綜合樓裝配式集成化設計研究與應用

陳長林，張宗軍，丁磊

（安徽海龍建筑工業有限公司，安徽 合肥 230601）

1 工程概況

本工程建筑高度22.1m，共五層，為裝配整體式框架結構，采用預制柱、預制梁、超寬預制預應力空心板、預制掛板、預制整體內隔墻、預制一體化裝飾樓地面等。

辦公樓外立面采用玻璃幕墻和掛板組合設計，配以飄逸的鋼結構雨棚，整個建筑體現了現代簡約的風格，充分彰顯了裝配式建筑的優勢，被權威機構認證為國內領先水平。該工程所用預制構件及建筑部品均在工廠制作完成后，運至現場拼裝。主體結構采用預制構件疊合層和框架節點的后澆混凝土實現結構整體式連接，使結構的整體性能等同于現澆結構，結構整體性能優異。

2 集成設計化介紹

對于裝配式建筑的設計而言，由于該類建筑大都由眾多構件通過節點連接而成，故設計之初，不僅僅需要考慮整個建筑的協調性，更要考慮每個構件之間的關聯性，尤其節點、機電之間的空間關聯。因此，裝配式建筑急需一種能夠集成各個專業領域的設計，避免后期因構件的不匹配導致構件無法正常安裝的情況[1]。

相比于裝配式建筑的設計，傳統的施工圖將建筑、結構、機電等單獨拆分開來，每個專業人員負責各自的領域，雖然存在一定的優勢，但是隨著人們對建筑的要求越來越高，建筑的復雜程度與日俱增，這個模式的弊端逐漸顯現，尤其是各個專業的協同，主要存在以下問題：

①精通多專業設計的設計師很少；

②兩個專業交流還停留在語言交流階段，很多問題無法描述清楚；

③機電的預埋件較多，全部都能考慮到并對每一張圖紙進行修改，需要大量的勞動力；

④某些機電的預埋件過大或者過深時，會碰到結構鋼筋，更改結構或者機電成為問題；

如何避免不同專業各預埋件或者構件之間的沖突成為亟待解決的問題[2]。

圖1 構件鋼筋繪制、機電開孔及拼裝

本工程采用集成化設計，運用協同平臺，由各專業人員在該平臺上共同繪制，同時進行，各個專業人員在繪制的同時又能看到其余專業的繪制進度，尤其是結構和結構之間鋼筋的連接位置問題、結構和機電之間的協同問題[3]；如圖1所示，在單個構件中繪制鋼筋和機電開孔位置，然后進行核對，檢查結構機電碰撞問題，之后將各個構件進行預拼裝，核對構件節點間鋼筋排布問題，最大程度的解決了設計的“錯、漏、碰、缺”等問題，提升了設計的效率[3]。

本工程運用集成化設計，配合綠色環保理念，研發纖維清水混凝土掛板、混凝土畫裝飾掛板和硅膠模裝飾掛板，利用固廢材料作為建筑外圍護的裝飾，實現綠色環保、裝飾美觀的效果。改進GRC模殼結構柱生產工藝，解決生產過程占地面積大的問題，減少模板損耗和現場綁扎鋼筋，實現了預制構件裝飾一體化，避免裝修二次進場，有利于推進建筑全裝修。如圖2、圖3所示。

圖2 混凝土畫裝飾掛板立面效果

圖3 裝飾一體化GRC模殼結構柱中庭效果

3 構件庫的建立

由于裝配式建筑由各個構件通過節點連接及與生俱來標準化的因素，所以建立健全一個標準化的構件庫就顯得尤為重要。如圖4所示，該辦公樓中多數構件的設計用到了構件庫中原有的構件，在此基礎上進行修改深化即可使用，對于該辦公樓中的特殊構件需要重新繪制，可放置于構件庫中，予以備用。在此種模式下，隨著構件庫的不斷豐富，設計人員得到解放，極大的提升了設計效率[4]。

圖4 構件庫

4 辦公樓集成設計的運用案例

如圖5、圖6所示，利用revit軟件，構建協同平臺，在整體結構的基礎上，進行建筑物復雜管線的繪制，其中管線的排布走向、預留孔洞、架設高度等都需要結構的配合，裝配式建筑的特性決定了其在施工過程中是無法改變這些構件原有的尺寸和管線原有位置，尤其孔洞的位置等，須在構件設計之初進行各專業的協同作業，達到最終的集成設計，做到各專業在分工明確的同時又能相互協調，此時，設計的集成化優勢就顯示出來了。

相比于傳統的圖紙繪制，將各專業的順序繪制改為同步進行，達到信息的實時共享，從以往的將二維圖紙翻模成三維模型的工作方式改為直接利用三維模型繪圖，最終導出二維圖紙指導生產施工[5]。

圖5 辦公樓結構模型

圖6 辦公樓機電模型

5 辦公樓的集成管理

辦公樓項目運用BIM技術，以工程三維模型為載體，打造基于BIM技術的工程項目管控系統，解決從立項到竣工交付全過程項目管理。參建各部門（設計、施工、監理、設備供應商）工作通過BIM協同平臺連接起來，形成一個互相連接、互動的信息系統。在BIM平臺上進行合同、進度、質量、安全的管理。并利用物聯網技術，形成虛實結合的項目管控系統。建立以可視化模型為載體，以過程控制原始資料為基礎的文檔控制管理體系，并移交于項目業主和公司內部檔案管理，解決了裝配式建筑管理混亂、信息處理不及時等問題。這種方式改變原有的管理理念、管理方式，推動了建筑企業資源整合及優化，提高了企業的整體效益及綜合競爭力，促進了整個行業的發展[6]。

圖7 BIM協同管理

裝配式建筑集成化設計具有以下優點：

①解決各專業之間、本專業之間各構件碰撞問題；

②為各專業提供一個可協同合作的平臺；

③降低圖紙的錯誤率；

④圖紙完成即可進行建筑的預拼裝，不僅能檢查錯誤，更可以進行建筑物的渲染、漫游、動畫等制作；

⑤從根本上改變目前市場上BIM反推應用，轉化為正向使用BIM技術；

6 總結

隨著現代人對環保、節能、舒適等要求的不斷提升，現代建筑也越來越集成化、復雜化。設計的思路也多元化，故需要集成化設計手段來實現設計的效果，但是集成化設計管理的發展目前也存在一些不足之處：

①集成設計的標準目前并未統一，各參建單位對設計圖紙要求的深度與廣度存在差別；

②各地方標準不一致，導致最后集成設計的成果不能共用；

③設計作為裝配式建筑全生命周期其中的一個環節，遠不能決定整棟建筑建造，應以集成設計為中心，開展裝配式建筑全生命周期的集成化；

④由于工程的復雜性，BIM的集成管理軟件的發展滯后性，不能清晰的反饋出每一個細節，還需要進一步發展。