裝配式建筑結構設計中必須考慮的施工因素探討

文／張鵬飛、汪飛、馮興圣、張偉、王德宇、王明康 陜西建工第十二建設集團有限公司 陜西安康 725000

引言：

裝配式建筑的建設過程中，首先會利用特定的工藝和技術，在工廠當中按照建筑要求制作相應的建筑構件，經過質量檢查確認不存在問題之后，將這些構件利用大型車輛運輸到施工現場，將構件逐一組合安裝。這種施工技術的應用與傳統建筑存在很大的差異，在施工實踐中強調多個構件的同時生產，生產線很多，多種構件可以同步完成生產，大幅度提高生產效率并有效縮短工程周期，減少對于施工材料的浪費，節約大量成本。在此基礎上，現場的組合與安裝不會產生過多的建筑垃圾，不會對周邊環境造成惡劣的影響。由此可見，裝配式建筑未來的發展空間巨大，強化對裝配式建筑的分析，可以促進建筑工程的進一步發展。

1、建筑裝配式混凝土結構具體概述

裝配式混凝土建筑結構指的是將混凝土部件與構件使用鋼筋進行連接，通過澆筑混凝土而形成的整體建筑結構的施工方式。該結構主要包括工廠預制、現場構建以及廠內轉移等多個施工環節，其對于提升工程整體建設施工質量與施工安全、降低周邊環境污染、減少建材損耗、加快工程建設進度等方面具有十分重要的作用。由于構件預制工作極為特殊，建筑企業要想有效提高工程建設安全性、穩定性及可靠性，就要在生產預制件過程中，合理利用預埋件方式對部分特殊構件進行處理。同時，建筑企業充分發揮裝配式結構的具體優勢，提高工程建設施工效率，并將門窗、水電管道敷設等施工內容有效整合到預制生產工作中，從而組建出高精密度構件產品。在建筑工程施工過程中，裝配式混凝土建筑結構是以吊裝、連接工作為主，然后將各個構件安裝到預定位置，由于該結構涉及到的信息量過多，所以需要施工單位加強信息化管理力度，確保工程建設順利進行。

2、施工關鍵技術及存在的問題

2.1 連接和精度問題

裝配式建筑所使用的各種構件需要嚴格按照圖紙進行制定，因而對于構件的尺寸要求很高，如果尺寸控制不到位，后續在安裝的過程中容易出現構件不完全閉合的問題。值得注意的是，在灌漿操作當中，管道內部的情況并不能從外觀看出，控制難度較大，可能會導致預制構件與現澆式承重結構的節點搭接方面存在問題，出現偏差。而填充的飽滿程度也難以進行準確的估計，從而導致連接質量無法達到要求。在縱向連接的墻板方面，確定灌漿質量達標的標志是灌注混凝土從板頂的孔里順利流出，這種情況下，工作人員非常容易出現操作失誤，灌漿孔被堵死。同時，在套筒安裝期間，位置偏差也是較為常見的問題，如果出現部分偏離的現象，鋼筋則可以插入;如果偏離程度過大，則無法進行鋼筋插入操作，即便是采取補救措施，也不會達到設計標準，可能會涉及到返工返修的問題，嚴重影響到工程質量。

2.2 平板安裝問題

平板安裝操作也是經常出現問題的施工部分。第一，轉角板自身的厚度不足，體積很大，在運輸或者使用的過程中及其容易被折斷，尤其是在吊裝的過程中，轉角板容易出現回折的問題，導致平板損壞，浪費材料;在保養階段，也會由于操作不當而出現轉角位置角度變化的問題。第二，外墻板的保溫層也較為脆弱，脫落和斷裂的問題十分常見，究其原因，是外墻材料的使用出現的問題。一般而言，多數的外墻板都會由外裝飾面、保溫層以及結構層這三個部分構成，然而，部分情況下這三層材料不兼容，可能會造成脫落和斷裂的問題。

2.3 管線預埋問題

構件埋設不當、管線預埋施工等操作也會導致很多的問題，例如構件的偏移、脫落等。最終使得構件的實際位置與設計位置出現較大的差異，影響到裝配式建筑整體的穩定性，進而影響建筑質量。因此，在構件位置的固定方面，需要合理控制管線的走向，考慮管線的綜合排布的問題，嚴格按照圖紙開展規范化的管線預埋，確保施工的合理性。

3、建筑裝配式混凝土結構設計與建造技術合理應用

3.1 澆筑混凝土預制裝配式施工技術

在設計裝配式混凝土建筑結構過程中，為凸顯建筑整體性、穩定性特征，施工單位要安排專業人員實地考察施工現場地質條件、周邊環境、居民實際居住需求等多方面問題，而后不斷優化和完善現代澆筑混凝土預制裝配式技術。通過合理有效的設計建筑結構施工方案，提升工程建設質量在工程項目實際施工過程中，施工人員要熟練掌握和運用各類鋼筋連接方法，依照構件規格合理選用鋼筋預埋件施工方式；嚴格依據建筑結構設計施工圖紙以及施工實際要求開展鋼筋綁扎工作；在完成建筑樓板鋼筋焊接作業后，要及時進行驗收、核查，以此確保鋼筋結構的穩定性。通過有序、合理、規范開展建筑豎向與橫向結構搭建工作，促使建筑物安全穩定性全面提升。

3.2 PC 技術與PCF 技術應用措施

PC 與PCF 技術是裝配式混凝土建造技術的重要組成部分，將PC 技術合理運用到工程建設過程中，不僅能有效解決全預制構架制作、安裝問題，還能進一步提高墻板整體裝飾預制效果。同時，施工單位能夠減少各環節施工工序，以此確保工程施工的高效性、高質量。此外，有效運用PCF 技術能夠更好地解決外墻模板施工問題，其根本原因在于應用該技術不需要外墻腳手架和樓層模板就可以完成施工作業，并能增強工程建設施工的穩定性和安全性。需要特別注意的是，施工單位在開展外墻混凝土設計工作中，要結合墻體剛度、強度及承載力等參數，科學有效地選擇施工材料，并準確計算出相關數據參數，以此提高外墻模板利用效率，避免資金浪費現象出現。

3.3 疊合板式與預制剪力墻混凝土技術

就目前剪力墻混凝土技術實際應用情況而言，確定其結構構件的形式十分豐富，如疊合式板墻與樓板、預制樓梯等多種類型。由于疊合式樓板是由底層預制板和鋼筋共同組成，所以可以將其稱為后澆混凝土施工模板；聯合式板墻是由預制板及鋼筋構成，在其施工過程中，施工人員要在預制板中間開展混凝土澆筑工作。此外，預制剪力墻混凝土施工技術的構件更加多樣，如豎向剪力墻板、樓梯板、陽臺以及水平疊合樓板等方面，但該技術構件形式十分簡便，需要施工人員嚴格按照工程施工方案進行施工即可完成。

4、BIM技術方法的應用思路與設計流程

4.1 BIM技術在裝配式建筑設計中的方法思路

現階段，建筑設計方式已從混凝土澆筑設計發展成更便捷、更快速的裝配式設計形式，其主要從建筑物的整體設計出發，針對建筑設計進行拆解分析，完成建筑構件與精細構件的精準設計。裝配式建筑設計在實際設計過程中是由不同建筑設計單位自主設計的，在交流方面缺乏及時有效的溝通，往往導致預制構件的繁雜、設計方案的不合理等，在一定程度上影響了建筑項目的質量與效率。因此，建筑企業應在裝配式建筑設計中融合BIM技術，科學建立并完善協同設計平臺。這樣有助于相關設計人員及時上傳設計效果，獲取其他設計單位的設計預案，并在加強溝通交流的同時協調各單位協同設計，從而確保設計的協調性與合理性。

4.2 BIM技術方法與裝配式建筑設計的協同設計流程

BIM技術與裝配式建筑的協同設計流程一般分為四個階段，即建筑項目的方案設計、建立并完善預制構件庫、構建并優化BIM三維模型、強化構件設計。（1）建筑項目的方案設計。建筑項目的相關設計單位應以客戶對裝配式建筑戶型的可行性評價為依據，了解客戶的裝配需求，基于BIM技術結合建筑實際與客戶需求初步設計方案模型，加深客戶對裝配式設計方案的了解，明確裝配式建筑的整體設計與結構設計，為后續的建筑設計與施工環節提供重要保障。（2）建立并完善預制構件庫。預制構件庫的建立與完善是BIM三維模型構建、預制構件生產的重要基礎條件，也是裝配式建筑設計的核心工作。因此，相關設計人員應以實際建筑的具體功能、結構需求、外觀表現為依據，合理設計并優化預制構件，明確所需構件的種類、數量、尺寸等，建立并完善裝配式建筑設計的預制構件庫。然后，設計人員應結合具體建筑分析預制構件是否符合實際需求，并進行適當的調整與補充。（3）構建并優化BIM三維模型。BIM模型的搭建與完善以方案設計為前提基礎，在相關設計人員的操作下，借助預制構件協調裝配而成；同時，應用BIM技術選用沖突檢查、凈高檢查等方式進行模型的問題檢驗與協同優化。（4）強化構件設計。在構件強化設計的過程中，建筑企業應加強設計單位、施工團隊與構件生產企業的有效溝通，協調構件的強化設計。施工單位應向設計單位及時反饋建筑項目的實際施工需求，如固定孔、安裝孔的預埋預留問題等；構件生產企業應以設計單位的預制構件技術需求為依據進行生產加工；設計單位應加強與施工單位的交流，深入了解施工現場情況，同時將預制構件的更新優化設計及時反饋給生產企業。另外，在強化構件設計后，建筑企業應針對BIM模型進行嚴格審查與結構質量檢測，確保設計模型的質量與可行性。

5、裝配式建筑設計中BIM技術方法的應用

5.1 建筑戶型的內部設計

在裝配式建筑設計中，戶型設計占據非常重要的地位。相關設計單位在進行設計前，應充分掌握裝配式建筑物的具體功能與相關標準，并結合客戶需求進行設計分析，明確建筑戶型的裝配思路與設計風格。設計單位應以裝配式建筑物的整體設計為依據，科學設計戶型方案，并在方案設計的基礎上結合BIM技術進行精確的預制構件設計與結構設計，建立BIM三維戶型模型，直觀展現裝配式建筑戶型的具體設計情況。同時，設計單位還可以運用BIM技術方法進行施工裝配及構件組裝的結構模擬，合理利用BIM技術功能檢驗裝配式建筑的設計問題，如構件尺寸的匹配問題、結構的嚴謹問題、裝配的安全問題、戶型的設計問題等，從而幫助相關設計人員及時發現問題，通過設計的調整與結構的優化來解決問題。另外，戶型設計還可以借助BIM技術搭建交流平臺，加強各參與主體的溝通交流與協調工作，做好建筑戶型內部的協調設計，如結構、構件與設備等協調管理。最后，設計單位還應結合裝配式建筑的具體戶型與客戶需求進行功能區的合理規劃，并以BIM技術為主導方法科學設計各功能區域，隨后進行設計的整合優化，確保戶型設計的合理性與整體性，從而進一步推動BIM模型的科學構建。

5.2 預制裝配建筑施工質量控制措施

5.2.1 預制階段質量控制

預制與裝配屬于預制裝配建筑施工中的兩個主要階段，第一階段在預制廠中預制施工建筑構件，在正式預制施工前，工作人員合理設定規劃方案，保證生產與設計等技術人員均可以達到相關要求。同時，還應保證施工材料質量，合理選擇材料供應商，做好調查與分析工作。當前由于市場監管并不完善，市場中存在較多質量不達標的建筑材料供應商，經常出現以次充好的問題。第二階段，原材料采購人員應充分了解市場的實際情況，正確判別，綜合考察供應商資質與實力，選擇性價比更高的原材料。同時，還應做好施工材料的入廠檢查工作，所有使用預制原材料均具備出廠合格證等證書，抽調專業技術人員抽樣檢測施工原材料，嚴格使用合格的原材料，不準使用抽檢不合格或證件不齊全的材料，全面保證預制結構施工質量。

5.2.2 運輸與存儲階段質量控制

工作人員應針對各類預制構件特點制定完善的運輸與存儲方案，集中分析施工環境，制定合理的設計加護，嚴格規劃運輸時間、運輸流程、運輸路線等，有效運輸非常規尺寸與非正常形狀的預制構件。在選擇運輸車輛時，合理選取各類運輸構件基本規格，做好上車與下車的安全保護工作，保證運輸穩定性，避免因慣性影響出現不均勻傾斜問題。在存儲預制構件時也應設定相應方案，選擇合理的支撐物，做好防護措施，在存放構件的場地應保持整潔平整，設置良好的通風與排水設施，避免內部積水影響構件質量。

5.2.3 安裝階段質量控制

在將建筑構件運輸至施工現場后，還應做好拼接與裝配工作。相關技術人員應保證較強的技術性與專業性，以制定形狀更為復雜的建筑構件，保證體積合理性。但預制裝配建筑施工發展時間較短，也并未完全成熟，行業內缺乏高端技術人才，加之建筑行業工作人員存在較大的流動性，以致對安裝質量提出了挑戰。為了保證安裝施工質量，正式施工前應初步檢查預制構件質量，包括形狀、尺寸、預埋件位置、插筋位置以及孔洞位置等，保證合理準確。在無誤后嚴格根據圖紙施工，并做好檢查工作，及時發現問題。在結束施工后，依然需要對照圖紙進行嚴格檢查。

5.3 強化過程管理與進度審核工作

我國預制裝配建筑發展時間較短，雖然相關部門針對此制定了完善可行的政策法規，但依然存在較多缺陷，無法滿足實際的施工需求，對此，預制裝配施工單位應結合市場發展與自身實際情況，制定完善科學的施工管理機制，明確各部門與各工作人員的職責范圍，并在實際施工過程中嚴格執行，保證質量。施工質量與施工進度均屬于過程管理的重要內容，當施工質量達到設計要求后，工作人員還應嚴格控制施工進度，避免過快影響施工質量，也避免過慢增加施工成本，合理平衡。由此，在整個施工過程中，施工人員應根據預制設計要求合理確定施工進度，并準確推進，以更好的控制施工質量并保證建筑性能。

5.4 裝配式建筑施工注意事項

為了更好的保證施工質量效果，減少各類事故的發生率，在施工期間還有諸多需要注意的事項。首先，預制裝配式建筑施工技術的專業性強，所涉及到的施工內容比較多，施工項目繁瑣，對于施工材料的質量要求比較高。因此，為了保證施工質量達到標準要求，要選擇專業人員參與到施工工作之中，保證施工人員對于一系列施工技術有充分的了解和認識，否則就容易引發質量方面的問題，影響施工效果。還需要落實好施工設備采購工作，保證采購到的各項設備符合施工標準要求，針對所有采購到的材料要做好專業檢查，避免后期出現施工質量問題；其次，預制裝配式建筑施工技術處于不斷發展變化的狀態，因此相應的施工制度以及技術也應當積極更新換代，保證其能夠更好的適應時代發展需求，要落實好施工監督管理工作，以便及時發現施工問題，優化施工質量效果；最后，要不斷對施工技術經驗進行總結分析，以便為后期的施工提供有效指導，使得預制裝配建筑施工技術朝著更加科學的方向發展和進步。

結語：

綜上所述，裝配式建筑建設存在諸多的應用優勢，在建筑行業得到了廣泛的應用。而不可否認的是，在應用期間逐漸暴露出了許多的施工問題，會對建筑整體的質量造成一定的影響。這種情況下，就要求管理人員嚴格按照規定對所有的施工環節進行嚴格規范，并加強與各個部門工作人員的溝通與交流，實現規范化的施工。此外，面對裝配式建筑，還應當加強人才引進，使得施工人員可以了解并掌握更多的裝配式建筑的施工工藝與技術，從而更好地適應行業的發展，建設更為優質的工程項目，為人們打造安全舒適的生活與工作環境，促進建筑行業的可持續發展。