装配式建筑应用的分析研究——以剧场装配式设计应用为例

高 俊 梁 怡 王 涛 刘 涛

中国建筑西北设计研究院有限公司 陕西 西安 710018

装配式建筑是近几年建筑行业发展当中衍生出来的一种建筑工程项目形式，与普通的建筑工程相比，其在实际建设施工中更加便捷，开始广泛应用于各类型建筑中。在我国现代化社会可持续发展要求下，装配式建筑一体化设计也能够很好地解决工程项目建设中的“二次设计”问题，减少二次装修设计中的大量返工与资源浪费，使得项目建造方式得到改善，进而达到全新的工程项目建设要求。所以，将装配式建筑应用于实际建设当中非常有必要，技术人员在操作当中还需要掌握装配式建筑的应用要点，以科学、合理的方式提高装配式建筑工艺水平，达到工程项目建设发展的目标。

1 装配式建筑应用优势

与普通的建筑工程项目形式相比，装配式建筑的抗震性能更高，在建设施工中能够提供高质量、节能环保的建筑产品，并且可以实现PC构件产品化和标准化。装配式建筑作为新时期建筑行业发展中的一种新型理念和表现形式，在实际应用中可以根据工程项目建设要求连接形成牢固的整体，结构之间的连接节点和连接处的接缝以后浇混凝土或者灌浆、坐浆等方式予以补充，连接部位也可以根据变形的方向和大小做成滑动、铰接或者固支，因此具有较强的稳固性和灵活性[1]。

图1 装配式剧场理论设计最小高度示意图

在大中型剧场中，观众坐席及周围墙体可以全部采用装配式结构，通过主体结构高装配率、高品质装配式建筑体系设计，将水、暖、电等设备系统融合进坐席及墙体构造形式中，解决装配式建筑中的“二次装修设计”问题。而对于高度比较敏感的剧场设计，可通过优化装配式构件的尺寸，在有效的高度空间内达到最大的设计观演人数，融合更多演出模式，并在后期投入使用后，通过较方便的进行更换、维修和材料再利用，达到更加节能环保的效果，也是一种高效率、集约化、节能型的剧场建造方式。

2 装配式建筑设计应用要点

2.1 外围护结构设计

外围护结构是装配式建筑工程项目设计的要点，其在这类建筑工程结构中需要承担多重功能，确保装配式建筑结构的安全性和稳定性。常用的全截面预制外围护墙自重较大，还存在梁柱核心区域预制与现浇混凝土收缩冷缝问题，会破坏外围护结构的整体性。在现阶段优化装配式建筑的外围护结构设计时，通常采用预制化和集成化的围护隔墙系统，其可以很好地确保外围护结构的性能，也可以提供更加可行的设计方案和施工规划。就钢结构装配式建筑工程项目来说，在外围护结构设计不到位的情况下，会直接影响钢结构建筑施工质量，难以体现装配式建筑结构的高精度优势。而以围护隔离系统的设计为主时，就可以解决传统围护结构的弊端。根据不同的装配式建筑工程项目特点和性质选择针对性的外围护结构设计，其能够以装配式一体化组合外墙设计为主，在设计工程项目建设方案时，采用复合结构墙体，以局部刚性+整体柔性的方式避免墙体变形、开裂，从而增大外围护结构的刚度。在这种设计模式下，外围护结构系统的连接形式需要以嵌挂结合的方式为主，设置多重防水阻隔，采用专用的连接结构对局部刚性和整体柔性进行连接，以刚柔互补的原理可同时提高装配式建筑结构的抗震系数。这类外围护墙体设计形式可以在很大程度上缩短工程项目建设施工周期，施工的强度也能够有所减少，提高装配式建筑工程项目施工安全性，显著加强结构性能。

2.2 主体装配式结构设计

目前常见的装配式结构为装配式混凝土结构和钢结构，针对不同结构形式的装配式结构，项目设计时要从不同的侧重点切入，以提高工程项目设计的科学性及合理性。

装配式混凝土结构设计时，设计重点为预制竖向构件的拆分设计和深化设计，同时也要做好预制水平构件的拆分和深化设计工作，提高主体结构设计的综合成效。装配式建筑混凝土主体结构的安全性能会受到竖向构件的影响，在开展预制竖向构件拆分设计时，应根据有关指导文件，结合《装配式混凝土结构技术规程》中的规定，对受力复杂区域及关键区域以现浇设计方式为主，考虑工程项目建设中的综合因素，在楼梯间附近及承受拉力的竖向构件均不建议采用预制。为了控制装配式建筑主体结构施工成本，结构设计时要尽量减少拆分制构件的规格数量，防止产生超预算现象。对预制竖向构件进行深化设计的过程中，应按照《装配式混凝土结构技术规程》的要求适当减少灌浆套筒的数量[2]。开展预制水平构件设计时，重点应满足主体结构指标要求。为了提高装配式混凝土结构设计的科学性，在设计方案中应标明钢筋碰撞检查这项重点工作，要求在项目实施当中做好这项工作，否则会影响构件施工质量，还会出现安装位置不准确的问题。在全面优化设计成效时，设计还可以借助BIM技术模拟构件施工，排除构件吊装碰撞问题。

当装配式建筑工程的主体结构为钢结构时，在项目设计方案中应将准备工作、基础结构预埋施工、钢结构主体吊装作为设计要点。前期的准备工作在于移交吊装专项施工方案，在共同分析现场施工情况前提下，与施工现场做好技术安全交底，合理选择塔吊的型号，确定位置，完成这个环节的布设。在编制工程项目进度计划时，需要设计与施工共同参与，合理调配各个环节的资源，做好充分的准备工作。设计基础结构预埋施工方案的过程中，要明确钢结构基础预埋件的预埋施工会对上部钢结构施工造成直接影响从根本上控制预埋精度，将误差严格控制在国家现行规范及规程所允许的10mm范围内。开展钢结构主体吊装设计工作时，要确定吊装施工的流程，要求施工在具体操作之前掌握设计方案的内容，明确每一个步骤的要点，确保钢结构的施工满足设计要求。

2.3 机电设备的装配式设计

机电设备也是装配式工程项目建设的重要部分，在落实工程项目设计时，需要掌握机电设备装配式设计的要点，综合精装图纸上的水电暖点位，结合预制构件的布置进行BIM建模，检查点位是否存在碰撞，从而确定机电点位，保证管线走向的合理性，在设计阶段解决施工中可能产生的问题。这个部分的装配式设计要求图纸设计阶段做好竖向构件电箱设计、电气点位设计、给排水点位设计、管线设计等工作。设计竖向构件电箱时，要将管线数量较多的箱体尽量避开预制墙，如果实在无法避开就需要将箱体的预留孔洞尺寸精确落到预制构件上，并确定出线套管的数量、规格等，做好预埋设计工作[3]。设计电气点位时，预制楼板应该按照电气点位对应预埋线盒，当预制楼板下的隔墙上有开关和配电箱时，墙体内向上垂直辐射的管线应该穿过预制板，与现浇层内水平敷设的管线相连。给排水点位设计应该按照给水管走向在预制墙上开40mm宽30mm深的槽，安装水管之后将开槽抹平。厨卫水电管线设计时，要尽量避免电气线盒碰撞。竖向构件管线设计要求设计人员明确预埋方向，预制墙上开关管线要向上预埋，壁挂式空调机插座管线向上预埋，普通插座和柜式空调机插座和弱电插座管线要向下预埋。暖通送回风口也根据建筑空间形式提前做好预埋设计布置，从而达到相应的标准。

图3 装配式设计中得线槽预留实例

图4 装配式剧场座椅送风预留实例

3 影响装配式建筑应用质量的因素

3.1 材料因素

材料是建筑工程项目建设施工的要点，以装配式建筑的应用作为关键时，应从多个方面确保工程项目建设施工材料的质量，使得装配式建筑结构满足稳定性要求。

3.2 设备因素

机械设备在装配式建筑工程项目建设中必不可少，尤其是在当下科学技术水平不断提高的过程中，工程建设施工需要利用的设备种类和数量有所增多。在现场开展工程项目建设施工作业时，还有一些不能够熟练使用机械设备，在没有完全掌握设备操作要点的情况下盲目作业，难以体现设备的作用，还会适得其反。

3.3 工艺因素

施工工艺是装配式建筑需要重点控制的因素，落实工程建设施工作业的过程中，工艺参数、技术指标等都会直接影响装配式建筑应用成效。就目前的工程项目建设施工情况来看，许多施工人员掌握的工艺方法并不严谨，过多地依赖自身的工作经验，缺乏对装配式建筑工程项目建设要求和标准的了解，体现出来的工艺技术存在较大的缺陷。装配式建筑的应用涉及到的工作环节和内容较多，在工程实施操作中一旦没有掌握重点的工艺技术，就很容易导致工程建设施工参数不达标，影响了建筑结构的性能，严重时还会出现建筑结构裂缝、位移、坍塌等现象，达不到工程建设工艺的标准。

4 优化装配式建筑应用成效的措施

4.1 合理利用BIM设计技术

BIM技术是新时期科学技术发展的过程中常见的一种技术形式，在装配式建筑中的应用可以体现可视化、高效性等特点，对于提高工程建设施工质量有非常显著的作用。以装配式建筑的应用作为核心时，在设计阶段，可以通过三维空间技术分析研究建筑空间与建筑结构的关系，从而完善设计内容，进一步提升设计阶段的精准度；在施工阶段，可以充分利用BIM技术优化工程建设施工形式，分析建筑数据，迅速计算整个建筑工程项目的工程量，并且以此估算造价，提高工程建设施工造价的精度。而且随着BIM技术不断普及，众多施工单位都开始利用BIM技术模拟施工环境。施工单位能够借助其分析施工主体的客观环境，根据BIM技术获得的工程建设施工数据信息确定具体的参数，提供可靠的参考依据。为了提高装配式建筑应用效果，利用BIM技术的过程中，要完善工程整体结构设计，利用其系统建模，呈现3D立体效果，分析在实际操作中可能产生的问题，从而提前解决其中的问题，丰富装配式建筑结构的功能特性。

4.2 完善项目管理体制

落实整个项目建设施工作业的过程中，施工单位不仅要合理选择工程建设施工方法，还要构建可靠的施工管理体制，根据装配式建筑施工的要求对其进行完善，起到约束施工的作用，规范工程建设施工方法，为装配式建筑的有效应用提供重要保障。施工单位需要设立严格的安全生产管理制度，组织装配式建筑施工作业时，归纳整理工程项目建设施工各个环节的工作要点，立足于完善的施工管理体制查漏补缺，引导项目施工按照要求完成工程施工任务。需要注意的是，在预制构件时，需要按统一制造标准，保证施工材料的质量达到要求，促使构件可以正确连接，全面提高装配式建筑应用质量。

4.3 优化相关配套形式

装配式建筑中的配套形式包括标准配套、队伍配套和监管配套，虽然整体工程的应用最主要的是合理利用相关的工艺技术，按照工程建设施工流程完成作业任务，但是也不能够忽视相关配套的重要性。施工单位应以设计标准作为纽带，实现设计专业、构件结构、机械设备等各方面的统筹，以设计施工一体化的模式提高工程建设施工成效。特别是在装配式建筑前期设计当中，要采取严格的监督管理方法，在后期则需要加强对整个施工过程的质量安全控制，确保工程建设施工的科学性和规范性。

5 结语

综上所述，在新时期建设发展当中，加大装配式建筑的推广力度，扩大其应用范围。实际推广装配式建筑的过程中，应结合工程项目建设的实际情况和需求，合理利用相应的装配式技术要点，通过控制装配式建筑施工质量，把握关键节点，实现从建筑、构件、设备、装修、装饰等的设计、生产、施工一体化建设模式，全方位提高装配式建筑在工程建设中的应用。