装配式居住建筑标准化设计方法探究

白文辉 贺一烽 陈伟宏

(1.绍兴文理学院 土木工程学院,浙江 绍兴 312000;2.同创工程设计有限公司,浙江 绍兴 312000)

0 引言

装配式建筑的建造方式是标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修和信息管理的工业化生产方式，它从根源上针对传统建造方式的不足进行了完善和补充.装配式建筑有利于实现建设参与方的高度协同，有利于改善建设工程质量、缩短建设周期、减少施工安全隐患、降低扬尘和建筑垃圾等[1]，充分体现了当前我国“创新、协调、绿色、开放、共享”的可持续发展理念.

由于传统设计模式面向的是现场施工阶段，很多问题只有在施工阶段才能够暴露出来.装配式建筑设计要解决的问题就是把施工阶段的问题提前暴露在设计和构配件生产阶段，并及时处理.现浇与预制装配是两种不同的建造工艺，它们所涉及的建筑设计逻辑、预制构件(部品)生产和运输、现场施工及建筑产品的评价体系等并不相同.简单地用等同互换的设计方式和工作模式是不可能做好装配式建筑的.只有将传统的建筑设计思维转变为各专业协同下的标准化设计思维，才是装配式建筑成功的必要要素[2].以下结合装配式建筑技术体系的要求、工程调研中暴露出的主要问题和经验，探讨装配式居住建筑工程标准化设计的方法.

1 国内装配式建筑设计现状

装配式建筑通常由设计公司根据业主要求设计出建筑图纸、预制构件(模块)加工图和部品选配图.在设计预制构件(模块)和选配部品时，首先使部品和预制构件(模块)符合模数要求且种类最少，其次还要考虑工厂的机械怎样生产、未来在施工现场如何吊装、模块之间如何连接、连接点的安全性和防水性能等问题.装配式建筑设计是要提前解决传统设计在预制构件(模块)生产阶段、现场施工(安装)阶段出现问题[3].

目前国内采用装配式施工的项目基本上都是先由建筑设计院按照现浇施工方式完成建筑、结构、机电和给排水等各专业施工图，然后施工单位根据设计图纸找到有资质的咨询机构(或预制构件厂)进行深化设计(又叫二次深化设计)(见图1).所谓深化设计，即针对拟采用的装配式施工构件在制作和施工过程中的工况进行荷载不利组合验算和预制构件的大样图设计，就是把原现浇结构及构件拆分成装配式构件的过程.把本来不是按标准化设计的建筑硬拆成装配式，究其原因一是响应地方政府政策凑装配率，二是设计行业缺少相关法规和标准，三是传统建筑设计行业不懂装配式建筑的设计方法.

图1 国内装配式建筑设计模式

2 装配式建筑设计方法和原则

2.1 标准化设计

建筑标准化设计有两层含义：一是确定标准化的设计模式，包含技术标准与模块设计；二是建立标准化的产品体系.标准化设计是建筑工业化发展的根本基础，其核心就是要创立一套具有适应装配式建筑工业化生产和建造的模数及模数协调原则.采用装配式施工的建筑，平面设计中的开间与进深尺寸应采用统一模数尺寸系列，并尽可能优化出利于组合的尺寸规格.居住建筑设计是以户型为基本单元，户型单元的设计通常采用模块化组合的方法.

在标准化设计过程中，通过研究居住建筑的使用功能、建筑采用的结构体系、结构构件和部品件的协调等要素设计创立模数网格，模数网格应充分考虑结构构件和部品件的安装尺寸和误差[4].建筑基本单元、构件、建筑部品的重复使用率高、规格少、组合多等要求，决定了装配式建筑必须采用标准设计.

2.2 设计原则

《装配式建筑评价标准：GB/T51129—2017》对标准化设计的建筑单元、预制构件和建筑部品的重复使用率等项目的标准化程度有明确的指标要求，在同一项目中对相对复杂或规格较多的构件，同一类型的一般控制在3个规格，对于简单的构件用一个规格，以体现该项目的标准化程度.[5].

装配式建筑采用的是工业化的建造方式，这有利于推进建筑产业链的健康发展.解决工业化建造过程中出现问题的关键就是在项目的全过程进行标准化设计，并促使其实现建筑产品的标准化与规范化.故装配式建筑设计应采用标准化、模块化、系列化的设计方法，遵循“少规格、多组合”的原则.

3 装配式居住建筑模块化设计

建筑模块化设计是以基本单元或基本套型为模块进行的组合设计.在装配式住宅的平面设计中，运用模块化的设计方法，将优化后的套型模块与核心筒模块进行多样化的平面组合，形成满足不同需求的住宅设计(见图2).

3.1 户型模块设计

户型模块可分解成起居室、卧室、门厅、餐厅、厨房、卫生间、阳台等功能模块，这些功能模块既相互独立又相互联系，各功能模块应具有“接口、功能、逻辑、状态”等属性.其中“接口”为各功能模块之间共享的构件，其不仅是建筑系统中的一部分，还是户型之间进行串并联设计的媒介[6].户型模块在考虑系列化要求的情况下要进行精细化设计，同系列套型间应具有一定的逻辑及衍生关系，并预留统一的接口，便于将这些有着统一接口设计的标准户型模块组合成多样化的平面模块.

图2 户型标准化设计和单元平面设计

户型模块按照标准模块和可变模块设计.在对套型的各功能模块进行分析研究的基础上，通过设计集成与灵活布置功能模块的方法，建立如卧室类的标准模块，根据项目需求定制如门厅类的可变模块.可变模块平面尺寸相对自由，尺寸调整灵活，便于进行多样化的组合(厨房+门厅的组合等)[7-8].

3.2 核心筒模块

核心筒模块主要由楼梯间、电梯井、前室、公共廊道、候梯厅、设备管道井、加压送风井等各功能分模块组成，其设计应满足使用功能及规范要求.应合理确定各分模块的空间尺寸以及相互间的合理布局，并根据使用需求进行标准化设计，满足使用要求、规范要求、经济性要求.核心筒模块设计应考虑以下因素：

(1)在满足国家相关规范的基础上，从使用的安全性和交通的便捷性出发，考虑舒适性和经济性，合理布局各功能模块.

(2)电梯的设置是核心筒设计的一个重要部分，其数量、规格、组合方式等将直接影响建筑的使用和品质.

(3)楼梯的设计应满足疏散要求，合理设置楼梯的位置与数量，最大程度节约公共交通面积，提高使用率.楼梯应实现标准化设计，方便后期进行工厂化预制与装配化施工.

(4)前室、候梯厅、公共廊道等的设计影响人们使用的舒适度，前室和候梯厅应有良好的采光通风条件.

(5)设备管井应考虑机电设备管线的集中、合理布置，以节约面积，同时预留检修空间.功能安排上应考虑强弱电设备管井不共用、强电不与水暖管井相邻、排烟井尽量设置在角部、公共卫生间与开水间尽可能靠近水管井等要求.

3.3 平面设计

建筑平面设计是装配式建筑设计中最重要的阶段.首先对用户需求进行分析，然后采用拼合方法将标准户型模块进行拼合，组成户型、楼梯间、电梯间、前室、走廊、 空调板、水暖井等一个完整标准平面组合模块(见图3, 图中A、B、C和D分别代表按住户需求分析设计的标准户型模块A型、B型、C型和D型).最后对建筑平面模块、构件和部品模型进行协调设计，实现无碰撞的检测目标.

图3 户型模块组合平面模块示意图

组合后的装配式混凝土建筑平面模块不仅要符合结构选型要求，而且其平面形状和构件的布置对结构抗震性能影响很大.首先要符合现行建筑抗震设计规范的相关规定.其次，平面形状规则性也会影响结构安全及经济合理性，宜选用以结构单元空间为功能模块的大空间平面布局，合理布置柱、墙及核心筒位置.公共交通空间宜集约布置，竖向管线宜集中设置管井，满足使用空间的灵活性和可变性要求.

3.4 立面设计

装配式居住建筑的立面是标准化预制构件和构配件立面形式装配后的集成与统一.根据技术策划的要求最大限度考虑采用标准化预制构件，并依据“少规格、多组合”的设计原则尽量减少立面预制构件的规格与种类.可利用标准化构件的重复、旋转、对称等多种组合方法以及高重复率的标准层组合方式，实现立面外墙构件的标准化和类型的最少化.再通过外墙肌理及色彩的变化，同样可以呈现出多种设计逻辑和造型风格，实现建筑立面既有规律性的统一，又有韵律性的个性变化.

4 结束语

装配式居住建筑设计采用标准化、模块化的设计方法，遵循“少规格、多组合”的原则，将厨房模块、卫浴模块、居室模块、阳台模块等基本单元模块组合成户型单元模块，再将户型模块、廊道模块、核心筒模块组合成标准层模块，最终形成满足重复率高、规格少、组合多的模块化建筑设计，既提高了效率，又节约了设计成本.装配式居住建筑标准化设计不仅要在建筑设计方面运用模块化设计思维，还应将结构、机电、装修等方面纳入模块化考虑范围.探求与居住建筑模块化相适应的居住建筑结构模块化设计方法，有利于建筑工业化发展，有利于整个建筑产业化生产链的形成.