基于工程全寿命期的装配式住宅设计准则研究

叶 焱（中铁四院集团广州设计院有限公司，广东 广州 510600）

装配式住宅设计目前是建筑工程领域的一个重要发展方向。2016年9月，国务院办公厅发布相关的文件，对于装配式住宅进行着力的推进，尤其是在京津冀、长三角、珠三角等地区推广装配式住宅建筑，以提高国内装配式建筑设计、生产、施工的整体水平，力争在2035年之前装配式建筑在总体建筑总量当中超过30%。可以看出，装配式建筑已经成为建筑工程领域的一种发展趋势。相对于常规的现浇施工工艺来说，装配式住宅质量要求更高，只有把握相关的准则，对装配式住宅建筑进行科学的设计，引入全寿命周期的理念，才能够提高总体的工程质量。

1 装配式住宅设计的价值与特征

1.1 装配式住宅设计的价值

装配式住宅设计相对于现浇施工工艺说，是一种更为先进的住宅设计模式，它通过科学的设计和可推广、可复制的施工，可以全面提高整体建筑的工程质量。2017年11月，住建部公布了第一批产业示范名单，对装配式建筑的重点城市和195个产业基地进行了全方面的文件推广，并且着力通过这种产业支撑，响应国家的号召和政策，推广装配式住宅建筑的相关经验取得了阶段性的成果。在十四五阶段，我国将着力提升装配式建筑在整体建筑当中所占的比重。但是相对于现浇筑施工方式来说，装配式建筑设计仍然是较高质量的一种施工方式，它可以通过不同构件的生产、运输、吊装、施工以及装修等等全方位地进行资源整合，提高建筑施工设计的有效性，进一步降低资源的浪费，从而提高综合管理的质量。

1.2 装配式住宅设计的特征

第一，装配式住宅设计与其他的住宅设计相比最为明显的差别就是其模块化的特征，功能模块、户型模块、单元模块、楼栋模块，再通过装配式住宅设计的模数协调保障各单元充分的整合和拼接在一起，相对于现浇筑结构来说，装配式住宅设计模块之间是相对独立的。不同部分的依赖性和阶段性减弱，设计人员可以采取模块化的设计方法，形成一种规模经济，在工厂生产同一个系统参数的模块。

第二，装配式住宅建筑具有高集成性。这也是当前装配式住宅的一个最显著的特征。通过协同设计，可以对水电、暖通以及装修等不同的专业进行有效的整合，充分利用装配式构件上下游产业链的资源，协调各方供应商。按照不同的能力和需求来提供相应的产品。

第三，装配式住宅设计的变更情况相对较少，对比传统现浇施工工艺，装配式住宅设计的纠偏比较难，容错率比较低。因此对设计的精准度要求更高，设计阶段只有对构件生产、构件运输、构件吊装、构件施工的全过程进行充分的考虑，才能够全面提高生产施工间的顺序依赖性，减少应用的不合理情况。

2 装配式住宅全寿命周期的设计准则

2.1 全寿命周期理念

从全寿命周期的理论应用角度看，设计阶段模数协调及标准化问题是提高装配式整体设计的关键步骤，因此以标准化为基础，以模数协调为中心的设计对全寿命周期的目标形成具有决定性的作用。从目前的装配式住宅设计方案来看，不同的设计流程对于整体的工程质量有着不同的影响，例如生产、运输方式不同，后期所需要的吊装和现场施工步骤就会有不同，而后期所考虑到的总平面设计不同，前期的生产、运输也就要发生相对应的变化，可以说只有从全寿命周期的角度来对装配式住宅进行设计，才能够起到良好的工程质量和效果。工程全寿命周期一旦割裂，那么相应的施工成本、施工周期、施工工序都会发生一定的变化。传统现浇施工工艺的项目当中最容易出现的问题，也是全寿命周期割裂的问题，各部分缺乏系统的统筹，容易导致后期施工的变更问题较多，但是现浇施工工艺纠偏操作成本相对较低，在现有的装配式住宅施工过程当中，由于各种条件的刚性，可逆性极低，设计过程中只有充分考虑PC构件的生产、运输、吊装和施工等各个环节，才能够提高施工的质量。减少后期施工变更的情况，避免信息传递的衰竭状态，提高各部分之间信息共享的有效性，减少质量问题的发生。

2.2 全寿命周期理念在装配式建筑设计中的应用

在装配式住宅的设计当中，应用全寿命周期的理念要从集成性的角度进行思考。装配式住宅项目的设计与现浇混凝土结构的设计过程相比更为复杂，因此专业与专业之间必须要秉持高度的协同，共同为标准化、模块化的形成而努力。设计前期，就要考虑到PC构件生产能力、施工单位装配能力、现场运输和吊装条件等各方面的需求和因素，确定好项目的装配率和装配实施的技术路线。同时要统筹施工方、业主方、监理方对装配式的技术策划方案进行反复的探讨，了解项目建设目标，了解整体的内外部环境，打造完善的结构体系，共同拿出一套合理的装配式设计方案，以提高预制构件的可生产性、可协调性，以及后期的可更改性，使构件更加标准化、工业化，达到项目施工降低污染、缩短工期、节约成本的要求。通过对初步设计、施工图设计、PC构件深化设计、PC构件加工生产和现场建造施工不同的阶段进行各阶段优化，形成相应的设计准则，完成整体的模块化管理，使项目所采用的装配式设计图纸具备更高的集成性。

2.3 全面分析装配式建筑存在的问题

当前，装配式住宅的常见设计问题较多，在设计的前期要对此类问题进行分析，例如预制构件拆分不合理，未充分考虑结构受力和连接节点种类，导致生产出的构件规格繁多、施工复杂。而且未结合运输车辆考虑，导致构件固定措施不合理，造成构件在运输过程当中发生破坏、碰撞或其他的损伤。还有构件安装定位不合理、设计与施工未核对，未形成合理有效的衔接点，荷载效应组合缺漏、节点设计不合理，造成后期连续倒塌，接缝渗水造成钢筋，板材出现锈蚀。外墙板保温及相关的材料选型不合理，预埋件定位不准确、不充分，未与构件厂、施工单位进行良好的协调，集成度太低，对现场施工造成诸多阻碍，在设计的准备阶段都需要进行充分的考虑。

2.4 安置房工程全寿命周期设计

在施工设计的过程当中，基于装配式住宅全寿命周期的实际特点，充分考虑生产、运输、吊装、施工、装修、使用和拆卸等不同的阶段，从全寿命周期的流程入手，按照前期策划、设计和计划两个不同的设计角度，对后期的施工运行、拆除进行全方位的分析。总的来看，要从可生产性设计、可运输性设计、可吊装性设计、可施工性设计、专业协同性设计、安全性设计、环境友好型设计等几个方面综合入手。

2.4.1 可生产性

可生产性设计是指前期设计要考虑到后期的运输、吊装、使用，既满足业主项目部的要求，也要满足施工项目部的要求，不能仅从美观和成本的角度考虑，也要考虑到实用性和可生产性。只有在不同的标准之下建立起可选择的模块数据，才能够提高后期施工与前期设计的协调性。预制构件的可生产性是要满足深度和精度两方面的要求，避免后续施工出现过多的施工变更。减少构件的种类，尽可能提高单一模板、单一数据后期应用的广度和深度，形成一定的规模经济，从而提高后期的制造顺利性，降低生产的成本和制造的成本。

2.4.2 可运输性

可运输性是指构件的设计要具有运输上面的可行性。通过运输方式的协调、道路状况的分析、构件的科学排放等等，尽可能地充分利用运输资源，避免使用过多的运输车辆或增加过多的运输成本，而是在效率的角度下，充分考虑目前的运输路线选择，避免预制构件在运输的过程当中发生明显的损坏。

2.4.3 可吊装性

可吊装性设计原则、可施工性设计原则也是当前施工设计最为重要的两个点，在构件的节点时，要考虑到拼装过程、堆场的设计过程、塔吊选型过程、节点拼缝等全面的可施工可操作、可靠精确，才能够减少后期施工的不可重复性，提高施工的效率。设计专业间的协同性是指整体的全寿命周期设计，要与建筑结构、暖通、装修和构件深化等等全方位地协调在一起，在这里，设计人员可以采取BIM平台作为相关的信息化工具。充分整合管线设计、工业化策划，使方案可以满足监理项目部、施工项目部和业主项目部三方面的要求。

2.4.4 安全性原则

安全性设计原则是指整体后期施工当中不发生故障，保障业主在使用的过程当中可以有一个相对安全地使用空间，包含结构的可靠性、系统的可靠性、运行的可靠性、例如管道系统可靠、机电系统可靠、信息化系统可靠等等。工程在正常的情况之下，要能够应对火灾、暴雨等极端的情况。可维护性设计原则是指在工程设计的过程当中，应采用尽可能知名的供应商，尽可能可靠的预制构件，减少后期的维护与更换，并且从业主的角度出发，选择更加高度成熟的集成设计。

总的来看，装配式住宅近些年高速发展，从全寿命周期的角度看待。装配式住宅设计就是要充分考虑整体的设计需求，避免前期的设计和后期的吊装、运输、生产、使用脱节，联通整个发展脉络，既要考虑到设计专业之间的协同，也要考虑到安全可靠，低成本，从业主的个性化需求角度进行通盘的思考。

3 结语

综上所述，装配式住宅项目是十四五阶段建筑领域发展的一个重点，但是从目前的施工实际情况也可以看出其设计存在很多的问题。在未来发展当中，我们要优化设计理念，从全寿命周期的角度探讨施工设计的要点，引入这种科学的设计准则充分进行施工的运输协调、吊装协调、施工设计的专业性协调，考虑到安全可靠性、人性化、可维护性以及空间可变性，设计可变性和环保性，提高整体施工设计的管理水平。