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装配式混凝土项目建筑设计规范梳理与建议
日期: 2018年06月25日 来源: 中国工程建设标准化协会 【文字大小: 【打印】【关闭】

  伴随着装配式混凝土项目设计工作的逐渐增多,设计人员对于完善的装配式混凝土设 计规范的需求也愈发紧迫。建筑设计专业作为项目设计工作的切入点起到了至关重要的作 用。本文通过收集现有国家和地方的三十余本装配式混凝土建筑设计标准,对建筑设计、 BIM 技术支撑等内容进行梳理和总结,针对性地提出了对现有规范内容的改进建议,以期 为装配式混凝土建筑设计阶段的标准化建设提供参考。

  一、引言
  随着多种政策和激励措施的不断推进,预制装配式 建筑的发展稳步推进,不少地区装配式结构完工量已初 具规模。研究人员指出,规范和标准在装配式建筑发展 初期,对于现有设计工作的支撑仍然存在不足,很多技 术标准仍处于空白,亟需补充和完善。2013 年国务院办 公厅出台的《绿色建筑行动方案》明确指出:“要加快 建立促进建筑工业化的设计、施工、部品生产等环节的 标准体系,推动结构件、部品、部件的标准化,丰富标 准件的种类,提高通用性和可置换性。
  推广适合工业化 生产的预制装配式混凝土、钢结构等建筑体系,加快发 展建设工程的预制和装配技术,提高建筑工业化技术集 成水平。”完善和改进相关规范,引领和指导装配式混 凝土项目各专业的设计工作,已经成为共识。 装配式建筑的设计流程要求在构件生产和施工环节 之前,设计人员需要考虑生产条件、运输条件、构配件 之间的连接、后期精装修预留条件等多方面信息,否则 会造成施工困难、后期剔凿、成本增高等问题,因此, 装配式混凝土建筑的建筑设计规范不能仅包含传统规范 的“设计”要素,更需要关注到整个产业链的协同配合 上,注意与后期工作的衔接,保证项目建造的顺利进行。 本文通过对装配式混凝土建筑相关建筑设计标准的梳理, 对现行标准中缺失的内容提出改进意见,以期为建筑设 计阶段的标准化建设提供一定参考。

  二、装配式混凝土建筑设计的规范体系
  2017年 6月,国家标准《装配式混凝土建筑技术标准》 GB/T51231-2016[3] 颁布,其中第三章“建筑集成设计” 部分对建筑设计阶段的一般规定、模数协调、标准化设计 及集成设计给出了具体规定。在全国各省市的工程实践过 程中,地方标准对其中的部分条文进行了细化和改进。北 京、重庆、辽宁等省市则专门颁布了相关体系的建筑设计 标准。表 1将现阶段涉及建筑设计的相关标准进行了汇总。
  为推广装配式混凝土剪力墙结构住宅的设计方法, 提供建筑设计要点及设计示例,中国建筑标准设计研 究院编制了《装配式混凝土结构住宅建筑设计示例》 15J939-1,并于 2015 年 3 月开始实施。该图集通过四 个具体示例,对整个装配式混凝土剪力墙结构住宅的设 计流程和典型设计图纸进行了介绍。同时颁布的五本结 构图集包含了多种预制构件的常用尺寸构造,对于建筑 设计选用具有一定的参考意义。北京、上海等地颁布了 地方的建筑和结构图集,可供地区设计时选用和参考。 表 2 详细列出了相关图集。

  三、建筑设计部分
  装配式建筑的建筑设计大致可分为下述七个方面内容,各阶段与传统现浇建筑设计相比大致相同,但均需 考虑预制构件的特殊性,并在设计中予以特别关注。下文分别进行了系统梳理,并给出了总结与建议。
  1. 总平面与规划设计
  在装配式建筑的总平面和规划设计中,构件运输、 存放和吊装是需要关注的重要方面,首先需保证适宜构 件运输的交通条件,并考虑预制构件的现场临时存放、 吊装设施的安全及合理化布置。现阶段,预制构件运输 道路排布、车辆转弯半径测算及吊装设施的布置多由施 工单位统一规划,时常会因为既定道路的条件限制造成 不必要的安全隐患和经济损失。北京《装配式剪力墙住 宅建筑设计规程》第 3.0.3 条对前期设计规划与方案设计 中运输通道、构件堆放和起重设备给出了要求,在该规 程的配套图集 PT-970 中还就本条要求给出了具体示例。 建议在规范中细化关于装配式建筑项目整体规划时构件 运输交通线路、预制构件堆场和吊装设施架设等相关内 容,由于建筑总平面设计中关于构件运输、堆放和吊装 架设的内容还会会影响结构设计中的荷载计算,设计人 员在设计初期应予以关注。
  2. 建筑结构主体平立面及住宅户型设计
  模数协调是进行装配式建筑主体平立面和户型设计 的基础,各地规范的建筑设计章节均涉及到模数协调的 概念,并以此优化预制墙板的模板类型和数量,降低造价, 为部品集成、专业接口之间的统一协调创造条件。 在装配式建筑的设计中宜选用大空间的平面布局方 式,在“少规格、多组合”的原则下,合理布置承重墙 及管井位置,满足使用空间的灵活性、可变性需要。装 配式建筑平立面设计时主体结构布置宜简单、规整,避 免过大挑出及平面凸凹变化。
  这部分内容在行业标准《装 配式混凝土结构技术规程》、上海市标准中均有较为完 善的规定。 根据建筑立面效果需要,不少项目出现了面砖、石 材等在外墙预制时反打的做法,为确保外饰面物理力学 性能、耐久性等要求,一般要求该工序与预制构件在工 厂一体化完成。为保证每个构件的一致性,在全截面构件、 有门窗洞口的构件处面砖的尺寸需要与构件尺寸协调, 避免出现饰面砖切割等不利预制构件加工的情况出现, 相关内容宜在规范中有所体现。重庆《装配式混凝土住 宅建筑结构设计规程》第 5.4 节针对外墙设计、外墙接 缝和防排水的细部构造给出了规定,相关内容有一定的 参考性。
  3. 设备及管线设计
  建筑专业中所涉及的设备设计内容主要包括对供暖 通风系统、给排水系统和电气系统的设计与相应的管线 设计。预制建筑的管线布设工作非常重要,与建筑、结 构专业的配合密切相关。预制构件在现场随意开槽可能 会影响到结构安全,但由于预制构件拼接和组装的复杂 性,整个设备管线布设工作需要提前反复确认。行业标 准《装配式混凝土结构技术规程》、上海市住宅和公共 建筑标准、山东《装配整体式混凝土结构设计规程》在 建筑设计部分均给出了对管线开孔、开沟槽、防火、隔声、 管线统一布置及电气设备的设计需求,强调在建筑设计 阶段注意与设备专业的配合。
  4. 预制构配件设计
  建筑师对预制构配件的设计主要是综合立面表现的 需要,结合结构现浇节点及装饰挂板要求,合理拆分预 制构件。拆分时应注重经济性,通过模数化、标准化、 通用化减少板型,节约造价。预制构件的大小要考虑工 程的合理性、经济性、运输的可能性和现场的吊装能力。 上海居住建筑和公共建筑标准对预制构件提出了设计与 应用要求,相关条文结合了上海的气候、地质特点给出 了适合本地区的个性化热工设计要求,有很强的设计指 导性和实用性。
  预制外墙板的设计要求较高,既要保证其具有良好 的性能,又要兼顾构件构造和门窗一体化制作要求,保 证良好的保温隔热性能。上海居住建筑规程分别对预制 外墙板建筑模数、热工性能、接缝、构造防水、接缝材 料给出了详细规定与推荐性做法,使相关外墙构件的设 计有据可依。北京《装配式剪力墙住宅建筑设计规程》 第 6 章对“预制墙体设计”给出了防水、饰面、门窗设 计的具体要求,尤其是对“水平缝两道防水构造”、“垂 直缝两道防水构造”给出了具体详图,具有较强的参照性。
  装配式建筑设计需按照一定规则对预制构件进行编 号,便于设计、施工工作中识别。随着数字化管理系统 和手持式管理设备的逐步普及,通过数据流对预制构件 进行统一编码、追溯、管理,可以极大的提高管理效率, 降低管理成本。山东、重庆对于预制构件标识和合格证 均有专门章节进行说明。建议地方在统一构件标识和合 格证基础上,拓展二维码等多信息量的数据管理模式, 在省、市级范围内对预制构件的标识进行统一管理。
  5. 内装修、室内环境设计
  通过装配式结构与装修设计的产业化集成,建立起 装配式结构产业化体系是未来的发展方向。设计时,宜 对装修的部品部件进行模数协调,通过部品的标准化、 系列化、配套化,实现内装部品、厨卫部品、设备部品 和智能化部品的产业化集成。上海、北京、重庆均详细 提供了一体化设计、模数协调及管线预埋等内装修的基 本要求。对于目前多地政策中推荐的整体卫浴、整体厨 房的内容,辽宁省通过对国外 KSI 住宅建筑体系相关技 术的吸收和改进,给出了对内装部品、厨卫部品和设备 部品的设计要求。 对于室内环境设计部分,目前的关注度有待提高。
  上海市印发的《关于进一步强化绿色建筑发展推进力度 提升建筑性能的若干规》(沪建管联﹝ 2015 ﹞ 417 号), 对新建民用建筑楼板厚度和降噪、静音管材等给出了更 高要求,反应出政策对室内环境重要性的关注。目前上 海居住建筑规程对装配整体式住宅室内声环境、光环境、 热环境和空气质量给出了设计原则,体现出了对装配式 混凝土建筑使用舒适度的关注。
  6. 建筑节能设计
  装配式建筑应符合绿色建筑中对墙体保温、建筑围 护节能设计、门窗密闭性等要求。北京、上海、重庆标 准对外围护结构的保温隔热措施、外墙板保温材料、节 点处的保温连续性等方面均给予了关注,已有规范要求 涵盖了相关地区对装配式建筑绿色节能的要求。
  7. 系统集成与节点设计
  要将装配式建筑的各个构成要素通过适宜的技术手 段加以集成,关键是做好各种节点的整体技术策划和设 计,通过通用手段(如 BIM 等)加以整合。相关系统集 成的内容各规范多在建筑设计的一般规定中予以说明。 行业标准《装配式住宅建筑设计规程》对协同设计、整 体厨房及整体卫浴的尺寸协调和使用要求给出了具体规 定,提供了住宅中尺寸协调的基础。 关于节点设计,目前全国《装配式混凝土结构连接 节点构造》、上海市《装配整体式混凝土住宅构造节点 图集》均为针对结构做法的标准图集,建筑防水、保温 节点做法一般参照现浇结构进行。建议各地标准体系有 必要针对各自特点,编制地区适用、针对建筑专业的节 点连接构造做法图集,以规范目前做法各异的现状。 四、信息化模型设计部分 利用 BIM 技术对装配式项目的构件进行拆分、三维 建模、施工模拟、多专业碰撞检查已经显示出很好的适用性。
  目前,BIM 在建筑设计中的应用尚未完全普及, 亟需相关标准和规范在应用上的指导和规范化。 北京《民用建筑信息模型设计标准》、上海《建筑 信息模型应用标准》是详细针对 BIM 设计的通用标准, 对装配式建筑的针对性不强,缺少对预制构件库建立、 构件深化与拆分设计、预制构件现场施工顺序模拟等特 有内容。建议新编规范在相关 BIM 应用要求的基础上, 推动并扩充有关装配式结构特有的预制构件库、构件深 化与拆分设计、预制构件现场施工顺序模拟等内容,新 编以模数化设计、标准构件模块、三维协同设计、性能 化分析、深化设计为主要内容的装配式混凝土结构 BIM 应用标准。标准宜在设计阶段应用的基础上,结合方案、 施工、运维等全周期应用,扩展装配式混凝土建筑 BIM 模型的应用范围。

  五、结论
  本文通过梳理全国三十余本装配式建筑相关规范和 图集,根据装配式建筑设计的实际需求,从建筑设计的 多个方面、BIM 设计需要提出了针对现有标准、图集的 改进和完善建议。相信随着时间的推移,地方装配式建 筑设计及 BIM 标准的内容将更加细化,为装配式混凝土 项目的实践提供更好的设计依据和参考。(王玉兰 马宁)

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