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《深度！影響裝配式建築設計的關鍵問題探討》
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作者：中民築友建築設計有限公司 張賢超
【作者簡介】 張賢超，碩士研究生，設計所所長，長期從事裝配式建築設計與研究工作。
「十二五」以來，我國對裝配式建築推行力度的不斷加大，有30多個省市級政府出台了相關的指導意見，在土地、財稅、金融、規劃等方面進行了卓有成效的政策探索和創新。隨之而來的是傳統建築設計院及施工單位潮水般的湧入。但是裝配式建築設計及施工技術的發展不是一蹴而就的。不經過大量實際項目的積累和沉澱，僅靠設計人員呆板的執行行業標準、規範和圖集，必然會導致設計周期不斷延長、項目成本大幅增加、構件生產施工難度不斷加大等一系列的問題陸續出現。
裝配式建築設計不僅需要裝配式建築的專業知識，更需要對整個項目不同階段的充分了解和各部門各專業的密切配合。裝配式建築必須以設計單位為主導，貫徹整個設計過程（從方案設計到構件深化設計），它並不是設計的附加環節。因此，絕不能按照傳統設計方式，將整個項目按照現澆方式設計出圖後交給工藝設計單位或PC構件生產廠家就可以了。這樣勢必會造成重大的技術事故，給整個項目帶來不可估量的經濟損失。
本文從組織架構、設計流程、設計深度、構件拆分、節點設計、詳圖設計、圖紙校審、成本控制等八個方面，簡要介紹裝配式建築設計過程中需要著重考慮的技術問題。以期為廣大的設計人員，深入了解裝配式建築設計的整體框架及思路奠定基礎。
組織架構
國內的勘查設計企業正面臨著越來越激烈的市場競爭。建築設計作為一個高度不穩定的行業，各地區、各行業的體制、政策及文化差異對該行業的發展都有很大的影響。裝配式建築在我國目前仍處於發展初期，建築主管部門及各類型客戶的要求也複雜多樣，這對建築設計及技術服務的創新都提出了更高的要求。
裝配式建築的設計過程是建築師、結構設計師、水暖電設計師、裝飾設計師、工藝設計師、工廠技術人員、施工技術人員等多部門多專業互動的過程。設計部門的組織架構首先應在直線型職能框架的基礎上充分考慮橫向信息的有效傳遞；其次，應針對裝配式建築全過程的設計特點，對傳統設計的組織架構進行優化處理，開放組織體統，使設計成員具有項目整體思維、容許差異、知識共享、協同發展；同時講究柔性管理，通過適當授權激勵設計人員在項目決策中不斷思考和成長。一個好的組織架構，應該使每個設計人員都應該清楚：「我有問題時，去找誰?」「我對誰負責?」
圖1所示為裝配式建築設計公司典型的組織架構形式。針對公司的日常管理，採取直線型職能框架，規章制度、工作指令等信息的傳達最為直接有效。而對於具體的設計項目，則設置項目負責人及各專業負責人，以實現橫向信息的有效傳遞及各階段各專業的協同設計。在各設計所內部，以專業負責人為單位，分為若干項目組，項目組設計成員不固定，根據項目工作量大小，由所長確定設計人員數量，並選定設計人員。
▲ 圖1 典型設計院組織架構
設計流程
根據客戶的需求完成一個高質量的裝配式建築設計工作是極具挑戰性的。裝配式建築在我國仍處於起步階段，很多建設單位的設計管理人員，並沒有從本質上了解推行裝配式建築的意義，所以往往會提出一些強人所難的要求。此外，傳統的設計院沒有大量裝配式設計項目的積累和沉澱，缺少設計項目的整體思維，在沒有充分考慮模具加工、構件生產、現場施工的情況下，將整個項目按照現澆方式設計出圖後交給工藝設計單位及施工單位就萬事大吉了。這就必然導致工藝設計及構件生產階段困難重重，且成本居高不下的現象。
那麼如何實現設計團隊的高效運轉，如何界定各部門的工作職責？這就需要一個科學合理的設計流程，並實現設計流程的標準化。圖2以某一設計項目為例簡要介紹了項目推進的具體流程，並列出了各階段的關鍵點。
▲ 圖2 裝配式建築設計流程
施工圖設計深度
目前，在裝配式建築的設計過程中出現了兩種模式：（1）從方案階段到施工圖階段的所有的圖紙由傳統設計院按照現澆方式設計，並進行審圖，然後提交給工藝設計單位或PC構件生產廠家進行深化設計。（2）整個項目的所有設計任務交由一家設計單位獨立完成。前文我們也也提到了前一種模式可能會出現的問題。如圖紙問題大幅增加，工藝設計前期溝通及施工圖修改工作困難、難以實現標準化設計，項目成本居高不下，構件的模具設計及構件生產難度極具加大，施工工序增加等。為了避免這些問題，2016年住建部連續發了兩份通知，從設計過程中各設計階段圖紙的設計深度，到審圖單位對施工圖的審查要點都進行了明文規定，詳見圖3。
2016年11月17日，住建部-建質函247號文通知：《建築工程設計文件編制深度規定（2016年版）》自2017年1月1日起實施，原《建築工程設計文件編制深度規定（2008年版）》同時廢止。2016年12月15日，建設部-建質函287號文印發「關於裝配式混凝土結構建築工程施工圖設計文件技術審查要點」的通知。
▲ 圖3 住建部發布關於圖紙深度和審圖要求的通知
構件拆分設計
對構件的科學拆分是裝配式建築標準化設計的核心環節。構件拆分對建築功能、建築平立面、主體結構受力狀況、預製構件承載能力、工程造價等都會產生重大影響。在具體的設計過程中，我們應該根據「模數協調原則」優化各預製構件的尺寸和拆分位置，儘量較少預製構件的種類，使建築部品實現通用性和互換性，保證房屋在建設過程中，在功能、質量、技術和經濟等方面獲得最優的方案。詳見圖4。
▲ 圖4 構件拆分的五大設計因素
連接節點設計
預製構件連接節點的設計是裝配式建築設計的重點和難點；也是施工項目完成後最容易出現質量問題的環節。因此，在設計過程中，我們既要保證連接節點的結構安全性能，實現傳力合理、明確，節點的計算分析與實際受力情況相符合；同時又要考慮節點位置的防水、防火和保溫等功能要求。
現階段，裝配式建築結構設計的基本原理是等同現澆，也就是說，通過採用可靠的連接方式和必要的結構與構造措施，使裝配式混凝土結構與現澆混凝土結構的效能基本相同。實現等同效能，結構構件的連接方式是最重要最根本的。
但並不是僅僅連接方式可靠就高枕無憂了，必須根據項目的具體情況及規範的要求做一些加強和調整。以實現結構安全的最基本保障。《裝配式混凝土建築技術標準》GB/T 51231-2016，《裝配式混凝土結構技術規程》JGJ1-2014及裝配式建築國家標準圖集等對裝配式建築連接節點的形式、計算要求等都進行了相關規定，設計人員在進行具體設計時可以遵照執行，並根據項目的實際情況進行節點設計。
構件詳圖設計
相比較傳統的現澆混凝土結構建築，裝配式建築除了需要完成施工圖紙的設計，還需要進行構件生產詳圖的設計。PC工藝圖是工廠生產預製構件的依據。所有的預製構件，拆分後的主體結構構件和非結構構件都需要進行製作圖的設計。
PC工藝圖設計的主要工作：
（1）將各專業和各個環節所有對PC構件的要求匯集到構件的生產詳圖上。
（2）對構件在製作、運輸、堆放、安裝等各個環節荷載作用下的承載能力和變形進行驗算。
（3）設計吊點、堆放支撐點、構件吊裝環節需要預埋的預埋件等。
為方便生產工人查閱圖紙方便，我們一般要求設計人員把建築、結構、水暖電等施工圖中關於該構件的所有信息（外形尺寸、配筋、預埋件、孔洞等）在一張或一組構件詳圖中靠「線條式」繪製出來，可想而知構件詳圖設計的工作量是極其繁重的，詳見圖5、圖6。根據大量項目數據統計，一個建築單體一個標準層的預製構件數量根據預製率不同一般在80~200個，那麼對應的圖紙數量一般在120~240張，整個建築單體的構件詳圖數量300張~1000張。
而且，預製構件相互間要考慮碰撞干涉的問題，檢查細度要精確到毫米級別，這個工作對工藝設計人員來說是極具挑戰性的。然而，BIM技術改變了這一傳統的繪圖方式，在基於BIM的設計過程中，設計的核心是模型而不是圖紙，所有的圖紙都只是模型的附屬品，借用其強大的智能出圖和自動更新功能，對圖紙的出圖布局提前設定，然後軟體根據所選擇的三維模型自動生成深化設計圖紙，當對模型數據進行修改時，與其關聯的所有圖紙都將自動更新。避免了人工出圖可能出現的錯誤，極大提高了出圖效率。所以，選擇應用合適的BIM軟體，對提高工藝設計的效率和質量有事半功百倍的作用。
▲ 圖5 裝配式建築BIM模型
▲ 圖6 PC構件詳圖的樣板圖
圖紙校審
目前我們所有設計工作的設計成果，都必須要以圖紙的形式表現出來，而圖紙校審則是控制圖紙質量的最有效手段之一。針對裝配式建築施工圖及工藝圖量大內容多的情況，我們建議採用多種措施進行圖中校審：
（1）使用BIM軟體建立三維模型，進行自動碰撞檢查；
（2）將常見的圖紙問題進行匯總，形成易錯問題清單，校審圖紙時逐條核對，詳見圖7。
▲ 圖7 圖紙校對清單(部分)
成本控制
不同的結構形式、技術體系、預製率、管理模式、項目規模、建築高度等都會在很大程度上影響裝配式建築的綜合經濟成本。目前，裝配式建築的成本普遍比傳統現澆方式高2000-500元/m2,其中，預製率是其影響較為突出的因素。我們在做具體項目的過程中，應注重在設計階段對裝配式建造成本的控制，儘量降低其綜合單價，否則裝配建築在成本方面相對於傳統建築就毫無優勢。
本文上述所提到的組織架構、設計流程、設計深度、構件拆分、節點設計、詳圖設計、圖紙校審、成本控制等關鍵問題，對設計質量、設計效率、項目成本等都會產生較大的影響，它們是影響裝配式建築設計工作能否順利進行的關鍵所在，希望為廣大的設計人員進行裝配式設計提供參考。
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《深度！影響裝配式建築設計的關鍵問題探討》完，請繼續朗讀精采文章。
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