(廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院，廣州 510010)

1 前言

預(yù)制裝配式建筑是將建筑的部分或全部構(gòu)件在工廠預(yù)制完成，然后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場將構(gòu)件通過可靠的連接方式組裝而建成的建筑。我國裝配式建筑市場產(chǎn)值2011年約為43.2億元，到2015年已上升到約1 287億元[1]，裝配式建筑市場潛力巨大，發(fā)展迅速，然而目前建筑設(shè)計(jì)行業(yè)對裝配式建筑的設(shè)計(jì)方法研究尚不成熟，標(biāo)準(zhǔn)化體系尚不完備，嚴(yán)重制約裝配式建筑技術(shù)的發(fā)展。

裝配式建筑的核心是建筑工業(yè)化，需要結(jié)合完整的產(chǎn)業(yè)鏈，而近年來興起并正在蓬勃發(fā)展的BIM技術(shù)，為建筑工業(yè)化產(chǎn)業(yè)鏈搭建了一個(gè)實(shí)用的技術(shù)平臺。本文以高層住宅為載體，基于BIM技術(shù)研究裝配式建筑的設(shè)計(jì)方法，解決裝配式高層住宅設(shè)計(jì)過程中遇到的多方協(xié)同、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、正向BIM建模、部品庫建立與應(yīng)用、經(jīng)濟(jì)效益評估、輔助軟件開發(fā)與應(yīng)用等關(guān)鍵問題。

2 基于BIM的協(xié)同設(shè)計(jì)

裝配式建筑協(xié)同的核心是“三個(gè)一體化”，即建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、裝修一體化，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、裝配一體化，技術(shù)、管理、市場一體化。目前，在運(yùn)用BIM進(jìn)行裝配式建筑的協(xié)同設(shè)計(jì)過程中，仍存在下述幾個(gè)難點(diǎn)：多專業(yè)模型的架構(gòu)形式、協(xié)同過程中的提資方法、不同流程的提資內(nèi)容、項(xiàng)目過程中的信息傳遞等。本文主要針對這幾點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行闡述。

1.1 多專業(yè)模型的架構(gòu)形式

在方案和初設(shè)階段，模型構(gòu)件較為簡單，對各專業(yè)一致性要求也較低，可直接在對方模型內(nèi)建工作集進(jìn)行設(shè)計(jì)，或按單專業(yè)單模型進(jìn)行協(xié)同，期間集中幾次對模型進(jìn)行鏈接校核即可。如項(xiàng)目較復(fù)雜，前期各階段也可適當(dāng)參考施工圖模型架構(gòu)進(jìn)行簡化組織。

在施工圖階段，為便于維護(hù)施工圖模型，需對模型按一定規(guī)則進(jìn)行拆分。常見做法為：跨工作團(tuán)隊(duì)、跨專業(yè)，按鏈接模型進(jìn)行，同一工作團(tuán)隊(duì)按工作集在同一模型中進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)； 團(tuán)隊(duì)劃分時(shí)，建筑、結(jié)構(gòu)為土建團(tuán)隊(duì)，暖通、水、電為機(jī)電團(tuán)隊(duì)。

1.2 協(xié)同過程中的提資方法

裝配式建筑協(xié)同過程中的提資方法有以下5種：全過程鏈接模型、階段性同步模型、模型局部提資、CAD圖提資、部品提資。

全過程鏈接模型指項(xiàng)目過程中全過程都直接鏈接其他專業(yè)，每次打開本地模型或重載鏈接時(shí)，可實(shí)時(shí)更新看到其他專業(yè)的進(jìn)程，若發(fā)現(xiàn)有對不上的地方可及時(shí)提出，但由于無法直接得知各部分是否定稿，如有修改仍需溝通確認(rèn)。

圖1 典型的全專業(yè)BIM項(xiàng)目文件結(jié)構(gòu)

階段性同步模型指在各階段，結(jié)構(gòu)方案初步穩(wěn)定或集中完成某關(guān)鍵部位后，把全模型進(jìn)行一次整體提資。采用鏈接其他專業(yè)的本地模型放置在本專業(yè)目錄，只在提資時(shí)與中心文件同步一次，或按階段綁定一套獨(dú)立的模型，進(jìn)行提資和歸檔。

模型局部提資與階段性同步模型類似，在完成一個(gè)時(shí)間階段后，綁定一套模型，并在提資單中注明，只對其中部分視圖和某個(gè)區(qū)域的構(gòu)件進(jìn)行提資。

CAD圖提資指對接收方無法應(yīng)用BIM模型時(shí)，采用傳統(tǒng)的提CAD圖方式進(jìn)行。

部品提資指對單個(gè)部品進(jìn)行提資，其提資內(nèi)容較為明確，但只適用于較小范圍的調(diào)整，以及在構(gòu)件加工階段，設(shè)計(jì)單位對部分構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)變更。

上述幾種方式應(yīng)靈活結(jié)合應(yīng)用，典型的協(xié)同項(xiàng)目的服務(wù)器文件結(jié)構(gòu)見圖1。

1.3 多方協(xié)同

裝配式建筑項(xiàng)目進(jìn)入到施工階段時(shí)，項(xiàng)目多方參與，有業(yè)主、勘察、設(shè)計(jì)(建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、裝修)、土建施工、構(gòu)件加工廠家、安裝施工、裝修等，各參與方之間如何有效地溝通是影響裝配式建筑建造效率的一個(gè)難題。

為解決多方協(xié)同難題，作者采用B/S模式構(gòu)建基于互聯(lián)網(wǎng)的管理系統(tǒng)GDAD-PCMIS[2]，將BIM模型信息進(jìn)行輕量化存儲，針對協(xié)同管理過程的相關(guān)需求進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，以使BIM的信息貫穿項(xiàng)目建設(shè)的全生命周期，并得以充分運(yùn)用。平臺開發(fā)的主要技術(shù)路線見圖2，平臺的事項(xiàng)綜合瀏覽界面如圖3所示。

3 建筑標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

裝配式高層住宅的設(shè)計(jì)，從成本和建設(shè)周期角度考慮，應(yīng)通過模數(shù)協(xié)調(diào)等手段，依照“多組合，少規(guī)格”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖2 平臺主要技術(shù)路線

圖3 事項(xiàng)的綜合瀏覽界面

1.4 建筑設(shè)計(jì)

裝配式高層住宅的外立面設(shè)計(jì)應(yīng)盡量做到造型簡單、立面簡潔、沒有復(fù)雜裝飾的建筑，符合現(xiàn)代主義建筑“少即是多”理念[3]。

裝配式高層住宅的平面設(shè)計(jì)可通過模塊化的方式，將建筑空間根據(jù)功能分為衛(wèi)生間、廚房、臥室、書房、陽臺等模塊，通過這些模塊進(jìn)行組合，形成基本套型模塊[4]，如圖4所示。

圖4 基本套型模塊

進(jìn)行平面設(shè)計(jì)時(shí)，將套型模塊作為彈性模塊，公共空間部分作為固定模塊，固定模塊保持不變，通過變換彈性模塊就可以形成多種組合戶型，如圖5所示，形成的示例戶型如圖6～圖8所示。

圖5 固定與彈性模塊

圖6 示例組合戶型1

圖7 示例組合戶型2

圖8 示例組合戶型3

1.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

裝配式高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮裝配式建筑與現(xiàn)澆建筑的不同之處，在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下盡量保證施工的方便性，盡量節(jié)省建造材料。

裝配式高層住宅若采用預(yù)制剪力墻，需考慮預(yù)制剪力墻水平接縫對結(jié)構(gòu)受力性能的影響[5]。

裝配式高層住宅若采用了預(yù)制外墻，結(jié)構(gòu)剛度受預(yù)制外墻的影響較大。計(jì)算中可通過周期折減系數(shù)考慮預(yù)制外墻對結(jié)構(gòu)剛度的影響。本文通過高層住宅整體有限元分析，得到不同裝配式體系的周期折減系數(shù)建議值，如表1所示。

表1 周期折減系數(shù)建議值

對于全受力外墻裝配整體式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系，由于預(yù)制外墻參與結(jié)構(gòu)受力，因此結(jié)構(gòu)剛度非常大，地震力也很大。針對這個(gè)問題，作者提出了一種用于裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的預(yù)制雙連梁(如圖9所示，發(fā)明專利申請?zhí)?01710981864.X)，通過設(shè)置雙連梁降低結(jié)構(gòu)剛度，達(dá)到減少地震力、節(jié)省建造材料的目的，同一建筑采用單連梁和雙連梁的性能對比如表2所示。

圖9 預(yù)制雙連梁示意圖

對比項(xiàng)對比結(jié)果對比項(xiàng)對比結(jié)果周期增加約4%風(fēng)位移減少約7%剪力減少約3%剛重比減少約7%地震位移減少約4%承載力比減少約1%位移比減少約1%

1.6 構(gòu)件拆分

裝配式高層住宅結(jié)構(gòu)構(gòu)件拆分應(yīng)從尺寸、重量、傳力路徑、選筋控制、運(yùn)輸條件等角度進(jìn)行分析，使得預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸、吊裝的總成本達(dá)到最低。

對于疊合板，裝配式高層住宅的樓板跨度一般不大于6m，且大部分不大于3.2m(工程生產(chǎn)線模臺寬度限制值)，疊合板配筋一般由構(gòu)造控制，且構(gòu)件重量一般不會(huì)超過吊裝允許重量。因此，樓板拆分應(yīng)盡量按單向板拆分，盡可能采用大板，減少吊裝次數(shù)。

對于預(yù)制剪力墻身，其數(shù)量由建筑布置確定，拆分時(shí)重點(diǎn)考慮減少構(gòu)件規(guī)格數(shù)。可在滿足規(guī)范要求的前提下，通過調(diào)整(一般為加長)邊緣構(gòu)件區(qū)的長度，使得預(yù)制剪力墻身構(gòu)件的規(guī)格盡量少，方便生產(chǎn)。

對于疊合梁，其規(guī)格數(shù)主要受結(jié)構(gòu)布置及底筋搭接長度的影響，規(guī)格一般較難統(tǒng)一。可通過使用對稱戶型、統(tǒng)一底筋布置等方法減少疊合梁規(guī)格數(shù)。

4 設(shè)計(jì)樣板及正向建模方法

4.1 設(shè)計(jì)樣板

設(shè)計(jì)樣板是BIM設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的重要組成部分，樣板設(shè)置的目的是進(jìn)行設(shè)計(jì)成果的標(biāo)準(zhǔn)化表達(dá)，提高設(shè)計(jì)效率與圖面表達(dá)質(zhì)量。一般來說，應(yīng)在公司層面制作符合裝配式高層住宅BIM項(xiàng)目的基本樣板文件，并且持續(xù)積累完善。

對于裝配式BIM項(xiàng)目來說，除了需要設(shè)置裝配式全專業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目樣板(簡稱“項(xiàng)目樣板”)，還需要設(shè)置裝配式預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)樣板(簡稱“部品樣板”)。兩者不一致，但有共通之處。部品樣板可以在項(xiàng)目樣板的基礎(chǔ)上，進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

項(xiàng)目樣板、部品樣板均主要由以下部分組成： (1)預(yù)設(shè)的構(gòu)件族； (2)預(yù)設(shè)的工作視圖； (3)預(yù)設(shè)的圖紙布局； (4)預(yù)設(shè)的明細(xì)表。

項(xiàng)目樣板、部品樣板的不同之處在于：項(xiàng)目樣板的設(shè)置主要考慮進(jìn)行各專業(yè)的區(qū)分(如工作視圖區(qū)分為：建筑專業(yè)工作視圖、結(jié)構(gòu)專業(yè)工作視圖、機(jī)電專業(yè)工作視圖、裝修專業(yè)工作視圖)，部品樣板的設(shè)置主要考慮進(jìn)行加工步驟的區(qū)分(如工作視圖區(qū)分為：深化設(shè)計(jì)工作視圖、配筋工作視圖、模板工作視圖、機(jī)電預(yù)埋工作視圖、安裝工作視圖)。

4.2 正向建模方法

基于BIM的設(shè)計(jì)需要進(jìn)行三維建模，對于裝配式高層住宅，需要進(jìn)行土建模型建模(包括構(gòu)件拆分)、機(jī)電模型建模、裝修模型建模，機(jī)電、裝修模型完成后，土建模型需要根據(jù)管線走向、插座位置等在預(yù)制構(gòu)件上開洞。

建模方式上，可采用“三中心文件法”，根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)施情況從淺到深的過度定義三個(gè)層次的中心文件，不同階段的模型針對不同的用途進(jìn)行區(qū)分，并采用不同的文件命名進(jìn)行識別。裝配式高層住宅大致上可分為：初步設(shè)計(jì)模型、施工圖設(shè)計(jì)模型和深化設(shè)計(jì)模型。不同模型的應(yīng)用重點(diǎn)見表3。

圖10 部品的組成

5 基于Revit的部品庫

5.1 部品部件建模

裝配式部品部件的建模需滿足以下要求： 1)有精確的三維模型，深度達(dá)LOD400； 2)方便工程師選擇和切換； 3)三維模型與二維圖紙完全一致； 4)不同項(xiàng)目中能積累和重復(fù)使用。

表3 三中心文件法的應(yīng)用重點(diǎn)

為滿足上述要求，部品部件的建模應(yīng)采用“獨(dú)立Revit文件+鏈接”的方法：在一個(gè)獨(dú)立的Revit文件中進(jìn)行構(gòu)件的三維建模，通過剖切和注釋形成構(gòu)件加工圖，構(gòu)件的三維模型和加工圖形成一個(gè)部品，如圖10所示，多個(gè)部品文件組成部品庫； 使用時(shí)，通過鏈接的方式載入到項(xiàng)目中心文件中，如圖11所示。部品的具體使用方法詳?shù)?節(jié)。

5.2 部品庫應(yīng)用方式

5.2.1 部品鏈接

部品文件通過“鏈接”的方式載入到主體模型中，進(jìn)行鏈接操作時(shí)，定位方式為“自動(dòng)—原點(diǎn)到原點(diǎn)”。

鏈接后部品被放置在項(xiàng)目原點(diǎn)，在三維視圖中，通過修改面板中的“對齊”命令將鏈接文件移動(dòng)至需要的標(biāo)高，在平面視圖或三維視圖中將部品移動(dòng)至需要的地方。若有多個(gè)地方用到同一個(gè)部品，使用復(fù)制的方法建模。

圖11 部品的使用

5.2.2 部品修改

由于項(xiàng)目是逐漸深入的，鏈接進(jìn)去后的部品可能需要修改或深化(如修改配筋、開設(shè)備洞口等)，因?yàn)樾薷暮蟮牟科穼?shí)際上是一個(gè)新的部品，必須繪制新的詳圖，因此，遇到原部品無法滿足設(shè)計(jì)要求而需要修改的情況，不能在原部品文件中進(jìn)行修改，應(yīng)該復(fù)制出一個(gè)新的部品文件，修改部品文件后重新鏈接到項(xiàng)目中。通常來說，部品的修改可以按如下步驟：

(1)打開部品庫所在的文件夾，選擇最相似的部品，復(fù)制出新的文件，按命名規(guī)則修改文件名；

(2)打開部品文件，修改主體構(gòu)件的族類型名稱，修改成部品文件名(用于鏈接到項(xiàng)目后的注釋，后面詳講)；

(3)按需要修改部品文件；

(4)在項(xiàng)目文件中使用“鏈接”的方法載入該部品，載入后部品在項(xiàng)目原點(diǎn)，將之刪除；

(5)在項(xiàng)目中選擇需要修改的部品，在屬性欄中修改“鏈接的Revit模型”屬性，用此方法可避免鏈接后重新調(diào)整位置。

5.2.3 部品可見性控制與展示

如果在部品庫文件中預(yù)設(shè)好相應(yīng)的視圖，Revit允許鏈接模型在平面或三維中顯示部品庫文件中預(yù)設(shè)好的視圖，從而實(shí)現(xiàn)部品的可見性控制。具體方法為：在可見性設(shè)置中將鏈接文件的“顯示設(shè)置”選為“按鏈接視圖”，在下拉菜單中選擇相應(yīng)的視圖。通過該方法，部品庫鏈接到項(xiàng)目文件中之后，可由用戶自由選擇是否只顯示部品庫中某些構(gòu)件，如鋼筋可選擇：全不顯示、只顯示某些構(gòu)件的鋼筋、顯示全部構(gòu)件的鋼筋?？梢娦钥刂品椒蓞f(xié)助項(xiàng)目文件的BIM展示，如展示全部鋼筋(圖12)、展示預(yù)制件鋼筋(圖13)、展示某個(gè)預(yù)制構(gòu)件內(nèi)的鋼筋(圖14)或進(jìn)行節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼筋展示(圖15)。

圖12 展示全部鋼筋 圖13 只展示預(yù)制部分鋼筋

圖14 展示預(yù)制構(gòu)件的鋼筋 圖15 節(jié)點(diǎn)區(qū)展示

5.3 部品庫優(yōu)缺點(diǎn)

采用本文方法實(shí)現(xiàn)的部品庫主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)實(shí)現(xiàn)模型輕量化

鏈接進(jìn)來的模型不增加項(xiàng)目文件的大小。部品中雖然攜帶鋼筋，但可通過切換鏈接文件的視圖樣式自由切換每個(gè)部品的鋼筋顯示和消隱，因此不會(huì)影響圖形顯示速度。

(2)實(shí)現(xiàn)構(gòu)件詳圖與三維模型統(tǒng)一

每個(gè)部品庫都是一個(gè)完整的項(xiàng)目文件，通過在項(xiàng)目文件中建立“圖紙”，直接將構(gòu)件詳圖集成到部品庫中。二維的構(gòu)件詳圖是通過三維模型剖切后添加注釋信息得到的，可以實(shí)現(xiàn)構(gòu)件詳圖與三維模型統(tǒng)一。

(3)可積累性

每個(gè)部品庫文件其實(shí)就是一種類型的構(gòu)件詳圖，擁有某個(gè)部品的完整信息，并且與具體工程項(xiàng)目相獨(dú)立，可隨工程實(shí)踐積累部品庫，前期工作可在后續(xù)的工程中繼續(xù)發(fā)揮價(jià)值。

采用本文方法實(shí)現(xiàn)的部品庫仍有以下待解決問題，需要通過后續(xù)開發(fā)和研究進(jìn)行改進(jìn)：

(1)部品庫管理和保密問題

部品庫文件為普通rvt格式文件，Revit本身沒有配套的文件管理系統(tǒng)，需要用戶自行管理部品庫文件，并且部品庫文件也沒有保密的機(jī)制。

(2)模型打開時(shí)速度慢

如果在項(xiàng)目中鏈接了大量的外部文件，打開模型時(shí)由于需要將鏈接文件載入，因此花的時(shí)間會(huì)比較長。

6 經(jīng)濟(jì)效益分析

6.1 費(fèi)用組成

建筑工程建安工程造價(jià)是由直接費(fèi)、間接費(fèi)、利潤、稅金組成，具體比例詳見圖16。間接費(fèi)主要為企業(yè)管理費(fèi)和規(guī)費(fèi)。企業(yè)管理費(fèi)和利潤根據(jù)企業(yè)自身情況而變化。規(guī)費(fèi)和稅金是根據(jù)項(xiàng)目所在地的相關(guān)政策計(jì)算，為不可競爭費(fèi)用。直接費(fèi)是由人工費(fèi)、材料費(fèi)、機(jī)械費(fèi)、措施費(fèi)組成，具體比例詳見圖17。現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)工程，材料費(fèi)約占土建建安工程造價(jià)的55%～60%。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程，其材料費(fèi)占比更高。因此，影響裝配式建筑造價(jià)的主要因素是預(yù)制構(gòu)件材料費(fèi)。

圖16 建安費(fèi)組成 圖17 直接費(fèi)組成

預(yù)制構(gòu)件材料費(fèi)是由構(gòu)件生產(chǎn)費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)組成。構(gòu)件生產(chǎn)費(fèi)包含原材料費(fèi)(水泥、石子、砂、鋼筋等)、建設(shè)工廠費(fèi)、模具攤銷費(fèi)、工廠設(shè)備攤銷費(fèi)、生產(chǎn)人工費(fèi)、生產(chǎn)使用水電費(fèi)、廠商利潤及稅金等組成。運(yùn)輸費(fèi)包含預(yù)制構(gòu)件從生產(chǎn)工廠運(yùn)輸?shù)巾?xiàng)目工地現(xiàn)場的運(yùn)輸費(fèi)用。預(yù)制構(gòu)件購買原材料費(fèi)與現(xiàn)澆混凝土原材料費(fèi)相同。為生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件，工廠需要在前期投入大量資金建設(shè)工廠、制作模具、購買生產(chǎn)設(shè)備。因此，影響預(yù)制構(gòu)件材料費(fèi)的主要因素是建設(shè)工廠費(fèi)、模具費(fèi)和工廠設(shè)備費(fèi)。一般預(yù)制廠按照產(chǎn)能需要先行投資500～1000元/m3，全部要攤銷在預(yù)制構(gòu)件價(jià)格之中。

6.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

以廣州市某保障性住房項(xiàng)目(圖18)為例，通過計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)層工程量，分析不同預(yù)制構(gòu)件組合的造價(jià)差異。該項(xiàng)目為兩梯六戶住宅工程，標(biāo)準(zhǔn)層建筑面積452.26m2。當(dāng)樓梯、陽臺板、空調(diào)板、樓板、內(nèi)隔墻、梁、外墻、柱、剪力墻等構(gòu)件分別采用預(yù)制構(gòu)件的情況下，計(jì)算項(xiàng)目的預(yù)制率以及增加的單方造價(jià)，詳見表4。

圖18 廣州市某保障性住房標(biāo)準(zhǔn)層

序號預(yù)制構(gòu)件名稱砼工程量(m3)預(yù)制率(%)增加造價(jià)(元/m2)1樓梯2.962.073.172陽臺板5.323.8019.103空調(diào)板0.590.422.124樓板45.15415.7968.275內(nèi)隔墻41.67622.57311.586梁20.73814.5182.217外墻31.87618.23240.708剪力墻68.21647.71292.54合計(jì)216.527

表4為當(dāng)僅僅是某一種構(gòu)件采用預(yù)制的情況下，所對應(yīng)的預(yù)制率及增加造價(jià)。如樓梯構(gòu)件為預(yù)制構(gòu)件時(shí)，則內(nèi)外墻均按砌筑墻體考慮； 內(nèi)隔墻為預(yù)制構(gòu)件時(shí)，則內(nèi)隔墻為預(yù)制砼構(gòu)件。

對應(yīng)某一個(gè)預(yù)制率，都可以有多種不同的預(yù)制構(gòu)件組合形式，每種組合形式的造價(jià)不同。在目前的技術(shù)條件和技術(shù)成熟度下，先考慮結(jié)構(gòu)安全性和施工方便性再考慮造價(jià)，則預(yù)制構(gòu)件的選取順序應(yīng)為：先選擇樓梯、陽臺板、空調(diào)板構(gòu)件，然后選擇樓板和內(nèi)隔墻構(gòu)件，最后選擇梁和外墻板構(gòu)件。結(jié)合上表，通過對15%、20%、30%、45%、60%五種預(yù)制率進(jìn)行分析，得到不同組合下增加的造價(jià)(以下數(shù)據(jù)對應(yīng)于圖18所示項(xiàng)目)。分析表明：

預(yù)制率15%情況下，最經(jīng)濟(jì)方案為樓板采用預(yù)制構(gòu)件，其余采用現(xiàn)場澆筑，每平方米造價(jià)增加68元。

預(yù)制率20%情況下，最經(jīng)濟(jì)方案為樓板、空調(diào)板、陽臺板采用預(yù)制構(gòu)件，其余采用現(xiàn)場澆筑，每平方米造價(jià)增加89元。

預(yù)制率30%情況下，最經(jīng)濟(jì)方案為梁、樓板采用預(yù)制構(gòu)件，其余采用現(xiàn)場澆筑，每平方米造價(jià)增加150元。但按照預(yù)制構(gòu)件選取順序，則以樓板、空調(diào)板、陽臺板、內(nèi)隔墻采用預(yù)制構(gòu)件最為合適，每平方米造價(jià)將至少增加336元。

預(yù)制率45%情況下，最經(jīng)濟(jì)方案為外墻、梁、樓板、空調(diào)板、樓梯采用預(yù)制構(gòu)件，其余采用現(xiàn)場澆筑，每平方米造價(jià)增加394元。但按照預(yù)制構(gòu)件選取順序，則以梁、樓板、內(nèi)隔墻采用預(yù)制構(gòu)件最為合適，則每平方米造價(jià)將至少增加462元。

為使預(yù)制率達(dá)到60%，則需要外墻、內(nèi)隔墻、梁、樓板、空調(diào)板、陽臺板、樓梯均采用預(yù)制構(gòu)件，剪力墻采用現(xiàn)場澆筑，每平方米造價(jià)增加727元。

7 輔助設(shè)計(jì)軟件開發(fā)

7.1 預(yù)制率和裝配率計(jì)算軟件

預(yù)制率和裝配率是影響裝配式建筑方案比選的一個(gè)重要指標(biāo)。Revit可自動(dòng)生成構(gòu)件相關(guān)明細(xì)表，根據(jù)明細(xì)表工程量來編制預(yù)制率計(jì)算書。一般以標(biāo)準(zhǔn)層為單位，分層計(jì)算。圖19、圖20是Revit生成的疊合板混凝土量明細(xì)表和通過Excel制作的預(yù)制率計(jì)算表格。

圖19 疊合板混凝土量明細(xì)表

圖20 預(yù)制率計(jì)算表格

上述方法是常用的預(yù)制率計(jì)算方法，根據(jù)上述邏輯，作者開發(fā)了能簡便的計(jì)算出預(yù)制率的Revit插件：裝配式建筑預(yù)制率及裝配率計(jì)算模塊，可實(shí)現(xiàn)一鍵計(jì)算出預(yù)制率結(jié)果，特別適合方案階段的預(yù)制率計(jì)算。

預(yù)制率根據(jù)預(yù)制混凝土構(gòu)件占所有混凝土構(gòu)件的比例進(jìn)行計(jì)算，裝配率根據(jù)《裝配式建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T51129-2017)進(jìn)行計(jì)算，程序界面如圖21所示，預(yù)制率和裝配率計(jì)算結(jié)果顯示界面如圖22、圖23所示。

圖21 裝配式建筑預(yù)制率及裝配率計(jì)算軟件

7.2 裝配式建筑輔助設(shè)計(jì)軟件

為了解決裝配式建筑設(shè)計(jì)過程中遇到的實(shí)際問題，作者開發(fā)了裝配式建筑輔助設(shè)計(jì)軟件。軟件包含4個(gè)模塊：結(jié)構(gòu)拆分輔助模塊、裝配式建筑構(gòu)件深化設(shè)計(jì)輔助模塊、梁平法快速成圖模塊、裝配式建筑節(jié)點(diǎn)驗(yàn)算模塊。

結(jié)構(gòu)拆分輔助模塊可用于結(jié)構(gòu)梁拆分、剪力墻拆分和結(jié)構(gòu)板拆分。其中，梁拆分參數(shù)設(shè)置界面如圖24所示，生成拆分梁的效果圖如圖25所示。

圖22 預(yù)制率模塊一鍵計(jì)算結(jié)果

圖23 裝配率模塊計(jì)算結(jié)果

圖24 梁拆分參數(shù)設(shè)置界面

裝配式建筑節(jié)點(diǎn)驗(yàn)算模塊用于裝配式建筑節(jié)點(diǎn)的力學(xué)驗(yàn)算，分為“塑性板驗(yàn)算”、“剪力墻接縫驗(yàn)算”、“預(yù)制梁吊裝驗(yàn)算”、“外掛墻板驗(yàn)算”、“疊合梁端豎向接縫驗(yàn)算”和“疊合板接縫驗(yàn)算”等6個(gè)功能，程序界面如圖26、圖27所示。

裝配式建筑構(gòu)件深化設(shè)計(jì)輔助模塊、梁平法快速成圖模塊詳見文獻(xiàn)[6]、文獻(xiàn)[7]。

圖25 生成拆分后的梁

圖26 節(jié)點(diǎn)驗(yàn)算模塊界面

圖27 塑性板驗(yàn)算界面

8 小結(jié)

本文根據(jù)實(shí)際工作需要，對裝配式高層住宅設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究。通過對協(xié)同設(shè)計(jì)方法的研究，提出了多專業(yè)協(xié)同時(shí)模型的架構(gòu)形式和協(xié)同過程中的提資方法，構(gòu)建了基于互聯(lián)網(wǎng)的管理系統(tǒng)GDAD-PCMIS，解決多方協(xié)同的難題； 通過對裝配式建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和構(gòu)件拆分中的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行研究，為裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)提供實(shí)用性建議； 通過對裝配式建筑基于BIM的設(shè)計(jì)樣板、建模方法進(jìn)行研究，提出一套實(shí)用化的BIM正向設(shè)計(jì)方法，為讀者從事裝配式建筑設(shè)計(jì)提供參考； 通過對Revit功能的研究，提出一套基于Revit鏈接功能的部品建模及使用方法，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件詳圖與三維模型統(tǒng)一，并具有可積累性； 通過對裝配式建筑費(fèi)用組成的分析，探討不同預(yù)制構(gòu)件組合對經(jīng)濟(jì)效益的影響； 通過二次開發(fā)技術(shù)結(jié)合實(shí)際需求，開發(fā)預(yù)制率和裝配率計(jì)算軟件等輔助軟件，提升裝配式高層住宅的設(shè)計(jì)效率。

鳴謝：廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院賴鴻立、蔡鳳維、吳桂廣、張偉銳、陳少偉等工程師也參與了本文的研究工作，在此一并致以誠摯的謝意。

參考文獻(xiàn)

[1] 中投顧問產(chǎn)業(yè)研究中心.2017～2021年中國裝配式建筑行業(yè)深度調(diào)研及投資前景預(yù)測報(bào)告[M].中投顧問產(chǎn)業(yè)與政策研究中心， 2017.

[2] 楊新， 焦柯.基于BIM的裝配式建筑協(xié)同管理系統(tǒng)GDAD-PCMIS的研發(fā)及應(yīng)用[J].土木建筑工程信息技術(shù)， 2017, 9(3): 18-24.

[3] 黃高松． 裝配式高層住宅立面設(shè)計(jì)研究[J]．建材與裝飾， 2017， 12： 74-75.

[4] 趙中宇. 建筑工業(yè)化的設(shè)計(jì)要點(diǎn)與技術(shù)創(chuàng)新(建筑工業(yè)化和節(jié)能一體化設(shè)計(jì)學(xué)術(shù)交流會(huì)).北京， 2015.05.

[5] 袁輝， 陳劍佳，焦柯．灌漿套筒連接預(yù)制剪力墻有限元分析[J]．廣東土木與建筑．2017， 5： 9-13.

[6] 羅遠(yuǎn)峰， 焦柯.基于Revit的裝配式建筑構(gòu)件參數(shù)化鋼筋建模方法研究與應(yīng)用[J].土木建筑工程信息技術(shù)， 2017, 9(4): 41-45.

[7] 陳劍佳， 焦柯.基于Revit的梁平法快速成圖方法及輔助軟件[J].土木建筑工程信息技術(shù)， 2017, 9(3): 74-78.