裝配式建筑施工與優(yōu)化拆分設(shè)計策略淺析

李國

摘 ? 要：在裝配式建筑施工中，拆分設(shè)計是其重要內(nèi)容，然而預(yù)制構(gòu)件的拆分設(shè)計會受到建筑、結(jié)構(gòu)、預(yù)制生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)葪l件的限制，只有充分掌握拆分設(shè)計的控制條件，才能實(shí)現(xiàn)拆分設(shè)計的優(yōu)化。同時，BIM技術(shù)作為拆分設(shè)計優(yōu)化的重要技術(shù)手段而在裝配式施工中有更多應(yīng)用。本文結(jié)合裝配式建筑施工特點(diǎn)對拆分設(shè)計的相關(guān)要點(diǎn)展開分析，并提出了基于BIM技術(shù)的拆分設(shè)計優(yōu)化策略，希望對裝配式結(jié)構(gòu)拆分設(shè)計有所幫助。

關(guān)鍵詞：裝配式建筑;施工;優(yōu)化;拆分設(shè)計

1 ?引言

相較于常規(guī)建筑形式，裝配式建筑的建造過程主要分為預(yù)制加工、現(xiàn)場裝配以及局部現(xiàn)澆等環(huán)節(jié)，具有更高的建造效率與節(jié)能環(huán)保特性。盡管裝配式建筑理論上可適用于各種現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，然而若在方案設(shè)計中未能對拆分的細(xì)節(jié)多加考慮，會對裝配式結(jié)構(gòu)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(shù)、節(jié)點(diǎn)連接、結(jié)構(gòu)拆分、專業(yè)配合等方面綜合分析裝配式施工可達(dá)何種預(yù)期效果。其中，拆分設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容對裝配式施工有較大影響，不僅影響構(gòu)件受力分布，而且關(guān)系到工程的施工期限及造價，也是項(xiàng)目結(jié)果的決定性因素。同時，拆分設(shè)計方案的制定，既要考慮標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、成本因素等約束，還應(yīng)對其建筑、結(jié)構(gòu)、運(yùn)輸?shù)瓤刂茥l件進(jìn)行綜合分析，掌握拆分設(shè)計要點(diǎn)，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，并充分利用BIM等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)拆分設(shè)計的優(yōu)化。

2 ?裝配式建筑施工與優(yōu)化拆分設(shè)計要點(diǎn)分析

2.1 ?建筑條件

建筑圖紙是裝配式建筑項(xiàng)目的一個重要內(nèi)容，需要把握好其預(yù)制范圍，當(dāng)涉及到的建筑形體不規(guī)則時，需要用到更多的構(gòu)件，并且這些構(gòu)件屬于非標(biāo)準(zhǔn)類型，當(dāng)遇到突發(fā)狀況時產(chǎn)生的內(nèi)力復(fù)雜，不建議使用裝配式技術(shù)。如果強(qiáng)行使用這種技術(shù)會帶來以下幾種不良后果：首先不同構(gòu)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(gòu)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(fù)雜，影響施工進(jìn)度。由此可見，裝配式技術(shù)比較適合規(guī)則形狀的建筑。在施工過程中用到的構(gòu)件形狀規(guī)范，尺寸標(biāo)準(zhǔn)，比如說梁寬和柱網(wǎng)尺寸等，在考慮建筑布置方式時，優(yōu)先選用空間易調(diào)整、和大進(jìn)深大開間的方式，洞口、平面和構(gòu)件等應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照規(guī)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(xiàn)場施工的安全性和可操作性，現(xiàn)場施工的疑難雜癥通常都通過優(yōu)化技術(shù)方案、設(shè)計方案來解決，這也是最經(jīng)濟(jì)合理的，但裝配式建筑構(gòu)件一旦形成就很難更改，這就需要前期對優(yōu)化拆分設(shè)計考慮周全，如飄窗板盡量與墻板一道預(yù)制，雖給工廠生產(chǎn)增加難度但給現(xiàn)場施工帶來很多方便，如果后期現(xiàn)場再二次支設(shè)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(jié)構(gòu)條件

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

在我國比較常見的結(jié)構(gòu)體系是現(xiàn)澆剪力墻，在這種結(jié)構(gòu)體系的基礎(chǔ)上采用裝配式技術(shù)，主要是通過灌漿套筒連接技術(shù)用于預(yù)制剪力墻來實(shí)現(xiàn)。在發(fā)生地震時，采用灌漿套筒連接技術(shù)的建筑連接強(qiáng)度很高，不易塌陷。但是在使用這一技術(shù)的過程中，需要保證預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)質(zhì)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(yīng)的施工成本也會大幅度增加。從企業(yè)長久發(fā)展的角度來看，想要保證裝配式建筑工作的順利完成，相關(guān)人員一定要對預(yù)制構(gòu)件的連接程度引起重視，需要在原有裝配技術(shù)的基礎(chǔ)上不斷完善發(fā)展，才能夠有效控制施工成本。當(dāng)只需要進(jìn)行疊合樓板的預(yù)制時，不應(yīng)該出現(xiàn)疊合板切角，應(yīng)以梁和柱的邊線為參考，互相對齊;當(dāng)需要同時進(jìn)行疊合板和疊合梁的預(yù)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(jìn)行居中布置。

2.3 ?生產(chǎn)條件

主要體現(xiàn)在：一是構(gòu)件廠的距離，在裝配式建筑可行性分析中，運(yùn)輸距離是重要的成本影響因素，通常構(gòu)件的運(yùn)費(fèi)要控制在其售價的1/10以內(nèi)，要結(jié)合運(yùn)費(fèi)及運(yùn)輸時長，科學(xué)確定構(gòu)件廠的最經(jīng)濟(jì)距離。二是構(gòu)件廠的生產(chǎn)條件，對于構(gòu)件拆分來說，預(yù)制構(gòu)件的尺寸是關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，而受構(gòu)件模臺尺寸的影響，限制了其生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件尺寸，同時構(gòu)件的厚度也被養(yǎng)護(hù)窯的層高所限制。而模臺的尺寸設(shè)計要合理，不能隨意采用加大尺寸的模臺，以免影響預(yù)制構(gòu)件流水生產(chǎn)作業(yè)。對于固定模臺來說，因其生產(chǎn)的構(gòu)件采用自然養(yǎng)護(hù)的方式，構(gòu)件的高度限制不大。通常樓板、墻板等預(yù)制構(gòu)件主要產(chǎn)自流水線作業(yè)，而對于樓梯等異形構(gòu)件則是利用固定模臺。若異形構(gòu)件仍采取三維立體形式，則會使運(yùn)輸及制作成本顯著增加，所以要盡量采取二維設(shè)計方式，使得異形構(gòu)建更易于生產(chǎn)與運(yùn)輸。三是構(gòu)件的模具，其作為預(yù)制混凝土構(gòu)件的主要載體，要采取標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的設(shè)計模式，提高構(gòu)件生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。對于特定模具來說，若周轉(zhuǎn)使用次數(shù)過少，則會顯著增加模具成本，這也是因?yàn)殡S著使用次數(shù)增長，模式成本將會被攤薄。

2.4 ?運(yùn)輸條件

由于裝配式預(yù)制構(gòu)件主要采取工廠生產(chǎn)的方式，預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸是重要環(huán)節(jié)，然后運(yùn)輸車輛自身?xiàng)l件有限，并且道路運(yùn)輸管理部門也有明確的規(guī)定，這對于可運(yùn)輸構(gòu)件的尺寸形成較大限制。對于貨運(yùn)車輛來說，其車貨總高度要控制在4m以內(nèi)，其總體長度與寬度也要分別小于18.1m和2.55m，這也是預(yù)制構(gòu)件尺寸的重要限制條件。以疊合樓板為例，當(dāng)其在車輛上水平放置時，其構(gòu)件寬度要限制在2.55m以內(nèi)，而對于豎向運(yùn)輸?shù)念A(yù)制墻板，通常來說也不得超出3.1m，這里假設(shè)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(gòu)件進(jìn)行安裝，通常預(yù)制構(gòu)件重達(dá)1至6噸，而且對于塔吊設(shè)備來說，構(gòu)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(yán)格計算的方式來確定塔吊的型號及位置。首先要分析構(gòu)件的重量及位置分布情況，分析的對象包括每個預(yù)制構(gòu)件，特別要對最遠(yuǎn)、最重的構(gòu)件進(jìn)行研究，合理選擇塔吊的臂長，并根據(jù)構(gòu)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(jìn)行優(yōu)選，要結(jié)合構(gòu)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(shè)計的方式，在掌握構(gòu)件詳細(xì)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(shè)計的合理性產(chǎn)生影響，可能發(fā)生吊不起的問題，吊裝能力不足會導(dǎo)致吊裝次數(shù)的增加，進(jìn)而對裝配式建筑施工進(jìn)度產(chǎn)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(tǒng)施工隊(duì)伍沒有裝配式施工經(jīng)驗(yàn)，作業(yè)的思路和方式也未能改變，而且長期從事傳統(tǒng)建筑，思維固化問題嚴(yán)重。在實(shí)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?xí)苯訉摻罴魯啵谕鈮Ψ浪罂谥校瑸樘岣呓ㄔO(shè)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(jié)構(gòu)完整性。因此，裝配式施工單位需要積極構(gòu)建專業(yè)施工團(tuán)隊(duì)，掌握裝配式施工要求，制定統(tǒng)一的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，確保裝配式施工順利進(jìn)行。在施工環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，應(yīng)當(dāng)及時反饋裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)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(yán)重危害。

3 ?基于BIM的裝配式建筑拆分設(shè)計優(yōu)化

3.1 ?拆分設(shè)計中BIM技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢

由于裝配式結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，傳統(tǒng)的拆分設(shè)計方式，存在圖紙多次變更的問題，甚至有時會出現(xiàn)平面圖、立面圖或者剖面圖不一致的問題，而當(dāng)采用BIM專業(yè)軟件（如Revit）進(jìn)行拆分設(shè)計時，可較好的規(guī)避上述問題，而且能夠?qū)崿F(xiàn)裝配式構(gòu)件參數(shù)的實(shí)施更新。同時，BIM軟件可實(shí)現(xiàn)裝配式建筑的整體設(shè)計，能夠滿足拆分設(shè)計所有要求。相較于傳統(tǒng)意義上的結(jié)構(gòu)設(shè)計方式，BIM技術(shù)可使結(jié)構(gòu)專業(yè)更早的參與到設(shè)計中來，特別是面對較為復(fù)雜裝配式結(jié)構(gòu)，管線碰撞的情況得以消除。此外，在實(shí)際裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計中，BIM模型的構(gòu)建采用的是族的形式，能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立使用，這與拆分設(shè)計內(nèi)容相吻合，而且可以直接用于其他裝配式建筑項(xiàng)目，提高了BIM模型的利用效率。總的來說，傳統(tǒng)二維圖紙已很難適應(yīng)復(fù)雜裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求，其所存在的設(shè)計問題也難以及時發(fā)現(xiàn)，而BIM技術(shù)可有效改善裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計的復(fù)雜性，拆分設(shè)計也得以很好的優(yōu)化，這對于裝配式施工有很大幫助。

3.2 ?基于Revit的拆分設(shè)計流程

（1）拆分前準(zhǔn)備工作。裝配式建筑拆分設(shè)計前，首要任務(wù)是整體模型的構(gòu)建，并且要以族的形式構(gòu)建各構(gòu)件的模型。碰撞檢測也是拆分設(shè)計的重要內(nèi)容。要將各構(gòu)件的尺寸、材質(zhì)、鋼筋等數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入到結(jié)構(gòu)模型中去。結(jié)合裝配式施工條件，對其預(yù)制、現(xiàn)澆等部分進(jìn)行合理劃分。要結(jié)合預(yù)制構(gòu)件的特點(diǎn)，對預(yù)制構(gòu)件族參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，使其符合裝配式施工現(xiàn)場條件。

（2）模型信息的讀取。在裝配式結(jié)構(gòu)中，預(yù)制梁的自動拆分其前提就是模型標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一性，借助于Revit軟件，可有效讀取梁的關(guān)鍵信息，包括位置、尺寸、材料等數(shù)據(jù)。首先來說，對于模型標(biāo)準(zhǔn)的確定，應(yīng)當(dāng)保證參數(shù)及命名標(biāo)準(zhǔn)的一致性，使其符合裝配式工程一貫要求。預(yù)制梁的自動拆分功能的實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)就是模型標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。其次是預(yù)制梁模型信息的讀取，在Revit軟件中，以參數(shù)的形式構(gòu)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(shù)信息，可以獲取其型號、標(biāo)高、三維坐標(biāo)等信息。

（3）構(gòu)件輪廊的拆分。這里選擇拆分設(shè)計的對象為預(yù)制疊合梁，待該構(gòu)件模型搭建完成后，拆分設(shè)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(jìn)行歸并，并利用于Revit軟件對其歸并長度進(jìn)行計算，有利于裝配式結(jié)構(gòu)施工。

4 ?結(jié)束語

綜上所述，在裝配式建筑施工中，不僅要對拆分設(shè)計各類控制條件予以牢牢把握，還要注重先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，充分利用BIM技術(shù)，對預(yù)制構(gòu)件拆分設(shè)計提供新的技術(shù)思路，還使得構(gòu)件拆分專業(yè)能夠預(yù)先介入到方案制定中去，提高了模型設(shè)計的高效性及準(zhǔn)確性，使得裝配式結(jié)構(gòu)拆分設(shè)計更加的優(yōu)化。

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