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行业快报

三论“构件、构造与构成”

文字:[大][中][小] 2020-3-19    浏览次数:107    

前言


前文(《新营造》2019年6月刊)从宏观角度探讨了装配式建筑的概念、发展历程以及装配式建筑系统的各个子系统的概念、特点与设计方法,从本质上分析了装配式建筑的“构件、构造与构成”的关系。本文从宏观上探讨装配式建筑的设计与生产方式,提出以建筑工业化的思维进行装配式建筑的设计,以期抛砖引玉,为推进建筑工业化的进程和装配式建筑的推广尽绵薄之力。


对建筑工业化的理解


建筑工业化,指的是传统的建筑业生产方式向工业化生产方式转变的过程,其基本内涵是以绿色发展为理念,以技术进步为支撑,以信息管理为手段,运用工业化的生产方式,将工程项目的设计、开发、生产、管理的全过程形成一体化产业链。


建筑工业化的特点是设计标准化、构配件生产工厂化,施工机械化,装饰装修一体化和组织管理信息化化。建筑工业化是建筑业的发展方向和必然的趋势,而建筑工业化的产品就是装配式建筑。


建筑工业化是一个理性思维、系统集成并需要持续发展的过程。不能狭义地将建筑工业化仅仅理解为是采用工业化的生产方式,将传统建筑业中分散的、低效率的手工业生产方式和其中的一些构件转换为工厂化加工、现场机械化装配的生产方式,就言之为建筑工业化。重要的是要将大工业的思维和理念融入到建筑的全生命周期中。


建筑工业化不仅涉及到建筑系统的围护、结构、机电和内装,也涉及到建筑从生产、设计,再到施工与运维的各个阶段的各个方面。因此,建筑工业化的产品不仅仅是简单地采用几个预制构件装配建筑,使之达到某个预制装配率;也不仅仅指使用混凝土材料装配的建筑结构;而是用现代工业化理论与思想指导的建筑系统工程。真正做到:有一个标准化程度极高的建筑构配件库,可以像采购机械零件一样采购所需的预制构件;工厂化生产的预制构件不仅仅是为某个特定的建筑应用,而是带有智能的通用产品;工厂可以按统一的标准自主排产并库存,设计可以有效地利用这些标准化、智能化的构配件构思多样化的建筑;建造过程的机械设备和施工工艺工法具有广泛的通用性和效率;而这全部的过程都是基于信息的快速传输和共享为基础。


对标准化的理解


建筑工业化的特征与核心是标准化设计。诸多工程实例表明,规模化生产是降低建筑成本的重要手段。而在装配式建筑实施的过程中,构件标准化是最重要、最基本的一环。构件的标准化可以实现规模化的生产,一方面构件标准化,可以实现模具的标准化,提高模具重复使用的次数;另一方面,加工标准化的构件也可以提高工人工作效率,缩短单个构件加工时间,从而降低生产成本。因此构件的标准化,是装配式建筑必须遵守的基本原则。


构件的的标准化,来源于设计的标准化。装配式建筑中,任何构件都是要按照设计图纸的规格进行加工,因此标准化设计是标准化加工的的前提。标准化设计的前提是模数化、模块化设计,不遵循装配式建筑系统的模数协调,就不可能实现标准化。将不同的功能模块或者户型按照不同的功能要求,设计成模数化增长变化的开间、进深及高度等,可以实现结构构件、机电设备及内装构件的系列标准化。例如,构件的标准化设计中,可以在一边尺寸不变,另一边模数化增长的方式进行构件标准化设计。再如,宽度分别为1.5米和1.8米的叠合板进行组合,既适用于8.1米的开间,也适用于8.4米的开间平面。开间尺寸成模数化变化,构件尺寸也成模数化变化,最终仍然可以实现标准化设计。


模数化与模块化设计要关注组合的多变性,使之能够灵活的集成多样的平面与空间。建筑需要满足功能要求和美观要求,而多样化的平面和立面组合是实现建筑功能及美观要求的有效途径。设计标准化不是固定化、单一化,而是通过满足模数要求的构件或者模块,通过不同的组合,满足不同的功能要求。例如,同样的单元户型,通过不同的平面组合,可以形成不同的建筑平面形状,满足不同的定位需要。再如,同样的凸窗外墙,可以在上下层通过凸窗位置的左右对称变换,形成多样化的立面效果。总之,装配式建筑标准化设计的关键就在于实现标准化与多样化的统一。


模数化与模块化的设计不仅仅局限于建筑专业,结构专业和机电专业也同样存在模数化与模块化设计,同时,专业之间还要模数协调,才能使最终的产品——装配式建筑严丝合缝,浑然一体。


通过以上实例,可以看到,满足特定模数要求的标准化单元,能够带来构件或者模块的标准化;通过不同的标准化平面的组合,构成建筑的多样化。因此,构件的标准化可以实现建筑多样化,建筑的多样化也不排斥构件的标准化。


以工业化思维进行标准化设计


单个项目的构件标准化只是装配式建筑发展的初期阶段的必经之路,这并不是建筑工业化的最终目标。建筑工业化不是单栋建筑或者单个项目的工业化,而是建筑行业的工业化,因此标准化设计也应当是整个建筑行业的标准化设计。


在建筑项目中,应综合考虑预制构件的加工成本、运输成本、吊装及安装成本,还要考虑预制构件加工厂的生产能力等因素。首先,如果装配式建筑基本可以实现单个项目的标准化设计,项目结束后,配套的模具等工具就作废了,这无疑增加了构件的生产成本;其次,装配式建筑目前尚未普及,各大型建筑企业往往是自己配备预制构件加工厂,处于自给自足的状态,在淡季,预制构件加工厂会遇到产能过剩的情况,生产机械和人力的闲置导致成本的增加;在旺季,预制构件加工厂受生产能力的限制,往往处于应接不暇的状态,因此这样的构件厂无法实现均衡排产,就会出现没有订单吃不饱,有了订单吃不下,既不能满足工程项目的需求,也无法降低生产成本,实现利润最大化;第三,预制构件厂的投资成本较高,因此企业往往在某特定地方建厂,供应某一辐射范围内的项目,然而距离较远的项目,在考虑构件的运输成本后,通常选择委托他厂加工预制构件,这就导致构件成本的增加。


基于以上分析,在建筑工业化的初期阶段,可以不完全考虑成本问题,然而当装配式建筑普及后,不可能各个企业都在各地自行建厂,那必然造成不必要的浪费。因此单个构件的标准化,或者各个企业自给自足的建厂模式,是无法真正实现建筑工业化的。倘若能够像采购标准化的机械零件一样采购预制构件,那么各企业无需自行建厂,完全可以就近购买标准化的构件,最大限度地节约成本。而构件生产厂家也可以从各自的优势和技术创新出发,提高生产能力和技术质量水平,随时提供各种可供设计与建造选用的产品,将会有力地推动装配式建筑的发展。这是“大统一”思维,也就是建筑工业化的思维。


以建筑工业化的思维发展装配式建筑,并非按照常规的设计思路先进行建筑设计,然后再拆分预制构件,而是采用标准化的原则,在设计阶段就采用标准化的构件,在建筑施工时,只需要按照设计资料去任一预制构件加工厂购买标准化的预制构件即可,最终实现“设计与加工相互独立”。相互独立的设计与加工可以借助于标准化的桥梁实现通用共享,从而大大降低装配式建筑的整体成本。这与装配式建筑的“设计、加工、安装一体化”并不矛盾,而是设计标准化的高阶升级。采用建筑工业化思维开展的标准化设计,是在建筑行业形成标准化构件库,任何项目都可以在标准构件库中选择对应的构件,不同类型的标准构件与主体结构有匹配的标准化节点做法,从而节约了深化设计的工作。设计也不必考虑模具加工的问题,构件制造商可以根据产品和生产工艺去安排,这样就将“设计”与“加工”分离开来了,实现了二者的相互独立又相互协调,各司其职,发挥优势,共同发展。由此,建立适应各类建筑、各种承载力的标准构件库就显得更加重要了。


标准构件库的建立对多方面都是有利的,首先,建筑设计中,不必考虑单个项目中构件的重复率对成本的影响,因此更容易实现建筑的多样化设计;其次,预制构件厂也不再仅仅为某个企业或者某个项目提供产品,而是可以根据车间的生产能力,全年均衡地安排生产任务。最重要的的是,构件实现标准化,也更有利于市场的规范化和价格透明化,使构件厂实现市场化的优胜劣汰,既有利于提高预制构件的生产质量,也能促进建筑业的健康发展。


标准化构件库的建立,需要各专业人员的共同努力。以桁架钢筋混凝土叠合板为例,目前已经基本实现了标准构件库的建立,设计师可以根据不同跨度、不同宽度选择图集中相应的构件。其他的构件同样可以实现标准化,比如凸窗的设计,可以根据南北方的采光要求设计不同的凸窗尺寸,可以根据有无保温设计不同的厚度,以及不同的需要设计成内嵌或者外挂式构造做法等。


除构件标准化之外,还可以实现部品标准化和户型标准化。以住宅建筑为例,可以根据居住人员的情况设计成不同面积的户型,同一面积的户型也可以有多个平面布局,设计人员根据项目的需要,选取合适的“标准户型”进行组合,就可以实现多样化的建筑平面与立面,无论项目大小,都可以实现建筑的美观要求。再如,标准化的公厕,可以根据放置地点的人流量及环境特点选择不同的大小及平面组合。


装配式建筑,不仅可以实现绿色建筑与智慧建造,也可以实现智慧设计,当标准构件库完善后,设计人员可以设定某一程序,输入项目的信息和功能要求等相关参数,由智能软件自动设计出多套符合条件的方案,不仅能解放劳动力,还可以避免各种人为失误,这种智慧设计结合智慧建造,将是建筑工业化的高阶目标。


结语


建筑工业化是建筑业的一场革命,装配式建筑是建筑工业化的必然产物,是建筑业未来的发展趋势,也是社会发展的必然趋势。建筑设计的标准化与多样化的结合是建筑工业化的核心任务。同时,也应当清楚地认识到,建筑工业化是一个持续性的过程,任重道远。但其道路虽然艰辛,只要目标清晰,只要脚步坚定,必然能实现真正意义上的建筑工业化。


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