装配式建筑设计及其应用探究

徐维新 新时尚建设有限公司董事长

当前，建筑工程所涉及的项目不断增多，存在的各类问题也逐渐凸显，如能源消耗超标、各种材料的浪费、对环境造成污染等，间接证明了传统的建筑施工工艺已经与建筑行业不断扩大的市场需求脱节。因此，需要寻求能源消耗更低、施工效率更高、不会对环境造成污染且与现代建筑行业发展需求相匹配的技术手段，以提升建筑工程的质量和效率。装配式建筑就是在这一背景下的重要产物，具有广阔的发展前景。为了有效提升建筑施工的质量，对装配式建筑设计及其应用进行全面分析具有非常积极的现实意义。

1 装配式建筑的主要特点

装配式建筑也可以称作建筑工业化，是由工厂进行集成式建筑的制造与生产，然后运输到现场进行安装。工厂制造的构件主要有梁、板、柱、剪力墙以及楼梯等，该建筑模式与当前建筑行业的发展趋势相符合，为人们呈现出了建筑施工行业的全新图景。建筑也可以像商品生产模式一样，进行各种标准构件的生产，然后通过运输到达工地后就像进行积木的搭建一样开展拼装。装配式建筑的特点主要由以下3 个方面。

1.1 功能多样化

装配式建筑在进行外墙的设计时都会使其具有保温属性，具备冬天暖夏天凉的功能，还可以有效降低空调的使用频率，避免对空气造成污染，具有节能减排的效果[1]。同时，装配式建筑的门窗以及墙体都具有很好的封闭性能，可以有效隔绝外部的声音。此外，装配式建筑还具有很好的防火抗震功能。

1.2 施工装配化

装配式建筑所需要的构件都通过工厂进行制造与生产，能够完成保温、隔热、装修一系列的设计及施工。保温所需的隔热板和装修所需的板子都能够跟随预制件在工厂中的制造完成，也可以在预制构件上为装饰面板留下所需的埋件。不但能够保证装配式建筑的装修和隔热效果，还能够提高工程的施工效率，缩减施工所需的工序，降低施工形成的噪声，减少产生的废料。

1.3 设计多样化

当前，建筑设计通常将房间中的格局作为主要对象，房屋整体的应用缺乏灵活性，而装配式设计能够有效规避这些短板，其主要特点是能够对空间的面积进行有效分割，依据用户的实际要求进行配置。

2 装配式建筑的分类和优势

装配式建筑主要有两类，分别是全装配式建筑和半装配式建筑。建筑构件制造流程跟其他机械产品一样，能够通过效率和质量较高的批量制造来完成，不但使施工摆脱了季节变化的限制，而且在速度方面获得了显著提升，框架和板柱结构的大量使用和批量生产获得了很好的效果。半装配式建筑所采用的主要承重结构都利用预制的构件，其他部分通过竖向的承重结构来完成，如砖墙或者砌筑。外墙利用预制构件实现，主要应用于大规模的建筑中，其主要优点是具有很强的适应力并且所需成本较低[2]。

装配式建筑的优势主要表现在4个方面。

一是具有很高的标准化程度。装配式建筑可以在工厂进行所有构件的提前预制，可以摆脱环境和气候对生产造成的影响，并且能够进行集成化和标准化的生产，施工和生产互相不受影响。

二是能够有效缩减施工成本。装配式建筑所需的构件可以提前进行批量生产，不但可以节省施工场地所需的费用，减少维护人员的人力成本，而且能够减少劳动力数量，简化施工流程。

三是满足各种设计要求。装配式建筑能够采用不同的施工建材，满足各类客户的需求，实现各种类型构件的制造，但是需要严格控制尺寸和形状等。

四是具有较为可观的长期效益。依据现场的需求进行构件的制造时，需要利用各种机械设备、管理软件以及运输工具等，对现阶段而言是较大的投入，但是从长远角度来看，这些设备可以长期进行使用，能够为企业带来长远的效益。

3 装配式建筑设计原则

一是精细化设计原则。在进行装配式建筑设计时要以精细化为原则，围绕设计图纸以及施工工艺需求进行。

二是模数化设计原则。设计师要注重装配部件、构件以及建筑之间的统一与协调，依据国家针对装配式建筑提出的设计和施工要求进行，对建筑模块组合的设计进行优化。

三是一体化设计原则。坚持一体化设计原则，设计人员需要加强与供应企业、管理部门以及施工单位之间的沟通与交流，针对施工流程、管线铺设、装修藏式以及构件预制等开展一体化设计[3]。

四是成本化设计原则。设计人员要对预制构件的设计方案进行优化，促进装配式建筑成本的降低，从而增加工程项目的整体收益。五是信息化设计原则。设计人员在开展装配式建筑设计时，要加强对信息化技术的应用，应用数学和物理学科有关知识，制定出科学合理的方案，保证施工技术的合理性。

4 装配式建筑工程项目的设计策略

4.1 建筑平面设计策略

装配式建筑在进行平面设计时主要遵循的原则是模数之间的协调，要对套型模块的各种类型以及尺寸进行有效优化。对于建筑中使用的内部装饰品而言，需要保证其能够和预制构件实现系列化、标准化以及通用化，并对装配式建筑发展的有关配套技术进行强化，从而保证在降低成本的同时促进施工效率和质量的提高。作为装配式式建筑设计最基础的内容，平面设计需要保证套型模块与实际的尺寸一致，便于预制件进行统一化的制造，为后续的装修和施工奠定基础。同时要加强对内部空间的设计，针对住宅空间应当选择大空间布局方案，针对管径的直径、承重墙的厚度等要进行统一设计，提升其质量[4]。此外，要对建筑内部开展功能的区域划分，凸显各个区域的功能属性，保证布局的合理性。

4.2 建筑立面设计策略

立面设计相较于平面设计更加具体，所以在开展立面设计的过程中要加强对各个细节的管控。首先在开展立面设计的过程中要遵循标准化原则，对于内外墙的构件和装饰面，要在坚持个性的前提下按照统一的标准进行。例如，在外部墙面的装饰上，可以利用带纹理的装饰面和材料，便于设计人员进行搭配和组合，然后再进行统一的设计。其次，要保证装配式建筑所具有的立面多元化效果。针对内外墙所使用的空调板、门窗等构件，可以依据立面所构成的效果开展搭配和排列，以立体构成为视角，对空调板及门窗等进行调整，保证装配式建筑所构成的立面更加大方和得体，使装饰效果更加多元化。

4.3 建筑构件设计

结构构件是开展装配式建筑施工的重要基础，因此要对结构构件开展科学的设计。在进行构件设计过程中，需要先对构件加工图开展设计，全面考虑加工厂的工艺技术，再对具体尺寸进行设计，使构件的精度得到保证，以免由于构件尺寸与实际不符造成质量问题。在进行构件具体设计的过程中，要依据设计原则，对施工现场和生产企业所应用的设备、运输情况以及制造水平等进行分析，在此基础上对构件进行全面设计。

在进行装配式建筑的构件设计过程中，需要依据的主要原则有模数化和标准化。促进构件标准化程度的提高，减少其类型种类，从而实现成本降低的目标。同时要促进构件使用期限以及耐火性能的提升，在开展设计过程中要对成品所具有的安全性与装配时的安全性进行全面考量。预制外墙板要依据有关的标准保证其所具有的隔热以及保温性能，同时要根据区域的不同选择与当前环境适配的结构。

在建筑内部没有使用承重墙的区域，要选择具有良好隔音效果的隔墙板，并保证其能够快捷地进行安装或者拆卸。依据室内空间的具体情况进行区域的划分，保证主体结构能够与承重墙之间建立安全可靠的连接，使其所具有的抗震效果符合有关的标准。

针对卫生间以及厨房等较为潮湿的空间，要确保构件具有良好的防水效果，并为后续的清洁提供便利[5]。楼盖可以利用叠合楼板，某些开间较大或者平面相对复杂的楼层可以进行现场浇筑，以保证楼板和墙体间以及楼板相互间连接的可靠性。针对阳台的立管孔、栏杆孔、地漏以及嵌入盒等位置，需要进行精准的定位。预制楼梯需要对扶手杆以及预埋孔的位置进行提前确定。

4.4 施工作业设计

预制装配式建筑需要对项目施工流程进行全面的考量和具体的分析，从而保证各个工序间紧密连接，促进施工效率的提高。对各个构件运输的具体路线开展全面设计，保证构件能够运输到有效的吊装位置，促进吊装作业效率的提高。另外，还要对预制构件进行临时存放的场地开展设计和规划工作，并对塔吊的位置以及吊起的吨位进行全面管理，提高构件运输流程的精准度，保证现场施工的安全有效。

此外，要对项目的抗震情况进行设计。在进行预制构件设计时，主要原则是保证连接的简单性以及组合施工的方便性[6]。建筑承重墙、墙柱等呈现垂直状态的构件要上下垂直，门窗洞要从上到下保持大小相同的一列。装配式建筑还要对公共区域内管井的分布进行考量，避免出现互相交叉的问题，为后续维修提供便利。在进行公共空间的设计时，要为排水、电气以及暖通管道提供预设的位置和空间，设计人员要依据具体的生活习惯进行电箱、通风管道的规格设定，并保证暖通系统能够循环运行。此外，要为照明系统、插座、网络接管口以及有线电视接口等预留位置。

5 装配建筑设计的实际应用

5.1 预制准备剪力墙技术的应用

剪力墙与装配式建筑剩余环节之间的连接能够帮助建筑构成统一的整体，从而保证施工的顺利进行。如果为了避免墙体发生移动，在进行建筑设计的过程中就要明确主体工程与内剪力墙之间的连接，通过螺栓将两者的连接位置进行固定。首先，要合理进行纵横墙构造的选择，依据工程的实际需求就不同因素对剪力墙的影响进行考量，从而尽量满足所有条件，使剪力墙能够符合使用需求。其次，针对与剪力墙存在连接的各个位置，需开展科学有效的设计，对承受力特点的差异进行考量，保证其满足实际的应用需求。

5.2 预制件安装技术要点

预制件安装的技术要点主要包括以下7个方面。第一，在进行螺栓的预埋时，需要尽快与钢混结构中的钢筋进行焊接，使其成为一个整体，避免在施工过程中混凝土构造发生损坏。对于楼面的螺栓预埋点位，需要将斜撑角度控制在30°～45°，底部斜撑高度维持在0.4 ～0.5 m，高度超过2 m。第二，在进行钢筋定位的连接过程中，要利用厚度为5 mm且宽度超过钢筋直径10 mm 的钢板，根据提前设计好的间距点位进行开孔。第三，预制墙板根部的地方要提前留下2 cm 左右的缝隙，从而对预制墙板的位置移动进行管理，保证符合施工要求。第四，利用厚度为3 ～5 cm、宽度相同的保温海绵条顺着外墙的保温板进行铺设，在将预制件起吊时，避免跑浆问题的发生。第五，在吊装过程中要遵循轻和慢的原则，完成后要对预制件的垂直度、左右位置以及里外情况进行校正。第六，作为装配式建筑的重要内容，接缝和节点对于建筑的安全和性能具有直接影响，如果设计不合理，则不仅会影响其抗震和防水效果，还会影响其使用期限，因此要加强对节点和接缝位置的设计和检测水平，避免安全隐患的存在。第七，运输问题。构件在运输时会受到不同因素的影响，可能会出现损坏，从而影响装配式建筑的质量，同时吊装设计的不合理也会造成梁柱出现倾斜，进而引起构件的损坏。

6 结语

随着低碳环保概念的不断普及和深入，装配式建筑的应用范围逐渐拓宽。装配式构件能够在工厂中进行制造，并通过运输达到施工现场。利用科学规范的手段进行安装和施工，不但实现了能源的节约，而且能够减少对环境的污染。同时，构件的标准化为施工现场流程的规范化提供了基础，因此针对装配式建筑的设计和应用进行分析对于这一建筑模式的发展具有积极意义。