談裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計

解　博

(山西晉設(shè)拓凡建筑設(shè)計咨詢有限公司，山西 太原　030013)

0　引言

近年來，隨著城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)，粗放型建筑已經(jīng)不能滿足居民對住宅質(zhì)量的要求，在國家大力推進(jìn)建筑工業(yè)化的背景下，裝配式建筑應(yīng)運而生。與傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑相比，裝配式建筑有以下四個顯著的優(yōu)點：提高質(zhì)量、加快工期、節(jié)約人工、保護環(huán)境。

1　與裝配式建筑相關(guān)的概念

1.1　裝配式建筑

裝配式建筑是指由預(yù)制部品部件在工地通過可靠的連接方式裝配而成的建筑。從結(jié)構(gòu)形式上來講，裝配式建筑又分為裝配式混凝土結(jié)構(gòu)、裝配式鋼結(jié)構(gòu)、裝配式木結(jié)構(gòu)。根據(jù)新發(fā)布的國家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 51129—2017裝配式建筑評價標(biāo)準(zhǔn)(以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》)，裝配式建筑還須同時滿足4個條件：1)主體結(jié)構(gòu)部分的評價分值不低于20分；2)圍護墻和內(nèi)隔墻部分的評價分值不低于10分；3)采用全裝修；4)裝配率不低于50%。

1.2　裝配率

單體建筑室外地坪以上部分的主體結(jié)構(gòu)、圍護墻和內(nèi)隔墻、裝修和設(shè)備管線，這三塊內(nèi)容采用預(yù)制部品部件的綜合比例。關(guān)于裝配率的計算問題，《標(biāo)準(zhǔn)》中有明確的計算公式，本篇不再贅述。

1.3　BIM技術(shù)

BIM是(Building Information Modeling)——建筑信息模型的簡稱，是在計算機輔助設(shè)計的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的三維數(shù)字信息集成，將建筑工程項目全過程各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)收錄、整合，并加以分析，最終建立數(shù)據(jù)模型，構(gòu)建一個可以為裝配式建筑全產(chǎn)業(yè)鏈共享的資源信息平臺。

與設(shè)計專業(yè)密切相關(guān)的BIM軟件有：1)建模軟件，常用的有Revit，ArchiCAD，Bentley，Rhino(犀牛)，Tekla；2)分析軟件，常用的有PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計、綠建設(shè)計、節(jié)能設(shè)計、清華日照等。

2　BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計階段的應(yīng)用

BIM技術(shù)是貫穿于整個裝配式建筑從設(shè)計、生產(chǎn)到施工、裝修、管理的建設(shè)全過程的技術(shù)模式；到裝配式建筑需要拆除時，BIM技術(shù)又能夠篩選出可回收利用的資源進(jìn)行二次開發(fā)，最終服務(wù)于裝配式建筑全壽命周期。

那么BIM技術(shù)在設(shè)計階段的應(yīng)用價值主要體現(xiàn)在以下四個方面。

2.1　全專業(yè)協(xié)同設(shè)計

這里說的全專業(yè)是指建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、電氣、暖通這五個設(shè)計中需要配合的專業(yè)。一個項目要完成，需要各專業(yè)之間的密切配合，在傳統(tǒng)分散低效的協(xié)作模式中，常常會因為配合不到位而導(dǎo)致返工甚至重修，而采用BIM技術(shù)就可以減少或避免這種情況發(fā)生。利用BIM技術(shù)搭建的平臺，設(shè)計人員可以將各自專業(yè)的信息快速傳遞，借助BIM技術(shù)與“云端”技術(shù)，將含有各自專業(yè)設(shè)計信息的模型統(tǒng)一上傳至BIM平臺，可視化三維模型使設(shè)計成果直觀呈現(xiàn)，同時還可以通過碰撞和自動糾錯功能，篩選出專業(yè)間的設(shè)計沖突，方便設(shè)計人員進(jìn)行調(diào)整，節(jié)省時間和精力，提高設(shè)計精度和效率。

2.2　標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

這里提到的標(biāo)準(zhǔn)化，不是否認(rèn)多樣化，而是在尊重多樣化的基礎(chǔ)上建立的標(biāo)準(zhǔn)，是通過統(tǒng)一模數(shù)尺寸、減少預(yù)制構(gòu)件的種類來實現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)化，繼而利用已形成的標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件庫來組合、搭配形成多樣化的建筑戶型規(guī)格。

裝配式建筑是由標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)制構(gòu)件或部品部件組裝而成。所以借助BIM平臺建立標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制構(gòu)件庫是裝配式建筑設(shè)計的第一步。BIM平臺實現(xiàn)了信息共享，設(shè)計人員將設(shè)計信息上傳至項目的“云端”服務(wù)器，BIM軟件對這些信息進(jìn)行整合，并構(gòu)建裝配式建筑構(gòu)件庫。隨著云端構(gòu)件庫的積累，設(shè)計人員可以對同類構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化，從而形成裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件庫。標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件庫的形成，對設(shè)計人員積累設(shè)計戶型、實現(xiàn)多樣化有更好的幫助。

2.3　精細(xì)化設(shè)計

對預(yù)制部品部件進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計，可以減少在施工中較易出現(xiàn)的組裝偏差問題。BIM技術(shù)可以實現(xiàn)對預(yù)制構(gòu)件的參數(shù)精確設(shè)計、精準(zhǔn)定位。BIM的可視化三維模型可以讓設(shè)計師直觀地看到待裝配的預(yù)制構(gòu)件之間的連接契合度，并利用碰撞檢查功能，分析預(yù)制構(gòu)件連接節(jié)點是否安全可靠，從而避免由于構(gòu)件安裝錯位而導(dǎo)致的資源浪費。

BIM精細(xì)化設(shè)計充分考慮管線及其他的相關(guān)預(yù)留預(yù)埋，預(yù)留預(yù)埋的質(zhì)量關(guān)系到工期和成本，及時準(zhǔn)確做好預(yù)留預(yù)埋工作，是安裝工作順利進(jìn)行的基本條件。

2.4　工程量統(tǒng)計

BIM軟件通過分類統(tǒng)計進(jìn)行快速的工程量分析，實現(xiàn)對成本的初步控制。

設(shè)計人員可以利用BIM模型中存儲著的信息對各類部品部件的數(shù)量、尺寸、類別等參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，然后根據(jù)材料的一般定價，即可預(yù)估整個項目經(jīng)濟指標(biāo)。設(shè)計人員可以實時查看經(jīng)濟指標(biāo)是否滿足業(yè)主要求。同時，模型數(shù)據(jù)會隨著設(shè)計自動更新，確保工程統(tǒng)計信息的準(zhǔn)確性。

3　裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點

3.1　方案設(shè)計

設(shè)計單位要在了解項目定位、規(guī)模、成本等因素的基礎(chǔ)上，制定合理的設(shè)計方案，提高預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化程度，堅持少規(guī)格、多組合的設(shè)計原則。平面及立面設(shè)計時就要考慮預(yù)制部品部件生產(chǎn)、運輸、安裝的可行性，避免因為某一環(huán)節(jié)無法實現(xiàn)而導(dǎo)致的成本增加、工期延誤。

3.2　初步設(shè)計

在初設(shè)階段，各專業(yè)設(shè)計人員要做好協(xié)同設(shè)計，結(jié)合管線、埋件的預(yù)留預(yù)埋，確定合適的預(yù)制構(gòu)件尺寸，初步進(jìn)行經(jīng)濟性評估，確保成本可控。

3.3　施工圖設(shè)計

設(shè)計單位與生產(chǎn)單位、施工單位之間要加強溝通、密切配合，精確定位預(yù)制構(gòu)件的尺寸以及預(yù)留孔洞等。預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計核心就是要堅持標(biāo)準(zhǔn)化的原則，減少部品部件種類，有效控制工程總投資。對于項目中的一些異形部位，在保證工程質(zhì)量以及裝配率達(dá)標(biāo)的前提下可以采用現(xiàn)澆方式。

4　結(jié)語

裝配式建筑是社會經(jīng)濟發(fā)展的必然產(chǎn)物，是建筑產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展的必然選擇。我國裝配式建筑起步較晚，但我們也在借鑒國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，發(fā)布了適合自己的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，并且一直在補充和完善，相信通過我們共同的努力，我國的建筑業(yè)一定能踏上新征程，邁上新臺階。

參考文獻(xiàn)：