综合楼装配式集成化设计研究与应用

陈长林，张宗军，丁磊

（安徽海龙建筑工业有限公司，安徽 合肥 230601）

1 工程概况

本工程建筑高度22.1m，共五层，为装配整体式框架结构，采用预制柱、预制梁、超宽预制预应力空心板、预制挂板、预制整体内隔墙、预制一体化装饰楼地面等。

办公楼外立面采用玻璃幕墙和挂板组合设计，配以飘逸的钢结构雨棚，整个建筑体现了现代简约的风格，充分彰显了装配式建筑的优势，被权威机构认证为国内领先水平。该工程所用预制构件及建筑部品均在工厂制作完成后，运至现场拼装。主体结构采用预制构件叠合层和框架节点的后浇混凝土实现结构整体式连接，使结构的整体性能等同于现浇结构，结构整体性能优异。

2 集成设计化介绍

对于装配式建筑的设计而言，由于该类建筑大都由众多构件通过节点连接而成，故设计之初，不仅仅需要考虑整个建筑的协调性，更要考虑每个构件之间的关联性，尤其节点、机电之间的空间关联。因此，装配式建筑急需一种能够集成各个专业领域的设计，避免后期因构件的不匹配导致构件无法正常安装的情况[1]。

相比于装配式建筑的设计，传统的施工图将建筑、结构、机电等单独拆分开来，每个专业人员负责各自的领域，虽然存在一定的优势，但是随着人们对建筑的要求越来越高，建筑的复杂程度与日俱增，这个模式的弊端逐渐显现，尤其是各个专业的协同，主要存在以下问题：

①精通多专业设计的设计师很少；

②两个专业交流还停留在语言交流阶段，很多问题无法描述清楚；

③机电的预埋件较多，全部都能考虑到并对每一张图纸进行修改，需要大量的劳动力；

④某些机电的预埋件过大或者过深时，会碰到结构钢筋，更改结构或者机电成为问题；

如何避免不同专业各预埋件或者构件之间的冲突成为亟待解决的问题[2]。

图1 构件钢筋绘制、机电开孔及拼装

本工程采用集成化设计，运用协同平台，由各专业人员在该平台上共同绘制，同时进行，各个专业人员在绘制的同时又能看到其余专业的绘制进度，尤其是结构和结构之间钢筋的连接位置问题、结构和机电之间的协同问题[3]；如图1所示，在单个构件中绘制钢筋和机电开孔位置，然后进行核对，检查结构机电碰撞问题，之后将各个构件进行预拼装，核对构件节点间钢筋排布问题，最大程度的解决了设计的“错、漏、碰、缺”等问题，提升了设计的效率[3]。

本工程运用集成化设计，配合绿色环保理念，研发纤维清水混凝土挂板、混凝土画装饰挂板和硅胶模装饰挂板，利用固废材料作为建筑外围护的装饰，实现绿色环保、装饰美观的效果。改进GRC模壳结构柱生产工艺，解决生产过程占地面积大的问题，减少模板损耗和现场绑扎钢筋，实现了预制构件装饰一体化，避免装修二次进场，有利于推进建筑全装修。如图2、图3所示。

图2 混凝土画装饰挂板立面效果

图3 装饰一体化GRC模壳结构柱中庭效果

3 构件库的建立

由于装配式建筑由各个构件通过节点连接及与生俱来标准化的因素，所以建立健全一个标准化的构件库就显得尤为重要。如图4所示，该办公楼中多数构件的设计用到了构件库中原有的构件，在此基础上进行修改深化即可使用，对于该办公楼中的特殊构件需要重新绘制，可放置于构件库中，予以备用。在此种模式下，随着构件库的不断丰富，设计人员得到解放，极大的提升了设计效率[4]。

图4 构件库

4 办公楼集成设计的运用案例

如图5、图6所示，利用revit软件，构建协同平台，在整体结构的基础上，进行建筑物复杂管线的绘制，其中管线的排布走向、预留孔洞、架设高度等都需要结构的配合，装配式建筑的特性决定了其在施工过程中是无法改变这些构件原有的尺寸和管线原有位置，尤其孔洞的位置等，须在构件设计之初进行各专业的协同作业，达到最终的集成设计，做到各专业在分工明确的同时又能相互协调，此时，设计的集成化优势就显示出来了。

相比于传统的图纸绘制，将各专业的顺序绘制改为同步进行，达到信息的实时共享，从以往的将二维图纸翻模成三维模型的工作方式改为直接利用三维模型绘图，最终导出二维图纸指导生产施工[5]。

图5 办公楼结构模型

图6 办公楼机电模型

5 办公楼的集成管理

办公楼项目运用BIM技术，以工程三维模型为载体，打造基于BIM技术的工程项目管控系统，解决从立项到竣工交付全过程项目管理。参建各部门（设计、施工、监理、设备供应商）工作通过BIM协同平台连接起来，形成一个互相连接、互动的信息系统。在BIM平台上进行合同、进度、质量、安全的管理。并利用物联网技术，形成虚实结合的项目管控系统。建立以可视化模型为载体，以过程控制原始资料为基础的文档控制管理体系，并移交于项目业主和公司内部档案管理，解决了装配式建筑管理混乱、信息处理不及时等问题。这种方式改变原有的管理理念、管理方式，推动了建筑企业资源整合及优化，提高了企业的整体效益及综合竞争力，促进了整个行业的发展[6]。

图7 BIM协同管理

装配式建筑集成化设计具有以下优点：

①解决各专业之间、本专业之间各构件碰撞问题；

②为各专业提供一个可协同合作的平台；

③降低图纸的错误率；

④图纸完成即可进行建筑的预拼装，不仅能检查错误，更可以进行建筑物的渲染、漫游、动画等制作；

⑤从根本上改变目前市场上BIM反推应用，转化为正向使用BIM技术；

6 总结

随着现代人对环保、节能、舒适等要求的不断提升，现代建筑也越来越集成化、复杂化。设计的思路也多元化，故需要集成化设计手段来实现设计的效果，但是集成化设计管理的发展目前也存在一些不足之处：

①集成设计的标准目前并未统一，各参建单位对设计图纸要求的深度与广度存在差别；

②各地方标准不一致，导致最后集成设计的成果不能共用；

③设计作为装配式建筑全生命周期其中的一个环节，远不能决定整栋建筑建造，应以集成设计为中心，开展装配式建筑全生命周期的集成化；

④由于工程的复杂性，BIM的集成管理软件的发展滞后性，不能清晰的反馈出每一个细节，还需要进一步发展。