装配式建筑立面标准化设计研究

装配式建筑立面标准化设计研究

刘岩

陕西建工第五建设集团有限公司  陕西西安（710000）

摘要：随着建筑工业的改革，装配式建筑作为一种新型建筑形式，因其高效、节能、环保的特点而受到行业的广泛关注。而建筑立面又作为其外观的直接体现，分析建筑立面设计，对于装配式建筑的推广和应用具有重要意义。长期以来设计人员遇到的建筑类型大多为现浇结构，以至于设计思维和方法相对固化，装配式建筑的标准化设计意识缺失。因此，对装配式建筑立面标准化设计进行深入研究，探索装配式建筑立面标准化设计方法，有助于提高装配式建筑的设计水平，进而推动建筑工业化发展。

关键词：标准化、装配式建筑、立面设计

引言

随着中国城镇化进程的不断加快，老龄化问题日益严重，建筑行业劳动力不断缩减，人民对生活环境要求越来越高，促使我们不得不进行建筑工业化、标准化的改革。作为建筑师群体，就应该不断的研究装配式建筑的设计方法与思路，以期为建筑工业化贡献一份力量。装配式建筑是一个系统工程，是将预制部品部件通过系统集成的方法在工地装配，实现建筑主体结构构件预制，非承重围护墙和内隔墙非砌筑并全装修的建筑[1]。运用模块化设计并在加工厂预制而成的建筑构件，运送到施工现场进行组装，这样的建筑具有建设高效、施工快捷、人力成本降低、绿色节能等一系列优势。

2016年2月6日中共中央、国务院印发《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》，要求大力推广装配式建筑，减少建筑垃圾和扬尘污染，缩短建造工期，提升工程质量。制定装配式建筑设计、施工和验收规范。完善部品部件标准，实现建筑部品部件工厂化生产。鼓励建筑企业装配式施工，现场装配，建设国家级装配式建筑生产基地。加大政策支持力度，力争用10年左右时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%。然而在过去的这8年里，装配式建造的概念应用越来越多，而能按照装配式建筑评价标准严格进行评价的项目确却少之又少。究其原因在于长期以来设计、生产和施工各阶段的并未实现融合，标准化设计思维缺失，导致无法实现部品部件的标准化生产，以至于产业效率不高、成本居高不下，严重制约了装配式建筑的良性发展。

因此从装配式建筑的设计出发解决问题非常必要，本文将主要研究装配式建筑立面标准化设计，以期与行业同仁携手探索装配式建筑立面的设计方法与思路，共同推动装配式建筑的发展。

1 建筑标准化设计

长久以来，建筑的个性化创作与标准化设计被多数人认为是相互矛盾和对立的，建筑方案过度放大个性化，一味通过非标产品实现建筑多样性，忽略了建筑功能模块和产品标准化之间的关联，建筑方案应通过利用各功能模块组合方法实现多样化的建筑平面，利用体量变化、体块穿插、外墙色彩、材料等方式实现立面的丰富性[2]。

1.1 指导思想

标准化设计的指导思想主要分为四个方面，即统一、简化、协调和最优化思想。“统一”是指在一定时期和条件下，对确定的标准化对象，采取分析研究的方法一致；“简化”是指将同种功能对象中的多余、低功能、可替换部分去除掉，只留下纯粹及合理部分，让对象总体功能达到最佳；“协调”是指在一定空间和时间内，使标准化对象内外相关因素达到平衡和相对的稳定；“最优化”是指在一定条件下，根据制定的目标，通过先进科学技术，选择与设计并调整对象的组织结构，力求达到效果的最佳。

标准化实际是通过一定手段，组织一系列活动，使对象获得一定的统一。标准化本质上就是统一，协调是获得统一不可或缺的方式。标准化对象不会自己获得均衡，必须通过人为才能获得稳定、均衡状态[3]。装配式建筑的标准化设计思路应贯穿项目建设的全过程，从技术策划、总图规划、建筑设计到深化设计、生产加工等项目全过程采用标准化思路开展设计工作，以期有效、顺畅的解决标准化问题。

1.2 模数协调原则

标准化的基础是模数化，装配式建筑如果缺失了建筑模数，就不可能实现标准化。通过建筑模数不仅能协调预制构件与构件之间、建筑部品与部品之间以及预制构件与建筑部品之间的尺寸关系，减少、优化部件或组合件的尺寸，使设计、加工、安装等环节的配合简单、精确，基本实现土建工程、机电设备工程、装修工程的“集成”和大部分建筑部品部件的“工厂化制造”，而且还能在预制构件内在的构成要素之间形成合理的空间关系，避免交叉和碰撞[4]。

模数协调原则是指在产品或系统的设计中，通过合理选择与配合不同的模数，使得各个组成部分能够和谐统一，实现整体功能的最优化。这一原则要求设计者在考虑整体设计的同时，兼顾各个部件的模块化设计，确保设计的一致性和协调性。

2 规划与建筑设计

2.1 从总图规划入手思考建筑立面的标准化

众所周知，在设计之初进行总图规划时，需要考虑的因素很多，包括功能定位、规划条件、交通流线和设计标准等。而我们在进行装配式建筑设计之前需要进行装配式技术策划，涉及装配式建筑的总图规划时不仅要考虑上述因素，更重要的是要考虑技术策划对装配式建设目标的预期，将标准化设计思路植入规划设计，使总图设规划更有利于装配式建筑项目高标准的实施。

在规划设计中根据功能分区要求对建筑进行分类，对于功能相近的建筑尽量采用平面轮廓大小一致，在总图布置中采用统一、重复的设计手法；对于平面轮廓大小确实不能一致的建筑，应尽量采用倍数模数关系。以此来提高建筑设计中部品部件的数量，降低后期生产加工过程中开模频次，已达到降本增效的目的，也有助于后期施工的快速装配。

2.2 建筑平面与立面标准化设计相协调

在建筑设计中，平面布局的标准化是确保建筑功能性与空间利用效率的关键，也是立面设计标准化的基础。通过制定统一的模块和尺度，可以减少设计和施工中的复杂性，同时促进建筑的重复使用和维护的便捷性。标准化的平面布局还能有效地降低建筑成本，提高项目的整体效益。

建筑平面与立面是建筑设计中两个重要且密切相关的概念，在建筑设计过程中，平面和立面设计是相辅相成的、相互依赖的，他们之间的关系是非常密切的，平面与立面需要协调一致，共同表达良好的建筑效果。在设计中，平面布局为立面设计提供了指导和约束，而立面设计在某些时候又能反映出建筑平面的布局和空间功能。例如，平面布置的房间和出入口会影响到建筑立面的开窗和开门形式，而立面的构成或体量关系也会影响到平面空间的布置。因此建筑平面和立面的协调一致是建筑设计中不可忽视的重要环节，只有平面与立面相互支撑补充，才能创造出令人满意的建筑作品。

3 建筑立面的标准化设计

3.1 建筑立面设计原则

建筑立面设计是建筑设计中的重要组成部分，它直接影响着建筑的外观形象和使用功能。建筑立面设计应遵循功能与形式统一、比例与尺度协调、材料与质感选择、色彩与光影应用、环境与文化融合、可持续与节能性、安全与舒适性以及创新与前瞻性等原则。建筑立面设计是一项复杂而系统的工程，它涉及多个方面的原则和要素。只有在充分考虑这些原则的基础上，才能创造出既美观又实用、既符合历史文化传承又具有现代感的建筑立面。

装配式建筑的立面设计与标准化预制构件是总体和局部的关系，设计运用模数协调的原则，采用集成技术，减少构件种类，并进行构件多样化组合，达到实现立面个性化、多样化设计效果及节约造价的目的。装配式建筑立面应尽量规整，立面开洞重复统一的处理方式，减少装饰构件及不必要的线条，尽量避免复杂的外墙构件[5]。

3.2 建筑立面系统的分类

建筑立面系统是建筑设计的重要组成部分，不同材料和构造方式的选择直接影响着建筑的外观效果和使用性能。在选择立面系统时，需要综合考虑建筑的功能需求、环境因素、造价以及美学要求等多个方面。建筑立面系统的选择直接决定了建筑立面处理方式和立面材料构造，按照立面形式分类可分为幕墙系统和窗墙系统两大类。

幕墙系统（图1）是一种非承重外墙，通过悬挂或支撑方式安装在主体结构上。它可以采用多种材料，如玻璃、金属、石材、混凝土板材等，通过材料本身性能或复合、集成等技术手段处理，使其具有隔热、隔音、防水等功能。幕墙系统以其高度的灵活性和美观性，广泛应用于现代建筑中。

图1 幕墙系统示意图

窗墙系统（图2）是指建筑立面上大面积使用窗户和砌筑墙体而构成的立面形式，它强调光线的引入和室内外空间的流通，使建筑呈现出轻盈、通透的视觉效果。通过不同的开窗形式也可以在室内外空间上形成丰富多彩的光影效果，例如安藤忠雄设计的光之教堂、贝律名先生设计的苏州博物馆，都是通过立面和屋顶的开窗形式在每天的不同时间出现不同的光影效果，当然窗墙系统也需要考虑保温、隔热、安全等问题。

图2 窗墙系统示意图

3.3 建筑立面风格与材料

建筑立面是建筑外观的直接表现，它不仅关系到建筑的美感，更是建筑性格与文化的体现。我国自改革开放以来，随着建筑业的蓬勃发展，在新材料、新技术、新工艺的不断推广中，建筑立面设计从追求符号性视觉元素的肌理变化向多样化发展，广大的建筑师在其设计实践中不断地探索与改进，形成了功能主义和形式主义两种思潮。

功能主义以满足房屋使用基本要求为基本的设计意图，通过简约、经济的手法营造“简洁、明快、高效、舒适”的生活气息，符合建设“节约性”社会的宗旨，立面设计完全根据功能需要，剔除繁杂的装饰性构件，常用于保障性住房、公租房和工业园区办公、宿舍等建筑立面设计，如图3。

图3 功能主义建筑立面示意

形式主义在满足房屋使用基本要求的，还有文化、精神等更高层次的追求，强调形式上的标新立异，突出某种意志的表达与渲染，可分为古典派、乡土派、现代派、高技派、结构派等，如图4。古典派设计注重表达优雅、小资的生活方式，立面设计强调屋顶的天际线、三段式线脚与窗户的比例和高档饰面的运用；乡土派注重回归传统、尊重历史，尽量采用朴素、纯净的立面，表现主人深厚的修养和丰富的阅历，例如用灰白的色调表达“淡泊明志”的心胸，强调原生材料的生态性；现代派注重时代气息的表现，强调高效意识、立面简洁，常用新材料（人造石材、金属铝板）和对比分明的色彩搭配突出不同功能的划分；高技派强调立面理性设计，并与新材料、新技术有机结合，如采用太阳能、被动式等高新技术改善建筑的居住条件；结构派强调结构本身的美感，立面整体感强，有力度、简洁、大气，同时使用鲜艳的色彩搭配使立面具有强烈的时代感。

图4 形式主义建筑立面示意

建筑立面的材料选择十分广泛，常见的有天然石材、人造板材、玻璃与金属等。天然石材有花岗岩、石灰石等，具有天然的纹理和色彩，坚固耐用，常用于高端建筑的立面装饰；人造板材有木质纤维板、塑料板、混凝土板、陶土板等，具有良好的可塑性和经济性，广泛应用于各类建筑的立面装饰；玻璃具有透明或半透明的特性，能够增加建筑的通透感；金属则具有现代感和科技感，常用于现代建筑的立面装饰。因此，装配式建筑立面设计，根据不同的材料、构造和功能需求可分预制混凝土立面、金属立面、玻璃幕墙等。

3.4 模块化组合设计策略

装配式建筑的核心思想是标准化设计，而实现标准化设计最有效的办法是模块化设计，以“少规格、多组合”为基本原则，实现立面设计的多样化，避免“千篇一律”、“千楼一面”。

模块化组合设计的首要步骤是对模块进行分类和标准化，这包括根据建筑的功能需求、结构特点和使用环境，将立面划分为不同的模块类型，如窗户模块、墙面模块、装饰模块等。同时，制定统一的模块尺寸和规范，便于模块的生产、运输和安装。在模块分类的基础上，根据建筑的整体风格和定位，进行模块的组合和优化。通过合理的设计手法和技术手段，使各个模块之间协调统一，形成美观、大方的建筑立面。例如北京通州城市副中心政府办公楼（图5），立面设计通过对预制混凝土外墙挂板模块的韵律组合，搭配玻璃幕墙和石材幕墙，形成虚实相间、庄严肃穆的政府办公建筑立面。

图5 北京通州城市副中心政府办公楼正立面

装配式建筑的立面设计与标准化预制构件及部品的设计是总体和局部的关系，通过立面设计优化，设计运用模数协调的原则，采用集成技术，减少构件的种类，并进行构件的多样化组合，达到实现立面个性化、多样化设计效果及节约造价的目的。建筑立面应规整，外墙宜无凸凹，立面开洞统一，减少装饰构件，尽量避免复杂的外墙构件。居住建筑的基本套型或公共建筑的基本单元在满足建设项目要求的配置比例前提下尽量统一，通过标准单元的简单复制、有序组合达到高重复率的标准层组合方式，实现立面外墙构件的标准化和类型的最少化。建筑立面呈现整齐划一、简洁精致、富有装配式建筑特点的韵律效果[6]。

装配式建筑立面模块化组合设计策略是一种高效、环保、节能的设计方法。通过合理的模块分类、组合、优化以及材料选择等措施，可以实现建筑立面的美观、实用和可持续发展。随着技术的不断进步和人们环保意识的提高，该策略将在建筑工业化中发挥更加重要的作用。

3.5 建筑立面细节处理策略

建筑立面细节处理策略，应该从材料选择与搭配、色彩运用与调和、门窗设计与优化、装饰元素运用、立面分割与比例、光影效果利用、细节质感提升以及立面维护与保养等多个方面进行考虑，只有在这些方面都进行精心设计和处理，才能营造出美观、耐久且富有艺术感的建筑立面。但我们从立面标准化设计的角度出发，研究立面细节处理时，更多的应该考虑标准模块的连接与外墙装饰、保温隔热、防火防水、隔声耐久等因素的协调。例如北京通州城市副中心政府办公楼立面通过预制外墙挂板拼缝处的企口和斜面的处理（图6），既能在立面上形成装饰线条，又能起到防止墙面雨水倒流的作用；在构件与结构构件之间预留空腔，集成保温及防火材料的同时，又能为构件安装提供操作空间。

图6 北京通州城市副中心政府办公楼立面细节处理示意

结语

综上所述，装配式建筑立面标准化设计是一项复杂而又有趣的事情，需要我们从标准化设计的指导思想出发，细化与分类总结归纳，并结合项目实践，拟定可靠的设计策略，采用科学的理论方法，将复杂的事务简单化，有效地解决立面标准化设计问题。

近年来在建筑工业化的大趋势下，装配式建筑呈现出前所未有的蓬勃态势，对于建筑行业来说是将会是革命性的转折，这就要求我们作为建筑设计人员要不断地探索研究，挖掘标准化设计的本质，掌握装配式建筑的设计方法，为社会、为人民、为业主提供经济合理的装配式建筑方案。

参考文献：

[1]装配式建筑评价标准:GB/T51129-2017[S].北京:中国建筑工业出版社,2017.

[2]马健,刘明霞,马斌.基于标准化的装配式建筑设计研究与应用——以杭州某住宅项目为例[J].建筑结构,2022,52(S02):1547-1553.

[3]魏星.基于标准化理念的科技园办公建筑产品研究——以新华科技园为例[D].河北工业大学,2013.DOI:10.7666/d.D627137.

[4]樊则森.从设计到建成装配式建筑20讲(M),北京:机械工业出版社,2018.6.

[5]杨楠.装配式建筑标准化设计分析[J].建材与装饰,2017(20).

[6]装配式建筑系列标准应用实施指南(装配式混凝土结构建筑)[M].北京:中国计划出版社,2016.

作者简介：

刘岩（1987-），男，工学学士，工程师，国家一级注册建筑师，研究方向：建筑设计、装配式建筑、设计管理。