖上；對制作、運輸、堆放、安裝等各個環節荷載作用下的預制構件進行承載能力和變形、裂縫驗算；考慮吊點、堆放支撐點、構件吊裝等環節需要的預埋件設計等。此外，應用BIM 技術，利用其強大的智能出圖和自動更新功能可有效提高深化設計的效率和質量。

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8.設計成本控制

裝配式建筑的設計階段是項目全過程成本控制的重中之重，需要將動態的成本控制貫穿于整個項目設計過程中，及時調整成本不是最優的設計，其中，標準化、模數化是裝配式建筑增量成本的關鍵因素。裝配式建筑設計的合理性和經濟性受生產、運輸、施工等環節的制約和影響，應盡量降低綜合單價，使項目整體費控目標的順利實現得到保證。

實踐證明，以工業化、標準化的思維進行技術策劃和建筑設計，可有效提高構件標準化程度和模板周轉次數、減少現場施工措施費；根據不同的地質條件、建筑類型等要求選擇不同的預制形式，科學合理拆分構件，使預制部分和現澆部分達到合理的比例，能有效提高生產效率、降低施工難度，取得較好的經濟效益；對單個構件重量進行合理控制，可有效降低塔吊費用、提高安裝效率；引用BIM（建筑信息模型）技術優化裝配式建筑的整體方案和資源配置，完善建筑設計與施工流程，依托高質量的設計施工方案能有效降低項目建造成本。

四、統籌安排各階段設計管理工作

預制裝配式建筑具有標準化設計、工廠化生產、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理、智能化應用等新型建筑工業化特征，運用產業化思維實施專業化協同運作，從而完成高質量的裝配式建筑設計工作，已成為目前房地產開發的必要條件，這需要把控好項目設計管理原則和各項技術要點，清晰界定各部門的工作職責，統籌安排各階段設計管理流程等方面的工作。

1.技術策劃階段（本企業換發新土地證階段）

根據企業策略確定項目定位，包括產品風格、產品配置、產品配比和部品標準等，綜合考慮生產工藝、施工技術水平和工程質量、安全、造價、工期等因素，論證選用適合的裝配式建筑結構體系、應用部位和應用比例，統籌規劃，從整個產業鏈的角度考慮設計、生產、運輸、施工、安裝和后期運行維護工作；明確裝配式建筑相關控制指標，包括技術評分指標、計算方式；落實政府相關鼓勵政策，包括稅收、信貸、墻體材料基金返退、容積率獎勵等。

制定針對本企業項目的技術路線和實施方案，充分考慮各種業態定位、外部條件等影響因素，提升標準化程度，有效降低建造成本，為下一階段設計工作提供參考依據；組織對裝配式建筑項目進行專家論證和技術咨詢，使各參建單位形成協同合作機制；在方案設計階段前需確定構件加工深化設計單位和精裝、幕墻單位，深化設計單位和精裝、幕墻單位在整個設計階段應全過程參與。

2.方案設計階段

初步確定裝配式建筑基本內容并進行預評價，包括建筑結構體系、建筑構件類型、建筑標準化部品部件應用比例、裝配體系是否超限，裝配體系對建筑容積率的影響等；開展多套預制構件標準化率組合方案的評選、優化，包括經濟指標、施工情況（運輸、吊裝、安裝、進度）等，并進行相應的機電、室內、幕墻等方案評選。同時，考察項目所在地的預制構件加工廠，重點考察生產質量、生產效能，不同預制構件加工廠的產能及拆分手法會有所不同。

3.初步設計階段

應遵循模數化、標準化、集成化等設計原則，按照技術規范和標準并結合各專業技術要點進行協同設計，主要包括：確定建筑底部現澆加強區的層數和標高；優化預制構件關鍵節點連接、裝配式施工技術，充分考慮機電設備專業各種管線、設備的預留預埋，選擇合適種類的預制構件；對項目開展專項經濟評估與評價，分析影響工程質量、開發進度和建造成本的因素，制定合理的技術措施；組織并準備裝配式建筑設計專項評審，對于裝配式超限結構，需先完成超限工程抗震專項審查；確定裝配施工過程相關參數，如最大吊裝重量、塔吊布置、吊裝方式、構件運輸等，預制構件堆場及吊裝需方便經濟，預制構件生產和運輸采取就近原則。

基于生產效益最大化原則，從建筑模塊化裝配著手，利用BIM 技術的參數化設計和性能模擬分析提高建筑性能和設計質量，建立預制裝配式結構體系，通過基于BIM 的協同工作平臺等方式協調各專業間設計并指導出圖。在項目初步設計完成后，進行裝配式建筑設計階段技術評分，編制裝配式建筑項目實施方案，對技術指標、結構類型、預制構件種類、裝配式施工技術等內容進行專篇說明。

4.施工圖設計階段

以初步設計階段制定的技術措施為基礎和依據，落實《深圳市裝配式建筑評分規則》各項技術要求，根據生產企業提供的預制構件、內裝部品、設備設施等相關設計參數采取一系列技術措施，進一步加強產品構件的標準化、通用化和功能空間的模塊化。施工圖設計應有預制裝配式建筑專篇內容，包括裝配式建筑結構體系、標準化率、預制構件的種類和規格、主要結構構件的連接方式等，對可能存在的重大風險控制進行專項設計，結構計算書應包括構件脫模及埋件驗算、吊裝驗算、裝配式結構節點驗算專篇。

落實確定構件拆分方案，組織各專業協作配合完成構件平面、立面拆分圖，對立面裝飾線條及外墻飾面分縫等進行調整確認；充分考慮各專業的預埋預留要求，優化連接節點處的防水、防火、保溫、隔聲等構造做法；確定預埋件、欄桿、門窗、百葉、空調及機電設備等部品、部件的做法及位置，組織提供構件加工招標圖紙。此外，在施工圖設計階段前，需要按照項目總體開發計劃節點確定EPC 工程總承包單位，總包單位應具備裝配式施工能力，并參與設計過程。

5.構件加工深化設計階段

預制構件加工深化設計是將各專業設計要求進行集合反應的過程，需要加強各專業協同設計，保障構件加工制作。預制構件生產前，應綜合考慮整個后續構件的生產和安裝、各專業施工及各專業功能的實現，完成預制構件的高度集成化設計。預制構件拆分的位置和尺寸等信息，可根據施工運輸設備、吊裝設備和道路條件等因素，結合預制構件廠家的生產條件，按標準模數確定。

預制構件深化設計的深度應達到各專業技術要求，符合生產、運輸、安裝等的全過程一體化要求。建設單位應對項目的實際需求進行充分考慮，組織主體工程設計單位對深化設計圖紙進行審核確認，深化設計需滿足原設計要求；組織總包施工單位、構件廠家對深化設計圖紙進行審核確認，提高深化設計質量，包括確認安裝、預埋方案和運輸、吊裝方案，并制定施工組織計劃；指導構件生產廠商進行模具設計及制作，把控工廠加工的精度及準確性等。

6.施工配合階段

在正式施工前，推薦高效工法、驗證典型節點，組織各單位進入預制裝配式準備工作；控制預制構件的運輸、堆放和現場施工安裝的規范化，避免運輸、堆放對已完工的地下室頂板造成結構破壞；關注預制構件的運輸路線、現場到位時間、吊裝及構件連接工藝和精度。

五、結語

隨著建筑產業化的不斷發展，以產業化思維方式的變革推進建筑業轉型升級，必將促使中國建筑業從數量時代向質量時代邁進。因此，運用產業化思維建立科學合理的預制裝配式建筑項目設計管理制度和方法，貫徹落實產業鏈一體化和全過程一體化的裝配式建筑體系理念，既可為企業拓展全產業鏈視野、樹立產業化思維模式、提升創新性研發能力提供有益的管理經驗，又可作為企業不斷積累裝配式建筑項目管理經驗的有效途徑，以期能夠進一步促進裝配式建筑的發展，對深圳市建筑業供給側結構性改革和新型城鎮化發展起到推動作用。