房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性及優(yōu)化技術(shù)運(yùn)用

朱 瑾

(蘇州立誠(chéng)建筑設(shè)計(jì)院有限公司東臺(tái)分公司，江蘇 鹽城 224000)

引言

房屋建筑結(jié)構(gòu)是建筑使用的基礎(chǔ)，對(duì)建筑使用安全和建筑使用功能都有非常重要的作用，但是當(dāng)前房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本支出較大，原材料需求量大，造成建筑結(jié)構(gòu)重量較大，影響建筑的質(zhì)量穩(wěn)定與安全。房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要遵循科學(xué)性和經(jīng)濟(jì)性的原則，從材料、設(shè)備、高度、層數(shù)、結(jié)構(gòu)等多個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)成本的最大化利用，節(jié)約施工成本，在質(zhì)量安全的前提下，提升企業(yè)的根本利益。

1 房屋建筑結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟(jì)性關(guān)系的處理

1.1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建筑設(shè)備之間經(jīng)濟(jì)關(guān)系處理

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑工程的核心框架，對(duì)于項(xiàng)目質(zhì)量安全和功能優(yōu)化起到了關(guān)鍵性作用。建筑層數(shù)的增加導(dǎo)致建筑設(shè)備增多，無(wú)論是電路設(shè)備還是排水管道的建設(shè)難度增加，所需的施工材料增多，導(dǎo)致工程項(xiàng)目成本變多，因此把控建筑層數(shù)的合理性，優(yōu)化設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)，滿足人們的使用需求的前提下，分析大數(shù)據(jù)系數(shù)，從而進(jìn)行科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。隨著建筑層數(shù)的增加，人們的用電需求和排水量也隨之增加，不僅在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建設(shè)過(guò)程中造成成本增大，在后期的建筑使用中還會(huì)造成排水壓力，對(duì)于后期維護(hù)方面造成較大影響，因此科學(xué)的設(shè)計(jì)規(guī)劃對(duì)建筑工程的建設(shè)與使用都有重要意義。

1.2 建筑結(jié)構(gòu)外觀和經(jīng)濟(jì)關(guān)系處理

建筑結(jié)構(gòu)不僅決定了建筑外觀和建筑形狀，并且還決定了建筑整體的穩(wěn)定性和安全性，因此前期進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要遵循安全合理性原則，根據(jù)建筑項(xiàng)目的用途和特點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，其中圓形結(jié)構(gòu)和方形結(jié)構(gòu)較為常見(jiàn)，使得建筑每個(gè)部位受力均勻，能夠起到良好的承載支撐性，規(guī)避各類安全風(fēng)險(xiǎn)。若是考慮到外觀造型的美觀性，設(shè)計(jì)不規(guī)則的建筑外觀，需要加強(qiáng)建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化，提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，并設(shè)置剪力墻，提高建筑防震能力，有效避免在長(zhǎng)期的風(fēng)化和受力過(guò)程中造成墻面裂痕出現(xiàn)，提升建筑項(xiàng)目質(zhì)量安全。

1.3 建筑部分結(jié)構(gòu)與建筑層數(shù)經(jīng)濟(jì)關(guān)系處理

建筑的部分結(jié)構(gòu)與建筑層數(shù)之間也有著直接關(guān)系，隨著建筑層數(shù)的增加，建筑基層構(gòu)件需要進(jìn)行剛度和強(qiáng)度的優(yōu)化，增加建筑基礎(chǔ)構(gòu)件的規(guī)格，擴(kuò)大基坑面積，增加基坑深度，采用鋼筋混凝土澆筑和支架固定結(jié)合的方式進(jìn)行建筑本體的穩(wěn)定，成本也會(huì)相對(duì)增加，超高建筑會(huì)導(dǎo)致建筑穩(wěn)定性下降，因此加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)定科學(xué)合理的建筑層數(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑項(xiàng)目利益最大化，保障建筑工程項(xiàng)目質(zhì)量。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜也會(huì)導(dǎo)致整體成本增加，需要在后期裝修時(shí)耗費(fèi)更多的材料，但是結(jié)構(gòu)的合理性和舒適性是決定用戶滿意度的關(guān)鍵因素，也是決定房屋出售效果的核心要素。

1.4 建筑用地面積和建筑層數(shù)經(jīng)濟(jì)關(guān)系處理

建筑工程項(xiàng)目所占面積基本確定，因此在面積恒定的基礎(chǔ)上，增加建筑層數(shù)就可以增加購(gòu)買(mǎi)需要，高層建筑的層數(shù)越多，平均分?jǐn)偟挠玫孛娣e會(huì)越來(lái)越少。但是建筑層數(shù)過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致建筑部分區(qū)域光照效果降低，導(dǎo)致部分樓盤(pán)的采光性較差，不能滿足人們的住房用房需求，對(duì)于部分樓盤(pán)的購(gòu)買(mǎi)力下降，建筑成本上升，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益較差。因此科學(xué)測(cè)量建筑之間的距離，根據(jù)太陽(yáng)移動(dòng)軌跡，進(jìn)行樓盤(pán)朝向的設(shè)計(jì)，并根據(jù)光照角度進(jìn)行樓間距的設(shè)計(jì)，不僅要提升整體建筑采光效果，還要保障住房的舒適合理性。

2 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中優(yōu)化技術(shù)的運(yùn)用

2.1 房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的前期應(yīng)用分析

加強(qiáng)企業(yè)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的重視，在前期進(jìn)行項(xiàng)目的多項(xiàng)分析，并且根據(jù)地形特點(diǎn)進(jìn)行全面優(yōu)化分析，科學(xué)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保建筑項(xiàng)目施工建設(shè)的可行性。在前期房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案設(shè)計(jì)中，要綜合建筑項(xiàng)目進(jìn)行全方位設(shè)計(jì)規(guī)劃，對(duì)工程項(xiàng)目具有非常關(guān)鍵作用，后期建筑使用與前期設(shè)計(jì)息息相關(guān)，有效規(guī)避建筑安全風(fēng)險(xiǎn)，科學(xué)節(jié)約施工成本。在前期設(shè)計(jì)工作中要融合工程造價(jià)技術(shù)，將工程造價(jià)管理融入到工程全過(guò)程中，從前期設(shè)計(jì)到最終的質(zhì)檢驗(yàn)收階段都要進(jìn)行充分的預(yù)算分析，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作貫穿項(xiàng)目建設(shè)全過(guò)程，加強(qiáng)設(shè)計(jì)隊(duì)伍與施工隊(duì)伍之間的溝通協(xié)作，減少設(shè)計(jì)變更，降低成本浪費(fèi)，保障工程在合理工期內(nèi)完成。

例如，在現(xiàn)階段的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，多數(shù)設(shè)計(jì)單位已經(jīng)應(yīng)用了BIM技術(shù)。此時(shí)，可以將房屋結(jié)構(gòu)二維平面圖的電子版本導(dǎo)入到3D Revit軟件之中，生成房屋結(jié)構(gòu)BIM模型。為了保障整個(gè)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的可靠性，可以配合“族庫(kù)”設(shè)置，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)代入到模型參數(shù)中進(jìn)行驗(yàn)證處理。同時(shí)，也可以將經(jīng)驗(yàn)值代入到模型中，比較設(shè)計(jì)值與經(jīng)驗(yàn)值條件下，房屋結(jié)構(gòu)BIM模型差異。由于當(dāng)前的房屋建筑工程項(xiàng)目中應(yīng)用了工業(yè)設(shè)計(jì)思想中的產(chǎn)業(yè)鏈思維，創(chuàng)建了以設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工、訂單、營(yíng)銷、售后為基本環(huán)節(jié)的生產(chǎn)建設(shè)產(chǎn)業(yè)鏈條。因此，在應(yīng)用BIM技術(shù)時(shí)，可以根據(jù)設(shè)計(jì)施工一體化體系搭建BIM技術(shù)信息平臺(tái)，使設(shè)計(jì)單位、施工單位、業(yè)主、監(jiān)理單位在統(tǒng)一的BIM信息技術(shù)平臺(tái)上，通過(guò)信息交互、數(shù)據(jù)共享，實(shí)時(shí)的進(jìn)行溝通，并結(jié)合協(xié)同合作機(jī)制，降低各方的糾紛與矛盾。尤其是在設(shè)計(jì)變更方面，應(yīng)用BIM技術(shù)后，總項(xiàng)目、分項(xiàng)目、子項(xiàng)目、各個(gè)構(gòu)件的BIM模型十分清楚。此時(shí)，即使發(fā)生設(shè)計(jì)變更問(wèn)題，也可以根據(jù)BIM設(shè)計(jì)一體化體系，通過(guò)一次性的系統(tǒng)性變更，降低變更過(guò)程中花費(fèi)的時(shí)間、人力、財(cái)力等，進(jìn)而達(dá)到節(jié)約變更成本的目標(biāo)。需要說(shuō)明的是，在BIM技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，能夠?qū)⑸傻腂IM模型導(dǎo)入到4D Navisworks軟件，對(duì)施工進(jìn)行可視化模擬，預(yù)測(cè)施工環(huán)節(jié)可能發(fā)生的問(wèn)題，進(jìn)而制定匹配的預(yù)防措施。

2.2 注重細(xì)節(jié)的優(yōu)化處理

注重細(xì)節(jié)的優(yōu)化處理，根據(jù)工程項(xiàng)目特點(diǎn)進(jìn)行建筑局部的合理調(diào)整，確保整體建筑結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，不會(huì)因?yàn)榫植恳蛩卦斐烧w安全隱患出現(xiàn)。例如，在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)矩形板的澆筑設(shè)計(jì)時(shí)，要注重矩形板規(guī)格的設(shè)定，根據(jù)建筑造型和結(jié)構(gòu)進(jìn)行矩形板幾何結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，加強(qiáng)原材料的攪拌制作管控，使得原材料可以充分?jǐn)嚢?，精?xì)化的制作流程避免氣泡產(chǎn)生，增強(qiáng)矩形板梁結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性，分二層澆筑保障結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，確保矩形板能夠有較強(qiáng)預(yù)應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑內(nèi)外的安全支撐，提升建筑結(jié)構(gòu)的荷載力。房屋建筑結(jié)構(gòu)矩形施工見(jiàn)下圖1。

圖1 房屋建筑結(jié)構(gòu)矩形板施工圖

再如，當(dāng)前房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，隨著新材料、新工藝和新技術(shù)的運(yùn)用，已經(jīng)逐漸開(kāi)始應(yīng)用裝配式建筑。這種裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，牽涉到預(yù)制件的制作?？墒怯捎陬A(yù)制件規(guī)格大小不同，在預(yù)制件的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不同組成要素出發(fā)，進(jìn)行整體設(shè)計(jì)、局部設(shè)計(jì)方面的比較與檢驗(yàn)，盡可能保障整體設(shè)計(jì)與局部設(shè)計(jì)關(guān)系的一致性。從當(dāng)前裝配式房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)看，樓梯預(yù)制構(gòu)件、樓板預(yù)制構(gòu)件、剪力墻預(yù)制構(gòu)件等設(shè)計(jì)時(shí)，要將它們與整體建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)聯(lián)合起來(lái)，進(jìn)行局部設(shè)計(jì)、整體設(shè)計(jì)方面的拼合檢驗(yàn)。另外，由于裝配式建筑中的拼裝施工要求做到嚴(yán)絲合縫，所以，通?？梢岳肂IM技術(shù)進(jìn)行裝配施工模擬，檢驗(yàn)其是否達(dá)到設(shè)計(jì)優(yōu)化目標(biāo)。具體操作方面，要求使用BIM技術(shù)中的碰撞檢查功能，對(duì)各個(gè)連接位置的節(jié)點(diǎn)定位、連接數(shù)據(jù)、拼裝效果等進(jìn)行全面檢驗(yàn)與評(píng)估，確保裝配式房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的有效性以及在優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用的條件下，提高其設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，使其產(chǎn)出綜合效益。需要注意的是，在設(shè)計(jì)施工一體化體系之下，設(shè)計(jì)方面的科學(xué)技術(shù)與管理技術(shù)，一般采用融合應(yīng)用方式。所以，在細(xì)節(jié)層面應(yīng)用基于BIM技術(shù)的優(yōu)化方案時(shí)，也應(yīng)該配套的做好設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的管理。建議將結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)管理與定額管理結(jié)合起來(lái)，保障裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性及優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用效用。

2.3 融合信息技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)無(wú)法全面滿足現(xiàn)代建筑的需求，高層建筑工程項(xiàng)目需要進(jìn)行分析的數(shù)據(jù)較多，人工分析會(huì)出現(xiàn)很多漏洞。因此加強(qiáng)信息技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，通過(guò)BIM系統(tǒng)進(jìn)行前期的建筑模型設(shè)計(jì)，將建筑結(jié)構(gòu)和整體建筑群之間的距離進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)建筑工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)合理性與可行性，融合工程造價(jià)技術(shù)進(jìn)行成本預(yù)算的精準(zhǔn)化控制。設(shè)計(jì)部門(mén)通過(guò)CAD進(jìn)行建筑平面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的標(biāo)注，再通過(guò)3D模型的設(shè)計(jì)進(jìn)行施工預(yù)演，分析施工的可行性，針對(duì)性的進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的修改，避免施工階段出現(xiàn)較為嚴(yán)重的設(shè)計(jì)變更，實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)化。

具體而言，在當(dāng)前的房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，可以將CAD技術(shù)、BIM技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)全面融合起來(lái)，按照CAD—3DRevit—4DNavisworks——碰撞檢查的技術(shù)應(yīng)用流程，進(jìn)行全面而系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。從當(dāng)前實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看，應(yīng)用上述技術(shù)時(shí)，可以配套選擇數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)完成房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要素庫(kù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指標(biāo)庫(kù)(技術(shù)指標(biāo)、成本指標(biāo))，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)性。同時(shí)，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以被劃分為多個(gè)部分的設(shè)計(jì)。此時(shí)，分部項(xiàng)目設(shè)計(jì)數(shù)量增多后要實(shí)時(shí)同步、統(tǒng)一管理，就需要應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，使各個(gè)分部項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)可以實(shí)時(shí)的完成設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)分析、生成分析報(bào)告、下發(fā)分析報(bào)告、調(diào)整設(shè)計(jì)方案等。當(dāng)前階段，在設(shè)計(jì)施工一體化條件下，可以將成本、質(zhì)量、環(huán)境、文檔、資源、進(jìn)度等專項(xiàng)管理，貫徹到設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工、運(yùn)維各個(gè)環(huán)節(jié)，保障在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工一體化方案實(shí)踐中，達(dá)到低成本投入、高技術(shù)融合應(yīng)用目標(biāo)。簡(jiǎn)單講，應(yīng)該積極發(fā)揮設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的引領(lǐng)性作用，使設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)完成對(duì)后續(xù)各環(huán)節(jié)的系統(tǒng)性控制，并通過(guò)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)提高建筑產(chǎn)品的可營(yíng)利空間等。

2.4 提高房屋建筑結(jié)構(gòu)的耐用性及安全性

加強(qiáng)房屋建筑結(jié)構(gòu)的耐用性分析，選用合適的材料進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的施工建設(shè)，建筑結(jié)構(gòu)框架是確保建筑安全穩(wěn)定的核心部分，因此，加強(qiáng)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，提升建筑的耐久性和安全性，科學(xué)減少材料用量，用鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行框架建設(shè)，用較輕的新型環(huán)保材料進(jìn)行建筑體的施工建設(shè)，提升建筑外表的密度和強(qiáng)度，減輕建筑自身重量，在遇到地震或強(qiáng)風(fēng)大雨時(shí)可以避免高層建筑的橫向剪切，提升建筑穩(wěn)定性，提高建筑的抗震抗災(zāi)實(shí)效性。通過(guò)優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)，采用先進(jìn)的工藝進(jìn)行結(jié)構(gòu)韌性的提升，從而保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，規(guī)避建筑安全風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié) 語(yǔ)

房屋建筑結(jié)構(gòu)需要根據(jù)項(xiàng)目的特點(diǎn)和市場(chǎng)指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在項(xiàng)目前期設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員要對(duì)實(shí)地進(jìn)行勘測(cè)，分析建筑施工的安全性和可行性，根據(jù)地形特點(diǎn)和土地面積進(jìn)行針對(duì)化設(shè)計(jì)，科學(xué)合理的進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，根據(jù)建筑高度進(jìn)行間距規(guī)劃，保障房屋建筑每層的采陽(yáng)效果。當(dāng)前高層建筑逐漸成為行業(yè)內(nèi)的主流，隨著建筑層數(shù)越來(lái)越多，建筑高度不斷增加，實(shí)現(xiàn)了土地資源的合理化利用。但是層數(shù)的增加，導(dǎo)致管道設(shè)備使用數(shù)量和成本增加，建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和地基都需要進(jìn)行優(yōu)化，使用的施工材料數(shù)量增多，成本也不斷上漲。因此科學(xué)合理設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)，根據(jù)建筑的用途進(jìn)行層數(shù)的設(shè)定，并根據(jù)周?chē)ㄖh(huán)境和生態(tài)環(huán)境進(jìn)行高度和間距的設(shè)計(jì)，使得房屋建筑更加具備舒適性與合理性。采用新型環(huán)保材料，降低建筑自重，提高建筑的保溫效果和隔音效果，提升建筑結(jié)構(gòu)的剛度，確保建筑結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，促進(jìn)建筑行業(yè)的健康態(tài)發(fā)展。