2016年9月, 国务院办公厅发布《关于大力发展装配式建筑的指导意见》, 明确提出要以京津冀、长三角、珠三角三大城市群为重点推进地区, 因地制宜发展装配式建筑, 力争用10年左右的时间, 使装配式建筑占新建建筑面积的比例达到30%^[1]。由此可见, 装配式建筑已经上升为国家战略, 将迎来新一轮的高速发展。其中, 民用住宅建筑是装配式建筑的重点发展领域。而由于装配式住宅的生产方式与现浇结构不同, 传统的设计方法和思维难以适用于装配式住宅。因此, 为了更好地推动装配式住宅发展, 对其设计特征进行分析, 并制定适宜的设计准则是必要的。本文以装配式住宅为研究对象, 分析其设计工作的重要性和特征, 将工程全寿命期理念引入其中, 从而形成装配式住宅的全寿命期设计准则。

　　 2017年11月, 住建部公布了第一批装配式建筑示范城市和产业基地的名单, 共包含30个示范城市和195个产业基地, 力图通过打造典型, 形成可推广、可复制的装配式建筑发展经验, 切实发挥示范引领和产业支撑的作用。为响应国家政策、积累发展经验、引领行业发展, 各示范城市大力推进装配式建筑, 取得了阶段性的成果。但是, 装配式住宅蓬勃发展的同时也暴露出不少质量问题, 如构件安装定位准确性、节点接缝可靠性等^[2,3]。本文对11位具有装配式住宅实践经验的从业人员进行共15次深度访谈, 录音时长941分钟, 整理录音资料共20余万字, 涉及建设单位、施工单位、设计单位、监理单位和政府部门各参与主体。同时, 对江苏省装配式示范项目进行3次实地调研。基于上述访谈与调研, 初步得出目前装配式住宅的关键质量问题, 并分析其原因, 详见表1。

　　 由表1总结分析装配式住宅关键质量问题的特点如下:

　　 设计对工程寿命期的目标起决定性作用^[4]。装配式住宅的设计方案对构件生产、运输、吊装、施工以及装修各阶段均有不同程度的影响。

　　 传统现浇结构中, 建设工程项目全寿命期各阶段割裂。但由于现浇结构纠偏易操作, 导致对全寿命期各阶段统筹考虑的忽视。区别于现浇结构, 装配式住宅由于其生产、运输、吊装、施工各环节的条件刚性, 可逆性低, 纠偏成本大。目前, 装配式住宅大多沿用现浇结构的设计方法和思维, 全寿命期各阶段相互分离, 设计阶段较少考虑生产、运输、施工及装修等阶段信息壁垒显著, 信息传递呈现衰竭态势, 易诱发质量问题^[5]。

　　 装配式住宅较现浇结构更显复杂, 依赖于设计专业间和产业链上下游的共同努力。而目前, 装配式住宅设计缺乏集成性, 设计阶段没有充分考虑施工单位、构件厂、材料供应商等各方的需求与能力, 导致“设计过度”或“设计不足”, 尤以“设计不足”更为显著, 导致后期质量问题的频发。

　　 区别于现浇结构, 装配式住宅在方案设计之前增加技术策划环节, 根据项目定位与规模、产业化目标、建造成本以及外部环境等因素选择合适的结构体系, 会同建设单位制定合理的技术方案, 并对方案可行性与经济性进行分析^[6]。同时, 为提高预制构件的可生产性, 增设图纸深化设计环节, 使构件满足精细化和标准化的要求。因此, 装配式住宅的设计可分为技术策划、方案设计、初步设计、施工图设计、深化设计和现场服务共6个阶段。与现浇结构对比, 设计流程与内容的差异导致装配式住宅的设计工作体现出不同的特征, 可以总结为以下三点:

　　 将标准化模块进行拼装组合是装配式住宅采用的主要设计方法。具体表现以模数协调为原则, 进行单元模块的设计, 随后将不同模块进行拼装组合, 以实现设计方案的标准化和多样化。与现浇结构相比, 装配式住宅的单元模块之间相互依赖性减弱, 模块内要素相互依赖性增强。装配式住宅采用模块化设计方法, 建立标准化模块设计体系, 随后进行工厂化生产, 形成规模经济。

　　 高集成性是装配式住宅设计的显著特征, 需要各设计专业间需高度配合, 进行协同性设计, 如图纸深化设计需要结构、水电、暖通以及装修等专业的配合;同时需要产业链上下游的集成, 设计单位应充分考虑构件厂、施工单位以及材料供应商等各方的能力与需求, 在满足生产、运输、吊装、施工等各环节需求的基础上进行集成设计。

　　 传统现浇结构中, “设计变更”屡见不鲜。由于现浇结构容错率高, 纠偏较易操作, 因此造成长久以来对精细化设计的忽视。装配式住宅由于其构件生产、运输、吊装、施工的条件刚性, 导致生产-施工间的顺次相互依赖性, 可逆性低, 后期产生问题纠偏成本高。因此, 装配式住宅需要将运输、吊装、施工和使用等阶段的问题前置于设计阶段充分考虑, 在构件生产完成之前将问题解决, 避免后期发生质量问题。

　　 综上, 区别于现浇结构, 装配式住宅设计表现出模块化、高集成性和生产-施工间的顺次相互依赖性三点特征。因此, 装配式住宅设计应在面向工程全寿命期的基础上, 以这三点特征为根据, 制定全寿命期的设计准则, 以指导实践中的设计工作。

　　 基于上述设计重要性及特征, 将工程全寿命期理念引入装配式住宅的设计工作。工程全寿命期指工程从构思到结束 (被拆除) 的全部时间, 可理解为工程从产生到消亡的全过程^[5]。因此, 依据装配式住宅的特点, 其设计工作应考虑生产、运输、吊装、施工、装修、使用和拆除共7个阶段, 进而制定相应的设计原则, 包含可生产性设计、可运输性设计、可吊装性设计、可施工性设计、设计专业间协同性设计、可靠性与安全性设计、人性化设计、可维护性设计、空间适应性与可变性设计、环境友好型设计和全寿命期费用优化设计, 详见图1。

　　 可生产性设计主要包括建筑模块的可生产性和预制构件的可生产性两方面。建筑模块的可生产性是指遵循模数协调的原则进行标准化模块的拼装组合, 实现平立面的多样化与个性化, 满足使用和美观需求;预制构件的可生产性是指构件设计深度和精度应满足要求, 避免正式施工出现问题, 同时预制构件设计应便于构件厂生产, 尽量减少构件种类, 提高模板重复利用率, 形成规模经济, 降低建造成本。

　　 可运输性设计是指预制构件设计应充分考虑运输条件, 如运输方式、道路状况、构件排放方式和固定措施等, 使构件便于运输, 降低运输成本, 提高运输效率, 避免预制构件在运输过程中发生损坏。

　　 可吊装性设计是指预制构件设计应便于起吊和安装, 如构件的吊点设置、吊具选择应合理可靠, 构件节点设计应便于拼装。同时, 预制构件堆场设置、塔吊选型等应满足吊装要求。

　　 可施工性设计是指装配式住宅的设计方案应便于施工, 节点拼缝等关键部位施工易操作, 预埋件的数量和位置应可靠、精确, 同时应积极采用施工创新技术以实现高效率和可重复性, 如采用铝模实现免抹灰等。装配式住宅的内装应实现装配化, 减少现场湿作业, 缩短工期。此外, 设计方案应将施工措施等临时性措施充分考虑以便于施工, 如模板工程、施工预留孔洞等。

　　 装配式住宅设计中, 建筑、结构、暖通、装修和构件深化等设计专业应高度配合, 建立协同设计机制。以模数协调为基本原则, 以信息化工具 (BIM) 为交互平台, 对设计方案的可操作性、经济性和可靠性进行讨论, 协同完成工业化策划、管线综合设计以及土建与装修一体化设计等工作, 使设计方案满足各专业要求。

　　 可靠性与安全性设计是最基本也是最重要的设计准则。可靠性是指工程在运行时不发生“故障”, 主要包括结构可靠性和系统可靠性, 结构可靠性主要指结构的耐久性等, 系统可靠性主要是指管道系统、机电系统、信息化系统等的可靠性。安全性是指工程在运行时不发生事故, 保证工程在正常情况以及地震、火灾、暴雨等极端情况下能够保持安全状态, 包括结构安全性、抗震安全性、建筑防火安全性以及短暂设计状态安全性等内容。

　　 人性化设计是使用功能的外延和细化, 便于人的居住生活和交互需求, 提高生活品质, 如智能化控制系统、公共交互空间等。同时, 设计方案还应考虑特殊人群的功能需求, 如老人、小孩以及残疾人士等。

　　 工程寿命期中许多专业工程系统需要置换, 可维护性设计就是指工程及其设备在运行中进行维护的便利性, 主要包含管线可维护性和内装修部品部件可维护性两部分。对于管线来说, 装配式住宅应实现结构体与填充体的分离, 进行管线集成设计, 便于后期维护与更换;对于内装修部品部件来说, 应采用工厂化生产的知名品牌产品, 以实现通用性与互换性。

　　 工程寿命期内, 居住人群的不同导致使用需求也不尽相同, 这就需要建筑的内部空间具有适应性与可变性。因此, 装配式住宅的平面布局和功能分区应在标准化的基础上体现灵活性与可变性, 可采用易更换的部品部件实现空间的可变性, 如内部隔墙可采用轻质装配化隔墙, 便于后期拆装。同时, 插座接口等设计时应充分考虑, 预留到位, 满足空间扩展需求。

　　 环境友好型设计即“绿色设计”, 主要包括人与自然和谐发展和节约资源两方面。人与自然和谐发展是指工程设计应降低对环境的影响, 充分利用自然条件做好工程空间规划, 保护环境, 设计时应考虑环境 (声、光、热、空气) 对人的影响, 应创造舒适、宜居的居住环境。同时, 设计中应尽量使用低碳、环保、可回收的材料以及高效、节能的设备, 实现节能减排目标。

　　 全寿命期费用优化是指统筹考虑装配式住宅的设计、生产、运输、吊装、施工、运行直至拆除的全过程费用和长期经济效益, 使其全寿命期的费用达到最优, 而不是仅仅着眼于单一环节, 如EPC模式的推广使用、预制构件的规模经济效应等。

　　 上述装配式住宅全寿命期的设计准则既是设计工作的出发点, 也是归宿, 奠定设计质量的基石。设计人员应将设计准则作为心中准绳和工作中的基本原则, 面向装配式住宅全寿命期进行设计, 将生产、运输、吊装、施工等环节的问题充分前置于设计阶段解决, 使设计方案满足各方需求。

　　 装配式住宅高速发展的同时, 也暴露出不少质量问题, 设计在其中起到关键作用, 对工程目标的实现具有决定性作用。与现浇结构相比, 装配式住宅的设计表现出模块化、高集成性和生产-施工间的顺次相互依赖性三点特征。基于此, 将工程全寿命期理念引入装配式住宅的设计工作, 制定出全寿命期设计准则。装配式住宅设计应以全寿命期设计准则作为依据, 将问题充分前置于设计阶段集中解决, 从而保障工程质量的实现。