从设计之外探索装配式建筑设计

2019-01-23吕僖

智能城市 2019年2期

吕僖

（中国建筑设计研究院有限公司装配式建筑工程研究院，北京 100044）

装配式建筑，顾名思义，是将工厂中加工制作完成的预制部品部件，运输到施工现场拼接安装而建成的建筑。其本质为建造方式上的特点，区别于现浇混凝土、手工砌筑的建筑类型，相应涵盖了钢结构、木结构建筑，以及预制混凝土建筑。

装配式建筑在我国发展变革可追溯到20世纪50年代，而近十年来建筑行业及相关产业的升级迭代，装配式建筑重新被寄予厚望。作为我国建筑工业化的解决方案，装配式建筑有着节能、环保、高质量、高生产效率等优点，是推动建筑行业良性发展的一股强大力量。近两年来，国家相继发布了装配式建筑的一系列技术标准，伴随行业标准规范，相关技术评价体系也相应建立。装配式建筑呈现蓬勃发展之势态，大幕已开启。而作为建筑师，更有责任和义务探索装配式建筑设计，有效开展设计工作。

1 装配式建筑设计的问题

目前装配式建筑设计，困扰建筑师的问题有许多，可以归纳为两个方面：一是技术体系认知不足，对标准、措施理解有偏差；二是设计形式发挥不足，由于形式受技术条件限制，设计的创造力减弱。

技术体系认知不足，是对装配式建筑体系缺乏清晰的认知，缺乏设计之外的全局统筹。体现在对装配式建筑体系认知碎片化、预制构件部品知识缺乏；对装配部位的关联性认识不足，难以发挥整体优势，或局部影响整体效益。还体现在脱离项目实际，为了装配而装配、片面追求高装配率。

根据《装配式建筑评价标准》，能被称为装配式建筑是有严格条件的，将结构、外装、内装等各部位的预制部品分项量化、依权重取分值，计算所得装配率，满足50%可称为装配式建筑，60%～75%评价为A级，76%～90%为AA级，91%以上为AAA级。即达到一定的装配量才能够上其门槛，为满足这些被计算被衡量的指标，易导致盲目以装配率作为噱头，脱离建筑结构本身的合理性。

设计形式发挥不足，表现在对装配式建筑造型的怀疑或不认可，建筑师在设计过程中对建筑形式的发挥有限，仅是简单地拼合堆砌，缺乏设计感，建筑师的审美缺席，只能被动地接受建筑造型的形式成果。

装配式建筑设计更多需要建构性、对施工操作、对生产运输的认识了解。由于对预制构件部品了解不到位，加上受到原设计思维的影响，导致建筑师不会做装配式设计、甚至不愿做设计。资源因缺乏深入了解和实践而束缚手脚，复杂事物的未知不确定而不会表达、不敢于表达，建筑师易陷入这样的境地，装配式建筑也被贴上了刻板、生硬、平庸的标签。

这两个方面的问题与不足，表明了装配式建筑设计较于传统建筑设计的不同，原来处于产业链下游的材料、制造、生产、施工、安装等产业，在装配式建筑里已提升到设计环节，各环节在设计策划中预演、密切互动，需要对全产业链建立系统思维。由于设计思维有惯性，为了不陷在泥潭里挣扎，为了滤清其中关系、认清设计规律，需要从设计之外找寻答案。

2 行业与格局

“不识庐山真面目，只缘身在此山中”，对装配式建筑设计探讨，需要知己知彼、建立概念与认知系统，置身设计之外，放大认知坐标系。

从发展历程上看，装配式建筑是建造方式的一种变革、生产方式的一场革命。它将大量的施工现场作业转移到现代化工厂中，实现集成与高效；它紧密联系整个行业，通过设计整合上下游产业链，优化各供应链的资源分配与产品质量。

从顶层设计上看，行业的发展像是在下一盘大的棋局，而装配式建筑设计其中非常重要的棋子，可以说它锚定了整个行业变革发展的启点。设计作为龙头，在产业链中的位置可起到牵一发而动全身的作用。因此，通过设计做整合是装配式建筑对行业的贡献，也是良性发展的趋势。

目前装配式发展尚处于初级阶段，瓶颈制约依然明显。如对传统设计路径的依赖，存在一定保守性和惯性；装配式建筑是一种先进的建造技术或方法，具有很强的技术特征，但与装配式建筑相适应的技术体系尚待成熟。因此，设计企业能力不足的现象具有普遍性。装配式建筑设计是机遇也是挑战。

3 产品设计

装配式建筑部品部件均为工厂预制、现场装配，为现代工业制造产业链中的产物，建筑设计进一步拓展到了产品设计领域。建筑是人工环境在装配式建筑中，墙体、地面、阳台、雨棚等，都是成熟的建筑构件与部品，甚至还可以拆装、更新、替换，作为与生活直接接触的产品。产品的优势在于尺度小、易复制、易推广、复用率高，相对于建筑设计，产品设计的迭代速度可以非常快，完全可以实现高度市场化，可以迎合人们的需求变化而改进升级。

当前的趋势是互联网正逐渐渗透至传统加工制造行业，物联网、区块链等技术引领着未来的发展，建筑部品构件自带属性，可调节、可定制、可伴随设计推进而同步迭代。迭代演化、动态互联，通过系统化的控制，最终汇总到设计前段，建筑师做数据辨别、产品挑选，甚至直接参与到构件产品设计中，做开发或优化工作。

对于建筑师来说，设计各阶段对预制部品部件的设计、选用、辨别、控制，与建筑师后期选材、定样定颜色一样，作为投入其中的一项工作。这对建筑师提出更高的要求，既要有资源掌控能力、整合能力，还要有不断学习能力、自我升级能力。

对于成品部品构件的生产方，技术上可以实时组装或分解，也可以虚拟场景真实模拟，将设计作为外部条件可达到实时反馈，再通过市场化、系统化的控制，紧密互动、及时调整，实现利益与效率最大化，达到一种动态平衡的科学流程。

4 材料与工艺

建筑设计由艺术与技术相结合，而装配式建筑设计更是抬高了其中的技术门槛、加重了技术的成分比例。装配式建筑设计对工程技术的依赖程度很高，故对材料、工艺缺乏深入了解，必然会带来问题。

材料要满足可装配的要求。钢结构、木结构建筑诞生时就是装配式，但混凝土并不是，它是塑性材料，在凝固中实现它的强度，一旦成型，耐久、力量都能表达出来。混凝土的优势，在于原料易获取、耐久、可靠，混凝土再配上钢筋，在造价成本上战胜了钢结构，在结构受力方面战胜了木结构，它实现了世界范围的广泛采用。建筑设计界长期享受着现浇混凝土造型自由的优点。而预制混凝土在可塑性方面有劣势，混凝土材料被放在工厂预制，而不是现场浇筑，既要满足预制混凝土构件能保证自身强度、不开裂、能运输吊装，又不能过大、过重，超出运输吊装的要求，还不能过小、装配效率过低，并要保证节点可靠。但它质量有保证，外观精致、平整度高，制造周期不受限，兼具防水维护功能，是很好的外立面装饰材料。

装配式建筑是高度工业化的建筑，用工业中工艺流程的方式理解去装配式建筑的建造过程，更易于规范设计。工艺设计是从工程上考虑如何制作出想要的产品。对机械零件的加工流程投射到装配式建筑物的装配建造流程中，可以看到，装配式建筑的流水线经历部品构件加工设计环节、工厂制造环节、运输吊装环节，构件要满足设计、运输、管理、吊装等要求。列清单考虑到这一系列环节，有助于不做过度的设计，更不要做矛盾的设计。

建造过程非简单的堆积木造房子，要充分考虑尺度和力学的问题。构件设计首先以结构设计计算为前提，单块构件吊装时自平衡；其次，大小、形状、尺寸、重量等运输要求、安装要求，同时还要使用吊装的方式组装一栋装配式建筑；组合后的链接不同还要考虑容错空间，考虑标准与精度不一致带来的细部问题。

5 设计探索

建筑设计由于项目不同、业主不同，本身是有着定制成分的，不同项目需求对应不同设计。但在装配式建筑设计领域，除了项目本身需要之外，还多了一个标准化前提。标准化高建筑可拆分为各功能模块，各建筑构件模块的比率也高，于是有了再组合再装配的优势。因此，标准化是基础，是设计必要条件，这也是高层住宅能推广装配式混凝土建筑的原因。

设计标准化与个性化、多样化的现实需求如何调和？从产品角度，预制部品部件的设计要在标准化的基础上做到系列化、通用化、可替代性，这是下游制造产业提升至上游设计环节所需要的设计支撑。

从建筑师角度，如何处理、化解标准化与个性化的矛盾，是建筑师面临的设计挑战。装配式建筑的设计理念、形式、方法都受其设计范式影响，追本溯源，装配化本身就是一个逻辑性很强的设计母题。装配的设计母题可以衍生多维度的设计手法，从维度上可以归纳为两种：一是平面层面——模块设计；二是立面层面——层级设计。

平面模块设计，又可分为功能模块：厨房模块、卫生间模块、楼电梯模块、阳台模块等；构件模块：门窗模块、梯段模块、内墙模块、管井模块、雨棚模块等。多数情况下，功能模块包含着构件模块，均可通过平面上的拼接实现装配式建筑设计。

立面层级设计，是从立面维度上，将墙体、外门窗、阳台板及栏板、空调板，以及其他装饰或功能构件，立面层层叠加的方式组合到一起。这一视角直接将立面造型设计分解，有利于建筑外观设计，但要注意不能一味地做加法、制造累赘，要区分必要层和不必要层，功能层和装饰层。

不管是平面、立面，还是各种多样化的分解方式，模块、层级设计的关键在于分解部位的组合。装配式设计应针对建筑的特点展开，很有必要进行多维度的设计预判。总而言之，要在标准化体系内做设计手法的文章，遵循形式美的原则：统一变化、比例尺度、均衡稳定、节奏韵律、对比协调、重点突出。

设计很多时候是一个“黑匣子”，有直觉、感性、不可言说的成分。在装配式建筑设计这里，可以基于各类部品构件的大数据，构建一种“设计云”，它是一种开放的体系，将物化实体及其多方位的信息放入一个时空箱体内，根据建筑师拟定的设计原则进行排列、组合，多方案比较、智能化调试。由原先一对一、一对多的线性工作，转化为多对多的系统工作，必要的功能区块、叠加的设计附加品、接口适应性设计、成本控制信息等都可以作为设计的可能、切入点、前提输入条件。在“设计云”的模式下，建筑师的设计工作可分为三个步骤：第一步是设定组合逻辑，通过相关性的互联、挖掘规律，解决模糊性复杂性问题；第二步是校核、排除，多方案比较，去伪存真；第三步是选择，确定方向、确定方案，作为实施方案的判断选择。

“设计云”是大数据和云计算的结合，建立在建筑全产业链上的信息网络互联互通的基础上，“设计云”会使方案多样化在数量级显著提高，规律性也变得有迹可循，设计的“黑匣子”更像一个百宝箱，未来建筑师的工作在“设计云”的辅助下，更多的是设计决策、选择，输出价值的思想，做出有价值的判断。

6 现代主义

从建造的角度上看，装配式建筑是非常现代主义的建筑，它回归到建筑最自然的状态，经历分解、组合、建构、搭接、叠加的过程，是一个有明确过程的建筑；建造过程清晰化、条理化、数字化，并具有可控性、可调节性，有着清晰逻辑生成原则；设计依靠多方位信息与构配件实体，整合全产业链上下游资源，具有强大的系统性。由于装配式建筑这些先天优势，不是附庸、不是装置，本身就具备可以被物化的现代精神内涵。

另外，建立在高度工业化的基础之上，现代建筑才有能力和魄力实现人类的伟大构想。这是现代的一种精神，从这个角度上看装配式建筑也应该是现代主义建筑，它回应着新技术新工艺的发展，反映着这个时代的气息。

装配式是现代建筑，也是属于时代的建筑。建筑师在其中担当者统筹、指挥的作用，需要输出价值观，设定目标值，用目标倒推设计，采取主动设计的方式；建立全产业链思维，高度统筹，运用体系化的思维建构项目设计各阶段目标、梳理项目流程；针对项目自身特点，建立甲方思维，形成全周期项目设计与成本的闭环。