0 引言

　　目前，装配式混凝土居住类建筑具有广阔的发展前景，但是，从建筑工业化需求及建筑产品视角出发，装配式混凝土住宅仍存在一些技术集成问题。例如，装配式建筑设计存在技术集成度低、协调性差等问题^{[1,2,3,4,5,6,7,8]}，需对建筑、结构、围护、机电、内装各专业的设计进行一体化研究，以实现装配式建筑全专业一体化设计。而针对装配式建筑产业存在的设计不利于规模化加工和现场装配、设计-加工-装配环节脱节、工程建设难以高效组织等问题^{[2,3,4,5,6,7,8,9,10,11]}，须对设计、生产、施工各产业环节的集成技术进行研究，以实现装配式建筑全产业集成建造。

　　如果能实现装配式建筑全专业一体化设计、全产业集成建造，可解决我国目前高层装配式混凝土住宅建筑产品发展的关键技术问题，有效提高材料在建筑节能和结构性能方面的利用效率，保障建筑功能和结构性能的同时大大提高建造效率，一定程度上降低装配式建筑建造成本;减少现场施工对场地等环境条件的要求，减少建筑垃圾对环境的不良影响，实现低能耗、低排放的绿色建造过程，从而促进我国建筑工业化发展，实现预定的节能、减排目标，促进建筑业由粗放向精细发展、提升建筑工程质量、实现建筑业的节能环保。

　　1 装配式混凝土结构高层住宅的全专业、全产业技术集成方法研究

　　基于装配式混凝土结构高层住宅建筑，建筑、结构、围护、机电、内装等专业技术一体化方法如图1所示。建筑全专业一体化方法的核心是以建筑产品设计为重点、统筹全专业，通过“标准化设计+接口+BIM”的方法实现全专业技术一体化。其中，模数协调与模块组合可衡量、统一各专业的功能模块，建立建筑平面、立面、部件、部品的标准化设计原则，实现标准化设计，集成各专业系统。基于建筑功能、结构安全的需求，接口可有效连接各专业模块形成整体。BIM信息化平台的应用可有效避免各专业的碰撞、保证各专业设计的协同性。

　　图1 装配式混凝土结构高层住宅全专业、全产业技术集成方法 

　　基于装配式混凝土结构高层住宅建筑的全产业链需求，设计、生产、施工等产业技术集成方法如图1所示。建筑全产业集成方法的核心是以建筑产品建造为核心、集成全产业，采用“标准化设计+接口+BIM”的方法实现全产业集成技术。其中，在标准化设计阶段考虑生产、运输、安装的构件要求，合理拆分构件进行深化设计，从而在设计环节统筹解决全产业问题。以建造效率、成本控制为贯穿，通过接口连接有效衔接各产业环节形成顺畅、高效的全产业链条。BIM信息平台的应用能有效发挥信息共享和集成优势，促进装配式建筑各产业环节、各参与方的协同工作。

　　最后，通过工程项目实践设计、建造一体化集成方法与技术，总结经验、不断优化建筑全专业、全产业集成技术，如图1所示。

　　2 建筑标准化设计

　　建筑标准化设计是分析全专业、全产业每个过程环节需设计提前考虑的工艺特点和标准化要素，使工业化建筑设计体系与整个建造过程的工艺相适应，充分发挥工业化建筑优势的方法。采用系统集成、灵活组合、协同融合的设计方法，分析不同功能平面、空间组合、装配式建筑体系的融合性。从加工、装配、使用及围护角度研究标准化的系统集成设计方法，通过平面、立面、构成要素的灵活组合实现建筑创作的多样化。

　　装配式混凝土结构高层住宅建筑标准化设计的基础是模数协调和模块组合，在满足建筑功能和结构安全的基础上，保证建筑构件和部品实现标准化、定型化、重复使用率高，符合工厂加工、现场装配的要求，实现尺寸模数化、部品部件标准化、设备集成化、装修一体化，以实现批量化的生产和建造^[6]，发挥建筑产品设计全专业、建造全产业的集成优势，才能真正进入市场竞争。

　　2.1 模数协调

　　建筑物的整体、部分以及部品部件的模数化尺寸应为基本模数的倍数。高层住宅建筑设计应满足国家现行标准^[12,13]的模数要求，基本模数的数值应为100mm(1M=100mm)，扩大模数选用2M,3M，分模数选用M/2,M/10。模数协调应能实现建筑的设计、加工、装配等产业环节的互相协调，实现有限模数、无限变化，以满足设计标准化、多样化需求。

　　为减少部品和部件种类，有利于装配式建筑设计、加工、装配环节的相互协调，建议高层住宅建筑的基本模数宜为200mm(2M=200mm)或300mm(3M=300mm)，建筑物的整体、部分以及部件的模数化尺寸宜为基本模数2M(200mm)的倍数。以装配式混凝土剪力墙结构为例，建议各部位模数选用按表1确定。表1中，楼板厚度的优先尺寸为130,140,150,160,170,180mm，其长度、宽度模数与开间、进深模数相关;内隔墙厚度优先尺寸为100,150,200mm，其高度与楼板的模数数列相关。

　　表1 装配式剪力墙结构模数 

　　表1 装配式剪力墙结构模数

　　装配式混凝土高层住宅建筑模数协调应用流程如图2所示，模数协调在全专业、全产业技术集成中的应用如下。

　　图2 装配式混凝土高层住宅建筑模数协调应用流程  

　　1)建筑整体在装配式建筑的整体设计和各部分设计中全面、系统地执行模数和模数协调的基本要求。

　　2)建筑集成设计由装修完成面控制的模数空间包括住宅的厨房、卫生间等。厨房、卫生间应以各自采用内装材料的产品规格为基本模数来控制相应的装修完成面;厨房、卫生间各自空间内的地面、墙面和吊顶应相互协调，处理好不同部位和材料间的接口，实现其有序组合和过渡。其他模数空间包括住宅的起居室、卧室、书房、阳台等，通常采用模数化的轴网来控制，可不受装修完成面的控制。

　　3)建筑部件部件限定为主体结构构件，装配式混凝土结构部件主要包括预制构件。工厂生产的预制构件应是满足生产和装配需求的模数部件，其设计尺寸应符合模数协调的要求。宜对标准化预制构件进行“模数化配筋”:预制构件的结构配筋设计应便于BIM平台的构件标准化和系列化，确保配筋规则能适应构件尺寸、按一定的数列关系逐级变化，并应与构件内的机电设备管线、点位及内装预埋等实现协调。预制构件内设备管线、预埋件等预留预埋设计宜依照模数网格进行设计，并与模数化的钢筋网片相协调。

　　4)建筑部品门窗、防护栏杆、空调百叶等外围护墙上的建筑部品应采用模数化的工业产品，应符合相关国家标准的要求，并与门窗洞口、预埋节点等的模数规则相协调;厨房和卫生间内的厨具橱柜、洁具、固定家具等应选用符合模数的工业产品，并与“装修面完成面控制的模数空间”相协调。

　　2.2 模块组合

　　装配式建筑设计应采用模块化设计方法，结合建筑功能、建筑形式、空间特色、结构和构造要求，考虑工厂加工和现场装配的要求，合理划分基本模块单元。基本模块单元应具备某一种或几种建筑功能，能适用于其所在地区的使用需求。基本模块单元应符合少规格、多组合的要求，进行标准化、模块化、精细化、系列化设计，关联模块间应具备一定的逻辑及衍生关系，并预留统一的接口便于多种模块的多样化组合。基本模块单元可组合成更大模块，如套型模块组合成楼栋模块;也可划分成更小模块，如套型模块可划分成外墙、内墙、厨房模块等。基本模块单元宜通过BIM平台协同，实现建筑、结构、围护、机电、内装专业的一体化，并作为一个完整的系统，通过标准化接口实现有限模块、无限增长的多样化组合。

　　装配式建筑的模块及模块组合设计应符合模数和模数协调的要求。

　　装配式混凝土高层住宅建筑的模块组合应用规则如图3所示。装配式建筑设计主要包括方案设计、初步设计、施工图设计、部品部件深化设计等阶段^[2]。在进行初步设计和施工图设计时，以装配式混凝土高层住宅建筑为例，宜以“套型”为基本模块单元;普通办公类建筑宜以“标准层”为基本模块单元。套型模块中的厨房、卫生间宜划分成下一级的模块单元进行设计。厨房模块包括收纳、洗涤、操作、烹饪、冰箱、电器等功能及设施，应根据套型定位合理布局;厨房模块中的管道井应集中布置。卫生间模块包括如厕、洗浴、盥洗、洗衣、收纳等功能，应根据套型定位及一般使用频率和生活习惯进行合理布局。

　　图3 装配式混凝土高层住宅建筑模块组合应用流程  

　　装配式高层住宅建筑的平面、立面、剖面及部品部件组合，均应参照上述模块单元划分和组合的模式进行设计。实现标准化设计，以适应工厂加工和现场装配的需要;并通过模块组合实现多样化，以满足个性化需求。例如，住宅建筑平面设计的套型模块多样化组合如图4所示;住宅建筑立面设计时，需对外墙、外窗、遮阳设施及装饰等部品部件进行标准化，考虑建筑体量、材质、肌理、色彩等因素，建立部品部件的立面组合设计逻辑规则，进而形成多样化的立面效果。

　　图4 装配式混凝土高层住宅建筑套型模块多样化组合  

　　在深化设计阶段，尤其是预制构件加工图设计时，装配式混凝土剪力墙住宅宜以“预制构件”为基本模块单元。预制构件的形状、尺寸、质量等应满足生产、运输、装配各环节要求，如图5所示。基于BIM信息化系统，需建立各建筑功能类型模块构件库，用于模块化工程设计应用。

　　图5 装配式混凝土高层住宅建筑构件设计的全产业技术集成  

　　3 系统接口

　　从系统角度，接口是系统各组成部分之间可传递功能的共享边界。在装配式建筑中，接口是两个独立系统、模块或部品部件之间的共享边界。在此，接口概念引申到各专业系统之间、各产业系统之间。

　　装配式混凝土结构高层住宅建筑的系统接口构成如图6所示。以保障建筑功能、结构安全为贯穿，通过不同专业系统的接口连接有效实现全专业一体化。标准化接口是具有统一的尺寸规格与参数，并满足公差配合及模数协调的接口。接口的标准化可实现其通用性、互换性，以及模块组合的多样性。标准化接口设计主要考虑接口性能、连接形式、模数化尺寸。其中，接口性能需兼顾不同专业系统的性能要求，重点解决构造上的防水、排水设计，且应保障连接安全可靠、保证结构的耐久性和安全性;结构系统与围护系统的接口需满足结构和温度变形的要求;接口构造设计应充分考虑生产和施工误差对安装产生的不利影响以确定合理的公差，应便于施工安装及后期的运营维护;设备管线与各系统的接口不应设置在构件边缘钢筋密集区域，且不宜布置在预制墙板的门窗过梁及构件与主体结构的锚固位置^[2]。

　　图6 装配式混凝土高层住宅建筑的系统接口构成  

　　以建造高效、成本控制为核心，通过产业链间的接口有效衔接各产业环节形成顺畅、高效的链条，实现全产业技术集成，主要包括建设规划、建筑设计、构件制作、施工装配等产业环节的协调配合、有序衔接。建设规划、建筑设计阶段考虑设计、生产、施工等环节的相互影响和有序衔接可有效缩短工期、降低成本，宜选择EPC总承包模式。建筑设计阶段采用少规格、多组合的标准化设计，其中结构拆分设计时，除考虑结构受力外，尚须考虑运输、安装、连接等设备、设施的能力，做到安全、经济。在构件生产环节，构件的拆分尺寸应考虑模台的使用率，建筑设计阶段应对预制构件的模具通用性、制作成本、运输距离等因素进行初步的对比分析。在施工装配环节，楼座总图布置应尽量与初步施工方案结合，综合考虑塔式起重机型号、建筑高度、构件质量，并考虑混凝土、钢筋、模板等不同材料在吊装时的区别。

　　4 BIM信息化技术

　　应用BIM技术实现全专业一体化协同设计，如图7所示，包括建筑性能分析、结构计算分析、设备专业计算、碰撞检查及管线综合协同优化设计、室内效果展示、景观设计、场地分析、施工图设计等。BIM平台有效解决了复杂节点模拟、钢筋碰撞、预算指标或工程量计算、预留预埋深化(点位不准)、安装偏差等全专业技术一体化问题。BIM平台还具有生产数据导出、深化图纸设计、构件安装模拟、施工进度控制等功能，如图8所示。例如，可在设计中结合PC生产车间技术特点、融合施工现场安装工艺，无缝衔接各产业环节，将点位、预留预埋等精准定位于构件实体中。

　　图7 装配式混凝土高层住宅建筑全专业一体化设计的BIM应用 

　　图8 装配式混凝土高层住宅建筑全产业技术集成的BIM应用  

　　BIM技术将构件设计、生产、施工中涉及的技术问题更好地结合、高效解决，有效实现建筑、结构、围护、机电、内装的全专业设计一体化，以及设计、生产及装配的全产业技术集成，大大提高设计质量、装配效率。

　　5 钢筋桁架叠合楼板全专业、全产业技术集成研究

　　5.1 设计图纸全专业一体化深化技术要点

　　叠合楼板深化设计应明确施工图设计采用的具体规范及其对预制叠合楼板构件厚度、出筋长度等相关参数的具体要求，如进行装配式方案设计则应明确装配区域是否具有防水要求，是否为结构转换层等;明确施工总承包单位对预制区域内预留预埋及相关施工措施孔洞的具体要求，如预留预埋线盒、套管及其他配件的高度、材质及其他相关参数。

　　确认以上流程后，对施工图、装配方案进行具体优化。例如，取消面积过小、长宽比过大等不适合预制区域的叠合楼板，避免预制叠合楼板位于坡面，统一预制层厚度等施工图优化设计;再如，统一因柱尺寸变动而形状不统一的叠合楼板种类等装配方案优化，进而保证叠合楼板深化设计符合少规格、多组合的设计原则。

　　5.2 预制叠合楼板设计应符合工艺原则及生产需要

　　预制叠合楼板设计应满足预制构件生产工艺原则，应充分考虑预制叠合楼板构件的生产工艺及各生产环节，如注意采用合理的桁架钢筋高度标注并使桁架钢筋高度尽量统一，以符合少规格、多组合的原则，预制叠合楼板缺角应避免出现阶梯状连续缺角以防止预制叠合楼板运输、起吊过程中开裂。设计应充分考虑所在地区常见预制叠合楼板构件生产的拼模工艺，考虑其可实现的最小缺角，以保证设计符合生产工艺要求。

　　深化设计总说明应明确预制构件种类、尺寸单位、钢筋种类、混凝土强度等级、构件所处环境类别、脱模起吊强度要求、粗糙面设置要求及相关允许偏差以便指导生产。

　　5.3 预制叠合楼板设计应符合现场施工条件

　　预制叠合楼板设计应注意满足现场施工条件，预留预埋应注意满足相关规范及施工总承包单位的施工习惯，并与施工总承包单位沟通、确认后再开展下一步深化设计。例如，设计应考虑所在区域的道路情况，保证叠合楼板宽度满足道路运输要求;叠合楼板拆分构件质量应满足施工现场塔式起重机吊运能力，以保证安装过程的安全性和可行性。

　　5.4 钢筋桁架叠合楼板一体化高效生产技术

　　钢筋桁架叠合楼板的生产过程包括模具模台清理、画线定位、模具组模、涂刷脱模剂、钢筋入模、上层模具组装(双层模具适用)、预埋件及线盒安装、粘贴标识、嵌固防漏浆橡胶(角钢模具适用)、混凝土浇筑振捣、构件拉毛与养护及拆模、脱模等工序，如图9所示。

　　图9 钢筋桁架叠合楼板一体化生产流程  

　　其中，预埋件的安装位置与钢筋位置有冲突时应移动钢筋位置，钢筋位移>50mm而又无法恢复的要适当加设附加钢筋。预埋件安装完毕后依据设计图纸对预埋件规格型号、安装位置、开孔方向及构件起吊吊点位置进行核对，检查核对无误后绑扎标识，将构件信息标码牌绑扎于钢筋出筋较明显位置。角钢模具各出筋部位嵌固防漏浆橡胶，橡胶的嵌固应牢固、稳定、密实，封堵住角钢模具各洞口部位。叠合楼板橡胶垫块、预埋件及加强筋绑扎如图9e所示。混凝土浇筑振捣后应检查叠合楼板各边角处是否振动密实，并使用测厚杆沿各尺寸方向多次测量其厚度是否符合设计图纸要求，构件混凝土密实及测厚作业如图9f所示。

　　叠合楼板构件的模具生产技术要点为:(1)汇总统计项目信息，如项目总工期、总期数、楼栋数、楼层数、供货楼层、单层工期等;(2)统计叠合楼板构件的种类、数量和尺寸，即非标准层单层总数量、标准层单层总数量、楼栋数，以及楼板的长、宽、厚及长、短边保护层厚度;(3)确定叠合楼板模具形式:叠合楼板构件的模具根据需求有出筋和不出筋2种，不出筋叠合板构件模具相对简单，可直接采用边模成型，如角钢(角钢不开钢筋槽)或矩形钢管(可调节构件厚度并保证叠合楼板构件成型面与模台面垂直)，叠合楼板构件出筋的模具采用角钢(标准层)或双层边模(非标准层及标准层);(4)叠合楼板的模具还需考虑系列楼板尺寸的可变性，实现一模适用于多板型，保障楼板构件生产质量的同时节约模具数量及成本。

　　叠合楼板的堆放应综合考虑构件的形状、规格、质量等，应根据不同项目、构件类型分开堆垛，根据现场施工吊装顺序合理堆垛，遵循大不压小、重不压轻、缓不压急的基本堆垛原则。

　　6结语

　　1)建筑产品技术集成方法以产品设计为重点统筹全专业，以建筑产品建造为核心集成全产业。

　　2)采用“标准化设计+接口+BIM”的方法可实现全专业、全产业技术集成。模数协调、模块组合衡量和统一各专业功能模块，实现标准化设计，并在设计环节统筹其他产业要求;接口有效连接各专业模块形成整体、高效连接各产业环节从而形成链条;BIM信息化平台保证各专业设计的协同、各产业信息的集成。

　　3)全专业、全产业技术集成方法与技术可通过工程项目实践检验、不断优化。最后，以钢筋桁架叠合楼板为例说明全专业、全产业技术集成应用要点。