装配式设计方法应用研究

刘 鸿

（中国建筑第四工程局有限公司，广东 广州 510665）

1 装配式设计应用现状

随着我国建筑行业高速发展，装配式建筑以其优点和发展前景获得行业青睐，国家从2013年开始倡导大力发展工业化建筑。目前，我国研究和应用装配式建筑的企业及人员越来越多，装配式设计在建筑及结构专业方面取得不少成绩，并完成了很多优秀的作品。

以三维模型进行方案设计，并依托三维模型进行汇报成为当前设计的主流，行业内较能接受三维模型的方案展示，也方便给行业外的人员进行直观的沟通和交流，提高沟通效率。而在施工图设计阶段目前则主要应用于管线碰撞，其设计真正应用于指导现场施工、工厂加工、商务招采及运营维护等的案例则较少，尚未完全发挥装配式设计在实际操作中的功能。

2 装配式设计行业现状原因分析

2.1 人员

完整的装配式设计需由各专业设计人员把关和审核规范、条款方面的内容，然后由专门的人员进行建模工作，再依据不同产品的特性进行部件分解，最终经多方沟通协调形成最终图纸。

根据装配式设计人员要求特点，相关人员需对各阶段的工作内容均要有所了解，尤其是对项目负责人要求较高，需能统筹协调好各方人员的工作。各专业设计人员业内一般是各专业懂规范的设计师，通常除主管方案的设计师外，其他专业的设计师较少具备三维建模及模块分解能力。专业设计人员一般在设计院，建模人员设计院和施工单位均有，部件分解人员一般是施工单位和厂家，各方人员在介入项目的时间上存在一定差异，因此，按照现有装配式设计模式，在人员方面出现较大困难。

2.2 机械

建筑行业装配式构件大多尺寸及质量较大，其连接节点在施工时要求精度较高，目前缺乏很好的机械能够较好地完成此项工作，对这些构件的组装一般还需依托现场人员及机械进行配合，这类配合易出现节点损坏、对接不上等问题。各部件的生产机械也并未大规模、大范围普及，行业内对标准构件尚未形成统一标准，因此不同厂家生产的产品大多存在差异，通用性较差。

2.3 技术

连接节点处理是当前的主要技术难题。在建筑、结构连接节点上，如套筒灌浆、等强设计等的处理尚不成熟；在电气部分节点上，连接节点过多、用电安全、电压降落等因素也制约着电气部分的装配式设计；在给排水部分，需要焊接的管道如何进行预制，尚无相关节点做法；在暖通方面，风管连接、焊接管道等都制约该专业的装配式设计等。

目前也尚无有效的工具能够满足设计出图的需要，无法提供有效、合规的装配式设计施工图，导致现场及工厂无法进行有效的施工和生产，仍需花大量时间和精力进行深化和研究。

2.4 环境

机电部分在常规住宅、公建等项目中一般资金占比较小，而建筑结构占比较大，且又涉及使用安全，因而目前在建筑结构方面各类研究较多，发展较快，在机电上则较少，此是导致上述情况的环境原因之一。

多数项目存在工期紧张的情况，导致设计匆忙出图，图纸质量不佳；现场匆忙施工，施工质量不佳；这与装配式设计的应用背道而驰，无法有效应用装配式设计与施工。

3 案例分析

3.1 项目概况

某项目总建筑面积193 954.17m2，总投资额为21.85亿元，其中地上部分面积为124 782.87m2，地下面积为69 171.30m2，地上部分分为5个区，分别由不同使用单位使用。建筑外立面为异形多曲面，建筑结构体系为钢骨混凝土-钢管混凝土混合框架结构，机电系统繁多，净高要求较高。

3.2 装配式设计方法应用

地方住建部门对本项目有装配式建筑试点的要求，要求项目装配率不得低于50%，项目股东对本项目有BIM技术应用的要求，应用的范围为全专业深化设计及施工指导。因此，项目在装配式建筑方面考虑钢结构体系的装配式设计制造安装、制冷机房装配式设计制造安装、管线分离，在建设初期便选定了BIM单位，定下模型精细度为LOD400的全专业应用的目标。

1）应对人员方面的困难，项目建立了以业主专业工程师牵头，联合设计院、总包、分包、厂家技术人员的组织架构，由业主单位派专业工程师，设计院派负责人、总包、分包及厂家派设计总监、技术人员在现场进行会议，同时在线上联合各自后台人员参会，共同推进和解决从设计、深化到分解加工的协同设计和一体化设计。

经过多方人员的长期投入，项目形成会议结束便由设计院出具对应变更，总包与分包出具深化设计图纸，工厂即按深化设计图纸加工的模式，三方图纸互相匹配吻合，缩短了出图周期，提高了出图质量和生产精度。

2）应对施工机械困难，主要是依靠现场协同指挥完成，并未突破现有的机械。

3）应对技术方面的困难，分专业论述。在钢结构方面，主要依托设计院的规范把关能力、总包与分包较强的深化设计能力、施工能力及高精度加工能力完成，其深化设计图纸节点设计较为精细。在幕墙方面，由于项目只有少数几块玻璃/GRC板模数相同，且多曲面异形大面积构造，给幕墙设计和施工带来较大困难，项目采用的应对方式是以Rhino模型建模进行深化设计，拆分模块后和设计院共同确认，配合完成，然后由工厂生产，幕墙构造模型如图1所示。

图1 幕墙构造模型

在机电及精装修方面主要是提前进行设计，然后利用BIM模型综合建筑、结构、机电、精装修，严格定义各层层高要求，在施工之前与各方开会讨论确定各区域层高、主要管线排布等，经过总包、分包提资，设计院确认，业主下发的流程，要求总包、分包严格根据模型施工，真正做到了BIM设计指导施工，也利用装配式设计方式，指导了局部机电管线的预制，并申报两项工法，分别为管道保温耐磨抗压彩色外护施工工法和抗扭曲变形风量可调节连接套筒施工工法。其模型如图2所示，施工效果如图3所示。

图2 机电管线模型

图3 施工效果

4 基于使用功能的装配式设计方法设想

基于对项目案例的总结，结合过往工程研发、设计、生产、管理经验，提出装配式设计方法的设想，即装配式设计需要基于使用功能而设置，设计出来的产品能够满足规范、安全要求的同时，满足使用功能，并可实现标准化、规模化、产业化和智能化，具备完整成熟的理论和实现实操应用的方法。

4.1 具体设想

1）标准化 可形成各种标准产品和构件，在建筑方面也形成对应的标准化产品，如梁、柱、墙板等，并附有配套装饰、机电管线等，可根据客户选定功能，直接由设计师出图，只需购买“配件”组装即可。

2）规模化 装配式设计及应用形成一定规模，从而产生规模效应。

3）产业化 形成相关行业产业链，从上游到下游均有各类成熟的工厂配置及相关产品生产，大幅提高生产效率。

4）智能化 设计单位根据使用单位功能要求可迅速出施工及生产图纸，而根据图纸，厂家可迅速购买或生产对应产品，施工单位可熟练操作对应机械进行组装。

4.2 实现模式

1）第1个阶段 利用现有条件能够在建筑各专业、各部位实现模块化设计，设计图纸能够满足工厂生产需要并符合使用功能，能够在建筑各阶段发挥作用。

2）第2个阶段 已初步解决上述人、机、技、环问题，应用较为成熟，已有新生代的设计师和施工机械，逐步实现标准化、模块化、产业化。

3）第3个阶段 实现智能化，如充分应用3D打印技术，出图即可打印生产、安装、维护等，并向更高、更广的空间延伸。