影響裝配式建筑設(shè)計的關(guān)鍵問題探討

　　“十二五”以來，我國對裝配式建筑推行力度的不斷加大，有30多個省市級政府出臺了相關(guān)的指導(dǎo)意見，在土地、財稅、金融、規(guī)劃等方面進行了卓有成效的政策探索和創(chuàng)新。隨之而來的是傳統(tǒng)建筑設(shè)計院及施工單位潮水般的涌入。但是裝配式建筑設(shè)計及施工技術(shù)的發(fā)展不是一蹴而就的。不經(jīng)過大量實際項目的積累和沉淀，僅靠設(shè)計人員呆板的執(zhí)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和圖集，必然會導(dǎo)致設(shè)計周期不斷延長、項目成本大幅增加、構(gòu)件生產(chǎn)施工難度不斷加大等一系列的問題陸續(xù)出現(xiàn)。

　　裝配式建筑設(shè)計不僅需要裝配式建筑的專業(yè)知識，更需要對整個項目不同階段的充分了解和各部門各專業(yè)的密切配合。裝配式建筑必須以設(shè)計單位為主導(dǎo)，貫徹整個設(shè)計過程(從方案設(shè)計到構(gòu)件深化設(shè)計)，它并不是設(shè)計的附加環(huán)節(jié)。因此，絕不能按照傳統(tǒng)設(shè)計方式，將整個項目按照現(xiàn)澆方式設(shè)計出圖后交給工藝設(shè)計單位或PC構(gòu)件生產(chǎn)廠家就可以了。這樣勢必會造成重大的技術(shù)事故，給整個項目帶來不可估量的經(jīng)濟損失。

　　本文從組織架構(gòu)、設(shè)計流程、設(shè)計深度、構(gòu)件拆分、節(jié)點設(shè)計、詳圖設(shè)計、圖紙校審、成本控制等八個方面，簡要介紹裝配式建筑設(shè)計過程中需要著重考慮的技術(shù)問題。以期為廣大的設(shè)計人員，深入了解裝配式建筑設(shè)計的整體框架及思路奠定基礎(chǔ)。

　　1、組織架構(gòu)

　　國內(nèi)的勘查設(shè)計企業(yè)正面臨著越來越激烈的市場競爭。建筑設(shè)計作為一個高度不穩(wěn)定的行業(yè)，各地區(qū)、各行業(yè)的體制、政策及文化差異對該行業(yè)的發(fā)展都有很大的影響。裝配式建筑在我國目前仍處于發(fā)展初期，建筑主管部門及各類型客戶的要求也復(fù)雜多樣，這對建筑設(shè)計及技術(shù)服務(wù)的創(chuàng)新都提出了更高的要求。

　　裝配式建筑的設(shè)計過程是建筑師、結(jié)構(gòu)設(shè)計師、水暖電設(shè)計師、裝飾設(shè)計師、工藝設(shè)計師、工廠技術(shù)人員、施工技術(shù)人員等多部門多專業(yè)互動的過程。設(shè)計部門的組織架構(gòu)首先應(yīng)在直線型職能框架的基礎(chǔ)上充分考慮橫向信息的有效傳遞;其次，應(yīng)針對裝配式建筑全過程的設(shè)計特點，對傳統(tǒng)設(shè)計的組織架構(gòu)進行優(yōu)化處理，開放組織體統(tǒng)，使設(shè)計成員具有項目整體思維、容許差異、知識共享、協(xié)同發(fā)展;同時講究柔性管理，通過適當(dāng)授權(quán)激勵設(shè)計人員在項目決策中不斷思考和成長。一個好的組織架構(gòu)，應(yīng)該使每個設(shè)計人員都應(yīng)該清楚：“我有問題時，去找誰?”“我對誰負責(zé)?”

　　2、設(shè)計流程

　　根據(jù)客戶的需求完成一個高質(zhì)量的裝配式建筑設(shè)計工作是極具挑戰(zhàn)性的。裝配式建筑在我國仍處于起步階段，很多建設(shè)單位的設(shè)計管理人員，并沒有從本質(zhì)上了解推行裝配式建筑的意義，所以往往會提出一些強人所難的要求。此外，傳統(tǒng)的設(shè)計院沒有大量裝配式設(shè)計項目的積累和沉淀，缺少設(shè)計項目的整體思維，在沒有充分考慮模具加工、構(gòu)件生產(chǎn)、現(xiàn)場施工的情況下，將整個項目按照現(xiàn)澆方式設(shè)計出圖后交給工藝設(shè)計單位及施工單位就萬事大吉了。這就必然導(dǎo)致工藝設(shè)計及構(gòu)件生產(chǎn)階段困難重重，且成本居高不下的現(xiàn)象。

　　3、施工圖設(shè)計深度

　　目前，在裝配式建筑的設(shè)計過程中出現(xiàn)了兩種模式：(1)從方案階段到施工圖階段的所有的圖紙由傳統(tǒng)設(shè)計院按照現(xiàn)澆方式設(shè)計，并進行審圖，然后提交給工藝設(shè)計單位或PC構(gòu)件生產(chǎn)廠家進行深化設(shè)計。(2)整個項目的所有設(shè)計任務(wù)交由一家設(shè)計單位獨立完成。前文我們也也提到了前一種模式可能會出現(xiàn)的問題。如圖紙問題大幅增加，工藝設(shè)計前期溝通及施工圖修改工作困難、難以實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，項目成本居高不下，構(gòu)件的模具設(shè)計及構(gòu)件生產(chǎn)難度極具加大，施工工序增加等。為了避免這些問題，2016年住建部連續(xù)發(fā)了兩份通知，從設(shè)計過程中各設(shè)計階段圖紙的設(shè)計深度，到審圖單位對施工圖的審查要點都進行了明文規(guī)定，詳見圖3。

　　2016年11月17日，住建部-建質(zhì)函[2016]247號文通知：《建筑工程設(shè)計文件編制深度規(guī)定(2016年版)》自2017年1月1日起實施，原《建筑工程設(shè)計文件編制深度規(guī)定(2008年版)》同時廢止。2016年12月15日，建設(shè)部-建質(zhì)函[2016]287號文印發(fā)“關(guān)于裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑工程施工圖設(shè)計文件技術(shù)審查要點”的通知。

　　4、構(gòu)件拆分設(shè)計

　　對構(gòu)件的科學(xué)拆分是裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的核心環(huán)節(jié)。構(gòu)件拆分對建筑功能、建筑平立面、主體結(jié)構(gòu)受力狀況、預(yù)制構(gòu)件承載能力、工程造價等都會產(chǎn)生重大影響。在具體的設(shè)計過程中，我們應(yīng)該根據(jù)“模數(shù)協(xié)調(diào)原則”優(yōu)化各預(yù)制構(gòu)件的尺寸和拆分位置，盡量較少預(yù)制構(gòu)件的種類，使建筑部品實現(xiàn)通用性和互換性，保證房屋在建設(shè)過程中，在功能、質(zhì)量、技術(shù)和經(jīng)濟等方面獲得最優(yōu)的方案。詳見圖4。

　　5、連接節(jié)點設(shè)計

　　預(yù)制構(gòu)件連接節(jié)點的設(shè)計是裝配式建筑設(shè)計的重點和難點;也是施工項目完成后最容易出現(xiàn)質(zhì)量問題的環(huán)節(jié)。因此，在設(shè)計過程中，我們既要保證連接節(jié)點的結(jié)構(gòu)安全性能，實現(xiàn)傳力合理、明確，節(jié)點的計算分析與實際受力情況相符合;同時又要考慮節(jié)點位置的防水、防火和保溫等功能要求。

　　現(xiàn)階段，裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原理是等同現(xiàn)澆，也就是說，通過采用可靠的連接方式和必要的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造措施，使裝配式混凝土結(jié)構(gòu)與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的效能基本相同。實現(xiàn)等同效能，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接方式是最重要最根本的。但并不是僅僅連接方式可靠就高枕無憂了，必須根據(jù)項目的具體情況及規(guī)范的要求做一些加強和調(diào)整。以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)安全的最基本保障?！堆b配式混凝土建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 51231-2016，《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ1-2014及裝配式建筑國家標(biāo)準(zhǔn)圖集等對裝配式建筑連接節(jié)點的形式、計算要求等都進行了相關(guān)規(guī)定，設(shè)計人員在進行具體設(shè)計時可以遵照執(zhí)行，并根據(jù)項目的實際情況進行節(jié)點設(shè)計。

　　6、構(gòu)件詳圖設(shè)計

　　相比較傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)建筑，裝配式建筑除了需要完成施工圖紙的設(shè)計，還需要進行構(gòu)件生產(chǎn)詳圖的設(shè)計。PC工藝圖是工廠生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件的依據(jù)。所有的預(yù)制構(gòu)件，拆分后的主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件都需要進行制作圖的設(shè)計。

　　PC工藝圖設(shè)計的主要工作：

　　(1)將各專業(yè)和各個環(huán)節(jié)所有對PC構(gòu)件的要求匯集到構(gòu)件的生產(chǎn)詳圖上。

　　(2)對構(gòu)件在制作、運輸、堆放、安裝等各個環(huán)節(jié)荷載作用下的承載能力和變形進行驗算。

　　(3)設(shè)計吊點、堆放支撐點、構(gòu)件吊裝環(huán)節(jié)需要預(yù)埋的預(yù)埋件等。

　　為方便生產(chǎn)工人查閱圖紙方便，我們一般要求設(shè)計人員把建筑、結(jié)構(gòu)、水暖電等施工圖中關(guān)于該構(gòu)件的所有信息(外形尺寸、配筋、預(yù)埋件、孔洞等)在一張或一組構(gòu)件詳圖中靠 “線條式”繪制出來，可想而知構(gòu)件詳圖設(shè)計的工作量是極其繁重的，詳見圖5、圖6。

　　根據(jù)大量項目數(shù)據(jù)統(tǒng)計，一個建筑單體一個標(biāo)準(zhǔn)層的預(yù)制構(gòu)件數(shù)量根據(jù)預(yù)制率不同一般在80~200個，那么對應(yīng)的圖紙數(shù)量一般在120~240張，整個建筑單體的構(gòu)件詳圖數(shù)量300~1000張。而且，預(yù)制構(gòu)件相互間要考慮碰撞干涉的問題，檢查細度要精確到毫米級別，這個工作對工藝設(shè)計人員來說是極具挑戰(zhàn)性的。然而，BIM技術(shù)改變了這一傳統(tǒng)的繪圖方式，在基于BIM的設(shè)計過程中，設(shè)計的核心是模型而不是圖紙，所有的圖紙都只是模型的附屬品，借用其強大的智能出圖和自動更新功能，對圖紙的出圖布局提前設(shè)定，然后軟件根據(jù)所選擇的三維模型自動生成深化設(shè)計圖紙，當(dāng)對模型數(shù)據(jù)進行修改時，與其關(guān)聯(lián)的所有圖紙都將自動更新。避免了人工出圖可能出現(xiàn)的錯誤，極大提高了出圖效率。所以，選擇應(yīng)用合適的BIM軟件，對提高工藝設(shè)計的效率和質(zhì)量有事半功百倍的作用。

　　7、圖紙校審

　　目前我們所有設(shè)計工作的設(shè)計成果，都必須要以圖紙的形式表現(xiàn)出來，而圖紙校審則是控制圖紙質(zhì)量的最有效手段之一。針對裝配式建筑施工圖及工藝圖量大內(nèi)容多的情況，我們建議采用多種措施進行圖中校審：

　　(1)使用BIM軟件建立三維模型，進行自動碰撞檢查;

　　(2)將常見的圖紙問題進行匯總，形成易錯問題清單，校審圖紙時逐條核對，詳見圖7。

　　8、成本控制

　　不同的結(jié)構(gòu)形式、技術(shù)體系、預(yù)制率、管理模式、項目規(guī)模、建筑高度等都會在很大程度上影響裝配式建筑的綜合經(jīng)濟成本(見圖8)。目前，裝配式建筑的成本普遍比傳統(tǒng)現(xiàn)澆方式高2000-500元/m2,其中，預(yù)制率是其影響較為突出的因素。我們在做具體項目的過程中，應(yīng)注重在設(shè)計階段對裝配式建造成本的控制，盡量降低其綜合單價，否則裝配建筑在成本方面相對于傳統(tǒng)建筑就毫無優(yōu)勢。