0 引言

　　“一体化建造是指在房屋建造活动中，建立了以房屋建筑为最终产品的理念，明确了一体化建造的目标，运用系统化思维方法，优化并集成了从设计、采购、制作、施工等各环节的各种要素和需求，通过设计、生产、施工和高效管理与协同配合，实现了工程建设整体效率和效益最大化的建造过程。”叶浩文在《一体化建造———新型建造方式的探索和实践》一书中如此定义“一体化建造”。

　　一体化建造的意义在于通过全要素的统筹协调，提高建造质量、安全、效率、效益。在这之中，“高效”成为一个关键词。所谓高效，既是效率的高效，也是效益的高效，而通过这种高效提高质量与安全。

　　设计作为建筑工程的引领阶段，对建筑工程的高效施工起着至关重要的作用。

　　古往今来，设计工作在实质上是贯穿了建设的全过程。但主要问题是存在设计与生产、施工脱节的现象。主要表现为2个方面:一方面，设计与生产技术要求、现场技术要求不符，造成大量设计变更，影响项目进度，造成资金浪费;另一方面，设计所选用的技术方式虽能实现，但不经济、不高效，也造成时间、金钱、人力、物力的浪费。

　　上述问题在以现场人工作业方式为主的传统建设项目中尚且可控，但在以预制构件、部品为主要生产方式，以装配为主的建造方式下的装配式建筑项目中，这些问题将带来不可估量的严重后果。

　　1 高效技术的设计应用

　　在一体化条件下的装配式混凝土建筑施工过程中，设计要在高效施工方面发挥作用，应落实3个方面:(1)建立一高效的设计标准，做到标准化设计;(2)形成高效的设计工作方法，做到设计条件前置;(3)应用有利于生产、施工的高效施工技术。

　　1.1 高效标准———标准化设计

　　标准化设计能提高生产效率是已经过人类历史佐证的。中国传统木构建筑的才分制度就是为了满足大规模的营造任务而制定的建筑标准。现如今，在装配式建筑条件下，标准化设计也就成了今天的才分制度。

　　基于当代中国建筑现状，提倡采用空间标准化、立面标准化、构件标准化、部品标准化(简称“四个标准化”)的设计方法。

　　1.1.1 平面标准化

　　平面标准化应合理划分框架柱网，以标准柱网为基本模块，实现其变化及适应性的可能性，满足其全生命周期使用的灵活性。同时，应控制好层高关系，在满足功能需求的前提下，综合梁高、板厚、机电管线空间和装修做法等需求，确定标准化的剖面设计。

　　1.1.1. 1 标准柱网

　　要关注柱网尺寸统一，标准化的建筑空间的最终目的是带来标准化的构件、部品。在实际项目中即使很难做到所有柱网完全一致，也应以模数控制柱网尺寸的变化。

　　在南京一中项目中各单体均在设计之初结合功能需求对柱网进行了标准化设计，如教学楼将教室空间模块化处理，均采用标准9 600mm×8000mm柱网，音乐厅采用7 500mm×9 000mm柱网，在需要大空间的观众厅区域将3跨9m柱网合并成27m大跨结构，通过柱网模数协调满足地上及地下空间的标准化设计。

　　1.1.1. 2 标准模数

　　在标准柱网的条件下，以某一个模数作为平面布置的标准模数布置功能，可为后期室内外工程提供统一依据，有利于统一材料部品尺寸。

　　南京一中项目除了采用标准柱网外，平面及立面均满足3M的标准模数，以此来控制平面、立面以及室内外装修的材料部品。

　　1.1.1. 3 标准层高

　　一座建筑的层高通常由多方面因素确定，如功能需要、规划条件、经济因素、管线空间等。虽然限制因素很多，但在公共建筑中还没有所谓“非此不可”的情况。尽可能统一不同功能空间的层高，形成标准。

　　例如，南京一中项目中教学楼、行政办公楼及图文信息楼首层层高均为5m,2层及以上层高均采用4.2m，宿舍区标准层均采用3.6m层高，最大限度地做到建筑层高标准化，为立面预制构件的标准化提供有力基础。

　　1.1.2 立面标准化

　　立面标准化设计应该对立面的各构成要素进行合理划分，将其大部分设计成工厂生产的构件或部品，并以模块单元的形式进行组合排列，辅之以色彩、机理、质感、光影等艺术处理手段，最终实现立面的多样化和个性化。

　　在装配式框架结构建筑中，结构的灵活性给予建筑师很大的创作空间，所以立面的表现形式应丰富多样。但具体到构件层面，一扇门、一扇窗、一块板却需实现标准化，以便工厂生产。立面标准化就是用来解决丰富多样的立面形式和标准化工厂生产之间矛盾的办法。

　　南京一中项目在平面标准化的基础上结合各单体建筑的功能需求在立面设计时也充分考虑了标准化需求。通过对立面ALC板材的标准化划分及门窗洞口的标准化控制再到铝板及石材幕墙块材的标准化控制充分实现了平面标准化与立面标准化的结合。

　　1.1.3 构件标准化

　　标准化设计的目标是满足工厂化生产需求，只有通过构件标准化设计才能让构件在工厂得到高效、优质、批量化生产。装配式建筑的标准化是通过构件标准化和部品标准化来实现。在中建科技有限公司承建的深圳坪山3所学校项目中，大量采用工厂预先生产的标准构件，极大地提高施工效率。

　　南京一中项目单体建筑分为混凝土框架结构及钢混组合结构2大类。混凝土框架结构主要应用在教学楼、行政办公楼、图文信息楼及宿舍楼区域，通过对柱、梁、板等预制构件的标准化控制充分实现了相同尺寸的预制构件在各单体建筑中的重复使用。钢混组合结构主要应用在音乐厅及体育馆等大空间单体建筑，此部分除了对预制混凝土构件的标准化控制外还对钢结构梁及钢结构楼板进行了标准化梳理。做到标准化设计与施工相结合，充分体现高效原则。

　　1.1.4 部品标准化

　　部品标准化设计主要针对工厂化生产的内外墙装饰部品及门窗、洁具等功能性部品。部品的标准化可归拢简化设计问题，将特性问题归结为共性问题，设计过程中一通百通;同时，也有利于统一采购、统一安装，提高效率、节省成本。

　　南京一中项目的部品标准化主要应用在教室部分的室内部品上，通过对内装部品的门窗及桌椅、灯具、设备等标准化选型及设计从而实现内装部品的标准化。

　　1.2 高效方法———设计前置

　　设计前置就是将深化设计、构件部品生产、加工甚至建筑施工中的要求提前考虑到设计中。设计前置并不是一个新鲜概念，但在以往设计、施工相对割裂的项目中，由于分工时序原因、招采原因，设计时往往不能获得这些要求。所以设计往往只能保证设计方案的基本可行性，但在经济性、高效性方面不足。

　　设计、生产、施工一体化的建设模式，让这种设计前置成为可能，并发挥重要作用。

　　1.2.1 结构条件前置

　　结构条件前置是建筑、结构、机电一体化的体现。结构条件前置主要体现在2个方面:(1)结构条件选型是建筑技术策划的重要组成部分;(2)结构设计在方案设计阶段介入，保证方案的可行性。

　　深圳坪山3所学校设计，在方案开始之前先对学校建筑柱网尺寸进行研究。经研究，3所学校建筑柱网尺寸统一为:教室9m×9m，走廊9m×3m，卫生间9m×9m。

　　在此基础上，结构工程师按一个典型的学校校舍布置进行结构设计。此设计与方案设计几乎同步，这样一来，方案结束时便获得基本的结构尺寸(见图1)。

　　当项目进行到初步设计阶段时，只需将设计参数根据3所学校不同方案进行复核，便可在设计完成前预先完成构件图，开始构件生产，大大提高项目效率。

　　

　　图1 中小学教学楼典型空间构成 

　　 

　　1.2.2 围护条件前置

　　随着建筑产业的发展，条板墙系统、幕墙系统、挂板外墙系统、装饰一体化外墙系统等应运而生，建筑外墙系统的技术越来越专业。在以往项目中都免不了要进行外墙部分的深化设计，但深化设计的时序相对滞后，很多情况下土建、机电方面的设计都会与外墙设计发生矛盾，导致现场大量变更与修改，降低效率、浪费资源。为了解决此问题，便需外墙条件前置。

　　南京一中各单体建筑均采用ALC条板外墙。在设计之初通过对ALC条板的材料特性及安装要求研究，充分与项目各单体建筑的围护功能需求相结合，做到围护条件前置。

　　在整合设计中内隔墙和外墙采用保温、隔热、吸声的ALC条板，实现内隔墙内装和预留预埋一体化设计。

　　深圳市坪山区锦龙学校项目中，建筑师在设计过程中充分了解预制混凝土外墙做法及相关技术要求，继而进行设计，设计出符合外墙挂板设计要求的建筑立面，主要有如下特点:(1)教学楼通过3种挂板的拼接形成丰富的立面效果;(2)宿舍楼通过3种厚度的管板拼接，形成富于变化的体量效果。

　　南京一中教学楼连廊部分采用装饰清水混凝土。连廊应采用标准化装配式设计，使用装饰清水混凝土作为其外墙，不仅可实现快速装配，而且具有观赏艺术质感。

　　由上述事例可看出，外墙条件前置不但为建筑设计优化提供了依据，提高效率、减少变更，更重要的一点在于，条件的前置是设计对接工厂生产的必然要求。

　　1.2.3 机电条件前置

　　机电条件前置同样是建筑、结构、机电一体化的体现，主要体现在机电设计条件在方案中的前置。

　　坪山3所学校项目在方案中充分考虑了防排烟的要求。用地紧张是当今学校设计的一大问题，尤其在东部发达地区，土地价值高、用地少，问题更突出。在遇到此类项目时，通常情况下会将体育场上抬，体育场下面作为体育馆、学生活动、专用教室等活动、教学空间，这样一来解决学校活动空间不足的问题。但体育场下空间建筑进深大，如不做处理则会有防排烟的问题。这时便需机电专业设计条件前置，在方案阶段解决问题。

　　以坪山竹坑学校为例，暖通专业在方案设计时将所需的自然排烟条件提供给建筑师，建筑师在方案设计时，在体育场下适当位置开天窗、天井，建筑周边采用开敞处理，同时结合建筑体型的高差关系尽可能增加外窗，解决公共空间的防排烟问题。

　　在南京一中项目中，为了避免后期设计过程中出现设备专业条件不足造成重大修改的情况出现，南京一中项目在设计工程中同样采用机电条件前置，各专业采用的方法如下。

　　1)给排水专业:(1)SI管线与主体分离，提前与建筑及结构专业配合，预留管井及套管;(2)卫生间及教学区用水采用同层排水，本层问题本层解决，尽量避免对其他层的影响;(3)主要设备提前与建筑结构工程师沟通，为结构提供荷载及预留安装通道等;(4)管道穿预制墙及预制楼板时，安装结构墙板的模数提前预留洞口，避免二次开洞及后期找偏;(5)雨水管外墙设置时，与干挂石材幕墙配合预留位置，保证幕墙效果;(6)生物、化学实验室给排水管线、通风竖向的预留需提前考虑;(7)为了保证建筑立面，雨水管需设置在石材幕墙内的，需提前向建筑专业提出要求，在幕墙内预留操作空间。

　　2)暖通专业:(1)需在墙上留洞的，建筑结构图上均需提前预留，在建筑进行拆板时能及时调整管道位置并根据拆板模数对分管大小提出指导性意见;(2)需与建筑外窗结合设置的百叶，在建筑平面图和门窗表上均需标识，并考虑现场吊顶等情况，防止出现百叶无法安装调整设计的情况;(3)设备基础、风亭等突出屋面的构筑物等均需在建筑结构图上明确表示，并在屋面防水敷设前完成;(4)空调室内机和装修需提早配合，装修图上空调数量、风口数量需与暖通设计一致，不能出现为了装修美观而牺牲使用功能的情况。

　　3)电气专业:(1)考虑南京一中项目的室外下沉广场特殊条件，变(配)电室设计提前与结构配合，局部降板，下设电缆沟，在不抬高地下室层高的基础上，既满足管线敷设，也满足设备布置净高要求，并充分考虑将变(配)电室设备运输门开向下沉广场一侧，利用下沉广场作为运输通道，避免对车库车道运输高度的要求;(2)电气管井考虑设置在现浇区域，提前与建筑结构配合，楼板采用后浇方式，增加了管井区域管线敷设灵活性;(3)考虑装配式建筑，管线敷设、设备安装要尽量结合精装，后期的预制构件深化更要以精装方案为前置条件，避免主体结构内不必要的预留预埋，无精装区域需建筑结构预留孔洞，尽量提前提资，避免后期现场开洞，真正做到装配式建筑、结构、机电、装修一体化设计;(4)对于需预留预埋的点位，需考虑与结构钢筋模数协调，最终在结构拆分楼板上进行精确定位;(5)由于在南京一中项目中，结构预制柱钢筋采用“大直径，大间距”的创新设计，再利用柱钢筋作为防雷引下线施工难度较大，电气设计采用在预制柱内单设镀锌扁钢作为防雷引下线，有效降低施工难度，并在整体上节约成本;(6)南京一中项目东区室外电气管线较多，由于地下室顶板浮土层不满足电气管井净深要求，电气需提前考虑电井处地下室做局部降板处理，要提前将降板条件提供给建筑结构工程师，不影响建筑使用功能前提下进行降板，避免后期在顶板上开洞，增加施工难度及造价;(7)图书馆屋面天窗和光伏发电结合敷设，提前将光伏板敷设要求与建筑屋面外形相结合，满足敷设面积和建筑效果的要求。

　　1.2.4 部品条件前置

　　部品也是建筑设计的重要组成部分。条件的前置有利于在方案初期为部品放置提供条件。

　　在坪山3所学校项目中，建筑师将空调室外机位的条件前置，结合到立面、内装的设计中。

　　首先，尽早确定分体空调的方案，计算得到内、外机用量。继而，方案阶段将室外机位的要求结合到方案中，每所学校形成不同立面。形成竹坑学校的渐变穿孔板设计、实验学校的床下穿孔格栅设计，锦龙学校则将空调室外机放置在走廊外侧，这样窗外便完全没有空调室外机的影响。最后，部品的条件前置也指导了内装方案。在坪山3所学校设计中，建筑师与机电工程师通过BIM模型梳理的室内管线，做到局部吊顶方案，节约了内装造价(见图2)。

　　

　　图2 基于部品条件前置的教室管综设计 

　　 

　　1.3 高效技术———新方法、新技术

　　1.3.1 系列化标准构件———先生产后设计

　　通过对同类项目的研究，可在不同项目中应用相同的预制构件，达到先生产后设计的效果。例如，坪山3所学校设计形态不同，但使用相同的预制梁、板、柱(见图3与表1,2)。

　　

　　图3 坪山3所学校标准预制梁、板布置 

　　 

　　  

　　表1 坪山3所学校标准预制柱型号统计 

　　 

　　 

　　

　　  

　　表2 坪山3所学校标准钢梁型号统计 

　　 

　　 

　　

　　1.3.2 大直径大间距配筋设计———高效施工

　　以南京一中教学楼为例，主体结构为3层框架。在传统现浇建筑结构中，梁柱节点通常是钢筋较密集区域。对于装配式框架建筑，节点区需兼顾制作与安装的高效率，并避免预制梁柱构件之间的钢筋碰撞问题。中建科技有限公司在该项目中创新性地应用钢筋大直径、大间距、少根数设计技术，保证连接钢筋刚度，精准对位，实现梁柱钢筋有效协同，提高施工效率。预制梁的截面钢筋在端部节点采用“减一根”的做法，如图4所示;预制柱的截面钢筋在确保计算钢筋用量的前提下，采用12根，即4个角部，每个角部3根的做法。

　　1.3.3 叠合板密拼———高效施工

　　传统水平叠合板四面出筋导致生产装配效率较低，运输及吊装率也低。在南京一中项目中创新性采用叠合板四面不出筋的设计方法，便于模具高效安放，提高叠合板生产效率;针对传统叠合楼板分离式连接方式，创新板缝密拼的设计方法，规避传统连接方式下叠合板出筋和板缝预留后浇多产生的生产和装配效率低等问题。同时，具有以下优势:减少现场浇筑支模工作，提高施工效率;方便工厂进行不出筋叠合板生产;避免吊模施工，降低施工难度(见图5)。

　　

　　图4 大直径大间距配筋设计示意 

　　 

　　

　　图5 四面不出筋叠合板 

　　 

　　在南京一中教学楼及宿舍楼施工过程中减少木工交叉作业及后浇条带施工支模时间，保证施工效率、提高施工质量的同时对工序进行了简化，装配式框架结构每层施工工期减少1d。

　　1.3.4 一体化外墙与装饰混凝土外墙———集成化，减少产业环节

　　南京一中项目行政楼报告厅立面的浮雕墙采用围护、保温、装饰一体化外墙，利用预制装饰挂板实现，通过混凝土反打技术结合校史资料提炼内容实现了多种图案组合(见图6)。

　　教学楼连廊采用预制装饰一体化清水混凝土预制柱，东区下沉庭院采用装饰混凝土，透光混凝土在图书馆大堂应用。装饰混凝土具有以下优势:(1)避免二次装修，实现装配、装修一体化;(2)体现预制生产与装饰装修的高度融合。同时，装饰混凝土需满足以下技术措施:(1)预制混凝土反打工艺，体现预制优点;(2)打破预制构件立面不突出，体现工厂化生产特色。

　　

　　图6 报告厅浮雕墙面 

　　 

　　1.3.5 预制女儿墙———高效施工

　　南京一中项目宿舍楼屋顶利用预制混凝土墙板、ALC墙板通过外饰面氟碳喷漆实现钛金板金属幕墙的效果。

　　预制屋面装饰架、女儿墙具有以下技术优势:(1)减少施工现场现浇混凝土作业;(2)采用预制装配的建造方式，提高施工效率;(3)加快施工进度，保证现场安全文明施工。

　　同时，装饰混凝土需满足以下技术措施:(1)装饰架采用预制工艺生产;(2)预制生产精度严格把控;(3)装饰架安装安全性问题(见图7)。

　　

　　图7 宿舍楼屋面装饰架、女儿墙做法示意 

　　 

　　1.3.6 管线分离与装配式装修

　　管线分离技术是指设备专业管线与建筑结构体分离，不在建筑结构构件中预埋管件，横向管线走在吊顶内和架空地板内，而装配式管线分离在预制构件的生产过程中也做到管线分离，构件中均不预留横向管线。

　　采用管线分离技术在进行设备更新时，无须对混凝土结构进行破拆，对结构无影响，只需修改室内装修即可完成设备的更新换代，不仅降低围护成本，也不影响建筑的使用寿命。

　　但管线分离使传统的抹灰湿作业的装修方式不能满足线管的遮蔽要求。这就要求新的、干式的装修方式，也就是装配式装修。在坪山3所学校中，绝大部分装修方式采用基于管线分离的装配式装修。

　　1.3.7 钢混组合结构———高效施工、快速经济(见图8)

　　

　　图8 钢混组合结构施工现场 

　　 

　　2 案例实施效果

　　在坪山3所学校中，贯彻标准化设计方针，做到平面标准化、构件标准化、装修部品标准化。充分采用条件前置的方法，将结构条件前置、围护条件前置、机电条件前置、部品条件前置。在主体结构中使用钢和混凝土组合结构、系列化标准构件、大直径大间距配筋的预制混凝土柱、密拼叠合楼板、管线分离装配式装修技术。

　　这些方法和技术的使用极大提高项目效率。项目2018年7月启动，从立项、设计、施工到交付在1年内完成，2019年9月3所学校同时开学，及时缓解了深圳市坪山区中小学缺乏情况，获得极高的社会评价和反响，突出体现了高效施工优势。

　　3 结语

　　通过坪山3所学校和南京一中项目的实践可看到，在目前的装配式框架建筑中，系列化标准构件、大直径大间距配筋设计、叠合板密拼技术、一体化与装饰混凝土外墙、预制女儿墙、装配式装修与管线分离技术及钢混组合结构等技术已成为可明显提高建设效率的高效建造技术。而要将这些技术顺利地应用到项目中，便需以标准化设计为高效标准，以设计前置为设计方法，从设计端保证高效技术的实施与作用发挥。