装配式建筑中的建筑设计策略思考

装配式建筑中的建筑设计策略思考

李涛

舞钢市公共资源交易中心  462599

摘要：装配式建筑作为一种高效、节能、环保的建筑方式，受到人们的重视与青睐，国家也大力推动装配式建筑的发展。对于装配式建筑设计而言，需要综合考虑结构设计、空间布局、外观造型、节能设计等各项要素，以实现标准化、模块化、可持续性的设计目标，具有一定的复杂性。本文就结合装配式建筑的特点与优劣势，对装配式建筑中的建筑设计策略进行研究与分析。

关键词：装配置建筑；设计策略；模块化；标准化；可持续

1. 装配式建筑概述

1.1 特点与优势

装配式建筑是指通过工厂预制生产、现场组装安装的建筑方式，将建筑的构件、模块或单元化部分在工厂进行生产，然后将其运输到现场进行组装或安装。与传统建筑方式相比，装配式建筑具有许多独特的特点和优势。

①高效性：由于装配式建筑的构件在工厂进行预制，生产过程更加标准化和规范化，可以减少施工现场的浪费和错误，提高建筑的施工质量并缩短工期。此外，装配式建筑可以与现场施工同时进行，以实现施工的快速和高效。

②可持续性：装配式建筑的制造过程通常采用工业化生产方式，可以实现资源的最大化利用和减少对环境的影响。此外，装配式建筑还可以实现建筑材料的循环利用和回收利用，减少建筑废弃物的产生。

③灵活性：由于装配式建筑的构件或模块化部分可以进行组装和拆卸，因此可以根据不同的需求和场景进行灵活的改变和扩展。这种灵活性使得装配式建筑可以适应不同的用途和功能，例如住宅、办公楼、学校等。

④有高质量和安全性：由于装配式建筑的构件在工厂进行预制，因此其质量可以更好地得到控制和保证。此外，装配式建筑的构件或模块化部分在现场进行组装，可以减少人为因素对建筑质量的影响。同时，装配式建筑的施工过程可以更好地实现安全控制和管理。

1.2 应用现状

装配式建筑作为一种高效、节能、环保的建筑方式，已经在全球范围内得到广泛应用。在北美和欧洲地区，装配式建筑已成为主流建筑形式，其市场占有率不断增加。在北美，装配式建筑在住宅和商业建筑领域具有较高的普及率，例如加拿大的木结构住宅和美国的模块化商业建筑。在欧洲，装配式建筑的应用更加多样化，包括住宅、学校、办公楼和医院等。丹麦和瑞典是欧洲装配式建筑的领军国家，其应用范围和规模较大。亚洲地区，尤其是东南亚国家，装配式建筑的应用也在快速增长。例如，马来西亚的装配式建筑发展较为成熟，涵盖了住宅、学校和商业建筑等多个领域。中国作为世界第二大经济体，也在大力发展装配式建筑。目前，中国装配式建筑的发展主要集中在住宅建筑领域，但随着技术的不断创新和市场的扩大，装配式建筑在商业和公共建筑领域的应用也开始逐渐增加。

2. 装配式建筑的设计原则

2.1 与装配式施工方式相适应

①模块化设计：装配式建筑的施工过程主要是将预制的模块进行组装，因此设计时需要将建筑按照模块进行划分，每个模块具有独立的功能和结构。模块化设计可以实现模块的标准化、工厂化生产，提高施工效率。

②标准化设计：为了实现装配式建筑的高效施工，设计时需要充分考虑模块的标准化和通用性。尽可能采用统一的尺寸、材料和连接方式，以便实现模块的互换和组装。

③简化施工设计：装配式建筑的施工过程通常在工厂内完成，因此设计时需要尽可能简化施工步骤，减少现场施工的复杂性。设计师可以优化模块的结构和连接方式，降低施工难度，提高施工效率。

④优化材料利用：在设计装配式建筑时，需要考虑到材料的利用率和资源的可持续性。设计师可以选择可回收、可再利用的材料，降低建筑的环境影响。

⑤精确度控制：装配式建筑的施工过程需要高度的精确度，因此设计时需要考虑到精确度的要求。设计师可以采用数字化设计工具，优化模块的尺寸和连接方式，确保施工精度。

2.2 满足功能需求与灵活性要求

①满足建筑物的基本使用功能：无论是住宅、商业建筑还是公共建筑，装配式建筑都需要提供适合居住、工作和娱乐等活动的空间布局和功能设施。例如，住宅装配式建筑需要提供合理的卧室、客厅、厨房和卫生间等功能区域，商业建筑需要提供商铺、办公室和会议室等功能区域，而公共建筑需要提供适合人们集会、学习和休息的空间。

②满足建筑物的安全性和稳定性要求：无论是抗震、抗风还是抗火等方面，装配式建筑都需要满足相应的安全要求。例如，在结构设计上，装配式建筑需要通过合理的结构选择和连接方式来确保建筑物的稳定性，在外立面设计上，装配式建筑需要选择适合的材料和处理方式来提升建筑物的防火性能。

③满足建筑物的节能和环保要求：随着人们对可持续发展的关注增加，装配式建筑需要在设计上考虑到节能和环保。例如，在外立面设计上，装配式建筑可以选择具有良好隔热和保温性能的材料，以减少能源消耗。同时，装配式建筑还可以采用可再生能源和废弃物处理等技术，以减少对环境的影响。

④满足建筑物的可维护和可管理要求：装配式建筑通常采用标准化的构件和模块化的设计，使得维护和管理工作更加便捷。例如，在结构连接和组装方式的设计上，装配式建筑可以选择可拆卸和可更换的连接件，以方便维护和更新。

2.3 环境适应性

①考虑建筑的能源利用效率：装配式建筑可以采用先进的节能技术，如高效隔热材料、太阳能热水系统和智能控制系统等，以减少建筑的能耗。此外，在建筑设计中，还可以通过合理的布局和朝向来最大程度地利用自然光和自然通风，减少对人工照明和通风系统的需求，提高建筑的能源利用效率。

②考虑建筑的水资源利用：合理设计建筑的雨水收集系统和废水处理系统，可以有效地利用雨水和废水，并减少对自来水的依赖。另外，装配式建筑还可以设计屋顶花园和绿色墙壁等绿色景观，以增加建筑内部的绿化面积，改善建筑的环境质量。

③注重建筑材料的选择：在装配式建筑中，可以选择环保、可再生的建筑材料，如竹木材料、再生混凝土和可回收材料等，减少对自然资源的消耗，并降低建筑对环境的污染。同时，装配式建筑还可以通过采用低碳建筑材料和降低建筑材料的运输距离等措施，减少建筑的碳足迹。

3. 装配式建筑的结构设计
   1. 结构系统选择与设计

首先，装配式建筑的结构系统应具备高度的标准化和模块化特点。这可以降低建筑构件的制造和安装成本，提高建筑的生产效率。标准化和模块化的设计还能够提高建筑的适应性和灵活性，使其能够适应不同的功能需求和使用要求。其次，装配式建筑的结构系统应具备优良的承载能力和抗震能力。由于装配式建筑的结构构件通常是通过连接方式组装而成，因此结构的稳定性和安全性是需要特别关注的。在设计过程中，需要通过合理的结构连接和支撑设计来保证装配式建筑的强度和稳定性。此外，抗震设计也是装配式建筑的重要考虑因素，要保证建筑在地震等自然灾害中的安全性。除此之外，装配式建筑的结构系统也应满足可持续发展的要求。在选择结构材料和组件时，应考虑材料的可再生性、循环利用性和环境友好性。例如，使用可再生的木材替代传统的钢材或混凝土材料，可以降低能耗和环境污染。此外，结构系统的设计还应注重能源效益，通过合理的隔热和保温措施来减少能耗，提高建筑的节能性能。

3.2 连接与组装方式设计

在选择结构连接方式时，需要考虑构件的特性和施工的要求。不同类型的构件需要采用适合的连接方式，以确保结构的强度和稳定性。常用的结构连接方式包括螺栓连接、焊接连接、榫卯连接等。在确定连接方式时，需要考虑构件的材料、形状和尺寸，以及连接的可靠性和可维护性。在组装方式的设计中，需要考虑装配过程的简便性和效率。装配式建筑的主要优势之一是其施工速度快，因此，组装方式的设计应注重施工的便利性和效率。常用的组装方式包括平板组装、模块化组装和整体拼装等。在选择组装方式时，需要考虑构件的重量和尺寸，以及组装过程中的装备要求和施工人员的技能水平。除此之外，结构连接和组装方式的设计还应考虑装配式建筑的可拆卸性和可重复使用性。装配式建筑的一个重要特点是其构件的可重复使用，因此，在结构连接和组装方式的设计中，应尽量避免对构件的损坏和破坏。同时，也应考虑到装配式建筑的可拆卸性，以便在需要拆卸或改变结构时能够方便地进行操作。

3.3 结构模块化设计

装配式建筑的结构模块化是指将建筑结构划分为多个独立的模块，这些模块可以在工厂中预制，然后运送到现场进行组装。这种模块化设计具有许多优势，例如提高施工效率、降低建筑成本、减少现场工程和减少施工垃圾等。结构模块化设计因注重如下几个方面的要点：

①选择合适的模块尺寸：模块尺寸应该符合运输和组装的要求，以便能够方便地在现场进行组装。此外，模块尺寸还应考虑建筑功能和使用需求，确保模块可以满足建筑的功能要求。

②采用标准化的连接方式和组装方法：标准化的连接方式可以确保不同模块之间的连接准确可靠，而标准化的组装方法可以简化施工过程并提高施工效率。因此，设计师应该选择适合装配式建筑的标准化连接和组装系统，并确保这些系统与模块的尺寸和形状相匹配。

③考虑模块之间的互换性和可替换性：在装配式建筑中，模块之间的互换性和可替换性可以提高建筑的灵活性和可持续性。当建筑需要进行扩展或改造时，可以通过更换、添加或调整模块来实现，而不需要对整个建筑进行重建。因此，在设计过程中，设计师应该考虑如何设计模块之间的连接和组装方式，以便实现模块的互换性和可替换性。

④考虑模块化设计与整体建筑形象的协调：虽然装配式建筑采用了模块化的设计方法，但这并不意味着建筑的外观应该显得零散和杂乱。相反，设计师应该通过合理的设计手法，如相同或相似的外立面材料、统一的色彩方案、连续的线条或纹理等，来使整个建筑形象协调一致。

4. 装配式建筑的外立面设计
   1. 材料选择与处理

装配式建筑的外立面设计是整个建筑的重要组成部分，它不仅需要具备良好的美观性，还需要考虑材料的选择和处理方式，以满足建筑的功能需求和装配式建筑的特点。

①耐久性和抗风化性能：装配式建筑外立面面临各种气候条件和环境腐蚀的挑战，因此选择耐久性高、能够抵抗紫外线辐射和自然元素侵蚀的材料非常重要。常见的外立面材料包括金属板、石材、玻璃等。金属板具有较高的耐久性和抗风化性能，可以通过不同的表面处理方式实现不同的质感效果；石材具有天然美观的外观和较好的耐久性，适用于装配式建筑的外立面；而玻璃材料则能够提供光线透明的效果，使室内空间更加通透明亮。

②可维护性：装配式建筑的外立面需要经常进行维护和保养，因此选择易于清洁和维护的材料非常重要。例如，采用自洁玻璃等具有防污功能的材料，可以减少清洁的频率和成本。

③可持续性：在装配式建筑中，需考虑材料的生态性和可再生性。选择符合环保要求的、可回收利用的材料可以减少资源的消耗和环境的污染。例如，利用可再生材料如竹木复合板、可降解塑料等，可以降低装配式建筑的环境负担。

④颜色和纹理：选择适合建筑风格和环境氛围的颜色和纹理可以增强建筑的整体美感。同时，采用不同材料的组合和处理方式可以创造丰富多样的外立面效果，提高建筑的辨识度和艺术性。

4.2能耗与保温设计

首先，在装配式建筑的外立面材料选择上，应尽量选用具有良好的隔热性能的材料。例如，可以选择具有低导热系数的材料，如岩棉、玻璃棉等作为保温材料。这些材料能够有效地减少热量的传导，从而提高建筑的保温性能。其次，在外立面的设计中应注重保温层的设置。保温层的选择和布置对于减少能耗和提高保温效果非常重要。可以采用夹心式外墙结构，即在外墙与内墙之间设置保温层。保温层的设计要考虑到保温材料的厚度、密度和热导率等因素，以确保其具有良好的保温性能。另外，在外立面的能耗和保温设计中，还需要考虑到外墙的气密性。外墙的气密性能够有效地阻止室内外空气的交换，从而减少能耗。可以通过采用密封材料或密封胶进行施工，确保外墙的密封性。此外，在外立面的设计中，还可以考虑利用太阳能来减少能耗。可以通过设置太阳能板或太阳能热水器等装置，利用太阳能进行供暖、照明等用途，从而减少对传统能源的依赖。最后，在装配式建筑的外立面设计中，应注重选择具有可持续性的材料。例如，可以选择可回收材料或可再生材料来进行外立面的设计，从而减少对自然资源的消耗和环境的影响。

5. 结束语

装配式建筑具有高效、高质量和低环境影响等优势，但也面临着设计的限制和挑战。通过充分考虑装配式建筑的特点和要求，结合合理的设计策略，可以实现装配式建筑的优势最大化和限制的最小化。

参考文献：

[1]杨洁. 装配式建筑的发展现状与趋势[J]. 建筑科学与工程学报, 2019, 36(1): 1-9.

[2]张瑞, 陈晓云, 朱继军. 装配式建筑的优势和限制研究[J]. 建筑工程技术与设计, 2021, 38(1): 56-60.

[3] 赵亮, 胡立强, 陈志刚. 全球范围内装配式建筑的应用案例分析[J]. 建筑技术, 2020(1): 147-150.