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    干货!论装配式建筑设计标准化 ——??榛?/h1>
    2022-02-22

    装配式建筑标准化设计的各种文献中,“??榛笔浅氨曜蓟敝?,出现频次Z多的关键词之一。


    1、现行标准中关于??楹湍?榛穆凼?/strong>


    现行国家标准《装配式混凝土建筑技术标准》GB/T 51231-2016、《装配式钢结构建筑技术标准》GB/T 51232-2016中多次提到“??椤焙汀澳?樽楹稀保ㄍ?1),并指出“公共建筑应采用楼电梯、公共卫生间、公共管井、基本单元等??榻凶楹仙杓??!薄白≌ㄖΣ捎寐サ缣?、公共管井、集成式厨房、集成式卫生间等??榻凶楹仙杓??!?br data-filtered="filtered"/>



    现行国家标准《装配式木结构建筑技术标准》GB/T 51233-2017中关于??楹湍?樽楹?,规定“??榈ピΨ辖峁苟懒⑿?,结构体系相同性和可组合性的要求”;“??榈ピ猩璞赣ξ懒⒌南低?,并应与整体建筑协调?!保ㄍ?2)



    现行行业标准《装配式钢结构住宅建筑技术标准》JGJ/T469-2019中也要求应采用??榧澳?樽楹系纳杓品椒?,??橛斜曜蓟杓?,应优化组合。(图33,34)




    中国工程建设标准化协会标准《集装箱??榛楹戏课菁际豕娉?》CECS334-2013关于??榛楹戏课?,指的是“以具有建筑使用功能的集装箱箱体作为一个建筑单元???,组合构成的房屋。简称集装箱组合房屋?!倍杂谀?榛杓?,该规程规定了“基本??椤焙推渌榧ü辜?、配件和??椋┑墓叵担ㄍ?5,36)



    2、学术论文中关于??楹湍?榛穆凼?/strong>


    在中国知网(www.cnki.net)查询关键词“??榛?,找到的文献高达1.3万篇,并且在近十年内研究的关注度明显呈现一波高峰。(图37)



    关于装配式建筑??榛?,许多专家学者做了不同角度的研究,发表的论文也越来越多。


    岑岩提出 “标准户型是由起居室、卧室等几个功能空间??樽槌?,而标准户型又是组成楼栋单元的??椤??!霸诨椭?,每一个功能房间??椴鸱殖隼春?,还可以继续拆分出更小的???,如厨房,还可以拆分出洗涤池、灶台、操作台等????!闭庑┎鸱殖隼吹南阜帜?橛胧谐〔范越?,形成??榛?。[1]


    孟建民和龙玉峰提出保障性住房??榛杓品椒?,并将??榉治?个层级。[2]


    刘奕麟总结了??榛诮ㄖ占淞煊虻睦砺垩芯坑氚咐?用图解的方式分析了??榈奶卣饔胱橹叵?。总结与整理出了??榈亩ㄒ?、特征与??橹涞淖橹叵?。用??榛睦砺凵杓屏硕占溆胝估揽占淞阶榭占湫翁?。[3]


    李溪喧等运用??榛姆椒ㄌ岢隽艘恢制紫祷?、??榛淖≌逑?,编制成《板式住宅户型??橥计住泛汀栋迨阶≌ツ?橥计住?。应用这种体系,建筑师可根据项目需求快速地从图谱中选择合适的整楼??楹突湍?楹?,再进行外观设计,即可完成整栋楼的设计。[4]


    叶浩文、樊则森等在装配式建筑标准化设计方法中提出采用标准化的户型??椋ㄎ郎?、厨房、餐厅、客厅、卧室)进行户型标准化设计,通过??榈谋呓缧?,以有限的??榻凶楹?,实现户型平面无限生长的标准化设计。[5]


    综上所述,不同专家、不同标准,都提出了装配式建筑??榛杓?,那么,到底什么是“??椤?,如何进行“??榛杓啤?,??榛杓频氖视梅段г谀睦??


    在装配式建筑领域,目前的研究还未对以上问题进行深入阐述和剖析。


    4.5.2. 什么是??橛肽?榛?/strong>


    童时中是国内较早研究??榛淖?,他认为:“所谓???,就是可组合成系统的、具有某种确定功能和接口结构的、典型的通用独立单元?!辈⒐槟闪四?榈?个特征:独立功能、系统组成部分、通用互换的标准单元和接口结构?!八侥?榛? 就是为了取得很好的效益,从系统观点出发,研究产品 (或系统)的构成形式,用分解和组合的方法,建立??樘逑?,并运用??樽楹铣刹?或系统)的全过程?!盵6]


    李春田等人在《标准化概论》提出:“??槭怯闪悴考楹隙傻木哂卸懒⒐δ?、可单独设计和制造的标准化单元,通过不同的形式的接口与其他单元组合成产品,具有可分、可合、可互换的特征?!盵7]并将??榈奶卣髯芙嵛?个方面:??榫哂卸懒⒐δ?、??橛懈叩筒慵?、??槭峭暾ピ?、??橛懈髦中问浇涌诤土臃绞?、??槭潜曜蓟?。


    日本学者青木昌彦认为:“??槭侵赴胱月傻淖酉低?,通过与其他子系统按照一定的规则相互联系而构成的更加复杂的系统或过程”。[8]


    肖机灵和戴爱明认为,“把复杂的系统按照结构、功能和技术耦合原则分拆成不同的独立???,并使??橹渫ü曜蓟涌诮行畔⒐低ǖ亩瞎叹徒凶瞿?榛?。[9]


    由此可见,??槭歉丛酉低车淖槌刹糠?,具有独立的功能,可以进行再分解成子???,??榭梢越凶楹虾突セ?,??橹溆哂泄δ芎徒峁沟慕涌?。??橛闪悴考槌?,并可与零部件一起共同组成系统,但??椴煌诹悴考?,??槭蔷哂卸懒⒐δ艿牡ピ?。


    ??榛且阅?槲?,采用通用化、系列化、组合化等标准化形式,用于提升复杂系统快速响应市场需求的一种标准化形式。


    ??榛潜曜蓟囊恢指呒缎问?,主要应用于复杂系统、产品或工程中。


    4.5.3. ??榛姆⒄褂胗攀?/strong>


    ??榛椒ǖ某鱿?,是由于工业化产品越来越复杂,整体开发新产品的周期越来越长、成本越来越高,不能快速适应市场的需求。为了适应市场竞争的要求,??榛姆椒ㄔ诨抵菩幸德氏鹊靡栽擞?。



    20世纪20 年代,德国 SCHIESS公司对机床进行??榛杓?,将订货到交付的周期压缩到4个月,大大提高了对市场的响应速度。瑞典 Linden 公司采用??榛绞缴鹬厣璞浮酵匪鶯inden8000,其适应性和灵活性得以极大提高。德国DEMAG公司采用??榛杓品椒ê?,单梁吊车的设计费用仅为整机设计时的12%,生产成本却下降了55%。


    瑞典商用车公司ScaniaZ早在汽车行业采用??榛椒?,在卡车和巴士的发动机和底盘中采用通用化零部件,比例高达85%,产品的开发效率和公司的赢利能力在行业中出类拔萃。[10]大众汽车公司2007年推出发动机横置??榛教?MQB),80%以上的零部件实现了通用。丰田推出的新全球架构平台(TNGA),将零部件通用率从20%提高到了80%。


    在电子领域??榛τ肸著名的例子就是IBM在1964年发布的360计算机系统,采用了??榛纳杓?,终结了计算机1944年问世后二十多年的整机制造“电脑工艺品”的历史。[11] 从此以后,手工业生产方式在电子信息领域走到了尽头,兼容机成为主流并得到了普及,大大推动了信息技术的发展和应用。


    4.5.4. ??榛谙执圃煲抵械挠τ?/strong>


    在现代汽车、轮船、飞机制造等行业中,已经普遍采用??榛猩杓?、制造和装配。


    汽车行业在流水线生产之后,已经普遍采用??榛纳杓坪椭圃旆绞?。在汽车行业,??榻凶鲎艹?,即车身总成、动力总成、底盘总成、车轮与轮胎总成、内饰与仪表总成五大部分,除车身总成由品牌汽车厂进行设计和制造,其他四个总成都可以由供应商进行制造,在总装线上进行装配。汽车行业普遍采用系列化、标准化的??榛圃旌头旨豆┯ι痰哪J?,使得汽车制造的效度大大提高,汽车装配的速度可以以小时计(23小时)。



    近些年,越来越多的汽车制造商“去平台化”,采用多个??榈淖楹侠瓷煌某敌?。马自达公司采用??榛椒?,将不同的车型进行“批量企划”,研发适用所有车型的主要通用??椋ㄒ渤啤巴ㄓ眉芄埂保?;丰田公司采用“丰田新全球架构”,推进以发动机、变速器、起落架零件为中心的标准化;日产汽车将车辆构成分为四个???,通过更换??榈淖楹侠纯⒏髦殖敌?;德国大众公司采用??榛ぞ甙∕odular Toolkit)将现有平台分解为几个工具包,并基于这些??榛ぞ甙淖楹侠吹髡盗境叽?,以适应各处车型。[10]通用化的部件和零件,加上生产设备和加工过程的标准化,进一步提高了生产效率,提高了市场竞争力。


    现代船舶的制造早已不再采用先船壳、再舾装、后涂装的造船方式,而是采用??榛齑姆绞浇兄圃?。大型船舶由70~80个总段(??椋┰诖ɑ虼肜锝凶芭?,而总段又可分解成分段(分??椋?,分段分解成组立(子??椋?,组立则由钢板和型钢零部件焊接而成。??榈闹圃煸诠こУ某导淠谕瓿?,采用“壳-舾-涂一体化”的方式进行生产,大大提高了造船的效率,降低了制造成本。



    飞机、海洋平台、空间站等大型复杂设备,无一不采用??榛姆绞浇猩杓坪椭圃?。



    除了在产品制造领域得到广泛应用,??榛挠τ靡丫┱沟搅斯こ塘煊?,并向企业管理方向进行发展。


    根据不同的分类标准,??榭梢苑治煌睦嘈?,如按外在形式可以分为硬件??楹腿砑??;按互换性分类,可以分为功能???、结构??楹偷ピ??。在不同系统、不同产品中,??榭梢愿菪枰胁煌姆掷?。



    ??槭窍低车淖槌刹糠?,因此??橐簿哂胁愦?,高层级??橛傻鸵徊慵赌?樽楹隙?,低层级??橛闪悴考槌?。[1]


    由于复杂产品或系统由??樽槌?,??榈墓δ苁窍喽远懒⒌?,因此??橹涞慕涌谑鞘迪止δ荞詈虾徒峁拐系墓丶?。


    接口是各组成部分之间可传递功能的共享界面。??橥ü涌谧槌上低?。接口可分为直接式接口和间接式接口(图45),也可以分为单向、双向和多向接口。



    现行国家标准《装配式混凝土建筑技术标准》GB/T 51231-2017和《装配式钢结构建筑技术标准》GB/T 51232-2017两部标准在条文说明中对于??橹涞牧幼隽嗽蛐缘墓娑ǎ?/p>


    “关联??榧溆弑敢欢ǖ穆呒把苌叵?,并预留统一的接口,??橹淇刹捎酶招粤踊蛉嵝粤??!?br data-filtered="filtered"/>


    “刚性连接??榈牧颖呋蛄用娴募负纬叽?、开口应吻合,采用相同的材料和部品部件进行直接连接”;


    “无法进行直接连接的??榭刹捎萌嵝粤臃绞浇屑浣酉嗔?,柔性连接的部分应牢固可靠,并需要对连接方式、节点进行详细设计?!?/p>


    事实上,接口是系统中物质、能量、信息交换的界面[2],因此,接口能否有效地将不同??榻岷系揭黄?,对??榛某晒哂芯僮闱嶂氐囊庖?。许多不成功的??榛咐?,究其原因,对接口的开发没有给予充分的重视、对接口的复杂性研究不充分,是失败的重要原因。因此,接口应作为一个系统进行开发。


    1. 接口的定义应明确,参数应定量化。无法量化的界面划分不能成为接口。


    2. 接口一旦确定之后,应保持稳定。这是??榛啡〉贸晒Φ幕?。


    LEGO积木的接口十分简单,且一直保持不变。



    可换镜头相机也是??榛?,主要由机身、镜头和附件组成。以机身和镜头的接口为例,相机厂商开发相机系列时,镜头与机身的接口一般在定型之后会在很长一段时间内保持稳定。以单反相机为例,佳能公司1987年推出EOS EF卡口镜头和相机,到2018年推出EOS R系列数码微单,历时30年,接口保持不变,EOS成为很受欢迎的相机产品之一。佳能公司2018年推出新的RF接口,更加适应数码微单相机的发展趋势。(图47,48)



    瑞典商用汽车公司Scania采用??榛绞缴ǔ岛桶褪?,动力总成、底盘和驾驶室等??橹涞慕涌谠诓吠瞥鲋缶投ㄐ土?,产品的技术改进是在??槟诮械??!敖涌诓槐洹钡脑?,使得技术进步能够很快通过??楦驴焖傧煊κ谐〉男枨?,从而也保证了公司的赢利水平处于行业领先。[3](图49)



    3. 接口应保持先进性。成功的??榛?,应保持一定的前瞻性,为产品的功能更新和拓展预留空间。


    4. 接口的兼容性是??榛房⒅衂重要的工作。由于??槭怯刹煌哦臃直鸾锌⒌?,因此,不同团队对于功能、规格、信息的理解不同,对接口的理解也不同,很容易造成接口不兼容。这就需要系统的总设计师进行统筹和协调,从顶层出发,对接口的规格、功能进行规划,并综合不同??榈目⒊晒?,对接口进行规范和统一。


    5. 接口要根据设计、生产、装配和维修等不同阶段的不同需求,进行统筹之后确定。产品在设计、生产、装配和维修阶段的需求是不一样的。在设计阶段,设计??榈慕涌诟嗍切槟獾慕缑?,界面之间需要明确设计的内容划分、互相连通的几何尺寸和功能要求;在生产阶段,对界面的划分更多侧重在生产的协同、成组生产技术的工艺要求、以及生产流程的需要;在装配阶段,界面更加侧重于装配的效率、质量的控制;当然界面的划分也应考虑维护维修的方便性。


    6. 接口应简洁有效。过于复杂的接口设计,必然使生产、装配和维修时的难度成倍增加。


    4.5.6.  装配式建筑??榛杓?br data-filtered="filtered"/>


    装配式建筑是复杂的系统工程,适合采用??榛椒ń猩杓?、生产和装配。


    装配式建筑的??榛杓?,首先要进行总体规划和顶层设计,根据建筑的功能和布局确定???、分??榛蜃幽?榈墓δ芎椭掷?,制定划分的规则,明确划分的界面,设计??橹涞牧臃绞?。


    在装配式建筑设计中如何定义和划分???,相关的研究还比较少。


    现行国家标准《装配式混凝土建筑技术标准》GB/T 51231-2017、《装配式钢结构建筑技术标准》GB/T 51232-2017提到:


    “公共建筑应采用楼电梯、公共卫生间、公共管井、基本单元等??榻凶楹仙杓??!?br data-filtered="filtered"/>


    “住宅建筑应采用楼电梯、公共管井、集成式厨房、集成式卫生间等??榻凶楹仙杓??!?/p>


    孟建民、龙玉峰等在深圳市保障性住房标准化??榛芯恐?,采用??榛杓品椒?,将??榛治?个层级——I级为功能单元??椋ㄈ缭》?、盥洗、管井等)由标准化部品部件组合而成、II 级为功能空间??椋ㄈ缥郎?、卧室、餐厅等)由I级??樽楹隙?、III级为基本??椋ɑ湍?楹吐サ缣萁煌ê诵哪?椋┯蒊I级??樽楹隙?、IV级为组合??椋ū曜疾隳??、架空层???、屋面??椋┯蒊II级??樽楹隙?、V级为楼栋???,由IV级??樽楹隙?。V级??橄蛏献楹铣缮缜?。[4](图50)



    建筑师试图通过??椴慵痘旨芷鹩没?、设计师和生产厂家连接的桥梁,使得住宅的??榛杓凭哂锌墒凳┬?。


    从设计角度来看,以上的划分方法对装配式建筑设计是可行的。??榛钟纱蟮叫?,从社区到楼栋、从单元到户型、从房间到部品,Z终将模与部件结合起来,使得设计工作可以遵循一条比较清晰的层次进行逐级深化。


    但是,这种??榛址绞揭泊嬖谄渌侍?。


    首先,??椴慵镀?,造成??橹涞淖楹瞎叵凳指丛?;


    其次,??橹涞慕缑娑?,很难统一,接口的几何尺寸多到几乎不可能定型;


    另外,在建筑部(构)件的生产和施工装配过程中,并非按照由小??榈酱竽?榈姆绞街鸺督械?。


    所以,5级??榈幕?,虽然有助于设计师理清设计的逻辑,但由于??橹浜苣鸦智宄?,??橹掷喾倍?,以至于难以对??榻卸ㄒ?,也很难指导生产和装配。


    因此,装配式建筑??榈幕趾徒涌诘娜范?,应将设计、生产和装配阶段的需求统一考虑。


    装配式建筑进行??榛杓?,首先要对建筑的功能按照系统化方式进行布置,将具有相同或相似功能、尺寸的组成部分按照??榈姆绞浇猩杓?;同时,??橹涞慕涌谑巧杓频闹氐?,要对接口的功能进行分类,使之符合互换性的原理,同时对接口的尺寸进行研究,使之能够在双向或多向上进行连接。每个??榫哂邢喽远懒⒌墓δ?,??橹浣涌谛枰斜曜蓟杓?,在功能和尺寸上进行标准化,使之具有互换性,保证??橹淇梢越兴蚧蚨嘞蛄?。


    4.5.7.  ??榛ㄖ?br data-filtered="filtered"/>


    ??榛谧芭涫浇ㄖ嫌τ玫腪经典案例当属??榛ㄖ≒refabricated Prefinished Volumetric Construction,PPVC)。??榛ㄖ捎没炷粱蛘吒止羌?,做成箱体???,??槟诓孔靶拊诠こ谕瓿?,外窗一般也一同安装在外墙上,内部管线基本敷设到位。??樵耸涞焦さ叵殖?,进行??橹涞牧?,形成整体。


    ??樵诠こ诮兄圃?,基本上可以完成95%的工作,是典型的场外建造模式,具有效率高、质量好的优势。


    比较有名的??榛ㄖ陌咐校杭幽么竺商乩酆闲跃幼√錒abitat67(图51)、日本东京中银舱体大楼(图52)、美国圣安东尼奥河滨步道的希尔顿酒店、英国伍尔弗汉普顿大学学生宿舍、新加坡樟宜机场皇冠假日酒店扩建二期工程(图53)等。[5]






    在国内应用较早的??榛ㄖ钅坑姓蚪勰下饭夥縖6]、雄安市民服务中心企业办公区(图56)、景德镇景德镇锦荣外国语学校 。近几年,中集集团建设了深圳福田区5所??榛?,创出半年时间建成5所新学校的“加速度” 。[7]



    ??榛跋洌┙ㄖ歉叨燃傻募际跆逑?,与传统建造技术相比具有本质的区别。??榛ㄖ?,具有现场建造与工厂预制两个部分,因此,科学地分配这两部分的工作量,以成本Z优为目标是下一步研究的重点。[8]


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