高层装配式住宅设计方法与应用

张嘉龙

（广东省建筑设计研究院有限公司，广东广州 510010）

0 引言

中共中央、国务院印发《关于大力发展装配式建筑的指导意见》（国办发〔2016〕71 号）中明确要大力发展装配式建筑，稳步推进创新建造方式，促进建筑行业结构性转型升级，并指明装配式建筑设计要进行创新。装配式建筑集设计标准化、生产工业化、组合化施工、信息化运营于一体。以工业化生产应用为基础构件，施工现场全面实现干作业装配，保证项目建设高效率，组建安装高精度，设计成品高品质。装配式建筑能大幅提高建筑效率，减少现场湿作业，缩短建筑周期，减少环境影响，避免因为气候问题而导致工地误工怠工。装配式让房屋像工业流水线生产一样，批量制造房屋构件，生产后把各类从工厂运到工地组装。我国是人口大国，提高住宅建筑的装配率的重要性勿容置疑，因此发展装配式住宅对改善居住品质、降低人工成本、提升建设速度、提高居住适应性起到重要作用。

1 装配式住宅模块化设计

1.1 功能模块化

装配式建筑可拆分为不同的构件，在前期设计方案阶段，如何把住宅单元进行整体拆分非常重要。因此在设计之初，需考虑核心筒与各户型单元的组合关系，考虑户型单元中各生活空间的组合关系，从而减少墙板门窗种类，提高建造效率，实现住宅功能性与经济性的统一。其次，装配式住宅建筑的工业化制造为不同户型、标准层、楼栋之间采用相同构件模块提供了产业基础，方便标准化楼栋的多次利用。综上所述，项目初期可统筹划分各使用单元，将住宅功能空间“模块化”，然后再拼装组合（图1）。

项目负责人将各住宅使用空间进行归类，如卫生间、厨房，主卧、次卧等各标准段对应尺寸，在排布户型时利用模块进行组合，形成各标准户型平面，后期也方便进行集成卫生间和集成厨房的布置。

1.2 户型模块化

住宅建筑拆分后的单元式空间，以基本单元模块，经过拼接、组合方式，组成分户单元，再与模块化和核心筒组成住宅建筑。根据各功能模块进行组合，可以形成典型的套型模块，套型模块是平面组合中最重要的部分，也是必须进行的设计部分。有了套型模块，就可以对装配式外墙构件、叠合板、阳台、空调板等进行拆分。

住宅标准层平面设计时，可把将功能空间拼装好的户型作为组合端，公共空间电梯筒部分作为核心端，核心模块保持不变，通过组合各面积段户型端形成标准层平面，如图2 所示，由标准化的户型端及标准化电梯筒核心端共同构成标准化设计。在户型组合方面，通过规整单户的剪力墙，通过参照模块或常规的协同平台可实现了全区的结构布置统一，使内部隔墙能更灵活分隔；同时方便调整户型的客厅和居室的空间开间和进深，合理化功能尺寸，使用上更符合家具布置和内装设计。同时遵循了标准模块原则和模数尺寸，为室内设计标准化提供了前期条件。在公共核心筒设计端，根据装配式后期深化要求调整成为若干标准化构件，包括了装配式楼梯的标准化、机电管井及走道的标准化、电梯井的标准化。既方便了后续高效的流水线生产，也为创造多样的标准化组合平面提供了可能性。

户型模块的规划使高层装配式住宅既为开发商提供高效的建造流程，也为住户提供更高品质的生活空间，更可以作为设计单位内部的设计库存，通过不断优化更新，得出更加符合生活习惯和居住需求的内部空间格局，形成住宅产品的迭代。同时，户型的优化也能带来预制外墙立面构件的标准化，充分体现工业化流水线生产的优势。而住宅立面的设计，也遵循标准化原则，在减少构件种类的基础上，实现丰富的立面组合形式。

2 立面设计

2.1 模块标准化

标准化、模块生产应作为设计概念贯穿住宅单体的平面和立面设计。首先，规整建筑平面布置，减少户型组合类型，尽量做到标准化；其次，立面设计应同时考虑拆分后的预制构件标准化，减少复杂造型，降低建造成本，提高施工效率。根据平面设计，协调预制构件与立面之间的尺寸关系，尽可能减少如预制外墙板、预制空调板、预制阳台、预制窗台等构件类型，满足标准化、模数化的设计概念。因此立面面积、尺寸的设计必须要充分考虑标准件的模数。标准构件在立面设计上整齐划一的排布能形成重复韵律的立面效果，再通过色彩及造型的搭配，提高立面的丰富度。

2.2 立面设计

基于现时各开发商住宅产品的对标，针对高层住宅立面设计要求越来越高，既追求整体效果，也强调细节的搭配。同时在色彩的选择上，追求清素与高雅，并注意颜色间的搭配与过渡。例如，大面积的色彩运用搭配其他颜色的线条，形成住宅立面色彩体量上的咬合关系。在建材方面，装配式建筑讲求轻便耐久易安装，在满足建筑强度的基础上应尽量方便预制构件的安装连接。与传统住宅项目不同，装配式住宅项目应该建立与材料特性和建构特色相适应的立面美学体系。以立面三段式构图为例，主要是从颜色和设计形态上区分，就是以屋顶、建筑主体（建筑腰身）、建筑基础（建筑的脚），通过采用不同颜色的搭配或不同材质的组合区分变化。基座采用石材或真石漆、提升近人尺度体验上的观感和触感，标准身段通过不同色彩的组合形成丰富的立面身段，顶部通过幕墙或格栅的加高，结合屋顶的飞翅、构架等造型使建筑形态更加挺拔，如图3 所示。

标准化的设计虽然限定了模数尺寸，但在设计过程中，可通过分段划分、色彩搭配、线条的咬合提升最终立面建筑效果的呈现。所以项目设计人需综合考虑建筑美观、建筑经济、生产效率等方面，统筹兼顾，争取装配式住宅立面综合效益最大化。

2.3 饰面材料

装配式建筑外墙预制混凝土可以与传统饰面材料一体化集成制造。各类饰面面砖和饰面石材都可预先按设计要求嵌入平放的模台与混凝土浇筑为一体，无须额外粘结层。

面砖饰面具有美观的装饰效果，历久弥新的质感等优点，是各类高品质住宅建筑外墙材料的首选。但是面砖饰面的传统做法容易造成面砖脱落。且其粘贴质量受高空作业、现场作业条件、施工气候、工人操作水平等影响较大，面砖饰面常有脱落现象。很多城市、地区都禁止高层建筑外墙贴面砖。

而使用反打工艺可以解决面砖后期脱落的问题，陶板、瓷片、劈离砖等都可以与混凝土牢固结合，可免除传统面砖铺贴立面的脚手架、材料堆放场所，免除铺贴使用的设施工具，并且节约人力，改善施工环境，提高铺贴立面的施工效率缩短工期。面砖反打工艺可以实现尺寸的精准和质量控制，使得复杂精细的细节，如：拱券、弧形券，柱头等排砖图案可以同墙板集成在一起。这种美学表达的自由度以现场粘贴面砖工艺是很难经济地实现的。

同样，大理石、花岗岩、石灰岩等石材装饰板材，也可以在工厂内同混凝土预制为整体。饰面石材反打工艺将传统干挂工艺涉及的高空作业和现场作业量移入工厂，改变工人操作条件，不受天气影响。石材无须龙骨可以节约材料、节省大量劳动力，提高外观质量和施工效率。饰面石材表面规整，预制墙板附着牢固，外立面品质观感优良。

现时各类的饰面材料都能很好地结合装配式预制墙板进行生产，设计人可通过标准化构件，进行丰富多样的组合，通过组合寻求变化，增添装配式住宅里立面的多样性。

3 BIM 设计

当落实住宅方案后，应建立BIM 模型进行深化设计，逐步完善构件深化工作，用于指导性生产及施工进程。如在BIM 模型中进行拆分，特别是各类构件的划分，以族件库为单元进行深化，建立构件模型，为生产厂家提供前期接口，是预制构件深化设计的重要内容。在BIM 技术平台中，预制构件生产厂与土建设计专业在同一模型上达成一致意见，结合配筋、尺寸等详细信息，构件模型转化为实体标准进行生产。依托BIM 软件，设计单位还可建立预制构件族的模型库，在各类项目中不断对标完善，后续项目中通过库存选择适当预制构件，同样通过迭代更新以进一步使整个装配式设计流程更加完善和高效，如图4 所示。

在BIM 设计中，前期的设计样板是设计标准的首要组成部分，设置样板的目的是标准化呈现各专业的设计成果，提高整体设计效率与图面质量。通常在项目设计前期阶段，项目经理统领建立项目的基本模板文件，并持续完善。

除了建立装配式全专业设计项目样板，还需设立装配式各类预制构件的设计样板。如预制梁柱、预制柱、预制楼梯、及预制飘窗等其他复杂的异型构件设计样板。预制构件样板可以在项目样板的基础上，进行优化调整。样板建立内容包括：①构件族。②工作视图。③图纸布局。④预设的明细表。

项目样板的设置作为大前提，主要考虑进行各专业建模的区分（如工作视图区分为：建筑专业视图、结构专业、机电设备专业、内装专业），预制构件样板则主要考虑构件进行加工、预埋安装步骤的区分（如工作视图区分为深化设计视图、配筋设计视图、模板设计视图、机电预埋视图、安装工作视图）。

装配式建筑设计是个整体系统工程，需充分考虑设计、生产、运输以及安装施工，以及运营等全周期流程中各因素的影响。因而在设计过程中，建筑专业设计人员将起龙头作用，协调好结构专业、设备专业做好管线分离安装，墙体孔洞的预留预埋，协调装修专业做好构件、点位尺寸定位，避免施工阶段的调整与后续开孔，减少设计修改变更。并同时借助BIM 模型，进行可视化指导施工、协同设计进行管线综合及碰撞分析等，提高设计质量

4 结语

综上所述，标准化和集成化的装配式建筑，已成为国家未来发展高层住宅建筑的主要方向，有着广阔的发展空间和前景，同时也对设计提出了更高的要求。为充分发挥住宅建筑的装配式优势，体现新时代建筑高时效、高品质等特点，要求项目管理人员、项目设计者重视模块化概念，通过标准空间模块化、标准构件、预制构件的灵活组合和搭配，提升住宅建造效率，促进高层装配式住宅建设能力的提升。