時(shí) 銘 凌福寧 李明川
山東恒信建筑設(shè)計(jì)有限公司
現(xiàn)如今,人們對(duì)建筑各方面的要求正越來越高,傳統(tǒng)建筑顯然已經(jīng)無法再完全滿足人們的要求,一些新的建筑形式正逐漸應(yīng)運(yùn)而生,裝配式建筑就是其中之一。裝配式建筑不但改善了傳統(tǒng)建筑施工速度慢、效率低等缺點(diǎn),同時(shí)還能夠有效保障建筑質(zhì)量與性能,但相應(yīng)的,裝配式建筑對(duì)方案設(shè)計(jì)的要求也更高。通過以裝配率為導(dǎo)向,可以對(duì)裝配式建筑方案設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。在過去的相關(guān)研究中,雖然也會(huì)涉及一些關(guān)于裝配率的概念,但卻不能充分體現(xiàn)出裝配率的導(dǎo)向性作用,因此本文基于BIM 技術(shù)和Dynamo 參數(shù)化平臺(tái)對(duì)以裝配率為導(dǎo)向的裝配式建筑方案設(shè)計(jì)優(yōu)化進(jìn)行了研究,僅供參考。
2.1.1 裝配率的概念及裝配式建筑的標(biāo)準(zhǔn)
GB/T 51129—2017《裝配式建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》整合了構(gòu)件預(yù)制率和部品裝配率等概念,將以往的預(yù)制率、預(yù)制裝配率以及裝配化率等概念統(tǒng)一用“裝配率”來形容。具體來說,裝配率指的是:?jiǎn)误w建筑室外地坪以上的主體、圍護(hù)及內(nèi)隔墻、裝修管線、設(shè)備管線等應(yīng)用預(yù)制部品部件的綜合比例。同時(shí),在《裝配式建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中還明確了裝配式建筑的最低準(zhǔn)入門檻,即:裝配率≥50%、采用全裝修及主體結(jié)構(gòu)部分的評(píng)價(jià)分值≥20 分、圍護(hù)及內(nèi)隔墻部分的評(píng)價(jià)分值≥10分。另外按照裝配率進(jìn)行劃分,可以將裝配式建筑分為三級(jí):A 級(jí)的裝配率在60%~75%、AA 級(jí)的裝配率在76%~90%、AAA級(jí)的裝配率在91%及以上。
2.1.2 裝配式建筑的設(shè)計(jì)程序
一般情況下,裝配式建筑的設(shè)計(jì)程序主要分為以下三個(gè)階段:(1)方案設(shè)計(jì)階段:從戶型和標(biāo)準(zhǔn)層的設(shè)計(jì)、構(gòu)件拆分原則的確定、PC的布置方案等入手進(jìn)行裝配式建筑的方案設(shè)計(jì);(2)初步設(shè)計(jì)階段:對(duì)預(yù)制構(gòu)件的類型及尺寸等進(jìn)行合理的選擇;(3)施工圖設(shè)計(jì)階段:對(duì)PC 構(gòu)件進(jìn)行深化設(shè)計(jì),對(duì)設(shè)計(jì)信息進(jìn)行擴(kuò)展。
2.1.3 預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)的優(yōu)先次序
按照建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類,裝配式建筑可分為框架結(jié)構(gòu)裝配式建筑、剪力墻結(jié)構(gòu)裝配式建筑、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)裝配式建筑、框架-核心筒結(jié)構(gòu)裝配式建筑這四種類型,而其中的預(yù)制部件則主要包括預(yù)制剪力墻、預(yù)制柱、預(yù)制梁、預(yù)制外掛墻板、預(yù)制疊合板、預(yù)制樓梯、預(yù)制陽臺(tái)及預(yù)制空調(diào)板等等。以某剪力墻結(jié)構(gòu)裝配式建筑工程為例,由于其主體結(jié)構(gòu)的占比較大,裝配率貢獻(xiàn)度較高的為預(yù)制梁、預(yù)制疊合板、預(yù)制非承重外圍護(hù)墻等預(yù)制部件,其次為預(yù)制承重墻,而一些次要結(jié)構(gòu)的受力構(gòu)件的裝配率貢獻(xiàn)度較小,所以在該工程的構(gòu)件選擇中,不但要考慮到構(gòu)件占比問題,還要充分考慮到預(yù)制構(gòu)架的制作方法、施工工藝及安裝工藝等的特點(diǎn),所以最終的預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)次序?yàn)椋侯A(yù)制樓梯、預(yù)制陽臺(tái)及預(yù)制空調(diào)板等次要結(jié)構(gòu)的受力構(gòu)件→預(yù)制梁和預(yù)制疊合板→預(yù)制非承重外圍護(hù)墻→預(yù)制承重墻→預(yù)制柱→預(yù)制內(nèi)隔墻。此外,若該工程要求達(dá)到A 級(jí)及以上,則還應(yīng)滿足PC 構(gòu)件的最低要求。
構(gòu)件拆分是裝配式建筑方案設(shè)計(jì)的一項(xiàng)關(guān)鍵環(huán)節(jié),目前主要是應(yīng)用一些相關(guān)插件對(duì)PC構(gòu)件進(jìn)行拆分,如Structural Precast for refit 插件。該插件能夠根據(jù)拆分原則設(shè)定的拆分條件,對(duì)結(jié)構(gòu)樓板、基礎(chǔ)底板、結(jié)構(gòu)墻體等進(jìn)行有效的分割,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的分塊設(shè)計(jì)。另外在實(shí)際構(gòu)件拆分過程中還要綜合考慮裝配式建筑工程的實(shí)際情況。
先根據(jù)上述構(gòu)件拆分原則預(yù)先將預(yù)制構(gòu)件確定好,然后應(yīng)用BIM 技術(shù),通過Dynamo 參數(shù)化平臺(tái),對(duì)裝配式建筑方案進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。其具體的設(shè)計(jì)步驟為:第一步:確定及選擇構(gòu)件圖元,通過Dynamo提取模型構(gòu)件參數(shù)信息;第二步:利用相關(guān)比例公式對(duì)各項(xiàng)進(jìn)行評(píng)分,根據(jù)評(píng)分值計(jì)算裝配率;第三步:根據(jù)裝配率評(píng)價(jià)工程等級(jí)。如果裝配率或評(píng)級(jí)等級(jí)未達(dá)標(biāo)的話,則可以應(yīng)用Dynamo參數(shù)化平臺(tái)中的相關(guān)節(jié)點(diǎn)來快速調(diào)整設(shè)計(jì)方案,直至裝配率或評(píng)級(jí)等級(jí)達(dá)標(biāo)為止。
3.2.1 工程概況
某剪力墻結(jié)構(gòu)裝配式住宅建筑工程,共兩層4戶,建筑總面積約570.16m2,設(shè)計(jì)使用年限為50 年,耐火等級(jí)不低于2 級(jí),屋面防水等級(jí)為2級(jí),目標(biāo)裝配率為78%,評(píng)級(jí)等級(jí)為AA級(jí),工程全裝修。
3.2.2 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)
根據(jù)工程的實(shí)際要求進(jìn)行戶型的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。根據(jù)上述構(gòu)件拆分原則及JGJ 1—2014《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定,主要采用預(yù)制剪力墻、預(yù)制疊合板、預(yù)制樓梯等預(yù)制部件。預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)次序?yàn)椋侯A(yù)制樓梯、預(yù)制非承重外圍護(hù)墻、預(yù)制疊合板、預(yù)制內(nèi)墻、預(yù)制剪力墻。
3.2.3 裝配率計(jì)算及方案優(yōu)化
應(yīng)用Structural Precast for refit 插件進(jìn)行構(gòu)件拆分,在樓梯、非承重外圍護(hù)墻、疊合板、內(nèi)墻、剪力墻等構(gòu)件分別采用預(yù)制構(gòu)件的情況下,通過Dynamo 參數(shù)化平臺(tái)及相關(guān)計(jì)算規(guī)則,對(duì)預(yù)制部件的應(yīng)用比例進(jìn)行計(jì)算,得出:預(yù)制墻板58.11%、預(yù)制疊合板60.50%、預(yù)制樓梯2.20%、預(yù)制非承重外圍護(hù)墻100.00%。再通過python 評(píng)分公式對(duì)各項(xiàng)進(jìn)行評(píng)分,得出裝配率為58.80%。但是該工程的目標(biāo)裝配率為78%,所以需要對(duì)其設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。通過可滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)Number Slider,根據(jù)預(yù)制構(gòu)件的權(quán)重比例對(duì)其應(yīng)用比例進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,最終達(dá)到了78%的裝配率。
本文設(shè)計(jì)了一種通過BIM 技術(shù)和Dynamo 參數(shù)化平臺(tái)對(duì)以裝配率為導(dǎo)向的裝配式建筑方案進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法,并對(duì)該方法進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用,達(dá)到了裝配式建筑工程的目標(biāo)裝配率,說明該方法具有可行性,值得推廣。