預制裝配式建筑施工技術的成本優化研究

呂利濤

隨著社會的進步，人們對住房的要求逐漸改變，建筑行業逐步向工業化轉型，房屋建筑結構也向快速、節能、環保的方向發展，各種房屋結構形式應運而生。為了實現更低成本、更高效、更綠色的建筑施工，滿足傳統的建筑功能，需要研究預制裝配式建筑施工技術的成本優化性能。經研究表明，預制裝配式建筑施工技術可以花費更少的成本，是實現建筑行業產業化最有效的路徑。

1 工程概況

本文以某市的居民住宅為例，工程位置臨靠規劃道路與已建住宅用地。此次施工項目由3 個單元的6 層普通住宅與5個單元的12 層小高層建筑構成，建筑層高均為2.8 m，結構形式為剪力墻結構，主樓基礎采用鉆孔灌注樁，地下室車庫采用預應力混凝土管樁。在以往的建筑工程中，都是在工程現場生產制作樓房構件，存在未嚴格按照圖紙施工的現象，難以保證工程質量。本次施工采取預制裝配式建筑施工技術，將工程中需要的結構構件在工廠提前預制加工，如樓梯、陽臺等，然后在工程現場進行組合安裝即可。這種建筑工程技術更加節能環保，有助于實現建筑施工的標準化。

2 施工過程

2.1 基于BIM 技術設計建筑模型

本工程初期階段，項目部需要基于建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術構建建筑模型[1]。將BIM 技術融入建筑施工過程中，主要是通過Autodesk、Revit 以及廣聯達BIM 施工現場布置等軟件建立施工構件模型，該模型與實際樓房極為相似，而且細節處的視覺效果良好，可以及時發現工程中存在的問題并進行修改，有效避免工程返工造成人力資源及物力資源的浪費，達到成本優化的效果[2]。BIM 陽臺模型如圖1 所示。

圖1 BIM 陽臺模型（來源：網絡）

在預制裝配式建筑施工過程中應用BIM 技術，由于樓房的主體結構為剪力墻結構框架，需要考慮屋內屋外、墻內墻外的維護系統。基于優化成本的條件，可采用鋁板幕墻與玻璃幕墻作為外覆雙曲造型。在實際施工過程中，應用BIM技術設計裝配式建筑的整體模型，嚴格按照設計模型組裝構件，形成建筑樓房實體。將BIM 技術應用于建筑施工過程中，可以有效防止實際施工與設計圖紙不符的問題發生，并且可以在一定程度上保證工程的施工質量[3]。

2.2 預制構件的制造

工廠制作構件時，利用BIM 技術采集整理芯片信息數據，促使建筑構件的各指標均滿足相關規定，從而保證了構件的質量。首先，通過應用BIM 模型，可以直觀展示各個構件的具體信息，幫助制造工廠充分掌握各類構件的具體數據及對應的施工現場信息，在對施工現場進行智能化控制的同時，制作出所需的建筑構件，可以在一定程度上避免預制構件制作過程中出現的構件制造遺漏和材料浪費等問題。其次，在制造預制構件的過程中，還需要對施工現場進行合理控制與管理。將設計的預制構件編碼標注，并與實際構件一一對應，通過BIM 技術收集并控制所有構件的信息數據，實時跟蹤每一個具體構件的情況，避免在實際施工過程中，因對應構件使用錯誤，而導致施工現場出現安全事故，既能保證建筑施工組合安裝過程的順利進行，還能提高建筑施工工程的安全性。最后，按照預先設計好的建筑施工模型及圖紙，根據建筑施工工程的實際情況，選取對應位置的建筑構件并進行組裝，以避免構件組裝工程中出現構件安裝位置或方向錯誤的情況，保障建筑施工工程質量的合規性[4]。

2.3 預制構件的運輸與存放

當工廠制作完成建筑施工過程所需的預制構件后，要將預制構件運輸到施工現場存放，便于建筑施工工程的開展。預制構件的運輸通常由建筑施工方負責，對于運輸過程也有嚴格的要求。運輸之前，需要根據預制構件的運輸特性，設計具有針對性的運輸路線，由于建筑構件的尺寸一般較大，因此在預制構件運輸過程中，需要安排大型的運輸車輛，避免在崎嶇不平的道路上顛簸，導致運輸途中預制構件磕損。

待預制構件到達施工現場后，先要深入了解現場用于存放建筑構件的環境，然后制定出合理的構件存放策略，在此基礎上，應采用專業機器進行堆放處理[5]。關于預制構件的堆放，需要注意以下幾個方面。第一，預制構件堆放時，務必處于均勻受力的狀態，用于存放建筑構件的區域必須符合負載標準，且滿足平整度要求，避免堆放時發生傾倒。第二，用于堆放預制構件的區域，需要提前做好排水處理，避免極端天氣產生的積水對建筑構件的質量造成影響。第三，在建筑構件存放前，要在存放區域設置能夠起到實時保護作用的墊層裝置；并且為了方便后續的組裝工程，預制構件應向上堆放。第四，工程材料管理人員需事先檢測好堆放區域的負載水平是否滿足要求，再采用堆疊的方式堆放預制構件以降低風險[6]。

2.4 預制構件的吊裝

本次施工的建筑結構為剪力墻結構，在施工過程中需要用到的建筑構件分別是墻板、疊合板、疊合梁、陽臺以及樓梯等。基于工程特點，利用吊裝的方式對預制構件進行組合安裝。本次工程中，6 層居民樓建筑的轉換層為第1 層，12層小高層建筑的轉換層為第3 層，樓房第1 層建筑構件的吊裝準確性與轉換層的鋼筋位置有直接關系，鋼筋定位工序影響著吊裝工程的質量與精度，工程人員需要利用相關施工經驗，設計鋼筋定位鋼板。在安裝好平臺構件后，進行樓面鋼筋的綁扎工程，但在開展此工程前，需要在上1 層平臺預留控制點的基礎上，在樓層平臺構件上設置鋼筋定位的控制線，進行測量放樣。另外，根據設計圖紙上標注的鋼筋連接規范，制作工程所需的定位鋼板。在此過程中，需要注意定位鋼板上各個鋼筋孔之間的距離誤差應小于2 mm，鋼筋孔與控制線之間的距離誤差應小于5 mm。

樓面工程完成后，進行預制墻面與預制墻柱的吊裝工程。在吊裝開始前，需要提前做好相關準備工作，預制墻柱位置需要參照設計圖紙的鋼筋位置彈線，墻柱安裝前工程區域需要清掃干凈，而且對于各個樓層的施工工程都需要進行高程復核。吊裝工程所需工具主要包括吊裝鋼箱、吊裝鋼絲繩、登高梯以及垂直尺等；預制構件安裝工程中主要用到正反斜撐、固定鐵件、剪力撐、螺栓以及墊片等零件。

3 施工結果分析

3.1 檢驗施工質量

在工程竣工后，需要采集建筑施工的質量參數，并對其進行異常值檢測，再根據由工程診斷模型獲取的失控質量參數，判斷工程施工的整體質量。在采集質量參數時，應建立在項目施工所使用的預制構件之上，這樣既可保障工程施工的穩定性，也可為今后的建筑工程提供參考意見。在本次研究中，基于建筑構件的吊裝工程，采集建筑施工過程中3個重要工序的質量參數。在本次施工質量的檢驗過程中，利用施工單位的測量工具，能夠最大限度確保數據的準確性。質量數據采集完成后，利用過程能力算法進行數據處理，得到剪力墻結構中梁構件的吊裝工序、墻柱構件的吊裝預埋工序以及樓梯構件的吊裝工序的質量參數數據。以上3 個工序的質量參數允許偏差值均為0 ～5 mm，本次采集的質量參數偏差值如表1 所示。

由表1 可知，在本次研究的施工過程中，采集到的各工序質量參數偏差值均滿足規范要求，說明本文所研究的預制裝配式建筑施工技術在優化成本的條件下，其實際施工質量符合基本要求。

表1 質量參數偏差

3.2 對比施工成本

為了驗證所研究的預制裝配式建筑工程的成本優化性能，采用對比分析的方法，將傳統建筑與本文所研究的預制裝配式建筑的建造成本進行對比。根據對實際工程的調查可知，預制裝配式建筑居民住宅的土建成本約為860 元/m2，傳統現澆混凝土建筑居民住宅的土建成本約為1 380 元/m2，其中預制裝配式建筑成本中的大部分費用集中于預制構件的生產及運輸存放方面。在施工工程的排水工序、電氣工序以及裝飾工序中，預制裝配式建筑與傳統現澆混凝土建筑的成本比較及原因分析如表2 所示。

表2 工程中各工序成本比較

由表2 得知，本文所研究的預制裝配式建筑施工技術，由于所需建筑構件均事先在工廠制作，能夠降低后續構件安裝工序的一些成本。根據采集到的數據，得到預制裝配式與傳統現澆混凝土式建筑施工工程的具體費用如圖2 所示。

圖2 施工費用對比（來源：作者自繪）

由圖2 可知，在本次預制裝配式建筑施工中，材料費、人工費、誤工費以及管理費較現澆混凝土式建筑施工技術所消耗的費用更少，說明本文研究的預制裝配式建筑施工技術在實際施工過程中成本更低，整體成本優化性能較好。

4 結語

預制裝配式建筑由于自身具備成本低、工期短及能源損耗較小等優點，受到越來越多建筑公司的認可，并得到了廣泛的應用，在實際施工中具有重要的應用價值。在優化成本的預制裝配式建筑施工中，需要建筑工廠不斷進行研究與創新，制作出更加完善的預制構件，并利用更加先進的建筑技術完成施工工程。在綠色、高效、低成本工程的前提下，進一步提升建筑的施工質量，使預制裝配式建筑在未來得到更廣泛的應用，以促進建筑行業的可持續發展[7]。