装配式建筑设计标准体系的构建与应用研究

2021-01-07陈宇翔

太原城市职业技术学院学报 2021年5期

■陈宇翔

（义乌工商职业技术学院，浙江金华 322000）

在现如今的建筑行业，装配式建筑逐渐成为十分常见的建筑形式，与常规建筑相比，在施工效率、专业性等方面具有诸多优势。另外，装配式建筑正式施工之前，墙体、管道等均采用预制的方式，完成提前预制之后运输到施工现场便可以直接安装，不仅施工效率高，还保证了施工质量与规范性。但是装配式建筑在设计环节也必须要制定完善的设计标准体系，为预制、安装施工等明确标准要求。针对装配式建筑设计标准体系的构建，立足于项目的全过程，展开科学有效的分析，才能够保证设计标准体系的可行性。

一、装配式建筑整体特征概述

作为建筑领域的一种新形式，装配式建筑在当前社会中受到广泛关注，并且受到行业从业者与广大群众的青睐，总结装配式建筑特征，包括以下几点。

1.装配式建筑设计阶段，采用的设计标准具有信息化特点。因为组织装配式施工期间会运用通用型号的构件进行安装，所以设计环节呈现出标准化的特点，采用构件质量控制方面也有明显的要求[1]。另外，开始施工的过程中，所有构件信息、施工过程数据、质量数据等，均可以上传到信息化系统中统一管理，加强了信息化管理水平。

2.装配式建筑与传统建筑相比功能具有现代化特点。因为装配式建筑设计、安装施工环节，构配件选择、机电和给排水系统设计均会运用综合施工方法，现场各个部门之间的协调性更强，建筑工程保温性、节能性、吸声性更强，加之一些装配式建筑全面引用了智能化机电系统，所以为装配式建筑功能赋予了信息化、数字化的特点。正因如此，装配式建筑构件生产与安装环节也体现出极高的自动化水平，采用的构件是预制产品，通过流水线自动化生产获得，产品本身具有较高的精度与质量保障，将其运用在现场安装施工环节，有利于缩短施工时间，降低现场施工作业难度，提升装配式建筑整体质量[2]。

3.装配式建筑的安装施工效率更高，在提前预制构件之后，便可以将其运输到施工现场，通过机械吊装、安装连接等方式进行组装，这一环节无需再次制作构件，只需要装配施工。所以对比传统建筑模式施工时间缩短，也可以达到控制成本的目的。现场所有原材料管控效果更加理想，降低了工程管理难度。

二、装配式建筑设计标准体系构建

（一）装配式建筑设计标准体系结构

装配式建筑设计标准体系包括诸多集成系统，例如建筑结构、电气设备与水管线系统，站在建筑行业角度，各个集成系统之间相互配合，是保证建筑质量与功能完善的重要前提。每个集成系统彼此之间必然会受影响，若其中任何一个集成系统在设计环节欠缺完整性，或者配合度差，便会对装配式建筑结构、管理控制、整体质量带来影响[3]。装配式建筑与现浇建筑相比，所有构件之间必须要紧密配合，每个重要构件设计、衔接均有不同的要求。所以，独立构件的规格与尺寸参数在实现标准化这一方面，要保证衔接位置规范性，以此提升装配式建筑安装施工效率，保证装配式建筑整体质量。

（二）构建基本原则

构建装配式建筑设计标准体系，在前期的标定阶段需要考虑的因素比较多，应该立足于装配式建筑施工需要达到的不同目标，其中包含功能设置的合理性、结构完善性、建筑工程绿色环保程度等[4]。为了达到以上目标，需要遵循一系列构建原则，具体包括以下几点：

（1）装配式建筑设计标准体系构建需要明确基本思路，有完善的标准，并且满足装订设计标准、关键标准法基本原则，保证核心标准与工作方案、规划内容一致；（2）装配式建筑设计标准体系的构建理论在实践中要保证合理，合理规划系统和内部包含的各个子系统的关系，将设计标准体系中的各项内容合并、分解，从而满足装配式建筑施工要求，加强各个构件之间衔接、结构调整合理性；（3）装配式建筑设计标准体系内有大量的专业术语和符号，构件体系阶段要尽可能地统一，以免设计标准体系在后期应用的过程中出现内容重复现象。另外，则要遵循共性提升原则，相关内容合并之后加强结构紧凑性、系统规范性，杜绝内容重复、脱节等现象；（4）设计标准体系在当前行业环境下，必须要融合先进技术、材料与一些新工艺，总结装配式建筑发展方向，满足新时期环境下新技术材料等标准要求；（5）构建标准体系期间所涉及到的所有方法必须要清晰明确，并且划分为强、弱两种体系，以强体系为主体着重构建[5]。将不同标准所具有的联系清晰地反映出来，提升设计标准体系操作可行性，在今后装配式建筑施工过程中得到广泛应用[6]。

（三）层次设计

装配式建筑在设计环节对比传统建筑，无论是建筑理念还是工艺技术均进行了创新与优化，采用现代化管理模式，着重体现设计的层次性。所以基于装配式建筑全寿命周期范围内装配式建筑设计工作，构建设计标准体系也必须要体现出层次性的特点[7]。一般情况下构建装配式建筑设计标准体系可以划分三个层次：一为综合性层次。划分综合性层次往往是将建筑群、单体建筑中所有的建筑系统作为基本对象或者组成元素，全方位了解综合性层次的设计任务、装配式建筑所在位置整体面积、功能需求、设计风格等技术标准。二为通用层次。划分通用层次要将建筑系统与建筑所属类型当做基本对象，根据空间结构要求划分技术标准，将所有装配式建筑分类技术与管理途径全部组合。三为专用层次。该层次的划分标准为单一技术，期间还需要掌握实现该目标的有效方法与手段，明确专项层次标准，保证装配式建筑设计规范性[8]。

（四）构建技术

装配式建筑设计与后期安装施工阶段，立足于宏观视角呈现出线性状态，传统形式建筑的设计工作是以建造为前提，充分考虑建筑整体性。装配式建筑虽然具有复杂性，但传统建筑形式所体现的线性状态却相对减弱[9]。预制装配式建筑的设计与安装施工，除了要做好建造逻辑处理工作，还应该加强这两项环节所有流程安排合理性。构建装配式建筑设计标准体系，期间涉及到诸多子系统，为了能够保证设计标准体系应用的可行性与可操作性，建议采用一体模块化设计理念，从线性过渡为系统，期间还包括设计建造维度、实体系统信息系统、建造设计操作等诸多环节。

结合装配式建筑设计规范要求，构建设计标准体系需要运用到BIM技术，在当前信息化时代下，建筑行业信息化建设越来越深入，装配式建筑设计工作也开始广泛应用先进的技术手段[10]。例如，G5软件已经在预制装配式建筑中有非常广泛的运用，其作用在于逐渐实现了大规模装配式建筑建设，不仅能够节省成本，还切实提升了施工效率。当前BIM技术在装配式建筑设计标准体系构建中运用，对于行业技术创新而言是非常有效的先进技术手段之一。

通常BIM技术需要结合信息技术、绿色环保技术，基于物联网时代环境下，树立互联网理念以提升装配式建筑设计工作质量为目标，发挥BIM技术优势将装配式建筑工期缩短，并且达到节能降耗的目的。装配式建筑设计环节采用BIM技术，真正实现了管网一次性设计、洞口预留以及户型组合拼装[11]。与传统建筑形式对比，大大缓解了重复性设计这一问题。除此之外，设计标准体系的构建还可以应用一体化设计技术，装配式建筑技术前期预制生产与安装施工环节关系非常密切，并且存在于建筑生产全过程中，采用先进的技术创新设计方式，发挥出装配式建筑预制化这一特征，在传统设计模式的基础上融合一体化设计技术，在组件拆分、生产与组合等方面体现出明显的优势。因为装配式建筑比较特殊，内墙装饰层能够预制填充墙体，采用保温材料与防水材料均可以提前预制完成，随后运输到施工现场便可以获得一体化墙体。从材料性能与后期使用效果方面呈现出良好的保温性、防水性、稳定性特征。一般制作一体化墙体在建筑工程中使用，在当前行业环境下得到广大从业者的青睐[12]。

装配式建筑设计标准体系的构建运用模块化设计技术，在现有基础系统的基础上将其划分为多个独立标准模块，由设计人员制定设计规范，明确不同模块边界条件，即便各个模块独立，在设定的边界条件要求下相互构建全新的系统。模块化系统分解之后，获得各个层级标准模块。设计人员根据标准模块与设计需求重新组合，为输出赋予多样性特点。搭建模块化系统要在原有结构的基础上，采用分散化技术为独立模块提供活力，使其能够组建成为不同的簇群以及生态系统[13]。经过分解、分级、规则、选择、组合之后，完成设计标准体系构建。例如，房屋居住工程可以根据不同的功能，将空间划分为卧室、起居室、厨卫等各个功能区域，而这些功能区域都可以被称作单位功能空间模块，将其二次分解之后得到子模块，分别对应单一的居住行为，即为单一功能空间模块。采用模块化设计方法，在工业化建筑的设计工作中是非常有效的手段之一。利用不同的组合搭配方式达到装配式建筑产品生产定制的目的，有利于节省开发成本支出，提高设计工作效率，还能够利用模块化生产的方式达到规模效应，将设计流程简化，在当前行业环境下不断创新设计方案，充分利用现有设计资源，确保最终设计产品满足客户要求。最后建议采用个性化设计技术，基于标准化生产模式为装配式建筑产品赋予个性化、多样化特征。针对一些有特殊要求的关键技术，可以搭建以客户驱动为前提的开放式架构模型，加强规模生产标准化。

三、装配式建筑设计标准体系应用

装配式建筑整体来说呈现出综合性的特点，尤其是集成体系的构建，其中包括建筑结构、电气设备、外维护、排水管线内装等各个系统，且这些系统之间联系非常紧密，若是其中一个流程控制不到位，必然会影响到装配式建筑整体结构质量。所以，对于装配式建筑各个系统的衔接需要保证标准化与规范化，这是装配式构件预制加工非常重要的前提，也是保证后期安装施工质量的关键性手段[14]。结合当前装配式建筑发展情况，在设计标准体系应用方面依然面临一些问题，例如设计标准体系内容完善与创新、与各个施工环节的融合等。为了能够加强涉及标准体系应用的可操作性，要注意以下几个问题。

（1）结合当前装配式建筑的模数协调标准以及尺寸协调标准，编制设计标准体系，尤其是装配式建筑尺寸参数，其中涉及到建筑电梯间、厨卫等各个功能区域尺寸；（2）经典的装配式建筑要以业主提出要求为基准制定设计尺寸参数与模块，所有系统之间的衔接也要保证标准化。例如，我国现有一线城市的人口基数庞大，针对保障性装配式建筑的设计要提前展开调查，确定设计符合多数人员需求便可以确定其满足标准化规范。另外，对于施工技术的选择，也要在预置构件生产不同系统紧密衔接这方面着手，制定设计标准体系，为预制构件生产与安装提供参考；（3）装配式建筑在设计环节，所有设计人员必须要全面了解标准体系建设要求，按照装配式建筑所有系统构建技术与方法要求，掌握不同设计方法的操作技巧，并且将现行标准化设计与装配式建筑设计、后期安装施工等环节充分融合。

装配式建筑设计标准体系在实践应用中，在系统工程学理论的基础上构建霍尔三维结构模型，以此为前提衍生出空间六维模型，这是装配式建筑设计标准体系得以全面应用的理论基础。要明确设计标准体系构建流程、依存主体，详细划分设计标准体系标准类型[15]。其中，设计标准体系的依存主体要立足于各个设计阶段、对象、性质分别展开分析。根据方案设计、初步设计、施工图纸设计、构件加工图纸设计等环节提出的要求，明确设计标准体系内容。结合前期调查采集到的装配式建筑各项数据，加强设计标准体系应用的可行性与针对性。在对象组成方面，按照对象建筑实际应用功能主要有居住建筑、工业建筑、公共建筑和农业建筑这几种类型，设计阶段按照各个建筑类型有明确的侧重点。性质组成方面具体包括技术设计与设计标准评价这两项工作。创建装配式建筑设计标准体系，其中包含六个基本维度，即阶段维度、级别维度、等级维度、属性维度、对象维度、性质维度。每个维度分别包括不同的内容，后期应用设计标准体系也要以这六个维度为主，综合考虑装配式建筑设计需求。满足绿色环保、节能降耗功能性要求的同时，也能够符合经济性、专业性、规范性等技术方面的规定，这是装配式建筑设计标准体系应用最为关键的问题。