基于精益建造理论的工程项目设计优化探讨

张爱环 陈赟豪

建筑结构设计是否合理直接影响工程质量和成本支出，为此必须提高对建筑结构设计的重视程度。设计优化即以充分识别业主、客户所需为前提，梳理并明晰项目交付标准，通过多专业深度融合，删除多余工序、多余产品功能造成的浪费。采用优化技术在保证建筑结构基本功能的基础上，减少多余工序，减少资源浪费，提高施工质量和工效。

1.精益建造理念

近年来，随着建筑行业之间的竞争日趋激烈，我国建筑施工企业面临前所未有的机遇和挑战。为谋求生存、发展，建筑企业要不断探索更加先进高效的运营、管理模式，提高生产效率，减少浪费、降低成本。精益建造是从制造业中精益生产基础上拓展而来，是综合生产、建筑管理理论和建筑生产的特殊性，面向建筑产品的全寿命周期，持续地减少和消除生产过程中的浪费、提高生产效率、降低成本、提高利润，最大限度满足客户需求的系统性方法[1]。

精益建造的核心思想是减少多余工序、减少资源浪费、减少工作面闲置、减少一次性措施投入、提高一次成优率，追求达到七个“零”的极限目标，即“零浪费”“零返工”“零不良”“零库存”“零事故”“零缺陷”和“零窝工”。

2.建筑专业设计优化探索

2.1 外墙砌体优化

为减少砌筑施工、减少外墙渗漏风险，将地上结构外砌体墙体部分优化成全混凝土构造墙或挤塑板夹心混凝土墙，利于外墙工序提前穿插。需注意构造墙要用拉结筋与结构边缘构件形成拉结，以保证结构整体性和稳定性。

2.2 卫生间倒角设计优化

为减少卫生间防水处理多余工序，降低渗漏风险，对卫生间降板区域的底板阴角设计进行优化，将原降板区域的直角改为圆弧角形式（见图1），可在铝膜深化时实现该做法。可快速推进室内防水工序穿插，提高防水施工质量。

图1 卫生间阴角倒角设计

2.3 外立面建筑线条优化

将工程项目外立面的小空间复杂线条造型进行优化，可采用如下方案：（1）在复杂线条内填充混凝土；（2）复杂线条采用预制混凝土构件；（3）建议取消小空间复杂线条。飘窗上的砌体墙，将重复线条砌体部分优化为混凝土结构，同主体结构一次浇筑，简化外立面复杂节点，减少资源浪费、减少多余工序。

2.4 屋面花架改为钢结构

将无面花架由传统钢筋混凝土结构优化为钢结构拼装（见图2），既能节约工期，降低高支模施工危险源，又能减少爬架在屋面的滞留时间，提高综合效益，减少质量缺陷，提高一次成优率。

图2 屋面花架改为钢结构示意图

2.5 屋面防水保温设计优化

采用硬泡聚氨酯防水保温一体化材料，代替常规防水、保温两种材料，在保证使用功能的前提下，既减少了施工工序，又缩短了工期，提高施工效率。

3.结构专业设计优化探索

3.1 飘窗台设计优化

减少飘窗结构二次施工工序，降低质量风险，在标准层结构施工前，对各标准层同部位且几何尺寸相同的飘窗板进行梳理，统一在铝模板中深化设计，在一次结构施工时，减少飘窗结构二次施工工序，提高效率，降低质量风险。

3.2 门垛优化

剪力墙端部或者框架柱连接的宽度不大于300mm的砌体门垛，常为二次施工砌筑，深化后与混凝土柱或剪力墙主体结构一次浇筑。该配筋参考构造柱配筋要求，并采用U型箍筋与主体结构构件拉结，混凝土标号同该部位混凝土柱或剪力墙[2]。

3.3 门过梁优化

当结构梁下门窗过梁与结构梁一侧平齐，门洞顶距离结构梁底高度不大于200mm时，可对此进行深化设计与结构梁主体结构一次施工。门过梁增加构造配筋，考虑施工便捷，该部位混凝土标号同主体结构梁板。

3.4 设备基础设计优化

水箱间、洗消间、锅炉房及换热站等设备基础一般设置于底板或楼板上，在进行结构施工时，根据提前确定的设备型号及荷载需求，提前进行深化设计，与主体结构一次施工，减少设备基础二次施工工序，降低质量风险。

3.5 构造柱优化

砌体墙面有构造柱的地方，包括十字交叉梁下的构造柱及单面墙中间的构造柱，在铝合金模板深化设计时均需要设计构造柱一次现浇，减少构造柱二次施工工序，减少质量风险。

3.6 电梯轨道梁设计优化

室内电梯轨道梁通常随二次砌体结构施工，存在效率低、成本高的弊端。结构设计优化时，若构造柱能满足电梯使用要求，优首先选择轨道梁改为构造柱，同一次结构施工。

3.7 反坎优化

厨房、卫生间反坎制作普遍在二次结构施工后，容易出现渗漏现象，此部位采用反坎施工，可降低质量风险。利用吊模工艺，随同梁板结构一次成型，反坎混凝土标号同楼板。

4.机电专业设计优化探索

4.1 机电综合管线排布、洞口预留预埋优化

利用BIM技术，将建筑、结构、机电、精装修等模型集成后，开展吊顶标高控制、管线碰撞检查等，通过碰撞检查，如图3所示，形成综合报告，进行优化布置，出具综合管线排布图纸，有效减少因管线冲突而返工的风险。利用BIM技术，出具机电预留预埋布置图，提高机电专业穿墙预留洞口位置的准确性，提高施工效率，降低机电预留预埋二次返工、工期延误风险（见图4）。

图3 机电综合管线排布优化

图4 机电专业洞口预留预埋

4.2 房间机电安装深化设计

绘制客厅、卧室等区域四个面和房顶五个方向的布置图，实施建筑、装饰与机电的融合，确定预留接线盒、洞口的位置，减少错漏返工成本浪费，降低质量风险。

4.3 临时用水、用电管线预留一体化

在结构施工阶段，提前将临时用水管布置在剪力墙内，减少对室内穿插施工的影响，避免传统临水管线容易被破坏的情况。临电管线采用DN40PVC管穿设，在结构施工阶段提前预埋在楼梯间剪力墙内，并每隔三层留置出线口，配电箱挂设在楼梯间顶部，减少对室内穿插施工的影响，避免传统临电管线被破坏的情况。

4.4 配电箱、线盒、管段管线深化

深化配电箱管线路由，管线密集处仍能合理排布，深化各类线盒个数及管线长度，精准控制用量。PVC管段深化，精确到长度尺寸和承插深度，利于加工区的短管预制。管件个数和管道长度均精准确定，减少现场损耗和结算难度。

4.5 预埋支架底座深化

PPR给水管，需要深化管线路由，于混凝土顶板预埋PVC支架底座，精准预埋。后续支架安装无需膨胀螺栓，直接胶粘，减少二次破坏。

4.6 电井深化

预留木盒洞口，便于后期桥架安装及防火封堵。桥架内电缆排布出图，便于后期布线。桥架盖板精准深化，控制材料耗损。

5.结语

品质保障，价值创造，精益建造是提升品质能力的重要举措，应进一步扩大推广范围。本文探究了建筑、结构和机电专业设计优化典型案例做法，引导建筑项目应用精益建造方法提升履约水平、减少浪费、降低消耗，实现增值提效，对建筑企业在精益建造的应用给予启示。