以裝配率為導(dǎo)向的裝配式建筑方案設(shè)計(jì)優(yōu)化

時(shí) 銘 凌福寧 李明川

山東恒信建筑設(shè)計(jì)有限公司

1 引言

現(xiàn)如今，人們對建筑各方面的要求正越來越高，傳統(tǒng)建筑顯然已經(jīng)無法再完全滿足人們的要求，一些新的建筑形式正逐漸應(yīng)運(yùn)而生，裝配式建筑就是其中之一。裝配式建筑不但改善了傳統(tǒng)建筑施工速度慢、效率低等缺點(diǎn)，同時(shí)還能夠有效保障建筑質(zhì)量與性能，但相應(yīng)的，裝配式建筑對方案設(shè)計(jì)的要求也更高。通過以裝配率為導(dǎo)向，可以對裝配式建筑方案設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。在過去的相關(guān)研究中，雖然也會(huì)涉及一些關(guān)于裝配率的概念，但卻不能充分體現(xiàn)出裝配率的導(dǎo)向性作用，因此本文基于BIM 技術(shù)和Dynamo 參數(shù)化平臺(tái)對以裝配率為導(dǎo)向的裝配式建筑方案設(shè)計(jì)優(yōu)化進(jìn)行了研究，僅供參考。

2 基于GB/T 51129-2017《裝配式建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的裝配式建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及構(gòu)件拆分原則

2.1 裝配式建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.1.1 裝配率的概念及裝配式建筑的標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 51129—2017《裝配式建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》整合了構(gòu)件預(yù)制率和部品裝配率等概念，將以往的預(yù)制率、預(yù)制裝配率以及裝配化率等概念統(tǒng)一用“裝配率”來形容。具體來說，裝配率指的是：單體建筑室外地坪以上的主體、圍護(hù)及內(nèi)隔墻、裝修管線、設(shè)備管線等應(yīng)用預(yù)制部品部件的綜合比例。同時(shí)，在《裝配式建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中還明確了裝配式建筑的最低準(zhǔn)入門檻，即：裝配率≥50%、采用全裝修及主體結(jié)構(gòu)部分的評價(jià)分值≥20 分、圍護(hù)及內(nèi)隔墻部分的評價(jià)分值≥10分。另外按照裝配率進(jìn)行劃分，可以將裝配式建筑分為三級(jí)：A 級(jí)的裝配率在60%～75%、AA 級(jí)的裝配率在76%～90%、AAA級(jí)的裝配率在91%及以上。

2.1.2 裝配式建筑的設(shè)計(jì)程序

一般情況下，裝配式建筑的設(shè)計(jì)程序主要分為以下三個(gè)階段：（1）方案設(shè)計(jì)階段：從戶型和標(biāo)準(zhǔn)層的設(shè)計(jì)、構(gòu)件拆分原則的確定、PC的布置方案等入手進(jìn)行裝配式建筑的方案設(shè)計(jì)；（2）初步設(shè)計(jì)階段：對預(yù)制構(gòu)件的類型及尺寸等進(jìn)行合理的選擇；（3）施工圖設(shè)計(jì)階段：對PC 構(gòu)件進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，對設(shè)計(jì)信息進(jìn)行擴(kuò)展。

2.1.3 預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)的優(yōu)先次序

按照建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，裝配式建筑可分為框架結(jié)構(gòu)裝配式建筑、剪力墻結(jié)構(gòu)裝配式建筑、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)裝配式建筑、框架-核心筒結(jié)構(gòu)裝配式建筑這四種類型，而其中的預(yù)制部件則主要包括預(yù)制剪力墻、預(yù)制柱、預(yù)制梁、預(yù)制外掛墻板、預(yù)制疊合板、預(yù)制樓梯、預(yù)制陽臺(tái)及預(yù)制空調(diào)板等等。以某剪力墻結(jié)構(gòu)裝配式建筑工程為例，由于其主體結(jié)構(gòu)的占比較大，裝配率貢獻(xiàn)度較高的為預(yù)制梁、預(yù)制疊合板、預(yù)制非承重外圍護(hù)墻等預(yù)制部件，其次為預(yù)制承重墻，而一些次要結(jié)構(gòu)的受力構(gòu)件的裝配率貢獻(xiàn)度較小，所以在該工程的構(gòu)件選擇中，不但要考慮到構(gòu)件占比問題，還要充分考慮到預(yù)制構(gòu)架的制作方法、施工工藝及安裝工藝等的特點(diǎn)，所以最終的預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)次序?yàn)椋侯A(yù)制樓梯、預(yù)制陽臺(tái)及預(yù)制空調(diào)板等次要結(jié)構(gòu)的受力構(gòu)件→預(yù)制梁和預(yù)制疊合板→預(yù)制非承重外圍護(hù)墻→預(yù)制承重墻→預(yù)制柱→預(yù)制內(nèi)隔墻。此外，若該工程要求達(dá)到A 級(jí)及以上，則還應(yīng)滿足PC 構(gòu)件的最低要求。

2.2 構(gòu)件拆分原則

構(gòu)件拆分是裝配式建筑方案設(shè)計(jì)的一項(xiàng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，目前主要是應(yīng)用一些相關(guān)插件對PC構(gòu)件進(jìn)行拆分，如Structural Precast for refit 插件。該插件能夠根據(jù)拆分原則設(shè)定的拆分條件，對結(jié)構(gòu)樓板、基礎(chǔ)底板、結(jié)構(gòu)墻體等進(jìn)行有效的分割，從而實(shí)現(xiàn)對預(yù)制構(gòu)件的分塊設(shè)計(jì)。另外在實(shí)際構(gòu)件拆分過程中還要綜合考慮裝配式建筑工程的實(shí)際情況。

3 基于BIM技術(shù)和Dynamo參數(shù)化平臺(tái)的設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.1 基本方法及設(shè)計(jì)步驟

先根據(jù)上述構(gòu)件拆分原則預(yù)先將預(yù)制構(gòu)件確定好，然后應(yīng)用BIM 技術(shù)，通過Dynamo 參數(shù)化平臺(tái)，對裝配式建筑方案進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。其具體的設(shè)計(jì)步驟為：第一步：確定及選擇構(gòu)件圖元，通過Dynamo提取模型構(gòu)件參數(shù)信息；第二步：利用相關(guān)比例公式對各項(xiàng)進(jìn)行評分，根據(jù)評分值計(jì)算裝配率；第三步：根據(jù)裝配率評價(jià)工程等級(jí)。如果裝配率或評級(jí)等級(jí)未達(dá)標(biāo)的話，則可以應(yīng)用Dynamo參數(shù)化平臺(tái)中的相關(guān)節(jié)點(diǎn)來快速調(diào)整設(shè)計(jì)方案，直至裝配率或評級(jí)等級(jí)達(dá)標(biāo)為止。

3.2 應(yīng)用實(shí)例

3.2.1 工程概況

某剪力墻結(jié)構(gòu)裝配式住宅建筑工程，共兩層4戶，建筑總面積約570.16m2，設(shè)計(jì)使用年限為50 年，耐火等級(jí)不低于2 級(jí)，屋面防水等級(jí)為2級(jí)，目標(biāo)裝配率為78%，評級(jí)等級(jí)為AA級(jí)，工程全裝修。

3.2.2 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

根據(jù)工程的實(shí)際要求進(jìn)行戶型的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。根據(jù)上述構(gòu)件拆分原則及JGJ 1—2014《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定，主要采用預(yù)制剪力墻、預(yù)制疊合板、預(yù)制樓梯等預(yù)制部件。預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)次序?yàn)椋侯A(yù)制樓梯、預(yù)制非承重外圍護(hù)墻、預(yù)制疊合板、預(yù)制內(nèi)墻、預(yù)制剪力墻。

3.2.3 裝配率計(jì)算及方案優(yōu)化

應(yīng)用Structural Precast for refit 插件進(jìn)行構(gòu)件拆分，在樓梯、非承重外圍護(hù)墻、疊合板、內(nèi)墻、剪力墻等構(gòu)件分別采用預(yù)制構(gòu)件的情況下，通過Dynamo 參數(shù)化平臺(tái)及相關(guān)計(jì)算規(guī)則，對預(yù)制部件的應(yīng)用比例進(jìn)行計(jì)算，得出：預(yù)制墻板58.11%、預(yù)制疊合板60.50%、預(yù)制樓梯2.20%、預(yù)制非承重外圍護(hù)墻100.00%。再通過python 評分公式對各項(xiàng)進(jìn)行評分，得出裝配率為58.80%。但是該工程的目標(biāo)裝配率為78%，所以需要對其設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。通過可滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)Number Slider，根據(jù)預(yù)制構(gòu)件的權(quán)重比例對其應(yīng)用比例進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，最終達(dá)到了78%的裝配率。

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一種通過BIM 技術(shù)和Dynamo 參數(shù)化平臺(tái)對以裝配率為導(dǎo)向的裝配式建筑方案進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法，并對該方法進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，達(dá)到了裝配式建筑工程的目標(biāo)裝配率，說明該方法具有可行性，值得推廣。