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              行業快報

              三論“構件、構造與構成”

              文字:[大][中][小] 2020-3-19    瀏覽次數:15    

              前言


              前文(《新營造》2019年6月刊)從宏觀角度探討了裝配式建筑的概念、發展歷程以及裝配式建筑系統的各個子系統的概念、特點與設計方法,從本質上分析了裝配式建筑的“構件、構造與構成”的關系。本文從宏觀上探討裝配式建筑的設計與生產方式,提出以建筑工業化的思維進行裝配式建筑的設計,以期拋磚引玉,為推進建筑工業化的進程和裝配式建筑的推廣盡綿薄之力。


              對建筑工業化的理解


              建筑工業化,指的是傳統的建筑業生產方式向工業化生產方式轉變的過程,其基本內涵是以綠色發展為理念,以技術進步為支撐,以信息管理為手段,運用工業化的生產方式,將工程項目的設計、開發、生產、管理的全過程形成一體化產業鏈。


              建筑工業化的特點是設計標準化、構配件生產工廠化,施工機械化,裝飾裝修一體化和組織管理信息化化。建筑工業化是建筑業的發展方向和必然的趨勢,而建筑工業化的產品就是裝配式建筑。


              建筑工業化是一個理性思維、系統集成并需要持續發展的過程。不能狹義地將建筑工業化僅僅理解為是采用工業化的生產方式,將傳統建筑業中分散的、低效率的手工業生產方式和其中的一些構件轉換為工廠化加工、現場機械化裝配的生產方式,就言之為建筑工業化。重要的是要將大工業的思維和理念融入到建筑的全生命周期中。


              建筑工業化不僅涉及到建筑系統的圍護、結構、機電和內裝,也涉及到建筑從生產、設計,再到施工與運維的各個階段的各個方面。因此,建筑工業化的產品不僅僅是簡單地采用幾個預制構件裝配建筑,使之達到某個預制裝配率;也不僅僅指使用混凝土材料裝配的建筑結構;而是用現代工業化理論與思想指導的建筑系統工程。真正做到:有一個標準化程度極高的建筑構配件庫,可以像采購機械零件一樣采購所需的預制構件;工廠化生產的預制構件不僅僅是為某個特定的建筑應用,而是帶有智能的通用產品;工廠可以按統一的標準自主排產并庫存,設計可以有效地利用這些標準化、智能化的構配件構思多樣化的建筑;建造過程的機械設備和施工工藝工法具有廣泛的通用性和效率;而這全部的過程都是基于信息的快速傳輸和共享為基礎。


              對標準化的理解


              建筑工業化的特征與核心是標準化設計。諸多工程實例表明,規模化生產是降低建筑成本的重要手段。而在裝配式建筑實施的過程中,構件標準化是最重要、最基本的一環。構件的標準化可以實現規模化的生產,一方面構件標準化,可以實現模具的標準化,提高模具重復使用的次數;另一方面,加工標準化的構件也可以提高工人工作效率,縮短單個構件加工時間,從而降低生產成本。因此構件的標準化,是裝配式建筑必須遵守的基本原則。


              構件的的標準化,來源于設計的標準化。裝配式建筑中,任何構件都是要按照設計圖紙的規格進行加工,因此標準化設計是標準化加工的的前提。標準化設計的前提是模數化、模塊化設計,不遵循裝配式建筑系統的模數協調,就不可能實現標準化。將不同的功能模塊或者戶型按照不同的功能要求,設計成模數化增長變化的開間、進深及高度等,可以實現結構構件、機電設備及內裝構件的系列標準化。例如,構件的標準化設計中,可以在一邊尺寸不變,另一邊模數化增長的方式進行構件標準化設計。再如,寬度分別為1.5米和1.8米的疊合板進行組合,既適用于8.1米的開間,也適用于8.4米的開間平面。開間尺寸成模數化變化,構件尺寸也成模數化變化,最終仍然可以實現標準化設計。


              模數化與模塊化設計要關注組合的多變性,使之能夠靈活的集成多樣的平面與空間。建筑需要滿足功能要求和美觀要求,而多樣化的平面和立面組合是實現建筑功能及美觀要求的有效途徑。設計標準化不是固定化、單一化,而是通過滿足模數要求的構件或者模塊,通過不同的組合,滿足不同的功能要求。例如,同樣的單元戶型,通過不同的平面組合,可以形成不同的建筑平面形狀,滿足不同的定位需要。再如,同樣的凸窗外墻,可以在上下層通過凸窗位置的左右對稱變換,形成多樣化的立面效果。總之,裝配式建筑標準化設計的關鍵就在于實現標準化與多樣化的統一。


              模數化與模塊化的設計不僅僅局限于建筑專業,結構專業和機電專業也同樣存在模數化與模塊化設計,同時,專業之間還要模數協調,才能使最終的產品——裝配式建筑嚴絲合縫,渾然一體。


              通過以上實例,可以看到,滿足特定模數要求的標準化單元,能夠帶來構件或者模塊的標準化;通過不同的標準化平面的組合,構成建筑的多樣化。因此,構件的標準化可以實現建筑多樣化,建筑的多樣化也不排斥構件的標準化。


              以工業化思維進行標準化設計


              單個項目的構件標準化只是裝配式建筑發展的初期階段的必經之路,這并不是建筑工業化的最終目標。建筑工業化不是單棟建筑或者單個項目的工業化,而是建筑行業的工業化,因此標準化設計也應當是整個建筑行業的標準化設計。


              在建筑項目中,應綜合考慮預制構件的加工成本、運輸成本、吊裝及安裝成本,還要考慮預制構件加工廠的生產能力等因素。首先,如果裝配式建筑基本可以實現單個項目的標準化設計,項目結束后,配套的模具等工具就作廢了,這無疑增加了構件的生產成本;其次,裝配式建筑目前尚未普及,各大型建筑企業往往是自己配備預制構件加工廠,處于自給自足的狀態,在淡季,預制構件加工廠會遇到產能過剩的情況,生產機械和人力的閑置導致成本的增加;在旺季,預制構件加工廠受生產能力的限制,往往處于應接不暇的狀態,因此這樣的構件廠無法實現均衡排產,就會出現沒有訂單吃不飽,有了訂單吃不下,既不能滿足工程項目的需求,也無法降低生產成本,實現利潤最大化;第三,預制構件廠的投資成本較高,因此企業往往在某特定地方建廠,供應某一輻射范圍內的項目,然而距離較遠的項目,在考慮構件的運輸成本后,通常選擇委托他廠加工預制構件,這就導致構件成本的增加。


              基于以上分析,在建筑工業化的初期階段,可以不完全考慮成本問題,然而當裝配式建筑普及后,不可能各個企業都在各地自行建廠,那必然造成不必要的浪費。因此單個構件的標準化,或者各個企業自給自足的建廠模式,是無法真正實現建筑工業化的。倘若能夠像采購標準化的機械零件一樣采購預制構件,那么各企業無需自行建廠,完全可以就近購買標準化的構件,最大限度地節約成本。而構件生產廠家也可以從各自的優勢和技術創新出發,提高生產能力和技術質量水平,隨時提供各種可供設計與建造選用的產品,將會有力地推動裝配式建筑的發展。這是“大統一”思維,也就是建筑工業化的思維。


              以建筑工業化的思維發展裝配式建筑,并非按照常規的設計思路先進行建筑設計,然后再拆分預制構件,而是采用標準化的原則,在設計階段就采用標準化的構件,在建筑施工時,只需要按照設計資料去任一預制構件加工廠購買標準化的預制構件即可,最終實現“設計與加工相互獨立”。相互獨立的設計與加工可以借助于標準化的橋梁實現通用共享,從而大大降低裝配式建筑的整體成本。這與裝配式建筑的“設計、加工、安裝一體化”并不矛盾,而是設計標準化的高階升級。采用建筑工業化思維開展的標準化設計,是在建筑行業形成標準化構件庫,任何項目都可以在標準構件庫中選擇對應的構件,不同類型的標準構件與主體結構有匹配的標準化節點做法,從而節約了深化設計的工作。設計也不必考慮模具加工的問題,構件制造商可以根據產品和生產工藝去安排,這樣就將“設計”與“加工”分離開來了,實現了二者的相互獨立又相互協調,各司其職,發揮優勢,共同發展。由此,建立適應各類建筑、各種承載力的標準構件庫就顯得更加重要了。


              標準構件庫的建立對多方面都是有利的,首先,建筑設計中,不必考慮單個項目中構件的重復率對成本的影響,因此更容易實現建筑的多樣化設計;其次,預制構件廠也不再僅僅為某個企業或者某個項目提供產品,而是可以根據車間的生產能力,全年均衡地安排生產任務。最重要的的是,構件實現標準化,也更有利于市場的規范化和價格透明化,使構件廠實現市場化的優勝劣汰,既有利于提高預制構件的生產質量,也能促進建筑業的健康發展。


              標準化構件庫的建立,需要各專業人員的共同努力。以桁架鋼筋混凝土疊合板為例,目前已經基本實現了標準構件庫的建立,設計師可以根據不同跨度、不同寬度選擇圖集中相應的構件。其他的構件同樣可以實現標準化,比如凸窗的設計,可以根據南北方的采光要求設計不同的凸窗尺寸,可以根據有無保溫設計不同的厚度,以及不同的需要設計成內嵌或者外掛式構造做法等。


              除構件標準化之外,還可以實現部品標準化和戶型標準化。以住宅建筑為例,可以根據居住人員的情況設計成不同面積的戶型,同一面積的戶型也可以有多個平面布局,設計人員根據項目的需要,選取合適的“標準戶型”進行組合,就可以實現多樣化的建筑平面與立面,無論項目大小,都可以實現建筑的美觀要求。再如,標準化的公廁,可以根據放置地點的人流量及環境特點選擇不同的大小及平面組合。


              裝配式建筑,不僅可以實現綠色建筑與智慧建造,也可以實現智慧設計,當標準構件庫完善后,設計人員可以設定某一程序,輸入項目的信息和功能要求等相關參數,由智能軟件自動設計出多套符合條件的方案,不僅能解放勞動力,還可以避免各種人為失誤,這種智慧設計結合智慧建造,將是建筑工業化的高階目標。


              結語


              建筑工業化是建筑業的一場革命,裝配式建筑是建筑工業化的必然產物,是建筑業未來的發展趨勢,也是社會發展的必然趨勢。建筑設計的標準化與多樣化的結合是建筑工業化的核心任務。同時,也應當清楚地認識到,建筑工業化是一個持續性的過程,任重道遠。但其道路雖然艱辛,只要目標清晰,只要腳步堅定,必然能實現真正意義上的建筑工業化。


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