分析预制装配式建筑方案设计

黄小燕

装配式建筑主要是根据设计方案在生产工程中制作相应的结构部件，然后在工地中组装而成的建筑，该技术是未来发展的趋势。当前应用最为普遍的方式就是装配式施工，但是目前装配率比较低，如何提升装配率是当前所面临的主要问题。

1.装配式建筑的发展

装配式建筑首先出现在欧洲国家，其主要受17 世纪欧洲工业生产的影响，很多发达国家开始着眼于工业化生产的装配式建筑生产方式，并且从中积累了很多先进的施工经验，设计水平与施工水平都比较高。

我国的预制装配式建筑最早出现在20 世纪50 年代～80 年代，主要是受到了苏联工业发展的影响，结合了工业建设、设计施工技术而形成的装配式建筑技术体系。80 年代之后，我国的经济发展加快，在“三化一改”经济政策的指引下，更有利于装配式建筑发展。2013 年我国将建筑工业化作为行业发展的重点，装配式建筑成为主要结构形式，这与新型预制混凝土装配结构快速发展是息息相关的，同时也带动了建筑技术的进一步发展。2016 年9 月之后，国务院总理在进行国务院会议的过程中，明确地指出了建筑领域需要大力地发展装配式建筑的形式，同时还应逐步调整产业结构形式，积极促进该项技术的发展。以此为基础，我国建筑领域中的新型装配式建筑形式已经逐步进入到建筑工业化的时代。在建筑施工中应用现浇混凝土施工技术，所使用的预制构件比例较小，在未来发展中还需要进一步加大。由于装配式建筑施工技术具备较高的节能性，同时施工效率也比较高，所以被很多国内建筑企业所使用，未来必然产生更高的效益。

2.预制装配式建筑面临的问题

装配式建筑已经在我国出现并且发展超过了几十年，但是因为早期技术不成熟而被人们所放弃，但是随着国内发展的需要以及国际市场的影响，装配式建筑再次出现在人们的视野中，但是与传统的装配式建筑有着很大的不同，其技术水平比较高，但是还存在很多缺陷和不足，具体主要体现在如下几个方面。

2.1 预制装配率较低

技术水平不高导致了装配式建筑无法实现快速发展和进步。目前我国建筑领域的发展还处于工业化水平发展阶段，也能够解决处理剪力墙、框架结构以及其他结构部件所存在的问题，但是因为建筑结构的总体装配率比较低，直接限制了该行业的发展和进步。当前建筑装配式技术的发展方向主要是彻底地解决装配建筑结构部分的预装装配问题，其存在复杂性和单个结构节点多样化的问题。在施工过程中，因为装配施工难度较高，其安全性也就无法保证。

当前，我国装配式建筑的管理制度还存在很大的缺陷，这是导致装配率较低的主要因素。在相当长的时期内我国的装配式建筑还处于摸索发展阶段，这个时期中，标准规范成为该领域中非常重要的一个方面。在整体结构与单个构件的设计、工业标准制定以及施工中的协调都存在一定的问题，在未来发展中还需要进行全面的完善，必须采取有效的措施进行控制，以保证预制装配式建筑方案设计的要求符合建设目标。

2.2 预制装配施工技术建设成本高

建筑工程的成本主要包含了直接费用、间接费用、税费等，采用装配式施工技术中的预制构件所产生的运输费用、安装费用等对施工成本存在直接的影响，但是因为生产方式的不同所导致的工程造价也存在较大的差异。从工程实践中可以发现，预制构件在生产、运输以及安装的环节中，其成本都要明显地高于传统的现浇施工方式，但是因为该技术还存在很多核心技术没有突破而导致其成本无法降低。

2.3 预制装配式建筑核心技术未能突破

多层建筑在施工中应用装配式施工技术是比较合适的，但是当前大中型城市已经很少建设多层建筑，这与城市土地资源比较紧张、城市人口的激增存在直接的关系，所以城市已经开始大范围地建设高层建筑，这种建筑形式对于结构性能有着更高的要求，但是，目前我国的预制装配式建筑施工技术还存在很多核心技术没有突破，没有建立科学合理的标准，导致了该技术发展非常缓慢，在未来发展中需要不断地提升技术水平，从而满足建筑工程技术的发展，为装配式建筑的发展提供契机。

3.预制装配式建筑方案设计要点

在预制装配式建筑方案设计的过程中，想要全面地提高方案设计细节的要点，就需要从设计思路出发，然后通过方案模型的应用切实提高整体方案设计水平以满足设计需求。预制装配式建筑方案设计应用BIM 参数化设计方法，可实现装配式建筑与装配率目标导向的有机结合，并通过统计分析提出不同装配率下预制构件应用比例的选择参考，最后通过实例验证该方法进行装配式建筑方案设计优化的可行性。

3.1 装配式建筑的设计程序

装配式建筑的设计程序分为方案设计、初步设计、施工图设计3 个阶段，如图1 所示。

图1 装配式建筑设计程序

3.2 预制构件设计优先次序

具体分析来看，主体结构占据相当大的比重，尤其是梁、叠合板及外围护墙占了较大的比例，直接影响到装配率。进一步梳理可以发现，承重墙也发挥了较大的作用。此外，其他的次要结构受力构件并未起到过多的影响作用。基于目前的装配式建筑设计经验，在进行构件选择过程中，不仅要考虑构件占比，还应基于预制构架的制作、工艺及安装等不同角度予以统一分析。通常，预制构件选择顺序见图2。

图2 预制构件选择顺序

3.3 基于装配率的BIM 参数化方案优选设计流程

在拆分原则的基础上提前确定预制构件，并基于BIM 参数化平台设计装配式建筑方案。具体分析来看，其思路是：先明确并选中构件图元，之后提取模型BIM 构件参数信息，并基于各个评价项采用相应的比例公式展开评分，采用评分值予以装配率计算，之后基于装配率开展等级评价。流程见图3。

图3 BIM 参数化设计流程图

3.4 应用实例

某工程是两层剪力墙结构住宅，一共4 户，属于二类建筑，使用65m2标准化户型模块，总面积570.16m2，共两层，在建筑过程中使用装配剪力墙结构，预计达到的目标装配率为78%，AA 级，工程全装修。图4 是其BIM 三维图。

图4 BIM 三维图

3.4.1 户型标准化设计

对住宅户型设计及组合形式予以归纳后可知，文中涉及的户型设计包括35m2、50m2、65m2三种标准化户型。

3.4.2 预制构件设计原则

项目结构设计执行《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ1－2014）中的有关规定及构件拆分原则，主体部分结构则使用预制剪力墙、叠合板等预制部品。

3.4.3 预制构件选择顺序

项目预制构件选择顺序为楼梯、女儿墙、叠合板、内墙、剪力墙。

3.4.4 装配率计算

利用BIM 对构件进行拆分，一旦楼梯、内墙、剪力墙等构件采用预制构件时，采用BI 计算规则可以对预制部品部件的相应比例进行计算。

最后通过编写Python 评分公式对相关项评分，得出装配率为58.8%。

3.4.5 方案优化

通过计算，如果得出的装配率未达到目标，则应将装配率设置为78%，BIM会基于构件权重对其应用比例作出调整，并基于具体应用比例出现的变化，对方案设计作出一定的更改。在修改项目的装配率后，各构件应用比例见表1。

表1 修改前后构件的应用比例

以装配率为目标导向，利用BIM 技术进行装配式建筑方案设计，能够拟定更全面的整体设计方案。在明确总的设计目标的前提下，基于当前的技术手段及实践经验，明确预制构件及拆分设计，并由此进一步设计预制构件，这也是装配式建筑方案设计的重中之重。本文分析了预制构件如何拆分及优选顺序，并基于参数化设计的基础上能够做到计算装配率并对方案做出选择，由此可以确保为优化设计装配式建筑方案提供一定程度的指导。

4.结语

现代化城市发展速度较快，城市人口数量较多，所以高层建筑是未来建筑事业的发展趋势，并且因为其性能要求较高，而对于装配式建筑施工技术有着更高的要求。但是从当前实际情况来分析，该技术还存在很多的缺陷与问题，不能满足当前建筑施工的需要。在未来发展中，需要逐渐突破技术壁垒，实现技术的升级，研发出更科学、合理的预制生产体系，为行业提供有力的支持，积极促进我国装配式建筑技术的发展和进步，实现可持续发展。