黃小燕

裝配式建筑主要是根據(jù)設(shè)計方案在生產(chǎn)工程中制作相應(yīng)的結(jié)構(gòu)部件，然后在工地中組裝而成的建筑，該技術(shù)是未來發(fā)展的趨勢。當(dāng)前應(yīng)用最為普遍的方式就是裝配式施工，但是目前裝配率比較低，如何提升裝配率是當(dāng)前所面臨的主要問題。

1.裝配式建筑的發(fā)展

裝配式建筑首先出現(xiàn)在歐洲國家，其主要受17 世紀(jì)歐洲工業(yè)生產(chǎn)的影響，很多發(fā)達(dá)國家開始著眼于工業(yè)化生產(chǎn)的裝配式建筑生產(chǎn)方式，并且從中積累了很多先進(jìn)的施工經(jīng)驗，設(shè)計水平與施工水平都比較高。

我國的預(yù)制裝配式建筑最早出現(xiàn)在20 世紀(jì)50 年代～80 年代，主要是受到了蘇聯(lián)工業(yè)發(fā)展的影響，結(jié)合了工業(yè)建設(shè)、設(shè)計施工技術(shù)而形成的裝配式建筑技術(shù)體系。80 年代之后，我國的經(jīng)濟發(fā)展加快，在“三化一改”經(jīng)濟政策的指引下，更有利于裝配式建筑發(fā)展。2013 年我國將建筑工業(yè)化作為行業(yè)發(fā)展的重點，裝配式建筑成為主要結(jié)構(gòu)形式，這與新型預(yù)制混凝土裝配結(jié)構(gòu)快速發(fā)展是息息相關(guān)的，同時也帶動了建筑技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。2016 年9 月之后，國務(wù)院總理在進(jìn)行國務(wù)院會議的過程中，明確地指出了建筑領(lǐng)域需要大力地發(fā)展裝配式建筑的形式，同時還應(yīng)逐步調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)形式，積極促進(jìn)該項技術(shù)的發(fā)展。以此為基礎(chǔ)，我國建筑領(lǐng)域中的新型裝配式建筑形式已經(jīng)逐步進(jìn)入到建筑工業(yè)化的時代。在建筑施工中應(yīng)用現(xiàn)澆混凝土施工技術(shù)，所使用的預(yù)制構(gòu)件比例較小，在未來發(fā)展中還需要進(jìn)一步加大。由于裝配式建筑施工技術(shù)具備較高的節(jié)能性，同時施工效率也比較高，所以被很多國內(nèi)建筑企業(yè)所使用，未來必然產(chǎn)生更高的效益。

2.預(yù)制裝配式建筑面臨的問題

裝配式建筑已經(jīng)在我國出現(xiàn)并且發(fā)展超過了幾十年，但是因為早期技術(shù)不成熟而被人們所放棄，但是隨著國內(nèi)發(fā)展的需要以及國際市場的影響，裝配式建筑再次出現(xiàn)在人們的視野中，但是與傳統(tǒng)的裝配式建筑有著很大的不同，其技術(shù)水平比較高，但是還存在很多缺陷和不足，具體主要體現(xiàn)在如下幾個方面。

2.1 預(yù)制裝配率較低

技術(shù)水平不高導(dǎo)致了裝配式建筑無法實現(xiàn)快速發(fā)展和進(jìn)步。目前我國建筑領(lǐng)域的發(fā)展還處于工業(yè)化水平發(fā)展階段，也能夠解決處理剪力墻、框架結(jié)構(gòu)以及其他結(jié)構(gòu)部件所存在的問題，但是因為建筑結(jié)構(gòu)的總體裝配率比較低，直接限制了該行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。當(dāng)前建筑裝配式技術(shù)的發(fā)展方向主要是徹底地解決裝配建筑結(jié)構(gòu)部分的預(yù)裝裝配問題，其存在復(fù)雜性和單個結(jié)構(gòu)節(jié)點多樣化的問題。在施工過程中，因為裝配施工難度較高，其安全性也就無法保證。

當(dāng)前，我國裝配式建筑的管理制度還存在很大的缺陷，這是導(dǎo)致裝配率較低的主要因素。在相當(dāng)長的時期內(nèi)我國的裝配式建筑還處于摸索發(fā)展階段，這個時期中，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范成為該領(lǐng)域中非常重要的一個方面。在整體結(jié)構(gòu)與單個構(gòu)件的設(shè)計、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定以及施工中的協(xié)調(diào)都存在一定的問題，在未來發(fā)展中還需要進(jìn)行全面的完善，必須采取有效的措施進(jìn)行控制，以保證預(yù)制裝配式建筑方案設(shè)計的要求符合建設(shè)目標(biāo)。

2.2 預(yù)制裝配施工技術(shù)建設(shè)成本高

建筑工程的成本主要包含了直接費用、間接費用、稅費等，采用裝配式施工技術(shù)中的預(yù)制構(gòu)件所產(chǎn)生的運輸費用、安裝費用等對施工成本存在直接的影響，但是因為生產(chǎn)方式的不同所導(dǎo)致的工程造價也存在較大的差異。從工程實踐中可以發(fā)現(xiàn)，預(yù)制構(gòu)件在生產(chǎn)、運輸以及安裝的環(huán)節(jié)中，其成本都要明顯地高于傳統(tǒng)的現(xiàn)澆施工方式，但是因為該技術(shù)還存在很多核心技術(shù)沒有突破而導(dǎo)致其成本無法降低。

2.3 預(yù)制裝配式建筑核心技術(shù)未能突破

多層建筑在施工中應(yīng)用裝配式施工技術(shù)是比較合適的，但是當(dāng)前大中型城市已經(jīng)很少建設(shè)多層建筑，這與城市土地資源比較緊張、城市人口的激增存在直接的關(guān)系，所以城市已經(jīng)開始大范圍地建設(shè)高層建筑，這種建筑形式對于結(jié)構(gòu)性能有著更高的要求，但是，目前我國的預(yù)制裝配式建筑施工技術(shù)還存在很多核心技術(shù)沒有突破，沒有建立科學(xué)合理的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致了該技術(shù)發(fā)展非常緩慢，在未來發(fā)展中需要不斷地提升技術(shù)水平，從而滿足建筑工程技術(shù)的發(fā)展，為裝配式建筑的發(fā)展提供契機。

3.預(yù)制裝配式建筑方案設(shè)計要點

在預(yù)制裝配式建筑方案設(shè)計的過程中，想要全面地提高方案設(shè)計細(xì)節(jié)的要點，就需要從設(shè)計思路出發(fā)，然后通過方案模型的應(yīng)用切實提高整體方案設(shè)計水平以滿足設(shè)計需求。預(yù)制裝配式建筑方案設(shè)計應(yīng)用BIM 參數(shù)化設(shè)計方法，可實現(xiàn)裝配式建筑與裝配率目標(biāo)導(dǎo)向的有機結(jié)合，并通過統(tǒng)計分析提出不同裝配率下預(yù)制構(gòu)件應(yīng)用比例的選擇參考，最后通過實例驗證該方法進(jìn)行裝配式建筑方案設(shè)計優(yōu)化的可行性。

3.1 裝配式建筑的設(shè)計程序

裝配式建筑的設(shè)計程序分為方案設(shè)計、初步設(shè)計、施工圖設(shè)計3 個階段，如圖1 所示。

圖1 裝配式建筑設(shè)計程序

3.2 預(yù)制構(gòu)件設(shè)計優(yōu)先次序

具體分析來看，主體結(jié)構(gòu)占據(jù)相當(dāng)大的比重，尤其是梁、疊合板及外圍護(hù)墻占了較大的比例，直接影響到裝配率。進(jìn)一步梳理可以發(fā)現(xiàn)，承重墻也發(fā)揮了較大的作用。此外，其他的次要結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件并未起到過多的影響作用?；谀壳暗难b配式建筑設(shè)計經(jīng)驗，在進(jìn)行構(gòu)件選擇過程中，不僅要考慮構(gòu)件占比，還應(yīng)基于預(yù)制構(gòu)架的制作、工藝及安裝等不同角度予以統(tǒng)一分析。通常，預(yù)制構(gòu)件選擇順序見圖2。

圖2 預(yù)制構(gòu)件選擇順序

3.3 基于裝配率的BIM 參數(shù)化方案優(yōu)選設(shè)計流程

在拆分原則的基礎(chǔ)上提前確定預(yù)制構(gòu)件，并基于BIM 參數(shù)化平臺設(shè)計裝配式建筑方案。具體分析來看，其思路是：先明確并選中構(gòu)件圖元，之后提取模型BIM 構(gòu)件參數(shù)信息，并基于各個評價項采用相應(yīng)的比例公式展開評分，采用評分值予以裝配率計算，之后基于裝配率開展等級評價。流程見圖3。

圖3 BIM 參數(shù)化設(shè)計流程圖

3.4 應(yīng)用實例

某工程是兩層剪力墻結(jié)構(gòu)住宅，一共4 戶，屬于二類建筑，使用65m2標(biāo)準(zhǔn)化戶型模塊，總面積570.16m2，共兩層，在建筑過程中使用裝配剪力墻結(jié)構(gòu)，預(yù)計達(dá)到的目標(biāo)裝配率為78%，AA 級，工程全裝修。圖4 是其BIM 三維圖。

圖4 BIM 三維圖

3.4.1 戶型標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

對住宅戶型設(shè)計及組合形式予以歸納后可知，文中涉及的戶型設(shè)計包括35m2、50m2、65m2三種標(biāo)準(zhǔn)化戶型。

3.4.2 預(yù)制構(gòu)件設(shè)計原則

項目結(jié)構(gòu)設(shè)計執(zhí)行《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ1－2014）中的有關(guān)規(guī)定及構(gòu)件拆分原則，主體部分結(jié)構(gòu)則使用預(yù)制剪力墻、疊合板等預(yù)制部品。

3.4.3 預(yù)制構(gòu)件選擇順序

項目預(yù)制構(gòu)件選擇順序為樓梯、女兒墻、疊合板、內(nèi)墻、剪力墻。

3.4.4 裝配率計算

利用BIM 對構(gòu)件進(jìn)行拆分，一旦樓梯、內(nèi)墻、剪力墻等構(gòu)件采用預(yù)制構(gòu)件時，采用BI 計算規(guī)則可以對預(yù)制部品部件的相應(yīng)比例進(jìn)行計算。

最后通過編寫Python 評分公式對相關(guān)項評分，得出裝配率為58.8%。

3.4.5 方案優(yōu)化

通過計算，如果得出的裝配率未達(dá)到目標(biāo)，則應(yīng)將裝配率設(shè)置為78%，BIM會基于構(gòu)件權(quán)重對其應(yīng)用比例作出調(diào)整，并基于具體應(yīng)用比例出現(xiàn)的變化，對方案設(shè)計作出一定的更改。在修改項目的裝配率后，各構(gòu)件應(yīng)用比例見表1。

表1 修改前后構(gòu)件的應(yīng)用比例

以裝配率為目標(biāo)導(dǎo)向，利用BIM 技術(shù)進(jìn)行裝配式建筑方案設(shè)計，能夠擬定更全面的整體設(shè)計方案。在明確總的設(shè)計目標(biāo)的前提下，基于當(dāng)前的技術(shù)手段及實踐經(jīng)驗，明確預(yù)制構(gòu)件及拆分設(shè)計，并由此進(jìn)一步設(shè)計預(yù)制構(gòu)件，這也是裝配式建筑方案設(shè)計的重中之重。本文分析了預(yù)制構(gòu)件如何拆分及優(yōu)選順序，并基于參數(shù)化設(shè)計的基礎(chǔ)上能夠做到計算裝配率并對方案做出選擇，由此可以確保為優(yōu)化設(shè)計裝配式建筑方案提供一定程度的指導(dǎo)。

4.結(jié)語

現(xiàn)代化城市發(fā)展速度較快，城市人口數(shù)量較多，所以高層建筑是未來建筑事業(yè)的發(fā)展趨勢，并且因為其性能要求較高，而對于裝配式建筑施工技術(shù)有著更高的要求。但是從當(dāng)前實際情況來分析，該技術(shù)還存在很多的缺陷與問題，不能滿足當(dāng)前建筑施工的需要。在未來發(fā)展中，需要逐漸突破技術(shù)壁壘，實現(xiàn)技術(shù)的升級，研發(fā)出更科學(xué)、合理的預(yù)制生產(chǎn)體系，為行業(yè)提供有力的支持，積極促進(jìn)我國裝配式建筑技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。