装配式内装体系在木结构住宅中的应用研究

姚腾飞，李光耀，程丽君，严明明Yao Tengfei& Li Guangyao& Cheng Lijun& Yan Mingming(...浙江农林大学化学与材料工程学院，浙江杭州 00; .浙江农林大学林业与生物技术学院,浙江杭州 00）

装配式内装是采用干式工法，将工厂生产的内装部品在现场进行组合安装的装修方式，具有工期短、效率高等优点。随着木结构住宅与其内装体系都在朝着装配化的方向发展，很多学者也进行了一定的研究，并尝试将装配式内装应用在木结构住宅中，研究主要集中在传统内装部分施工技术、局部装配等方面，如任海青、魏丽萍、梁艳等人对木结构住宅传统内装材料、施工技术等部分进行研究[1-3]，刘长春、唐璇等人通过引入装配化等理念从技术上提高木结构住宅内装装配化程度[4-5]，但是针对装配式内装体系在木结构住宅中的应用适应性研究较少。通过对已有文献总结，发现装配式内装体系并不能完全适用于木结构住宅，存在装配式内装体系与主体结构不相匹配的问题，这一问题影响着木结构住宅的整体性。因此，本文针对木结构住宅中结构体系与装配式内装体系之间的融合匹配问题进行探讨，希望可以达到促进两者有效结合的目的。

1 装配式内装体系应用概况分析

图1 、图2 木结构住宅内装效果

图3 装配式木结构住宅结构体系与内装体系关系图

图4 影响装配式内装体系应用的关键内容

图5 装配式内装体系与结构体系之间的相互作用

木结构住宅具有良好的环保、抗震等性能，装配化程度高，适合采用装配式内装体系[6]，内装效果如图1-图2所示。装配式内装体系在混凝土结构上的应用相较木结构更为成熟，但是应用依然受到局限[7]。木结构是新兴结构体系，缺乏成熟设计体系与工程经验，而且装配式内装技术发展迅速，内装部品数量、类型增多，两者在结合应用中存在很多问题。一方面，由于内装部品缺乏技术工程经验，导致在应用时难以把控质量，另一方面，内装部品相应研究多局限在单个部品上，未形成成熟的应用模式和技术体系，导致在工程实践上，除去应用政策强制规定的部品，其他内装部品应用更为谨慎，而单个内装部品技术的推进，并不足以支撑装配式内装整体的积极发展[8]。因此，在木结构中要有效实现装配式内装，形成内装与结构协调统一，需要统筹好内装与结构之间的关系，针对性解决装配式内装适用性与技术问题，提升内装在结构中的适配性。

2 装配式内装体系在装配式木结构住宅中的应用特征分析

2.1 装配式内装体系与结构体系的关系分析

装配式木结构住宅采用装配式内装体系的目的是提高住宅品质，满足人们的居住需求，这就要求各个系统相互协调。在装配式木结构住宅中，结构体系与内装体系两者存在相互影响的动态平衡关系，可以从以下几个方面进行具体说明：

（1）装配式木结构住宅宜采用结构体系与内装体系分离形式。一方面，由于木结构住宅自身生产特性等原因决定其采用分离形式的需要；另一方面，结构与内装使用周期不同，采用分离形式，避免内装施工对主体结构破坏，延长住宅寿命，既保护主体结构安全，也提升内装体系独立性。

（2）如图3，内装体系可变性与结构布局和户型设计的变化之间存在互相影响的关系。内装体系可变的基体依托是主体结构，主要以提高内装部品互换性来实现，内装空间变化通过部品互换等方式进行改变，而结构空间限制内装可变空间。内装与结构两者分离更能促进内装与建筑结构进行平行联动设计，因此内装可变是存在对结构、户型的影响，而这种影响是在于通过对结构布局、户型设计上的改变来实现内装的可变，也为内装部品互换创造更大空间和更有利的基体条件。

具体来说，木结构住宅在设计时，通过采取减少户型凹凸、规整布置结构等措施[9]，给予内装部品在户内更大的灵活性以利于互换。一体化设计是维持两者动态平衡关系的基础，因此，在设计阶段中提前考虑内装部分，进行一体化设计，否则两者在时间、空间上会形成失衡状态，最终难以保证住宅整体性能的发挥。

（3）两者之间动态平衡关系需要相应技术手段予以维持。内装体系在分离形式下具有更大的独立性与灵活性，需要有足够的适应能力去适应结构体系，以减少应用偏差，因此结合的重点在于内装部品部分。为了使内装部品能较好适应主体结构，需要从部品接口设计、尺寸协调以及安装这两方面进行讨论，见图4，这也是适合处理两者关系的关键技术手段。

2.2 装配式内装体系在装配式木结构住宅中的应用特点

2.2.1 装配式内装体系适用于装配化程度高的木结构住宅

在目前工业化发展背景下，装配式内装体系在不同装配化程度的木结构住宅上都有一定的应用，区别在于应用条件不同。对于低装配化的木结构住宅来说，装配式内装体系的应用主要体现在局部装配化部品应用和内装改造方面，因为低装配化木结构住宅的应用限制更多，需要经过精密计算保证内装部品功能发挥，也需要解决如建筑与内装模数不协调导致部品安装困难等问题[10]。而高装配化的木结构住宅具有先天优势利于内装体系进行全面应用，并给予更大的应用空间，促进发挥相应价值，如内装改造是基于原住宅进行单线内装设计，需要内装体系主动适应原住宅结构特点，而装配式木结构住宅是基于内装进行一体化设计，并联式设计流程，各专业高效协同，提高工作效率。因此高装配化的木结构住宅为装配式内装体系的应用提供相对更好的应用条件，更加适合装配式内装体系的应用。

表1 接口性能分类与具体性能

表2 木结构住宅中内装部品连接形式

表3 座便器尺寸表（单位：mm）

图6 内装部品与主体结构的连接分布

图7 内装部品尺寸

图8 部品接口的安装公差

图9 设计部分相关内容构成与分布情况

图10 装修施工部分相关内容构成与分布情况

图11 设计部分相关内容细致分布

图12 装修施工部分相关内容细致分布

图13 构建内装部品接口专用标准体系流程

2.2.2 装配式内装体系在应用中存在与结构体系的相互作用

装配式内装体系的应用是一个随着居住需求变化而改变的动态过程，结构体系作为其应用基体，提供了动态变化的基础，也对其应用提出一定要求，如图5所示其主要内容分为两方面：1、装配式内装体系需具有一定的主动适应性。装配式内装体系在木结构住宅中的应用并不成熟，需要主动适应目前存在的应用偏差，这就对内装体系中如模数尺寸等方面都要有全面的考虑；其次，装配式内装体系需针对不同木结构住宅的结构特点，采用合适的应用方式予以适应，以满足结构中存在的一些特殊需求；2、两者使用周期不同，要满足内装体系使用周期轮替，更换维修需求，对内装部品多样性、标准化提出高要求。

主体结构给予内装体系一定空间更利于其应用：1、两者采取分离形式，给予内装体系更大的独立性，提升内装设计灵活性；2、结构体系作为应用基体，其自身条件需要达到一定要求才有利于内装体系的应用，如木结构住宅选择框剪结构，平面灵活性大，结构空间方正、布置规整，利于内装体系的设计应用。

3 装配式内装体系应用中的关键问题探索

3.1 装配式内装体系应用中存在的关键问题

3.1.1 内装部品与主体结构之间的接口技术

接口反映内装部品与主体结构构件之间的结合状态或连接关系[11]。接口技术涵盖接口性能、形式、尺寸三方面[12]，这对两者结合状态和使用功能都有影响。目前存在的问题是，内装设计相对独立，接口问题常被忽略，导致接口质量、性能无法保障，不适用高效率安装。如何采用合适的接口并保证安装效率与整体性能，需要从接口性能、形式、尺寸进行讨论。

接口性能是接口应用质量的保障。木结构构件与内装部品之间的接口性能需要匹配主体结构性能需求和内装部品性能需求，归纳分类并明确接口性能，便于针对不同类型内装部品选用满足相应性能要求的接口。接口性能包括安全耐久性能、理化性能等，每种性能又可以分成很多具体性能，由于木结构构件主材是木材，性质相对特殊，需要考虑握钉力、含水率等特殊性质，因此针对木结构特性，将具体接口性能分类见表1。

接口形式是影响内装部品与主体结构之间结合状态的关键。见表2，在装配式木结构住宅中，内装部品与主体结构之间的连接方式主要为钉连接与螺栓连接。两者连接包括吊顶与楼板连接、厨柜与墙面连接等部分，连接分布见图6。

接口尺寸是伴随内装部品尺寸设计进行的，影响内装部品能否正常安装。见图7，内装部品尺寸包括标志尺寸、制作尺寸和实际尺寸，实际尺寸表示实际安装的尺寸，以保证安装协调；制作尺寸是针对生产方而言，需满足生产公差要求；标志尺寸是设计方考虑到生产、安装时的偏差并予以包含的设计尺寸，并根据部品基准面进行确定[13]。而在实际的施工现场中会出现在内装部品安装时，发现接口尺寸偏差较大，无法安装的问题，导致问题出现的原因是在接口尺寸设计中没有将接口在实际定位、安装中不可避免的偏差考虑进去，并不符合误差要求。这种问题的出现也反映出内装部品接口尺寸设计的混乱与盲目，目前也没有具体的标准条文予以规范。

3.1.2 内装部品与主体结构之间尺寸协调与安装

两者的尺寸协调包括规格尺寸和空间尺寸上的协调，具有互相分解组合的几何关系，空间尺寸有利于内装部品规格尺寸的叠加，规格尺寸利于空间尺寸的分割[14]。尺寸协调可以实现内装部品与结构空间尺寸上的整体秩序化，使人们有良好的使用体验，减少割裂感，也可以促进结构与内装两者协调，实现两者动态平衡。

在实际生活中,市面上内装部品尺寸繁多,以座便器为例，根据付继辉的《住宅内装部品标准化研究》中的调查表明，市面上座便器常用尺寸较多,关键尺寸分为两种，一是规格尺寸，分为长度和宽度，二是接口位置尺寸，即下水口距离地面或墙面的尺寸，见表3[15]。如果家里座便器损坏,需要去市场上购买相应尺寸的座便器,若是市场缺少相应尺寸的座便器或早已停产,那么更换座便器就非常困难，如果在设计时，座便器的尺寸符合协调标准，且生产厂家都是按照尺寸协调标准来制作座便器，就不会出现这种问题。

出现这种问题有如下原因:1、模数是尺寸协调的关键，市面上内装部品尺寸多但缺乏统一模数标准，很多都与建筑空间模数不协调，导致内装部品不通用；2、内装部品接口不规范，不符合通用标准，接口位置杂乱，不利于安装与维修更换。

3.2 装配式内装体系应用中关键问题方法探索

3.2.1 接口技术问题相关方法探索

（一）接口设计要求

结构体系与内装体系之间的连接技术是影响功能发挥与住宅整体性的关键。如何保障连接接口是否牢固、连接状态是否良好，在设计时需要按照以下要求进行：

（1）接口具有牢固性与稳定性：接口需具有足够的结构强度用于连接内装部品与主体结构；由于两者使用周期较长，接口没有足够的强度与稳定性根本无法保证内装部品正常使用，因此要保证接口连接具有长期稳定性。

（2）接口具有包容性与针对性：包容性是指在精度要求高的装配化施工中，由于接口在定位、安装中存在不可避免的偏差，需要在设计中将这些误差考虑进去，并控制在合理的范围内，避免后期施工中出现安装不上等问题，即接口尺寸需要满足相应接口的公差，并且符合接口的尺寸设计标准，如图8：

针对性是指由于各个功能空间特点不同，需针对接口所在部位的特殊性进行设计，满足接口所在部位的性能需求，比如固定内墙墙面板材的钉眼需防锈处理。

（3）接口设计满足易建造性：易建造性是指接口易满足施工安装要求，且构造简单、施工简化。内装部品安装精度要求高，接口尺寸上的偏差易导致安装不上，且内装设计较为独立，设计者缺少安装经验，再加上安装方式复杂，工人水平不高，安装效率低下，影响工期。因此，在接口设计时，尽量使接口构造简单，减少设计返工，利于安装高效。

（4）接口满足维修更换灵活性：内装部品使用周期较主体结构短，所以需要一定期限内进行维修更换；人们的居住需求随时间而改变，内装部品频繁的更新换代，实现使用功能的动态改变，就要求接口能灵活满足更换需求，以方便内装部品拆改。

（5）提升接口标准化程度：标准化接口指具有统一的性能、形式和尺寸的接口。提升接口标准化的意义在于规范接口设计，提升接口质量，提高效率，提升内装部品多样性和互换性。

（二）构建接口专用标准体系

如图9-图10，在对装配式木结构相关标准的梳理中发现在设计、装修施工部分都缺少内装部品相关条文，更偏向于主体结构与构件部分。如图11，接口与连接相关条文较多，主要针对结构构件的连接。如图12，装修施工阶段中相关接口与连接的条文依然缺少，可见装配式木结构中内装部品接口与连接部分有待于进一步完善[16]。

在查阅《装配式内装修技术标准》中发现[17]，内装部品相关接口与连接的规定约占10.6%，但都较为笼统，缺乏系统性。因此，有必要构建相关内装部品专用标准体系，对规范内装部品接口设计、保证接口质量、提升接口标准化程度有重要意义。

构建内装部品专用标准体系总的思路是先对内装部品接口进行分析，即对内装部品接口专用标准体系进行目标分析；然后分析内装部品接口专用标准的需求，确定内装部品中不同类型接口的性能、形式、尺寸，接着确定内装部品接口专用标准体系适用范围，然后搭建整个内装部品接口专用标准体系结构，之后对已有相关接口的标准规范进行搜集、汇编，并分析目前接口体系的情况，最终完成内装部品接口专用标准体系的构建，构建思路如图13所示。

3.2.2 尺寸协调与安装问题相关方法探索

（一）尺寸协调具体原则

内装部品与主体结构之间的尺寸协调，有利于内装部品安装、使用维修更换，也为人们提供一个协调的居住环境。因此，尺寸协调设计需遵循以下原则:

（1）人体工程学原则:人体工程学是影响内装部品自身规格尺寸的关键,根据人体尺度和活动尺度来确定内装部品的规格尺寸、空间位置,给予人们舒服的活动空间。

（2）模数协调原则：确定内装部品规格尺寸需考虑建筑空间尺寸。模数是尺寸协调的关键，通过模数协调,空间尺寸应利于分割成内装部品的规格尺寸，规格尺寸可以组合为空间尺寸。采用与结构空间相协调的模数，可以提升内装部品的通用性和互换性，利于安装协调。

（3）提升内装部品规格化与通用化程度:对于结构设计,室内装修与安装来说,提升内装部品的规格化与通用化可以提高内装部品对空间的适应性,以避免对主体结构造成破坏。

（二）数字化技术辅助内装部品安装

BIM技术是以信息化为核心，在工程项目各个阶段都有着广泛的应用，具有可视化、协调性、优化性、模拟性、可出图性五大特点[18]，由于装配式内装体系中内装部品安装精细化程度高，安装节点多，因此，在内装部品安装过程中引入BIM技术，可以实现对内装部品的精细化安装与管理。可以从以下几个方面进行BIM技术应用：

（1）实现内装部品接口设计可视化：利用Revit软件对相应内装部品的接口进行设计建模，并以三维模型的形式呈现，并形成相应接口安装图纸。

（2）应用BIM技术对内装部品安装方案进行预演。首先制定内装部品安装方案，并应用BIM软件进行方案预演，提前发现安装方案中存在的问题，并予以优化。

（3）应用BIM技术对安装过程予以控制。安装之前，利用Navisworks软件对内装部品进行预安装，提前发现安装中存在的接口碰撞等问题，且所有接口节点都需要与模型一一对应，使其在安装过程中实现精准安装，保证安装质量；利用三维接口模型进行技术交底，制作三维安装视频，将安装步骤完整告知安装人员，安装过程中严格按照安装方案中所制定的安装顺序进行；利用BIM软件对安装现场进行场地模拟与物料管理，控制实际现场内装部品的堆置位置、安装位置、临时固定等情况，最大程度提高现场安装效率，减少问题的发生。

4 结语

我国近些年来大力提倡在有条件的地区发展木结构，因此木结构住宅在我国的发展迅速，而装修作为木结构住宅中重要的一部分，积极提升装配式装修的应用水平也是目前建筑工业化发展的要求。通过提高装配式内装体系的应用质量以及与木结构住宅结构体系的适配性，可以促进木结构住宅的协调统一，对木结构住宅的发展有积极的作用。本文针对装配式内装体系在木结构住宅的应用中存在的适配问题，在装配式内装体系与木结构住宅结构体系两者关系分析与应用特征分析的基础上，分别深入分析了接口技术、尺寸协调与安装这两个关键问题，并探索了相应的解决方法：针对接口技术问题，确定了接口设计要求，并且通过构建接口专用标准体系来规范接口设计，提升接口标准化程度；针对尺寸协调与安装问题，确定了尺寸协调的具体原则，并通过引入BIM技术辅助内装部品安装。也希望可以为装配式内装体系与木结构住宅的相关研究提供一定的理论参考。