謝本飛

（福州桂武置業(yè)有限公司，福建 福州 350011）

0 引言

中國作為世界最大的建筑市場，建筑業(yè)面臨諸多問題：人口紅利消失、建造成本不斷增加、建筑垃圾引起污染、工業(yè)化程度低、施工質(zhì)量難以保證等，因此對建筑產(chǎn)業(yè)鏈進行全新升級成為必然趨勢。工業(yè)4.0是由人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、智能制造等新技術(shù)引領(lǐng)的重大改革，改變了整個建筑行業(yè)，使其以數(shù)字化、智能化的方式得以重新塑造。

隨著我國對建筑工業(yè)化的推廣，各地紛紛出臺了推進裝配式建筑發(fā)展的相關(guān)政策，各類裝配式建筑項目陸續(xù)在全國落地。裝配式建筑是指用預制的構(gòu)件在工地裝配而成的建筑，因其工業(yè)化的建造方式，近年得到大力推廣。由于預制構(gòu)件在工廠生產(chǎn)、現(xiàn)場拼裝，具有施工現(xiàn)場作業(yè)量少、建筑垃圾和揚塵污染少、受氣候條件制約小、施工周期短等優(yōu)點。

裝配式建筑作為完成我國建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要抓手，迎來了爆發(fā)式發(fā)展的窗口期。但由于裝配式建筑尚未形成成熟的產(chǎn)業(yè)鏈、相關(guān)標準和技術(shù)人員的缺失，現(xiàn)階段的建造和管理方式無法跟上裝配式建筑高速發(fā)展，導致裝配式建筑不僅沒有發(fā)揮其應有的優(yōu)越性，還暴露出諸多建造問題。其中大部分問題均可在設(shè)計、生產(chǎn)、施工階段解決，所以亟需對現(xiàn)階段建造和管理方式進行升級改造，尋找可提高裝配式建筑建造效率的可行性方案，為裝配式建筑發(fā)展所面臨的問題提供解決思路。

1 裝配式建筑建造效率影響因素分析

1.1 裝配式建筑設(shè)計標準化水平低

一體化標準設(shè)計是裝配式建筑的設(shè)計特點，為實現(xiàn)最優(yōu)的設(shè)計方案，各專業(yè)之間需相互融合、協(xié)調(diào)，以確保在施工及吊裝階段順利進行。然而，當前大部分設(shè)計單元依舊延續(xù)傳統(tǒng)設(shè)計理念：（1）設(shè)計方案采用的是先現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)設(shè)計，再拆分成裝配式構(gòu)件的模式，沒有考慮各專業(yè)之間的協(xié)同集成設(shè)計，與協(xié)同設(shè)計背道而馳。（2）裝配式建筑部品部件互換能力低，無法滿足不同項目同類型建筑采用規(guī)格化的部品部件的需求，標準化、通用化設(shè)計難以實現(xiàn)，大大增加了預制構(gòu)件的模具成本，降低了預制工廠的生產(chǎn)效率，延長生產(chǎn)周期。

1.2 施工整體水平不高

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的預制構(gòu)件節(jié)點連接主要是指梁與板、梁與柱、柱與柱之間的連接，為保證后澆區(qū)域的鋼筋錨固及相鄰構(gòu)件的連接，其連接區(qū)域通常相對復雜。連接質(zhì)量的好壞成為影響結(jié)構(gòu)整體性、穩(wěn)定性及承載力的關(guān)鍵。通過國內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，若節(jié)點連接性能出現(xiàn)問題，輕則導致開裂、滲漏，重則影響構(gòu)件之間的傳力，導致構(gòu)件偏移、整體倒塌，引發(fā)安全性問題。

在進行結(jié)構(gòu)拆分設(shè)計時，應首要保證受力合理，遵循抗震設(shè)計規(guī)范中的強連接、弱構(gòu)件原則，在遵循合理耗能機制的前提下，盡量避免發(fā)生破壞的薄弱部位出現(xiàn)于節(jié)點連接區(qū)域。其次應滿足制作、施工的要求，降低運輸和吊裝難度，保證施工的便利性和可靠性。

干連接和濕連接是裝配式結(jié)構(gòu)節(jié)點連接的主要形式，其中干連接是通過預制構(gòu)件中埋設(shè)的鋼筋、螺栓等進行連接，受傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的設(shè)計理念影響，目前國內(nèi)市場對干連接形式應用較少。濕連接是在節(jié)點處后澆區(qū)域澆筑混凝土連接。但在實際項目中，由于混凝土配比不當、流動性不足，或現(xiàn)場施工人員技術(shù)水平不穩(wěn)定等因素，常常影響連接效果，留下安全隱患。而節(jié)點區(qū)域在澆筑后，不僅無法檢驗連接內(nèi)部質(zhì)量問題，也很難進一步整改，在工程應用上存在一定局限性。目前研究和應用均表明需進一步改善節(jié)點連接區(qū)域，提高預制構(gòu)件連接的穩(wěn)定性，加快安裝速度。

1.3 缺乏全生命周期思維

裝配式建筑項目從前期策劃、方案設(shè)計、工程建設(shè)再到竣工，都需要參建各方的全過程協(xié)同管理。在傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)模式下，設(shè)計階段和建造階段相對獨立，若設(shè)計圖紙出現(xiàn)錯誤或遺漏，可以通過圖紙變更進行完善或修改，對施工進度及質(zhì)量影響較小。但裝配式建筑項目需要設(shè)計單位具備全生命周期的思維模式，摒棄設(shè)計僅是完成施工圖紙的慣性思維，設(shè)計應是貫穿部品部件生產(chǎn)、安裝的全過程。一方面，設(shè)計進度和圖紙內(nèi)容的完整性直接影響了預制廠的生產(chǎn)效率和施工現(xiàn)場的安裝精度、質(zhì)量；另一方面，設(shè)計圖紙錯誤或設(shè)計缺陷將嚴重影響整個裝配式建筑項目的進程，導致出現(xiàn)生產(chǎn)的部品部件運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場無法安裝、接口不吻合等情況，甚至可能產(chǎn)生嚴重質(zhì)量問題及高昂的返工成本。因此，設(shè)計階段更需要以建筑全生命周期的思維去統(tǒng)籌整個項目，不僅考慮建筑方案、結(jié)構(gòu)受力，更應為制造和安裝而設(shè)計。

1.4 信息化應用水平亟待提升

伴隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，建筑信息數(shù)字化表達——建筑信息模型（BIM）應運而生，通過實時的信息共享為項目各方?jīng)Q策提供可靠的基礎(chǔ)，但這項高效的技術(shù)工具卻沒有得到充分的應用。雖然近年來出臺了許多政策推廣BIM技術(shù)，但多數(shù)項目對BIM技術(shù)的應用仍停留在翻模階段，即先完成建筑和結(jié)構(gòu)施工圖，再進行建筑信息模型創(chuàng)建。由于建筑信息模型精度不高，無法貫穿全部建設(shè)環(huán)節(jié)，達到各階段的信息共享。同時，大多數(shù)建筑施工單位雖有信息化意識，但由于缺乏經(jīng)驗，缺少信息技術(shù)的專業(yè)人才，其應用水平仍停留在探索階段。如何更好地在裝配式建筑建造全過程中充分發(fā)揮BIM技術(shù)，加強與裝配式建筑的融合，提升信息化管理水平是當前需要重點改進的問題。

2 提高裝配式建筑建造效率的對策

2.1 提高裝配式建筑設(shè)計標準化水平

標準化設(shè)計是指按照通用化、模數(shù)化、標準化的要求，以少規(guī)格、多組合的原則，實現(xiàn)建筑及部品部件的系列化和多樣化。預制構(gòu)件的設(shè)計一方面要滿足建筑設(shè)計，另一方面應便于構(gòu)件加工生產(chǎn)及現(xiàn)場安裝[1]。因此在裝配式建筑設(shè)計初期，應重點分析各方的需求，注重設(shè)計的協(xié)調(diào)性，確保形成切實可行的標準化設(shè)計路徑。在設(shè)計過程中，遵循標準化原則，將功能空間預設(shè)為不同的平面形態(tài)、格局等，使之形成特定的模數(shù)和組合規(guī)則，從而實現(xiàn)不同功能要求與設(shè)計標準的模塊化組合。通過優(yōu)化戶型，減少建筑構(gòu)件種類，提高構(gòu)件的通用性。實現(xiàn)建筑功能空間模塊化、構(gòu)配件族系化、設(shè)備系統(tǒng)標準化和裝飾裝修可選化。

2.2 以EPC模式聯(lián)通裝配式建筑產(chǎn)業(yè)鏈

傳統(tǒng)建造管理模式是建設(shè)單位與設(shè)計、生產(chǎn)、施工單位分別簽訂合同，但這種分離式的管理模式無法滿足裝配式建筑建造過程的整體協(xié)調(diào)要求。EPC工程總承包管理模式是由承包聯(lián)合體對工程項目建設(shè)的設(shè)計、采購、施工等全過程進行統(tǒng)籌管理[2]。針對裝配式建筑工程項目產(chǎn)業(yè)鏈中設(shè)計、施工、生產(chǎn)等部門不能協(xié)調(diào)發(fā)揮作用等問題，工程總承包作為統(tǒng)籌方全程參與項目的各個環(huán)節(jié)，提高溝通效率，打破各部門信息壁壘。全過程貫徹精益化的建造方式，保證各階段工作的有序銜接，避免裝配式建筑設(shè)計與生產(chǎn)、施工脫節(jié)的問題，最大限度減少設(shè)計變更次數(shù)，以免出現(xiàn)頻繁返工情況。相比于傳統(tǒng)建造管理過程中項目碎片化的管理方式，EPC模式利用一體化的管理方式降低了建設(shè)成本，縮短了建設(shè)工期。EPC模式能有效整合產(chǎn)業(yè)鏈上下游，為實現(xiàn)標準化設(shè)計、規(guī)范化采購、規(guī)模化制造、精準化裝配打造先進管理平臺。

2.3 選用合理接縫形式，保障施工質(zhì)量

以疊合樓蓋為例，其中桁架鋼筋混凝土疊合板是常用的疊合樓蓋形式，由底板和后澆面層兩部分組成。根據(jù)尺寸和構(gòu)造要求，疊合板分為單向板和雙向板。當采用雙向板設(shè)計時，由整體式接縫將預制板連接成雙向板（如圖1所示）；當采用單向板設(shè)計時，板側(cè)采用分離式接縫（如圖2所示）。

圖1 雙向板接縫構(gòu)造大樣

圖2 單向板接縫構(gòu)造大樣

根據(jù)對施工現(xiàn)場的走訪調(diào)查，分離式接縫容易出現(xiàn)以下問題：（1）板縫寬度控制不到位，泡棉填塞不夠緊密，或受混凝土澆筑與振搗的影響，從而導致漏漿現(xiàn)象，影響外觀；（2）對預制底板下方的模板支撐要求高，若標高控制不當易造成拼縫處出現(xiàn)高差（如圖3所示），產(chǎn)生裂縫；（3）需對接縫處的填縫進行專門處理，施工工藝要求高。

圖3 分離式接縫做法

基于以上因素，為保障施工質(zhì)量，建議疊合板接縫處采用整體式接縫構(gòu)造，保證樓板的整體受力性能、避免接縫處出現(xiàn)裂縫，保證施工質(zhì)量，施工過程如圖4所示。

圖4 整體式接縫做法

2.4 利用信息化技術(shù)，提高建造效率

BIM技術(shù)作為串聯(lián)裝配式建筑建造過程的信息集成主線，從技術(shù)和組織兩個方面提高項目管理效率，實現(xiàn)項目各方主體的高效協(xié)同工作[3]。BIM技術(shù)的主要軟件包括三維建模、檢測分析、協(xié)同管理和運營維護等。

首先由設(shè)計部門通過BIM技術(shù)進行正向設(shè)計、建立模型，常用的軟件包括Revit、Tekla、PCMaker、YJK等；利用Lumoin、3DMax等軟件進行三維渲染、模型展示，業(yè)主可通過模型提出相應的優(yōu)化要求，如建筑平面布置、空間布局、內(nèi)外裝修材料品質(zhì)及其效果、室外景觀綠化效果等；聯(lián)合各專業(yè)進行檢測分析，利用Navisworks軟件進行碰撞檢查，特別是機電管線的碰撞檢查，發(fā)現(xiàn)問題進一步修改方案，減少圖紙錯誤；為提升設(shè)計精度，提高建筑品質(zhì)，進行裝配式建筑模型的三維拆分設(shè)計，如圖5所示，并實現(xiàn)對預制構(gòu)件數(shù)量、預制率的精確計算，為生產(chǎn)和施工階段奠定基礎(chǔ)。

圖5 裝配式建筑深化模型

在構(gòu)件生產(chǎn)階段，若僅憑借平面圖紙對復雜的預制構(gòu)件進行加工，可能引起圖紙理解錯誤而導致返工、生產(chǎn)效率低等問題。若采用BIM模型指導構(gòu)件生產(chǎn)，通過可視化的三維效果，可清晰查看構(gòu)件信息，包括預埋件、鋼筋型號、構(gòu)件尺寸等，方便技術(shù)交底避免生產(chǎn)錯誤。結(jié)合信息化生產(chǎn)管理系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)及RFID技術(shù)，提供部品部件生產(chǎn)所需的下料信息、物料清單（BOM）、生產(chǎn)排產(chǎn)、存儲查詢等，可大幅度提高生產(chǎn)效率。

施工前利用Navisworks軟件進行施工模擬，如圖6所示，以減少施工過程的返工，避免造成返工費用和局部停工，按以往結(jié)算審核的經(jīng)驗，該部分費用約占建安工程費的2%～3%；施工階段利用BIM技術(shù)進行協(xié)同管理，如廣聯(lián)達BIM5D管理平臺、Luban Builder、品茗、斯維爾等，在3D模型的基礎(chǔ)上增加進度控制和成本控制，形成5D模型，還能在手機端或網(wǎng)頁端遠程監(jiān)控，查看項目進展情況，對質(zhì)量問題實時跟蹤和管理；運營維護階段，將BIM建筑信息模型數(shù)據(jù)傳輸?shù)紸rchiBUS系統(tǒng)，有效承接各環(huán)節(jié)信息，提高運維效率。

圖6 施工模擬

3 結(jié)束語

裝配式建筑具有建造效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、工業(yè)化程度高等優(yōu)勢，是建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的趨勢。但當前裝配式建筑面臨著設(shè)計標準化水平低、施工整體水平不高、缺乏全生命周期思維、信息化應用水平不高等問題，在管理方法和技術(shù)上仍存在較大不足，亟需得到改善。本文通過分析國內(nèi)裝配式建筑發(fā)展存在的問題，提出升級現(xiàn)有設(shè)計思路，提高裝配式建筑設(shè)計標準化水平，以EPC模式聯(lián)通裝配式建筑建造各環(huán)節(jié)，利用信息化技術(shù)提高管理效率，為助力我國裝配式建筑高質(zhì)量發(fā)展提供思路。