建立有效的预制装配式建筑项目设计管理制度和方法研究

余民

建筑产业现代化的核心是融合信息化技术的新型建筑工业化，是建筑业实现可持续发展和转型升级的必然选择。为在本企业开发项目管理中进一步推行预制装配式建筑的全过程标准化设计和一体化集成设计，本文将技术和管理相结合，对装配式建筑设计各方面工作进行梳理总结，运用产业化思维探索建立一套适合装配式建筑项目的、科学合理的设计管理制度和方法，促使项目在研发、设计、生产、施工、装修等各个环节形成完整的协同机制，从而有效提高开发效率、建设质量和经济效益。

一、企业开发项目概况

本公司开发建设的“深圳市国际生命科学产业园”项目是一个建筑规模为110 多万m2的大型产业城市科技综合体项目，位于深圳市龙岗区南湾街道上李朗片区，包括研发、物流、宿舍、商业、医疗等多种业态，需要根据建筑不同类型、功能以及高度等特点，采用适宜、可靠、高效的装配式建筑结构体系进行分期开发建设。其中，宿舍、医疗、高层研发（物流）用房建筑采用装配整体式框架-剪力墙结构，超高层研发用房建筑采用装配整体式框架-核心筒结构（钢-混组合结构）。该装配式建筑结构体系的预制构件包括：外墙挂板、楼梯、叠合楼板、叠合梁、阳台板、空调板、预应力构件以及集成部品部件。

二、项目设计管理原则和目标

为落实本企业开发项目中有关装配式建筑技术评分的各种专项要求，需要对整个项目不同阶段充分了解和各部门、各专业的密切配合，强化设计对部品部件生产、安装施工、装饰装修等环节的统筹，建立产业链一体化和全过程一体化的装配式建筑体系理念，明确项目设计管理原则和目标。

一是按照系统的思想将结构系统、外围护系统、内装系统、设备与管线系统进行技术集成，落实预制构件的科学拆分、节点处理的标准化；二是通过BIM技术在装配式建筑中的一体化集成应用，实现工程建设项目全生命周期数据共享和信息化管理；三是采用模块化、标准化设计方法，与构件加工生产、施工工艺形成配套设计，提高生产效率、降低工程造价，同时发挥生产和施工工艺的特点满足装配式建筑形式多样性和创新性的要求。

三、项目技术要点把控

预制装配式建筑与传统现浇建筑方式相比，具有质量可控、成本可控、进度可控等多项优势，要求具备工业化建筑设计理念，其设计成果与整个建设项目的投资效益密切相关。为在本企业项目开发建设中更加充分地发挥这些优势，需要对装配式建筑项目的技术措施要点进行有针对性的分析和把控。

1.总体规划设计

装配式建筑总体规划设计除了需满足项目《建设用地规划许可证》上的退线、间距等规划条件和国家规范及建设标准外，应对项目定位、技术路线、成本控制、效率目标等作出明确要求，优先考虑采用模块化建筑单元开展总规设计，并根据科学合理、经济安全的原则考虑施工组织流程。在总平面设计中，应充分考虑项目所在区域的构件生产能力、施工装配能力、运输通道的设置和起重运输设备服务半径所需空间，合理安排预制构件的临时堆放场地，选择合适的塔吊数量、定位和型号，准确控制构件的运输环节，提高施工效率，确保施工工序的有效衔接，加强施工组织的安全性和便捷性。

2.平面设计

装配式建筑平面设计在满足使用功能的基础上，应综合考虑有利于装配式建造的各方面因素，基于模数协调原则进行标准化、定型化设计，以提高项目工程质量、建造效率及控制成本造价。主要技术措施包括：一是建立标准化的部件、功能和空间模块，通过模块化的多组合应用，增加模块单元、构件和部品的重复利用率；二是优化模块的尺寸和种类，加强建筑与部品和部品之间的模数协调，实现部品的集成化和工业化生产；三是考虑各功能空间的使用尺度和建筑全寿命期的空间适应性，在模块协调原则下实现土建与装修一体化；四是满足生产工艺、交通运输和施工设备的要求，使建筑达到规范化、系统化标准。

3.立面设计

装配式建筑立面设计应结合建筑美学和力学性能，根据装配式建筑的建造方式和结构形式特点，着重对各种预制构件的生产和制造进行可行性分析，充分发挥外墙构件的装饰作用，通过外墙构件的自由变化、灵活组合及平面组合设计实现新颖多样化的建筑立面效果。预制饰面外墙板宜采用反打一次成型工艺，以涂料、面砖、石材、陶板等不同饰面材料展现项目的市场定位和形象定位，既可体现装配式模块化建筑立面特征，又可减少现场施工材料的浪费、缩减施工工期、降低建造成本。此外，应考虑预制外墙板接缝设计对外立面造型的影响，预制构件端部衔接部位的接缝应满足结构、热工、防水、防火及建筑装饰等要求，做到结构合理性和建筑效果的统一。

4.预制构件设计

建筑工业化深化设计的核心是预制构件的设计，为保证装配式建筑工程质量，降低预制构件建筑结构整体性的不利影响，应坚持模数化、标准化的设计原则，尽可能减少构件的类型，使构件做到精确化和标准化，有利于提高工程造价管理的效力。设计时应充分发挥建筑工业化的相对优势，综合考虑当地的构件吊装、运输和加工生产能力，注意构件成品的生产可行性、安全性、便利性，尤其要具有良好的耐火性和耐久性。为确保装配式建筑符合结构安全和施工使用要求以及调整、复核等方面的工作需要，应及时组织各方参与主体共同讨论确定方案，避免建筑预制构件与结构钢筋、水电埋管等产生碰撞或各专业相互之间发生冲突，并做好配件工具和施工措施的深化设计，满足各方面的技术要求。

5.构件连接节点设计

装配式建筑结构连接设计中有一条重要的原理是等同原理，通过采用可靠的连接方式和必要的结构与构造措施，使装配式混凝土结构与现浇混凝土结构的效能基本等同。而实现等同效能，结构构件的连接方式则是满足建筑结构安全要求的最重要、最根本的保障：一是需保证连接节点的结构安全性能，通过钢筋之间的可靠连接将预制构件与现浇部分有效地连接起来，使整个装配式结构与现浇实现等同；二是需根据技术规范和项目具体情况进行加强和调整，确保预制构件与现浇混凝土的可靠连接，包括钢筋的连接处理和新老混凝土接合面的连接处理，使预制构件的受力与传力合理明确；三是需考虑节点位置防水、防火和节能保温等功能要求，为有效防止外墙渗漏，防水薄弱部位应采用构造防水和材料防水相结合的做法，构配件组装部位的构造节点与材料选用应满足建筑的物理、力学、耐久及装饰性能的需求。

6.构件拆分设计

预制构件的科学拆分是装配式建筑标准化设计的关键环节，对项目开发建设将会产生重大影响，集中表现在建筑的使用功能、平立面、主体结构受力状况、预制构件承载能力、成本造价等方面。构件拆分应遵循模数协调原则，选择适宜的预制构件尺寸和重量，优化构件种类和拆分位置，组装成形式多样的结构系列，做到受力合理、连接简单、施工方便、少规格、多组合，使建筑部品实现通用性和互换性，保证项目在功能、质量、技术和经济等方面获得最优方案。影响构件拆分设计的主要因素包括：节点科学合理；构件标准化设计；工厂生产、构件运输和现场吊装；便于现场施工、减少施工措施；降低综合成本、实现成本可控。

7.构件加工详图设计

除了完成施工图设计以外，预制装配式建筑还需要进行构件加工详图的设计。构件加工详图是工厂生产制作的依据，拆分后所有预制构件的主体结构构件以及非结构构件均需进行节点构造详图的设计，主要包括：将建筑、结构、给排水、电气、暖通等各专业、各环节对预制构件的所有要求集成到构件加工详图上；对制作、运输、堆放、安装等各个环节荷载作用下的预制构件进行承载能力和变形、裂缝验算；考虑吊点、堆放支撑点、构件吊装等环节需要的预埋件设计等。此外，应用BIM 技术，利用其强大的智能出图和自动更新功能可有效提高深化设计的效率和质量。

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8.设计成本控制

装配式建筑的设计阶段是项目全过程成本控制的重中之重，需要将动态的成本控制贯穿于整个项目设计过程中，及时调整成本不是最优的设计，其中，标准化、模数化是装配式建筑增量成本的关键因素。装配式建筑设计的合理性和经济性受生产、运输、施工等环节的制约和影响，应尽量降低综合单价，使项目整体费控目标的顺利实现得到保证。

实践证明，以工业化、标准化的思维进行技术策划和建筑设计，可有效提高构件标准化程度和模板周转次数、减少现场施工措施费；根据不同的地质条件、建筑类型等要求选择不同的预制形式，科学合理拆分构件，使预制部分和现浇部分达到合理的比例，能有效提高生产效率、降低施工难度，取得较好的经济效益；对单个构件重量进行合理控制，可有效降低塔吊费用、提高安装效率；引用BIM（建筑信息模型）技术优化装配式建筑的整体方案和资源配置，完善建筑设计与施工流程，依托高质量的设计施工方案能有效降低项目建造成本。

四、统筹安排各阶段设计管理工作

预制装配式建筑具有标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理、智能化应用等新型建筑工业化特征，运用产业化思维实施专业化协同运作，从而完成高质量的装配式建筑设计工作，已成为目前房地产开发的必要条件，这需要把控好项目设计管理原则和各项技术要点，清晰界定各部门的工作职责，统筹安排各阶段设计管理流程等方面的工作。

1.技术策划阶段（本企业换发新土地证阶段）

根据企业策略确定项目定位，包括产品风格、产品配置、产品配比和部品标准等，综合考虑生产工艺、施工技术水平和工程质量、安全、造价、工期等因素，论证选用适合的装配式建筑结构体系、应用部位和应用比例，统筹规划，从整个产业链的角度考虑设计、生产、运输、施工、安装和后期运行维护工作；明确装配式建筑相关控制指标，包括技术评分指标、计算方式；落实政府相关鼓励政策，包括税收、信贷、墙体材料基金返退、容积率奖励等。

制定针对本企业项目的技术路线和实施方案，充分考虑各种业态定位、外部条件等影响因素，提升标准化程度，有效降低建造成本，为下一阶段设计工作提供参考依据；组织对装配式建筑项目进行专家论证和技术咨询，使各参建单位形成协同合作机制；在方案设计阶段前需确定构件加工深化设计单位和精装、幕墙单位，深化设计单位和精装、幕墙单位在整个设计阶段应全过程参与。

2.方案设计阶段

初步确定装配式建筑基本内容并进行预评价，包括建筑结构体系、建筑构件类型、建筑标准化部品部件应用比例、装配体系是否超限，装配体系对建筑容积率的影响等；开展多套预制构件标准化率组合方案的评选、优化，包括经济指标、施工情况（运输、吊装、安装、进度）等，并进行相应的机电、室内、幕墙等方案评选。同时，考察项目所在地的预制构件加工厂，重点考察生产质量、生产效能，不同预制构件加工厂的产能及拆分手法会有所不同。

3.初步设计阶段

应遵循模数化、标准化、集成化等设计原则，按照技术规范和标准并结合各专业技术要点进行协同设计，主要包括：确定建筑底部现浇加强区的层数和标高；优化预制构件关键节点连接、装配式施工技术，充分考虑机电设备专业各种管线、设备的预留预埋，选择合适种类的预制构件；对项目开展专项经济评估与评价，分析影响工程质量、开发进度和建造成本的因素，制定合理的技术措施；组织并准备装配式建筑设计专项评审，对于装配式超限结构，需先完成超限工程抗震专项审查；确定装配施工过程相关参数，如最大吊装重量、塔吊布置、吊装方式、构件运输等，预制构件堆场及吊装需方便经济，预制构件生产和运输采取就近原则。

基于生产效益最大化原则，从建筑模块化装配着手，利用BIM 技术的参数化设计和性能模拟分析提高建筑性能和设计质量，建立预制装配式结构体系，通过基于BIM 的协同工作平台等方式协调各专业间设计并指导出图。在项目初步设计完成后，进行装配式建筑设计阶段技术评分，编制装配式建筑项目实施方案，对技术指标、结构类型、预制构件种类、装配式施工技术等内容进行专篇说明。

4.施工图设计阶段

以初步设计阶段制定的技术措施为基础和依据，落实《深圳市装配式建筑评分规则》各项技术要求，根据生产企业提供的预制构件、内装部品、设备设施等相关设计参数采取一系列技术措施，进一步加强产品构件的标准化、通用化和功能空间的模块化。施工图设计应有预制装配式建筑专篇内容，包括装配式建筑结构体系、标准化率、预制构件的种类和规格、主要结构构件的连接方式等，对可能存在的重大风险控制进行专项设计，结构计算书应包括构件脱模及埋件验算、吊装验算、装配式结构节点验算专篇。

落实确定构件拆分方案，组织各专业协作配合完成构件平面、立面拆分图，对立面装饰线条及外墙饰面分缝等进行调整确认；充分考虑各专业的预埋预留要求，优化连接节点处的防水、防火、保温、隔声等构造做法；确定预埋件、栏杆、门窗、百叶、空调及机电设备等部品、部件的做法及位置，组织提供构件加工招标图纸。此外，在施工图设计阶段前，需要按照项目总体开发计划节点确定EPC 工程总承包单位，总包单位应具备装配式施工能力，并参与设计过程。

5.构件加工深化设计阶段

预制构件加工深化设计是将各专业设计要求进行集合反应的过程，需要加强各专业协同设计，保障构件加工制作。预制构件生产前，应综合考虑整个后续构件的生产和安装、各专业施工及各专业功能的实现，完成预制构件的高度集成化设计。预制构件拆分的位置和尺寸等信息，可根据施工运输设备、吊装设备和道路条件等因素，结合预制构件厂家的生产条件，按标准模数确定。

预制构件深化设计的深度应达到各专业技术要求，符合生产、运输、安装等的全过程一体化要求。建设单位应对项目的实际需求进行充分考虑，组织主体工程设计单位对深化设计图纸进行审核确认，深化设计需满足原设计要求；组织总包施工单位、构件厂家对深化设计图纸进行审核确认，提高深化设计质量，包括确认安装、预埋方案和运输、吊装方案，并制定施工组织计划；指导构件生产厂商进行模具设计及制作，把控工厂加工的精度及准确性等。

6.施工配合阶段

在正式施工前，推荐高效工法、验证典型节点，组织各单位进入预制装配式准备工作；控制预制构件的运输、堆放和现场施工安装的规范化，避免运输、堆放对已完工的地下室顶板造成结构破坏；关注预制构件的运输路线、现场到位时间、吊装及构件连接工艺和精度。

五、结语

随着建筑产业化的不断发展，以产业化思维方式的变革推进建筑业转型升级，必将促使中国建筑业从数量时代向质量时代迈进。因此，运用产业化思维建立科学合理的预制装配式建筑项目设计管理制度和方法，贯彻落实产业链一体化和全过程一体化的装配式建筑体系理念，既可为企业拓展全产业链视野、树立产业化思维模式、提升创新性研发能力提供有益的管理经验，又可作为企业不断积累装配式建筑项目管理经验的有效途径，以期能够进一步促进装配式建筑的发展，对深圳市建筑业供给侧结构性改革和新型城镇化发展起到推动作用。