碳中和下装配式住宅建筑设计管理与技术协同——以晋江市P2018-22号地块为例

文｜厦门市泛华建筑设计有限公司 沈艺梅

如今气候变化源于人类活动引起温室气体排放及全球气候模式改变，危及生态系统，系列连锁反应无疑会影响我们日常生活。据世界资源研究所的数据，净零气候计划到2050年中国将能产生近1 万亿美元的经济和社会净效益。联合国发布的《2020全球建筑现状报告》指出，尽管2019年全球建筑能耗在年度基础上保持稳定，但与能源有关的二氧化碳排放量却增加到99.5亿吨。全球运营的碳排放量加上建筑工业部分，占到全球能源相关的碳排放总量的38%。其中非住宅建筑（间接）占8%；非住宅建筑（直接）占3%；住宅建筑（间接）占11%；住宅建筑（直接）占6%；建筑行业10%。由此可见房地产行业对减少相关总量，确保全球环境立足于可持续发展基础之上可做出巨大贡献。

1 迈向碳中和

预计未来十年内中国建筑体量将占全球一半，每年新增建筑面积已达20 亿平方米，近整个伦敦面积1.3 倍。据BBC 未来星球系列报道，2001年到2016年中国建筑业主要能源消耗增加了一倍多，约达10 亿吨煤，建筑施工碳消耗（包括整个供应链使用的原材料和能源）约占到中国碳排放1/5。进一步采取行动实现碳中和，需考虑碳抵消；避免碳排放；隐含的排放量；运营产生的排放量。选择最佳建筑实践设计和所用材料，被动式低能耗低用水量的节能建筑，平衡所使用碳和用于补偿将实施绿色倡议的碳。若项目自身碳排放实际上不可能减少，则投资开发商可利用碳抵消绿色工程资金帮助平衡一国内其他地方的排放量。研究建筑最佳碳中和解决方案时设计团队所有专业人员集体参与必不可少。

对开发者而言，避免碳排放指规划阶段不建设，探索替代方案；规划、设计阶段少建设，最大化利用现存建筑；设计阶段智能建设，优化所用材料，用低碳材料进行设计；建造阶段高效建设，使用低碳建筑技术，消除浪费，如3D 打印技术和预制装配式建筑；运营和维护阶段智能运行，利用智能建筑技术来避免碳排放；高效运行，确保全部采用最新、状态良好的建造系统和设备。我国建筑业长期以现场施工为主，其高碳排放量与建材损耗量，每年建设消耗全世界40%～50%钢材和水泥；高建筑垃圾产生量已占城市垃圾总量30%～40%，扬尘和垃圾已成为PM2.5 和城市噪音主要来源；低产出依赖人工技能劳作，高强度长周期，受人为、气候影响因素，对项目管理组织、质量进度安全成本、资源、验收等产生诸多不可控不利影响。

2 政策引导建筑产业管理技术变革

国家及地方出台相应建筑垃圾管理条例、资源化利用技术导则、装配式建设要求等条文。尽管现状建筑垃圾资源化率仍不足10%，据生态环境部披露，截至2019年中国CO2排放强度相比2005年降低了48.1%，非化石能源达一次能源消费15.3%，截至2020年8月末，7 大试点碳市场配额成交量累计4.06 亿吨，累计约92.8 亿元的成交额。2020年9月中国在联合国大会上表明CO2排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。《2021年政府工作报告》则直接提出“十四五期间单位GDP 能耗和二氧化碳排放分别降低13.5%和18%，森林覆盖率达到24.1%”。

2.1 建筑产业化管理

在国家产业结构优化升级，科技创新和管理创新向集约型经济增长的背景下，以《国家信息化发展战略刚要》为指导，加快建筑行业结构调整和转型升级发展预制装配式建筑，探索企业管理生产新模式，争取BIM、智能化、大数据、物联网、移动通讯、云计算等，建筑业智能化、数字化、网络化有突破进展，智能化生产与智慧化城市提高产业集中度，把建筑业打造成技术先进的现代产业、节能减排环保的绿色产业、带动力强的支柱产业。

从惯有的劳动密集、粗放经营的特征，在面临经济、行业环境变化、产业政策调整时从传统建造转型向工业4.0 智能化，对信息的使用与分析提升建造智能化水平，本质上提高了企业自挖潜力、依靠管理创效的内在能力。批量化、组建化生产，实现建筑设计标准化、部品生产工厂化、现场施工装配化、结构装修一体化、维护保养专业化、过程管理信息化、建筑应用智能化，提升效率和工程质量，同时减少建筑垃圾和扬尘污染碳排放，促进建筑农民工市民化转为产业工人，化解钢产能过剩，有效降低企业管理和运作成本。

2.2 装配式建筑设计管理

住房和城乡建设部印发的《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》提出“2020年装配式建筑占新建建筑比例20%以上，到2025年达到50%以上”。全国各地出台的指导意见及政策措施主要概括为五个方面：强制实施百分率，奖励面积，提前预售，政策补贴，绿色通道。勘察设计类企业应当加强探索企业知识管理，建设智慧企业及知识管理信息系统，完善知识库，跟进勘查设计信息资源获取和表达方式，实现知识共享，知识价值充分挖掘和利用，着重企业信息管理系统一体化应用，促使企业设计水平和管理水平提高。本文以本企业设计装配式住宅建筑为例，运用产业化思维，浅析装配式住宅建筑全过程协同设计管理及技术要点。

3 工程概况

泉州晋江市阳光城海峡大都会国府，住宅区位于晋江灵源街道英塘片区，晋江市P2018-22 号地块项目，设计规模：总建筑面积408938.04m2，其中地上318511.94m2，地下90426.10m2，总计容面积317298.053m2，容积率2.5169，绿地率25.01%。由22 栋高层住宅、7 栋低层住宅、集中商业、幼儿园组成。地下室平时为I 类停车库及设备用房，局部战时为甲类核六级常六级二等人员掩蔽部，抗震设防烈度7度(0.15g)，主体结构合理使用年限50年，建筑外墙防水设防标准Ⅰ类。工程于2019年6月设计审查结束，装配施工于同年底竣工投入生产运营，2020年荣获中国金盘奖最佳预售楼盘奖。装配式建筑结构体系的预制构件包括：叠合楼板、预制楼梯、预应力构件及集成部品部件，剪力墙部分按体系要求为现浇法施工，主要针对抗侧力构件。B 地块共7 栋高层采用工业化方式建造，面积共占总建筑面积20.9%，装配实施率20.9%。

4 装配式住宅建筑设计技术要点

4.1 技术策划阶段

前期技术策划对项目实施起重要作用，除通常按国家相关规定完成规划、设计说明、技术经济指标等，还应充分考虑装配式建筑、绿色建筑、建筑节能等执行政策文件的要求，分析项目定位、规模、成本指标的同时分析装配化目标，制定协同设计工作方法细则，进行合理的装配式建筑专项技术策划，形成专项技术实施方案。

4.2 总体规划设计

除满足国家规划条件、建设标准外，装配式建筑总图规划设计优先采用模块化单元，同时考虑施工组织设计流程，所在区域构件生产水平、施工装配能力、布置运输通道和机械起重吊装运输工作半径所需空间、临时堆放场地等经济科学。

4.3 平面设计

综合考虑利于装配式建造各方面因素，满足平面使用功能的基础上，基于模数协调原则，标准化、定型化设计，住宅单体通过模块化的多组合应用，标准化部件、功能和空间模块，对模块单元、构件和部品增加重复利用率。检查楼梯净尺寸、电梯井道、管道、管井、选型与结构、设备、装修各专业的关系。

4.4 立面设计

立面造型做法简洁基本不出现外凸线条，单体标准层每层立面做法一致，结合建筑美学和力学性能，风环境、日照等模拟分析，对各种预制构件生产和制造进行可行性分析，充分发挥外墙构件自由变化、灵活组合及平面组合设计的装饰作用，外墙反打一次成型,通过部品与建筑及部品之间的模数协调设计创造组团多样性效果统一。

4.5 内装机电设计

模块协调大原则下实现内装机电一体化，充分考虑各功能空间使用尺度、空间适应性，贯通建筑全寿命周期（含维护保修阶段），如预制厨房、预制卫生间、“I、L、T”型预制混凝土内墙板，预留洞预埋管。室内隔墙使用预制轻质隔墙板，施工精度高，功能空间更方正规整，扩大了使用功能空间；省去了装修现场砌砖和抹灰湿作业，扬尘得到控制，改善了杂乱且泥水遍地的施工现场环境。

4.6 结构设计

图1 建筑鸟瞰效果图

图2 中庭透视图

采用地区广泛采用的装配式剪力墙结构体系，有较成熟的生产工艺产能。审核结构拆分原则图、主要预制构件模板图、典型安装大样图，产业化相关经济技术指标和技术数据表，提供结构预制装配率指标数据。考虑相交节点、预埋件的可施工性，预制和现场施工的相互影响及可行性，预留安装空间，简化预制构件，协调总包铝膜预制构件厂，各单位同步设计技术前置推动项目顺利高效进行。铝模板施工墙面垂直度、平整度极佳，可控3mm 以内精度，内外墙面可免抹灰直接施工装饰面层，显著减少建筑垃圾，绿色环保施工。

4.7 通盘考虑要点

从设计端：理清当地装配式项目政策和补贴要求，“两率”预制率和装配化率计算要求（预制率=装配式构件总体积/总混凝土体积；装配率=实施装配面积/地上总计容面积），结合设计方案寻求最优装配式方案。如有装配式咨询单位参与在方案设计阶段就标准化、模数化、拆分方案方面提供建议沟通就能解决妥当，避免到施工图甚至之后阶段才参与导致强拆各专业方案使得成本上升、后续施工困难、进度滞后。从招采端：考察清楚当地构件厂家，包括产能、构件质量、订单排期、运距、灌浆作业能力等，一般需提前半年预定以保证构件供应及时。因环节相扣需做好招采计划，比如选用窗框预埋、面砖反打，构件生产时材料得采购完毕并供货给构件制作工厂。从施工端：考虑构件生产运输施工过程中质量控制，装配式单体在整个施工中策划与排布，合理更新施工组织设计和“监验测防”措施。从运营端：考虑整个装配式项目进度计划成本质量控制，各条线的协同与衔接。进行智能化设计，实施和运行智能建筑技术，智能表和系统、设备和机械安装到位并确保处于最新的良好状态。

5 设计管理控制要点

5.1 成本控制

依据现有工业化生产水平，预制率越高成本越高，运营阶段经济效益更好，维护成本更低，本工程设计装配实施率20.9%刚好符合要求。初步统计，预制率每增加10%成本增量在150 元左右，拆分选择预制构件重复率高的单体，一般构件重复率建议大于100 件，重复越多越经济。拆分选择遵循少规格多组合的原则；外围护构件尽量单开间拆分；预制结构构件接缝位置选择结构受力较小处；长度较大构件可考虑对称居中拆开；考虑现场脱模安装、预埋方案及堆放运输吊装影响，单构件重量要尽量接近，一般不超过6t，高度不宜跨越层高，长度不宜超过6m。

5.2 进度控制

开发商强调运营提效的大前提下，进度时间节点与契合度要求、图纸细化深度及精细程度工作量相比传统现浇建筑更具考验。细化管理及进度计划，各专业提前沟通、介入配合，做好进度保障。与传统现浇结构相比，在设计各流程阶段将传统设计置于后端的构建生产工艺要求、施工安装要求、内装部品选型要求等提前至设计各阶段中。

5.3 质量控制

技术策划阶段就建立统一协调的设计机制，由经验丰富的建筑师和结构设计师负责协调衔接各专业，列出与装配式有关设计和衔接清单、设计关键点清单，避免漏洞，制定装配式设计流程，培训不熟悉装配式设计的人员。相关各专业，包括内装设计师、制作、施工工厂应参与拆分后构件制作图校对审核，施工配合阶段验证典型节点，落实设计责任，合理利用BIM管理体系。构件加工深化设计阶段，预制构件、拆分、加工详图设计，建立数据模型库等深化内容比想象的多，高度集成化设计内容繁琐复杂，与传统分工差距主要在于对生产调运现场施工的考虑，因此需重视设计管理的把控。

5.4 信息化管理

全过程协同设计过程中，我们发现应用二维码信息技术对预制构件编码扫描进场施工，极大提高工效和进度，常采用QR code 编码格式耐脏不易破损符合施工环境。现场施工人员扫描构件表面二维码，即可明晰构件参数信息、安装说明和具体位置，对比此参数信息是否满足实际施工要求，以完成收货操作，避免二次搬运和交叉施工，直接运输到场地指定位置，同时在二维码数据信息库中编制详细质量验收标准，形成系统化的质量管理体系。管理人员只需扫描二维码，即可明确操作人员和施工工艺等信息进行质量全程跟踪，实现构建安装和质量管理可追溯，后期责任追踪，避免互相推诿，对建筑设计管理有启发，值得进一步研究。

6 结语

在渗透产业链一体化和全过程一体化的装配式建筑体系理念之上，建立科学合理智能化的预制装配式建筑设计管理制度、方法，掌握技术要点，全过程协同设计思考的能力，不断深入研究行业新形势，更新改进科研技能，对于建筑各方单位管理者是挑战更是机遇。碳中和是未来几十年政府持续性的主要发展工作，从政策引导——技术变革——人才培养最关键的三个支柱，减量化、资源化、无害化绿色发展无废城市，进而到无废社会，顺应时代，助力中国实现碳中和目标。