装配式建筑设计中的优化设计流程及方法

王 健

（广州市建工设计院有限公司，广东广州 510030）

1 工程应用实例

某住宅小区采用装配式剪力墙结构，地面、地下建设规模分别为150000、70000m2，推出现阶段住宅市场较为常见的70、80、110、120m2的4类户型。装配式建筑的突出特点在于建设效率高、作业流程化和规范化特征显著、交付质量好，但体量较大、种类繁多，需要注重前期设计，为正式施工创设良好的条件。

2 五位一体模式概述

传统的EPC（工程采购施工承包）模式主要涵盖设计、采购、施工三个环节，由总承包企业完成相应的工作，同时对安全、质量、工期、造价等方面负责。随着行业的发展，五位一体模式应运而生，增加了研发和制造两个环节，在五位一体模式中，分别对各阶段提出特定的要求。设计阶段强调建筑结构与机电等相关设施的有效融合，建造阶段充分应用业内主流的智能化建造平台，实现对制造、采购、施工等方面的融合。五位一体模式可显著提高全产业链质量，为安全管理提供了有效保障。针对以往建筑工程中各阶段（例如设计、制造等）协同性较差的问题，五位一体模式可以充分联动各阶段的各项细分工作，促进建筑工程的协同发展。

3 装配式设计方案的制定

（1）顶层设计。

针对装配式结构设计方案的可行性展开分析，具体考虑户型、分缝等方面，判断是否有不合理之处，若有不妥应及时调整。确定装配式方案后，应积极与其他人员沟通，共同学习方案要点，以便高效、协同施工。布置预制构件时，除了考虑构件自身的设计外，还需要注重配套条件的合理性，例如塔吊位置、起吊载重等方面均需要考虑周全，避免出现预制构件无法正常吊装的情况。

（2）标准化控制。

以模块化的基本思路组织前期方案的设计工作，进入深化设计阶段后，需要着重考虑标准化特性，应以可行的方式最大限度提高标准化水平。具体可以采取减少预制构件种类的方法，此时在模具方面的成本投入有所减少，可批量生产满足施工所需的预制构件。以叠合梁的设计为例，待初步设计工作落实到位后，确定合适的梁截面，根据已经明确的基本信息，在施工图阶段确定梁配筋。在前述基础上，对各项细节进行深度优化设计，确保纵筋的间距、梁两端出筋的形式均满足要求。在此方式下，有利于减少梁端端模的种类，更便于预制构件的生产。

（3）拆分要点。

针对长度较大的预制构件，可以采取对称居中拆开的方法。尽可能保证单构件一致性，如尺寸、重量尽可能相同，高度不跨越层高。暗柱结构以现浇施工成型的方法为宜，便于构件的交接。构件的拆分均需要根据楼层有效划分，避免出现跨层拆分的情况。条件允许时，尽可能减少拼缝，保证结构的完整性和稳定性。

4 装配式设计过程

装配式建筑设计具有集约、精细的特点，五位一体模式下，装配式建筑设计需要充分关注研发和制作阶段。为了顺利推进具体的工作进程，需要多方协同，综合考虑业主的需求、质量、经济效益等方面，以统筹兼顾的理念开展前期方案策划和初步设计工作。此外，还需要密切关注预制构件的可行性以及生产、安装阶段的便捷性，在安全的前提下尽可能降低成本，达到高效施工的效果。初步设计调整时，必须适时更新预制率或装配率，调整出最具可行性的参数，以满足项目要求。

切实提高设计流程的规范化水平至关重要，以便有序开展各项工作，实现标准化生产的目标。建筑工程对预制构件的需求量较大，如果生产阶段的标准化程度偏低，将造成构件质量欠佳、成本偏高的问题。如果项目中应用到新技术，应加强精细化设计，保证技术可行的前提下简化工作内容。

以叠合板的施工为例，其可能存在出筋、支撑问题，因此在设计阶段应有效规避，以标准化的方式完成加工等后续的工作，最大限度降低叠合板的出筋率，保证叠合板质量，提高制作及安装的效率。如何减少叠合板的支撑数量是装配式建筑工程中的重点内容，可以考虑飞筋、大板设计或根据装配式建筑的工程要求，针对性建立新型预应力钢管桁架叠合板体系，在确保叠合板稳定性的同时，减少支撑甚至达到无支撑的效果。

4.1 装配式住宅节点设计

主体结构、内外围护、设备管线等均是装配式住宅节点设计中需要重点考虑的内容。在具体的节点设计中，需要考虑加工和施工的便捷性要求，注重优化设计，在不影响质量的前提下达到成本最低化的效果。在有效保证建筑安全和质量的基本前提下，尽可能提高建筑的工业化水平，针对叠合板出筋、飘窗连接节点等细部，应注重节点的创新优化。

在预制混凝土构件连接节点的设计中，如果节点相对复杂，对工厂生产水平的要求较高，可能存在生产难度大、成本高等问题。若节点明显偏简单，可以更便捷地完成生产和安装作业，但难以满足连接接头的构造要求。设计人员需要兼顾多方面的要求，确定可提高作业可行性和降低成本的优质节点方案。以叠合板出筋问题为例，其存在生产难度大、效率低的局限性，可采用四边不出筋叠合板，以密拼的方式有效设置。

拼缝连接的单向叠合板如图1、图2所示。

图1 拼缝连接的单向叠合板（单位：mm）

图2 拼缝单向叠合板接缝

4.2 多专业协同设计

预制构件的厂内生产水平高，例如内部钢筋、雨水管洞等均根据工程要求提前在工厂完成，厂内生产阶段的作业内容多、过程复杂，对设计水平也要求较高。针对预制构件进行深化设计时，需要多专业人员的共同参与，例如建筑、结构、机电等专业的人员协同开展设计工作，针对各专业间存在的矛盾给予有效处理，以便生产的顺利进行。在多专业协同设计中，可灵活应用BIM技术，以建模分析的方式更直观地判断各专业的情况，直观发现问题，予以有效协调。某专业的参数发生改变后，建成的模型可根据该参数的变化自动更新，减小员工的工作量[1]。

在五位一体模式下，除了各专业的协同设计外，要求设计方积极与其他参与主体协调，如施工方、构件生产方等。设计方需要深入生产厂，经实地调研后掌握实际生产条件，根据现有的发展状况，合理安排资源配置设计工作。例如，厂内的吊装埋件为螺纹套筒，在设计中尽可能不使用吊环、吊钉作为吊装埋件，如果选用会导致构件厂需要重新组织埋件的招标、采购工作，使成本增加，耗费更多的时间，不利于装配式建筑施工的顺利进行。

5 优化设计

（1）标准化设计。

充分关注平面、立面、构件、部件的标准化，依托标准化的设计方式，提高设计水平，减少在采购、模具方面的成本投入。以平面标准化的设计为例，在此方面可以考虑现阶段业内主流的模块化方案，设计各个细分模块时，必须充分提升其联动性，凸显模块化特性。合理搭配模块有利于优化立面造型，提高构件的设计质量。

（2）类框架简化体系。

装配式住宅建筑中分户墙隔离，建立关键受力剪力墙，其他区域均增设结构柱。通过该方法的应用，有效划分内部空间，辅以轻质装配式内装的方法，提升整体品质。可以针对内部预制剪力墙进行合并处理，在条件允许时可以适当增加长墙，有利于减少预制剪力墙的规格数量，也能够更高效地完成预制作业。类框架体系还可实现大板体系，在部分装配式建筑工程中，可以对梁体系进行优化设计，不再采用次梁，选用现浇梁。应用适量大板有利于吊装作业顺利开展。

（3）研发新构件。

可以采用U形槽构件，达到免降板施工的效果，施工流程较优化前有所精简。

（4）少规格设计。

装配式建筑工程使用的预制构件的规格种类相对较多，此类构件数量增加，需要配套更丰富的模具，在模具方面投入更多的成本。在合理的前提下应尽可能减少预制构件的规格种类。

以某17栋单体建筑为例，在少规格设计的思路下，采用1个飘窗、2个阳台、2种梯段板，预制构件的规格种类减少，项目所有建筑所需模具种类约50种。从成本角度分析，预制构件在人工、模具的成本分别降低130元/m3和370元/m3，并有效减少了管理工作量。在少规格设计中，能够以批量化的方式完成预制构件的生产，效率大幅度提高，能够及时为建筑工程施工现场提供预制构件。

6 结语

装配式建筑实施厂内加工、现场安装的精简模式，具有流程化、规范化、标准化等突出特点。为了提高装配式建筑的工程质量，应合理应用五位一体模式，注重研发、设计、制造、采购、施工各阶段的各项细分工作。在设计阶段需要确定可行的流程，保证优化设计工作的秩序性，提高预制构件的质量，提高效率、减少成本，推动装配式建筑行业的持续发展。