村鎮裝配式住宅的關鍵技術研究＊

何麗琴

（甘肅建筑職業技術學院，甘肅 蘭州 730050）

1 引言

農村住房工業化直接影響著農村居民的幸福生活，是促進農村和諧發展以及實現全面小康社會的關鍵[1]。隨著國家經濟水平的不斷提高，村鎮的條件也發生了變化，傳統的磚混房屋已經不能滿足當前人們的需求，迫切需要推廣一種新式建筑模式來進行改造和生活。為此，應用而生了一種建造速度快、生產成本低的建筑結構--預制裝配式建筑結構。裝配式建筑結構是指將結構圖所示的結構構件在工廠進行預處理，接著運輸到施工現場通過現場吊裝、安裝就位、節點連接進一步形成完整的建筑結構[2]。相較于傳統的房屋建筑，預制裝配式建筑結構具有以下優點[3-4]：（1）施工效率高；（2）施工質量容易保證；（3）可降低人工使用率，降低人工成本；（4）現場組裝，節能環保；（5）抗震性能好；（6）住宅使用面積大。

西歐作為預制混凝土的發源地，有著悠久的歷史，在這方面積累了大量的技術經驗，其預制裝配式的應用極為普遍[5]。日本是亞洲預制混凝土發展最先進的國家，尤其是二戰以后日本的裝配式混凝土建筑發展最為迅速，其廣泛應用于多發地震區的高層和超高層建筑中[6]。中國裝配式混凝土結構雖起步較晚，但發展極為迅速，20世紀末期就已廣泛應用于各類建筑。20世紀50年代我國開始從事整體式、塊拼式屋面梁和吊車梁的制造，到70年代末，國外預制預應力混凝土板柱結構體系被引入，中國預制混凝土的發展越來越快[7]。

現階段國內外學者也對該結構做了大量的討論，Pourabdollah等[8]討論出一種連接結構來提高輕鋼龍骨墻的抗震性能；針對高層建筑結構，Jia等[9]研制了一種新型的建筑密筋組合板輕型框架建筑，采用預制和外部框架進行一體澆注；歐佩等[10]以柳州市某裝配式鋼結構住宅項目預制構件節點設計為例，結合鋼結構特點和相關規范，對鋼結構預制構件節點設計要點進行了探討；馬中[11]結合浙江省寧波市首個裝配式鋼結構住宅項目，對其施工過程中存在的各種難點進行了分析；劉程煒等[12]通過試驗的方法研究了半裝配式單排配筋混凝土剪力墻結構的抗震性能以及再生混凝土在預制剪力墻中的應用效果；李勝強等[13]提出了一種新型的裝配式混凝土結構體系，并闡述了該結構體系的總體思路及其結構構件預制、梁柱節點連接及裝配施工做法。本課題擬產生的研究成果有：建立村鎮裝配式住宅結構體系標準構件庫，改進工業化制造機械和數字控制系統，提升工業化生產效率，降低構件制作成本；研發能滿足預制組合構件承載力、剛度、構造等要求的組合構件內部簡易連接件；研發簡易輕型的預制組合構件起吊裝備和技術，研發適用于現場作業的預制構件高效拼裝技術，建立優化的裝配式住宅施工標準化工藝流程；建立符合裝配式建筑特點的技術標準和質量驗收體系，確保實現預期的施工質量，并形成村鎮裝配式住宅施工質量驗收標準。

2 村鎮裝配式住宅基本構件低成本制作技術

針對村鎮裝配式住宅結構體系的特點，按照“少規格、多組合”的原則，對結構體系進行構件拆分并歸類整理，形成規格較少的基本構件種類；綜合考慮力學性能、工藝難度和制作成本等多個指標，設計性能優、成本低的標準化構件。結合產業需求，建立村鎮裝配式住宅結構體系標準構件庫。基于建筑信息模型技術，建立結構設計軟件與構件制作控制軟件之間的連接通道，實現基本構件設計和制作的交互和融合，提高住宅體系的整體建造質量和效率。

在預制構件施工過程中，其安裝質量難以控制。如果預制構件沒有按照要求進行安裝，質量控制進度、精度就會有偏差，隨著構件的進一步裝配，誤差會成倍增加，而且誤差基本無法調整，這樣便會導致預制構件安裝在不合適的位置，不僅無法體現預制構件施工質量的優越性，而且會增加施工成本。而建筑信息模型（BuildingInfomationModelingBIM）技術的應用可以防止這種問題的發生[14]。

除此之外，BIM技術在裝配式建筑的設計規劃階段有著很大的用途，它的主要作用是協同性、相關性和參數化，很好地解決了傳統建筑中的一些由于設計不當而導致整個建筑發生安全事故的問題?，F階段，BIM技術可以進行建筑場地的選擇、圖紙的繪制和模型的建立，以及進行工程預算。

BIM技術在裝配式建筑的構件生產制造階段，可與無線射頻識別技術進行完美結合，將構件的材料類型、尺寸和位置等的信息植入到預制的構件中。并且由于無線射頻識別技術的標簽編碼的獨特原理，在預制構件的生產、存儲、吊裝等信息得到保證。這樣，在這兩種技術的完美有效結合下，可以使得預制構件零缺陷和零庫存的目標得以實現。

BIM技術在裝配式建筑施工建造階段，可以通過建立實體模型對建筑施工、成本及工程的進度和現場管理進行有效的控制。

BIM技術在裝配式建筑運營維護階段，在物業管理方面發揮著重要作用，它可以與相關設備軟件連接，通過各項參數分析來對建筑物的運行情況進行判斷，減少管理人員的工作量，做出科學的管理決策。并且在建筑物拆除過程中，可以進行結構各項指標的分析，避免結構發生損傷。

3 組合構件設計與制作技術

基于村鎮裝配式住宅的結構功能要求，考慮構件的受力和連接特點，設計便于現場安裝的標準化預制組合構件。分析預制組合構件生產、運輸、吊裝過程中的受力特點，研究組合構件的強度、剛度以及穩定性。基于以上主要性能指標，對如何優化裝配式構件進行了研究。

對于裝配式鋼結構來說，預制件是其最基礎的組成部分，其結構和連接的設計要符合其設計的需要。利用有關軟件進行預成型零件的幾何尺寸確定，提高產品加工效率的同時，也可將設計模式應用到預制裝配流水線中，大大改善產品的加工質量與精度。

在混凝土澆注套管部位，采用注漿法將混凝土澆筑成直立構件。根據工程的具體條件，預制立桿現澆段的連接方式主要包括“一”字型、“L”型和“T”型三種[15-17]。

其預制豎向構件示意圖如圖1所示。

圖1 預制豎向構件示意圖

使用預制的層合板作為預制水平構件，與所述現澆混凝土交疊，從而構成一塊完整的樓板，最后通過留存的鋼筋進行連接[18-19]。在圖2、圖3中分別表示了預制板與下降板之間的連接點。

圖2 預制板連接節點（mm）

圖3 預制板降板處連接節點（mm）

4 村鎮裝配式住宅簡易高效施工技術

為了推進預制裝配式建筑的普及和發展，有必要對其施工技術進行深入了解，除了要保證其施工的質量以外，也要考慮到經濟效益和施工效率。裝配式住宅建筑結構類型包括現澆剪力墻結構、全預制剪力墻結構和部分預制剪力墻結構，在住宅建筑的施工過程中，必須要對建筑工程的施工質量進行整體把控，保證其整體的抗震能力達到規范要求，確保在日后的使用中，該建筑不會因不可抗力事件發生意外。

預制構件的吊裝是保證構件質量的重要環節[20]。在吊裝預制構件之前，要考慮建筑工程的施工和現場車輛卸貨以及預制構件堆放的位置，提前準確確定吊裝設備的位置。在選取位置過程中，數模化也是一種重要的分析方式。同時，檢查預制構件的編碼、型號并及時標明截面控制線。

在進行預制構件的吊裝作業時，按照構件編碼順序有序地展開作業，確保整個吊裝作業更加合理和穩定。另外，在吊裝預制構件時，需要對吊裝速度進行嚴格的控制，若構件在吊裝過程中有較大的晃動幅度，則應該將構件靜置待其穩定后再繼續開展作業，在垂直構件的起升工作結束后，應在其一側進行加固，以防止其結構的失穩[21]。針對村鎮區域搭設腳手架耗時長、費用高且空間受限等問題，研發適應不同場地條件的簡易可移動、可靈活組裝和拆卸的施工作業平臺。針對村鎮裝配式住宅施工模塊化、小型化、便捷化等特點，研發簡易輕型的預制組合構件起吊裝備和技術?；诖彐傃b配式住宅體系和起吊裝備的特點，研發適用于現場作業的預制構件高效拼裝技術。

5 村鎮裝配式住宅施工質量控制技術分析

針對村鎮裝配式住宅現場施工的特點，在施工前，裝配式住宅需要按照規范標準確定前期的準備工作，注重裝配安裝施工的質量控制管理，結合地質地形、氣候環境等因素，判斷建筑強度、承載力、穩定性是否達標[22]。

在裝配式住宅施工前，需要率先確定材料供應商。從審定經營預期的方法入手，深入分析項目建設的生產規模、業務流程、許可標準和測試水平。依據建筑工程質量驗收規范，并結合有關零件工廠的產品資料，對其進行歸類，并形成相應的文件資料庫。按照產品的檢查、生產、運輸、驗收等流程進行全面的剖析，研究加工作業計劃，明確運輸要求。對符合強度標準的構件進行驗收，做好發放工作。

裝配施工的安裝質量控制管理包括組件驗收操作管理、組件存儲計劃分析、組件安裝質量管理和施工泄漏措施評估。

對已裝配好的部件進行精確識別[23]，并對各部件進行分析和檢驗，若不能通過，則不得繼續用。若未對其進行補強加工，則應評估其后續工程。在貯存組裝部件時，應設置品種、規格、吊裝位置等的先后次序，并明確倉儲吊裝設備的操作區域及操作需求。

根據裝配式住宅預制施工中使用的實際插入方法，進行堆架承載能力的計算，以判斷其弱點部位，并采取一定的防護措施，提高質量控制管理水平[24]。

對于裝配式的結構設計來說，疊合板和剪力墻是其最重要的部分，因此在設計的過程中，應根據現場條件進行有針對性的設計工作。根據現場情況的不同，分別設計有針對性的方案工作[25]。利用裝配板、立柱、梁的疊合作業，計算裝配板、梁疊層，并決定了下層與中間層的支撐。在支護層的平整階段，必須對其進行上下對正的規范，并對其進行評價[26]。裝配式板、柱、梁的疊合板在裝配時，要使疊板與工作面之間的間距保持一定的適當間距，一般不超過40 cm，并按施工需要進行調整[27]。在滿堂腳手架的搭設過程中，為了避免出現質量安全問題和工程進度問題，采用免腳手架可調施工支撐技術。另一方面，樓板支撐體系可調系統在吊裝過程中安裝在疊合板梁下方[28]。對工地的建設狀況進行分析，并制定有效實施方案。根據堆垛的需要，分析支撐、堆疊和承載驗算。分析整體結構，選擇最優的代表性構件，并進行初步的調試。在監督機構的假定判斷中，依據安裝作業程序，對組裝件進行了測量[29]。要特別留意在進行墻體施工時的平整程度及與墻體裂縫相關的作業，預留橫向縱向縫線，對鄰近的陽角處進行校正，采用陽角豎向定位作為基準進行校正。

在評價和剖析安裝工程中的防滲方法時，應留意針對密封性的防水作業方法。表面必須均勻、致密，防止起砂、剝落、蜂窩等現象。按嵌縫式密封件的工程施工工藝，進行多層地基的制作與施工，以實現有效地施工和使用。

因此，結合建筑信息模型技術，建立能保證施工質量同時降低綜合經濟成本的優化施工組織設計方案十分重要。針對村鎮裝配式住宅的結構特征和施工特點，研究合理的施工質量控制指標，建立質量控制目標和科學的施工質量控制流程，開發施工質量控制技術，提出健全的質量監督機制和安全防護方案，保證村鎮裝配式住宅的施工安全和效率，提高施工質量?；谑┕と^程中的重點工序，提出合理的施工驗收時間節點和驗收方案，建立符合裝配式建筑特點的技術標準和質量驗收體系，確保實現預期的施工質量，并形成村鎮裝配式住宅施工質量驗收標準。

6 展望

本研究旨在推進我國農村住房的工業化進程，推進農村建筑建設、居民居住品質、居民住房安全，以及實現綠色建筑、保護環境、減少能源使用的可持續發展等方面的政策。有助于培養裝配式結構創新人才及團隊，推動相關領域研究發展以及成果轉化。項目提出的村鎮裝配式住宅基本構件低成本制作技術，能夠提升工業化生產效率，降低構件制作成本。項目提出的村鎮裝配式住宅預制組合構件設計與制作技術，能夠保證標準化組合構件的加工精度，降低組合構件的制作成本，保證預制組合構件的制作質量。項目提出的村鎮裝配式住宅簡易高效施工技術，能夠解決村鎮區域搭設腳手架耗時長、費用高且空間受限等問題，建立優化的裝配式住宅施工標準化工藝流程。項目提出的村鎮裝配式住宅施工質量控制技術，保證村鎮裝配式住宅的施工安全和效率，提高施工質量。同時，項目提出的村鎮裝配式住宅是名副其實的綠色建筑，有利于保護環境、節約能源，其社會效益顯著。