裝配式建筑施工與優化拆分設計策略淺析

李國

摘 ? 要：在裝配式建筑施工中，拆分設計是其重要內容，然而預制構件的拆分設計會受到建筑、結構、預制生產、運輸等條件的限制，只有充分掌握拆分設計的控制條件，才能實現拆分設計的優化。同時，BIM技術作為拆分設計優化的重要技術手段而在裝配式施工中有更多應用。本文結合裝配式建筑施工特點對拆分設計的相關要點展開分析，并提出了基于BIM技術的拆分設計優化策略，希望對裝配式結構拆分設計有所幫助。

關鍵詞：裝配式建筑;施工;優化;拆分設計

1 ?引言

相較于常規建筑形式，裝配式建筑的建造過程主要分為預制加工、現場裝配以及局部現澆等環節，具有更高的建造效率與節能環保特性。盡管裝配式建筑理論上可適用于各種現澆結構，然而若在方案設計中未能對拆分的細節多加考慮，會對裝配式結構拆分帶來較大的隱患。通常來說，可行性分析是裝配式施工的必要前提，需從建筑條件、裝配式施工技術、節點連接、結構拆分、專業配合等方面綜合分析裝配式施工可達何種預期效果。其中，拆分設計的相關內容對裝配式施工有較大影響，不僅影響構件受力分布，而且關系到工程的施工期限及造價，也是項目結果的決定性因素。同時，拆分設計方案的制定，既要考慮標準、規范、成本因素等約束，還應對其建筑、結構、運輸等控制條件進行綜合分析，掌握拆分設計要點，不斷總結經驗，并充分利用BIM等技術，實現拆分設計的優化。

2 ?裝配式建筑施工與優化拆分設計要點分析

2.1 ?建筑條件

建筑圖紙是裝配式建筑項目的一個重要內容，需要把握好其預制范圍，當涉及到的建筑形體不規則時，需要用到更多的構件，并且這些構件屬于非標準類型，當遇到突發狀況時產生的內力復雜，不建議使用裝配式技術。如果強行使用這種技術會帶來以下幾種不良后果：首先不同構件之間差異明顯，因此需要使用更多的模具，增加建筑成本;然后所需要的構件不易加工制造，在某種程度上加大了施工難度;最后在安裝時涉及到的工序十分復雜，影響施工進度。由此可見，裝配式技術比較適合規則形狀的建筑。在施工過程中用到的構件形狀規范，尺寸標準，比如說梁寬和柱網尺寸等，在考慮建筑布置方式時，優先選用空間易調整、和大進深大開間的方式，洞口、平面和構件等應當嚴格按照規范布置，做到上下對稱、井然有序。另一方面拆分圖紙一定要考慮到現場施工的安全性和可操作性，現場施工的疑難雜癥通常都通過優化技術方案、設計方案來解決，這也是最經濟合理的，但裝配式建筑構件一旦形成就很難更改，這就需要前期對優化拆分設計考慮周全，如飄窗板盡量與墻板一道預制，雖給工廠生產增加難度但給現場施工帶來很多方便，如果后期現場再二次支設飄窗板模板澆筑混凝土不但影響工期，安全也無法保障。

2.2 ?結構條件

在進行結構體系的選擇時，需要考慮抗震設防烈度和最大適用高度，便于進行拆分。比如說，當涉及到剪力墻體系時，通常需要在原有的基礎上降低10m～20m，裝配式建筑與混凝土結構相比，其最大使用高度通常更低。為了改善結構的整體性，需要保證其相關構件之間的連接強度，提高總體結構的承載力和抵抗變形力，降低發生安全事故的概率，在預制構件時，通常會用到以下幾種連接方式：將構件豎向時采用豎向連接或者水平連接的方式，比如在進行鋼件連接時通常就會選用這兩種方式來保證構件之間的連接強度;當構件橫向（水平方向）時，采用疊合的方式進行連接。

在我國比較常見的結構體系是現澆剪力墻，在這種結構體系的基礎上采用裝配式技術，主要是通過灌漿套筒連接技術用于預制剪力墻來實現。在發生地震時，采用灌漿套筒連接技術的建筑連接強度很高，不易塌陷。但是在使用這一技術的過程中，需要保證預制構件的生產質量和所需套筒的可靠性，還需要具備一個相對完善的管理制度，因此對相對應的施工成本也會大幅度增加。從企業長久發展的角度來看，想要保證裝配式建筑工作的順利完成，相關人員一定要對預制構件的連接程度引起重視，需要在原有裝配技術的基礎上不斷完善發展，才能夠有效控制施工成本。當只需要進行疊合樓板的預制時，不應該出現疊合板切角，應以梁和柱的邊線為參考，互相對齊;當需要同時進行疊合板和疊合梁的預制時，需要避免梁底筋和柱縱筋相互接觸，以梁和柱的軸線為參考，進行居中布置。

2.3 ?生產條件

主要體現在：一是構件廠的距離，在裝配式建筑可行性分析中，運輸距離是重要的成本影響因素，通常構件的運費要控制在其售價的1/10以內，要結合運費及運輸時長，科學確定構件廠的最經濟距離。二是構件廠的生產條件，對于構件拆分來說，預制構件的尺寸是關鍵技術參數，而受構件模臺尺寸的影響，限制了其生產的預制構件尺寸，同時構件的厚度也被養護窯的層高所限制。而模臺的尺寸設計要合理，不能隨意采用加大尺寸的模臺，以免影響預制構件流水生產作業。對于固定模臺來說，因其生產的構件采用自然養護的方式，構件的高度限制不大。通常樓板、墻板等預制構件主要產自流水線作業，而對于樓梯等異形構件則是利用固定模臺。若異形構件仍采取三維立體形式，則會使運輸及制作成本顯著增加，所以要盡量采取二維設計方式，使得異形構建更易于生產與運輸。三是構件的模具，其作為預制混凝土構件的主要載體，要采取標準化、通用化的設計模式，提高構件生產的經濟性。對于特定模具來說，若周轉使用次數過少，則會顯著增加模具成本，這也是因為隨著使用次數增長，模式成本將會被攤薄。

2.4 ?運輸條件

由于裝配式預制構件主要采取工廠生產的方式，預制構件的運輸是重要環節，然后運輸車輛自身條件有限，并且道路運輸管理部門也有明確的規定，這對于可運輸構件的尺寸形成較大限制。對于貨運車輛來說，其車貨總高度要控制在4m以內，其總體長度與寬度也要分別小于18.1m和2.55m，這也是預制構件尺寸的重要限制條件。以疊合樓板為例，當其在車輛上水平放置時，其構件寬度要限制在2.55m以內，而對于豎向運輸的預制墻板，通常來說也不得超出3.1m，這里假設車輛自身高度為0.9m。

2.5 ?吊裝條件

在裝配式建筑施工中，主要通過吊裝的方式對其構件進行安裝，通常預制構件重達1至6噸，而且對于塔吊設備來說，構件安裝的位置的差異性，會對吊裝工作帶來較大難題，需要通過嚴格計算的方式來確定塔吊的型號及位置。首先要分析構件的重量及位置分布情況，分析的對象包括每個預制構件，特別要對最遠、最重的構件進行研究，合理選擇塔吊的臂長，并根據構件與吊鉤重量，計算得出最大總重量;其次要對塔吊的位置進行優選，要結合構件吊裝需要以及周圍建筑、道路等情況，確保其滿足吊裝及安全要求;最后對于塔吊型號的選擇，通常來說要采取正向設計的方式，在掌握構件詳細圖紙的情況下，合理選擇塔吊的型號。若存在盲目選型的情況，會對拆分設計的合理性產生影響，可能發生吊不起的問題，吊裝能力不足會導致吊裝次數的增加，進而對裝配式建筑施工進度產生不利影響。

2.6 ?施工條件

由于裝配式建筑仍處于起步階段，許多傳統施工隊伍沒有裝配式施工經驗，作業的思路和方式也未能改變，而且長期從事傳統建筑，思維固化問題嚴重。在實際裝配式施工中，存在粗放施工的可能性，在灌漿套筒施工過程中，面對鋼筋無法插入套筒的情況，甚至會直接將鋼筋剪斷，在外墻防水企口中，為提高建設效率，有時會通過去除或磨平來解決企口難題。然而如此行為會對裝配式建筑安全帶來極大危害，而且會影響到裝配式結構完整性。因此，裝配式施工單位需要積極構建專業施工團隊，掌握裝配式施工要求，制定統一的作業標準，確保裝配式施工順利進行。在施工環節出現問題，應當及時反饋裝配式結構設計單位，并由其制定解決措施，以免粗放操作對裝配式建筑帶來嚴重危害。

3 ?基于BIM的裝配式建筑拆分設計優化

3.1 ?拆分設計中BIM技術應用優勢

由于裝配式結構較為復雜，傳統的拆分設計方式，存在圖紙多次變更的問題，甚至有時會出現平面圖、立面圖或者剖面圖不一致的問題，而當采用BIM專業軟件（如Revit）進行拆分設計時，可較好的規避上述問題，而且能夠實現裝配式構件參數的實施更新。同時，BIM軟件可實現裝配式建筑的整體設計，能夠滿足拆分設計所有要求。相較于傳統意義上的結構設計方式，BIM技術可使結構專業更早的參與到設計中來，特別是面對較為復雜裝配式結構，管線碰撞的情況得以消除。此外，在實際裝配式結構設計中，BIM模型的構建采用的是族的形式，能夠實現獨立使用，這與拆分設計內容相吻合，而且可以直接用于其他裝配式建筑項目，提高了BIM模型的利用效率?？偟膩碚f，傳統二維圖紙已很難適應復雜裝配式結構設計的要求，其所存在的設計問題也難以及時發現，而BIM技術可有效改善裝配式結構設計的復雜性，拆分設計也得以很好的優化，這對于裝配式施工有很大幫助。

3.2 ?基于Revit的拆分設計流程

（1）拆分前準備工作。裝配式建筑拆分設計前，首要任務是整體模型的構建，并且要以族的形式構建各構件的模型。碰撞檢測也是拆分設計的重要內容。要將各構件的尺寸、材質、鋼筋等數據信息導入到結構模型中去。結合裝配式施工條件，對其預制、現澆等部分進行合理劃分。要結合預制構件的特點，對預制構件族參數進行設定，使其符合裝配式施工現場條件。

（2）模型信息的讀取。在裝配式結構中，預制梁的自動拆分其前提就是模型標準的統一性，借助于Revit軟件，可有效讀取梁的關鍵信息，包括位置、尺寸、材料等數據。首先來說，對于模型標準的確定，應當保證參數及命名標準的一致性，使其符合裝配式工程一貫要求。預制梁的自動拆分功能的實現的基礎就是模型標準的統一。其次是預制梁模型信息的讀取，在Revit軟件中，以參數的形式構建了梁模型，而且借助于VB編程，還能更加高效的獲取模型參數信息，可以獲取其型號、標高、三維坐標等信息。

（3）構件輪廊的拆分。這里選擇拆分設計的對象為預制疊合梁，待該構件模型搭建完成后，拆分設計工作還將面對量尺寸歸并以及疊合梁的布置等問題。通過對疊合梁的長度進行歸并，并利用于Revit軟件對其歸并長度進行計算，有利于裝配式結構施工。

4 ?結束語

綜上所述，在裝配式建筑施工中，不僅要對拆分設計各類控制條件予以牢牢把握，還要注重先進技術的應用，充分利用BIM技術，對預制構件拆分設計提供新的技術思路，還使得構件拆分專業能夠預先介入到方案制定中去，提高了模型設計的高效性及準確性，使得裝配式結構拆分設計更加的優化。

參考文獻：

[1] 劉海成，李紅旺.裝配式剪力墻結構拆分設計研究與應用[J].沈陽建筑大學學報（自然科學版），2016（6）：1026～1032.

[2] 王威.基于Revit軟件下的裝配式建筑結構拆分設計[J].建筑技術開發，2019（15）：100-102.

[3] 鄒靈，易郴，吳彥.基于裝配式建筑中拆分設計的控制條件研究[J].混凝土與水泥制品，2020（1）：83～85.