住宅工业化设计及农村住宅建构研究

刘 博，张廷瑜，张 挺，田 兴，王晨轩

(四川仁铭住工建筑设计有限公司，四川 成都 610015)

1 住宅平面模块化设计

住宅平面模块化的思路是在对大量住宅平面、部件、立面、相关技术进行梳理、分析、研究的基础上，将住宅平面的构成划分为一系列功能、结构相对独立、可互换的基本模块；通过对基本模块的设计拼装、组合形成标准化、系列化的扩展模块。依据住宅户型的各部分功能空间差异，区分为基本模块、扩展调整模块，基本模块主要包含厨房、卫生间、卧室、客厅，扩展调整模块主要包含门厅、餐厅、储藏室、过道、书房、衣帽间、阳台等；模块化设计的方法就是将成熟的基本模块与扩展调整模块依据功能逻辑进行组合，快速设计出满足不同面积区段、不同平面形态的住宅户型；这种方法能缩短设计周期、提升住宅设计品质、保证设计质量和效率。

2 住宅设计标准化

住宅设计标准化的基础是各功能部品模块化分解，包括住宅平面设计的模块化分解、住宅立面设计的模块化分解、住宅室内设施的模块化分解三个方面，共同组成住宅设计的标准化。住宅平面设计的标准化(模块化分解)主要包含以下方面：入户门及入口、客厅和餐厅的设计、卧室设计、厨房设计、卫生间设计、过道设计、储藏间设计、阳台露台设计；住宅立面设计的标准化(模块化分解)主要包含以下几个方面：立面风格的设定、立面材料的选择、立面门窗洞口的设置、空调机位的整合、阳台露台立面优化；住宅室内设施(含家具部品)的标准化(模块化分解)主要包括以下方面：厨房设施、卫生间设施、生活阳台设施、客厅设施、卧室设施、餐厅设施、书房设施、衣帽间设施、储藏间设施、门厅过道设施，涉及到的技术专业包含建筑、结构、给排水、电气、暖通。

住宅设计标准化的作用[1-2]：①形成开发企业的标准产品库，提供满足市场需求的住宅产品；②对工程项目规模、内容、建造标准进行控制，实现项目成本控制的可行;③实现产品的预期使用功能及产品质量的可控性;④提供项目设计所需求的各种指标、计算数据，实现设计进程的可控性;⑤能有效降低工程造价、控制工程投资、控制工程实施进程，加快建设速度;⑥减少设计工作量及设计缺陷、提高设计质量和效率;⑦能充分结合建筑工业化、装配化设计和施工，实现建筑部品的工业化、装配化，提升住宅产品质量和生产效率。标准化是实现建筑工业化中的重要手段，是工业化的前提和基本方法，部品的标准化、预制化是标准化的主要手段，关系到建筑工业化的效率和成败。

3 地产开发住宅设计标准化体系

随着房地产开发市场的发展，选择“高周转、标准化”的房地产企业，业绩增速普遍较快，从市场、客户、企业自身发展等多方面考虑，加强对住宅产品标准化体系的研究具有重要意义。典型的住宅产品开发标准化体系包括产品技术标准、标准产品(户型)库、产品创新研究、管理制度创新[3]。

产品技术标准分为设计标准和技术措施，设计标准用于控制和评判产品的品类设置和保证设计质量，技术措施主要针对通用做法、节点的技术指导，需符合设计规范和项目建设的要求，同时与成本、工程、营销要求一致。标准产品(户型)库是满足客户不同需求的技术措施、产品系统的基础。一般分为全面覆盖型与重点通用型，具有多样性、灵活性、便捷性、开放性的特征。产品创新研究指通过对行业内的新技术、新产品做前瞻性研究，引入各种新的技术手段和技术平台，比如BIM技术、装配式建筑、AR技术、信息化管理平台等，应对未来市场需求的变化。管理制度创新是标准化产品研发体系搭建、升级过程的保障和依据，其基本特征应具有简洁、清晰、可量化性及可复制性。

4 住宅设计工业化

工业化住宅建设是建立在住宅体系标准化和住宅部品系统化基础上，以住宅产品设计的标准化、住宅部品生产制造工厂化、项目施工机械化、住宅全生命周期信息化管理为特征；采取由标准部品组成标准房间，再由标准房间组合成标准套型，最后由标准套型组成标准户型的手段的新型住宅建构体系。与传统现浇构件方式相比，工业化装配式构件方式具有节能环保、绿色施工、节约劳动力、施工速度快、产品质量高等优点，能最大限度满足“新型绿色智能化建筑”的需求[4]。其技术内涵[5]主要如下。

1)合理的工业化住宅设计、生产、施工体系是发展住宅工业化建造的前提，合理的预制装配式结构构成体系和高性能的围护、分隔、内部装修体系是其中的关键因素。

2)标准化、系列化、商品化住宅部品配置需满足工业化建造的标准和统一要求，同时满足市场化的多样性需求；住宅建造所需各类部品、构件的规格系列化、标准化是实现预制部品工业化生产的前提。

3)以标准化、模数化为基础的住宅设计是实现住宅部品系列化、商品化生产的前提条件，是住宅产品得以实现工业化建造的关键。

4)住宅各分部部品的工业化制备和体系化装配式施工工艺是保障工业化建造的基础，是提高工程建构质量和整体性能的关键步骤，需要各种专用施工、安装机械设备的不断升级。

5)信息化管理(BIM)能保障住宅建造阶段项目参与各方的信息传递更加快捷、准确，提升住宅后期使用与维护的方便性。

基于模数化、标准化、系列化部品的工业化住宅设计方法的设计、建构体系为：基于定型化的工业化住宅产品体系，由建筑师从产品库中选择合适的产品进行组合，再根据产品的性能要求选用标准化、系列化的建筑部品，设计出满足要求的基本建筑方案；然后由结构工程师根据住宅应有的结构性能，选用标准化系列化结构部品组成的结构模型，验算各部品是否满足结构性能，直至满足为止；水暖电等其他专业工程师根据建筑部品中已集成为一体的设计布置提出整体方案；最后由施工单位根据部品清单到市场购买住宅部品，运送至项目现场，进行部品装配、建成预期的建筑产品。

基于模数化、标准化、系列化部品生产、施工的工业化住宅设计需解决的主要问题如下：①研发可采用工业化生产方式建造的工业化住宅建构体系，如SI百年建筑体系；②解决工业化住宅的标准化与多样性、个性化的矛盾，以标准化为前提实现多样性与个性化的结合，通过分析建筑中标准化的基本单位、采用异形构件组合的方式实现建筑的多样性；③形成标准化系列化的部品体系、并实现产业化：通过标准设计、模数协调、规模生产、配套供应、技术集成、系列开发的建构体系的建立，实现建构部品设计、生产和供应的标准化、系列化、通用化。

5 新农村住宅建设新型建构体系

新农村住宅建设具有大量性、可复制性，能很好地跟建筑工业化结合，采取工厂预制与现场安装配合的建构方式。考虑到农村住宅建设运输、施工条件的限制，推荐以下两种建构体系(见图1)。

图1 骨架支撑体系盒子房屋

1)骨架支撑体系盒子房屋。采用该体系建构的农村住房可采用轻质钢结构、木结构作为骨架支撑，结合金属板材、复合水泥板材、改性木质板材等作为外围护体系，内部隔墙系统采用轻钢板材系统或轻质墙板，预留水、电、暖管线、设备系统，有条件的可以复合房屋内部装修。

盒子建筑是指用工厂化生产的盒子状构件组合而成的全装配式建筑，构件由顶板、底板和四面墙板组成，因其外形与盒子相似，故称“盒子构件”[6]。这种盒子依据建筑功能和结构体系对建筑进行分解，形成以房间为基础单元的装配式盒装单元(一种空间模块)；每个单元内部的设备、管线、装修、固定家具均已做好，外立面装修也基本完成；然后将这些箱形的整体构件运至施工现场，就像“搭建积木”一样拼装在一起，或与其他预制构件及现浇构件相结合建成房屋；施工现场仅需要完成盒子就位、构件之间的连接、管线连接等总体工序，大量减少施工现场的湿法施工作业。这种新型建构方式可以建成单层、多层或高层房屋建筑。

盒子建筑构件体系的优点主要有：①施工速度快，同现浇建筑相比可缩短施工周期50%～70%；②装配化程度高(装配率可达85%以上)、便于拆卸，水、暖、电、卫等设施安装和房屋内部装修都由工厂预制完成，施工现场完成构件吊装、节点处理、接通管线就能使用；③混凝土盒子构件是一种空间薄壁结构，自重较轻，与砖混建筑相比，可减轻结构自重50%以上，而整体结构强度上略有提升。

盒子建筑的结构体系如下：①无骨架整体装配体系：适合低层、多层和小于等于18层的高层建筑，整体盒子结构一般由钢筋混凝土在工厂预制完成，常用采用模板整体浇筑成型的方法，其整体刚度较大、安全性及耐久性较好；②骨架支撑体系：含空体框架、有平台框架、筒体结构等类型。通常用钢、铝、木材、钢筋混凝土作为结构支撑骨架，再用轻型板材围合形成整体盒子。

2)低层模块化预制混凝土装配式房屋[7]。技术特点：①模块化设计，户型模块化设计、可满足多种户型需求、空间百变；②标准化构件，标准化预制混凝土构件模块化施工、全干法作业、耐久性好、抗震性能高；③装配式施工，主体结构采用标准化构件机械连接、装饰装修采用装配式集成装修、运输方便、施工速度快；④集成化装修，集成化装配式装修、管线分离、安装快捷、维修简单。

该构件体系的施工工序如下：①预留基础施工螺栓；②墙体安装；③圈梁安装；④楼板安装；⑤女儿墙安装；⑥集成管线预埋；⑦保温层施工；⑧集成化内装；⑨外墙缝打胶；⑩外装工程施工。

集成化内装包含以下内容：①架空地面系统；②快装地面系统；③集成采暖系统；④轻质隔墙系统；⑤快装墙面系统；⑥集成吊顶系统；⑦薄法排水系统；⑧快装给水系统；⑨集成卫浴系统；⑩集成厨房系统；套装门窗系统；智能家居系统。

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