装配式建筑结构设计中必须考虑的施工因素探讨

文／张鹏飞、汪飞、冯兴圣、张伟、王德宇、王明康 陕西建工第十二建设集团有限公司 陕西安康 725000

引言：

装配式建筑的建设过程中，首先会利用特定的工艺和技术，在工厂当中按照建筑要求制作相应的建筑构件，经过质量检查确认不存在问题之后，将这些构件利用大型车辆运输到施工现场，将构件逐一组合安装。这种施工技术的应用与传统建筑存在很大的差异，在施工实践中强调多个构件的同时生产，生产线很多，多种构件可以同步完成生产，大幅度提高生产效率并有效缩短工程周期，减少对于施工材料的浪费，节约大量成本。在此基础上，现场的组合与安装不会产生过多的建筑垃圾，不会对周边环境造成恶劣的影响。由此可见，装配式建筑未来的发展空间巨大，强化对装配式建筑的分析，可以促进建筑工程的进一步发展。

1、建筑装配式混凝土结构具体概述

装配式混凝土建筑结构指的是将混凝土部件与构件使用钢筋进行连接，通过浇筑混凝土而形成的整体建筑结构的施工方式。该结构主要包括工厂预制、现场构建以及厂内转移等多个施工环节，其对于提升工程整体建设施工质量与施工安全、降低周边环境污染、减少建材损耗、加快工程建设进度等方面具有十分重要的作用。由于构件预制工作极为特殊，建筑企业要想有效提高工程建设安全性、稳定性及可靠性，就要在生产预制件过程中，合理利用预埋件方式对部分特殊构件进行处理。同时，建筑企业充分发挥装配式结构的具体优势，提高工程建设施工效率，并将门窗、水电管道敷设等施工内容有效整合到预制生产工作中，从而组建出高精密度构件产品。在建筑工程施工过程中，装配式混凝土建筑结构是以吊装、连接工作为主，然后将各个构件安装到预定位置，由于该结构涉及到的信息量过多，所以需要施工单位加强信息化管理力度，确保工程建设顺利进行。

2、施工关键技术及存在的问题

2.1 连接和精度问题

装配式建筑所使用的各种构件需要严格按照图纸进行制定，因而对于构件的尺寸要求很高，如果尺寸控制不到位，后续在安装的过程中容易出现构件不完全闭合的问题。值得注意的是，在灌浆操作当中，管道内部的情况并不能从外观看出，控制难度较大，可能会导致预制构件与现浇式承重结构的节点搭接方面存在问题，出现偏差。而填充的饱满程度也难以进行准确的估计，从而导致连接质量无法达到要求。在纵向连接的墙板方面，确定灌浆质量达标的标志是灌注混凝土从板顶的孔里顺利流出，这种情况下，工作人员非常容易出现操作失误，灌浆孔被堵死。同时，在套筒安装期间，位置偏差也是较为常见的问题，如果出现部分偏离的现象，钢筋则可以插入;如果偏离程度过大，则无法进行钢筋插入操作，即便是采取补救措施，也不会达到设计标准，可能会涉及到返工返修的问题，严重影响到工程质量。

2.2 平板安装问题

平板安装操作也是经常出现问题的施工部分。第一，转角板自身的厚度不足，体积很大，在运输或者使用的过程中及其容易被折断，尤其是在吊装的过程中，转角板容易出现回折的问题，导致平板损坏，浪费材料;在保养阶段，也会由于操作不当而出现转角位置角度变化的问题。第二，外墙板的保温层也较为脆弱，脱落和断裂的问题十分常见，究其原因，是外墙材料的使用出现的问题。一般而言，多数的外墙板都会由外装饰面、保温层以及结构层这三个部分构成，然而，部分情况下这三层材料不兼容，可能会造成脱落和断裂的问题。

2.3 管线预埋问题

构件埋设不当、管线预埋施工等操作也会导致很多的问题，例如构件的偏移、脱落等。最终使得构件的实际位置与设计位置出现较大的差异，影响到装配式建筑整体的稳定性，进而影响建筑质量。因此，在构件位置的固定方面，需要合理控制管线的走向，考虑管线的综合排布的问题，严格按照图纸开展规范化的管线预埋，确保施工的合理性。

3、建筑装配式混凝土结构设计与建造技术合理应用

3.1 浇筑混凝土预制装配式施工技术

在设计装配式混凝土建筑结构过程中，为凸显建筑整体性、稳定性特征，施工单位要安排专业人员实地考察施工现场地质条件、周边环境、居民实际居住需求等多方面问题，而后不断优化和完善现代浇筑混凝土预制装配式技术。通过合理有效的设计建筑结构施工方案，提升工程建设质量在工程项目实际施工过程中，施工人员要熟练掌握和运用各类钢筋连接方法，依照构件规格合理选用钢筋预埋件施工方式；严格依据建筑结构设计施工图纸以及施工实际要求开展钢筋绑扎工作；在完成建筑楼板钢筋焊接作业后，要及时进行验收、核查，以此确保钢筋结构的稳定性。通过有序、合理、规范开展建筑竖向与横向结构搭建工作，促使建筑物安全稳定性全面提升。

3.2 PC 技术与PCF 技术应用措施

PC 与PCF 技术是装配式混凝土建造技术的重要组成部分，将PC 技术合理运用到工程建设过程中，不仅能有效解决全预制构架制作、安装问题，还能进一步提高墙板整体装饰预制效果。同时，施工单位能够减少各环节施工工序，以此确保工程施工的高效性、高质量。此外，有效运用PCF 技术能够更好地解决外墙模板施工问题，其根本原因在于应用该技术不需要外墙脚手架和楼层模板就可以完成施工作业，并能增强工程建设施工的稳定性和安全性。需要特别注意的是，施工单位在开展外墙混凝土设计工作中，要结合墙体刚度、强度及承载力等参数，科学有效地选择施工材料，并准确计算出相关数据参数，以此提高外墙模板利用效率，避免资金浪费现象出现。

3.3 叠合板式与预制剪力墙混凝土技术

就目前剪力墙混凝土技术实际应用情况而言，确定其结构构件的形式十分丰富，如叠合式板墙与楼板、预制楼梯等多种类型。由于叠合式楼板是由底层预制板和钢筋共同组成，所以可以将其称为后浇混凝土施工模板；联合式板墙是由预制板及钢筋构成，在其施工过程中，施工人员要在预制板中间开展混凝土浇筑工作。此外，预制剪力墙混凝土施工技术的构件更加多样，如竖向剪力墙板、楼梯板、阳台以及水平叠合楼板等方面，但该技术构件形式十分简便，需要施工人员严格按照工程施工方案进行施工即可完成。

4、BIM技术方法的应用思路与设计流程

4.1 BIM技术在装配式建筑设计中的方法思路

现阶段，建筑设计方式已从混凝土浇筑设计发展成更便捷、更快速的装配式设计形式，其主要从建筑物的整体设计出发，针对建筑设计进行拆解分析，完成建筑构件与精细构件的精准设计。装配式建筑设计在实际设计过程中是由不同建筑设计单位自主设计的，在交流方面缺乏及时有效的沟通，往往导致预制构件的繁杂、设计方案的不合理等，在一定程度上影响了建筑项目的质量与效率。因此，建筑企业应在装配式建筑设计中融合BIM技术，科学建立并完善协同设计平台。这样有助于相关设计人员及时上传设计效果，获取其他设计单位的设计预案，并在加强沟通交流的同时协调各单位协同设计，从而确保设计的协调性与合理性。

4.2 BIM技术方法与装配式建筑设计的协同设计流程

BIM技术与装配式建筑的协同设计流程一般分为四个阶段，即建筑项目的方案设计、建立并完善预制构件库、构建并优化BIM三维模型、强化构件设计。（1）建筑项目的方案设计。建筑项目的相关设计单位应以客户对装配式建筑户型的可行性评价为依据，了解客户的装配需求，基于BIM技术结合建筑实际与客户需求初步设计方案模型，加深客户对装配式设计方案的了解，明确装配式建筑的整体设计与结构设计，为后续的建筑设计与施工环节提供重要保障。（2）建立并完善预制构件库。预制构件库的建立与完善是BIM三维模型构建、预制构件生产的重要基础条件，也是装配式建筑设计的核心工作。因此，相关设计人员应以实际建筑的具体功能、结构需求、外观表现为依据，合理设计并优化预制构件，明确所需构件的种类、数量、尺寸等，建立并完善装配式建筑设计的预制构件库。然后，设计人员应结合具体建筑分析预制构件是否符合实际需求，并进行适当的调整与补充。（3）构建并优化BIM三维模型。BIM模型的搭建与完善以方案设计为前提基础，在相关设计人员的操作下，借助预制构件协调装配而成；同时，应用BIM技术选用冲突检查、净高检查等方式进行模型的问题检验与协同优化。（4）强化构件设计。在构件强化设计的过程中，建筑企业应加强设计单位、施工团队与构件生产企业的有效沟通，协调构件的强化设计。施工单位应向设计单位及时反馈建筑项目的实际施工需求，如固定孔、安装孔的预埋预留问题等；构件生产企业应以设计单位的预制构件技术需求为依据进行生产加工；设计单位应加强与施工单位的交流，深入了解施工现场情况，同时将预制构件的更新优化设计及时反馈给生产企业。另外，在强化构件设计后，建筑企业应针对BIM模型进行严格审查与结构质量检测，确保设计模型的质量与可行性。

5、装配式建筑设计中BIM技术方法的应用

5.1 建筑户型的内部设计

在装配式建筑设计中，户型设计占据非常重要的地位。相关设计单位在进行设计前，应充分掌握装配式建筑物的具体功能与相关标准，并结合客户需求进行设计分析，明确建筑户型的装配思路与设计风格。设计单位应以装配式建筑物的整体设计为依据，科学设计户型方案，并在方案设计的基础上结合BIM技术进行精确的预制构件设计与结构设计，建立BIM三维户型模型，直观展现装配式建筑户型的具体设计情况。同时，设计单位还可以运用BIM技术方法进行施工装配及构件组装的结构模拟，合理利用BIM技术功能检验装配式建筑的设计问题，如构件尺寸的匹配问题、结构的严谨问题、装配的安全问题、户型的设计问题等，从而帮助相关设计人员及时发现问题，通过设计的调整与结构的优化来解决问题。另外，户型设计还可以借助BIM技术搭建交流平台，加强各参与主体的沟通交流与协调工作，做好建筑户型内部的协调设计，如结构、构件与设备等协调管理。最后，设计单位还应结合装配式建筑的具体户型与客户需求进行功能区的合理规划，并以BIM技术为主导方法科学设计各功能区域，随后进行设计的整合优化，确保户型设计的合理性与整体性，从而进一步推动BIM模型的科学构建。

5.2 预制装配建筑施工质量控制措施

5.2.1 预制阶段质量控制

预制与装配属于预制装配建筑施工中的两个主要阶段，第一阶段在预制厂中预制施工建筑构件，在正式预制施工前，工作人员合理设定规划方案，保证生产与设计等技术人员均可以达到相关要求。同时，还应保证施工材料质量，合理选择材料供应商，做好调查与分析工作。当前由于市场监管并不完善，市场中存在较多质量不达标的建筑材料供应商，经常出现以次充好的问题。第二阶段，原材料采购人员应充分了解市场的实际情况，正确判别，综合考察供应商资质与实力，选择性价比更高的原材料。同时，还应做好施工材料的入厂检查工作，所有使用预制原材料均具备出厂合格证等证书，抽调专业技术人员抽样检测施工原材料，严格使用合格的原材料，不准使用抽检不合格或证件不齐全的材料，全面保证预制结构施工质量。

5.2.2 运输与存储阶段质量控制

工作人员应针对各类预制构件特点制定完善的运输与存储方案，集中分析施工环境，制定合理的设计加护，严格规划运输时间、运输流程、运输路线等，有效运输非常规尺寸与非正常形状的预制构件。在选择运输车辆时，合理选取各类运输构件基本规格，做好上车与下车的安全保护工作，保证运输稳定性，避免因惯性影响出现不均匀倾斜问题。在存储预制构件时也应设定相应方案，选择合理的支撑物，做好防护措施，在存放构件的场地应保持整洁平整，设置良好的通风与排水设施，避免内部积水影响构件质量。

5.2.3 安装阶段质量控制

在将建筑构件运输至施工现场后，还应做好拼接与装配工作。相关技术人员应保证较强的技术性与专业性，以制定形状更为复杂的建筑构件，保证体积合理性。但预制装配建筑施工发展时间较短，也并未完全成熟，行业内缺乏高端技术人才，加之建筑行业工作人员存在较大的流动性，以致对安装质量提出了挑战。为了保证安装施工质量，正式施工前应初步检查预制构件质量，包括形状、尺寸、预埋件位置、插筋位置以及孔洞位置等，保证合理准确。在无误后严格根据图纸施工，并做好检查工作，及时发现问题。在结束施工后，依然需要对照图纸进行严格检查。

5.3 强化过程管理与进度审核工作

我国预制装配建筑发展时间较短，虽然相关部门针对此制定了完善可行的政策法规，但依然存在较多缺陷，无法满足实际的施工需求，对此，预制装配施工单位应结合市场发展与自身实际情况，制定完善科学的施工管理机制，明确各部门与各工作人员的职责范围，并在实际施工过程中严格执行，保证质量。施工质量与施工进度均属于过程管理的重要内容，当施工质量达到设计要求后，工作人员还应严格控制施工进度，避免过快影响施工质量，也避免过慢增加施工成本，合理平衡。由此，在整个施工过程中，施工人员应根据预制设计要求合理确定施工进度，并准确推进，以更好的控制施工质量并保证建筑性能。

5.4 装配式建筑施工注意事项

为了更好的保证施工质量效果，减少各类事故的发生率，在施工期间还有诸多需要注意的事项。首先，预制装配式建筑施工技术的专业性强，所涉及到的施工内容比较多，施工项目繁琐，对于施工材料的质量要求比较高。因此，为了保证施工质量达到标准要求，要选择专业人员参与到施工工作之中，保证施工人员对于一系列施工技术有充分的了解和认识，否则就容易引发质量方面的问题，影响施工效果。还需要落实好施工设备采购工作，保证采购到的各项设备符合施工标准要求，针对所有采购到的材料要做好专业检查，避免后期出现施工质量问题；其次，预制装配式建筑施工技术处于不断发展变化的状态，因此相应的施工制度以及技术也应当积极更新换代，保证其能够更好的适应时代发展需求，要落实好施工监督管理工作，以便及时发现施工问题，优化施工质量效果；最后，要不断对施工技术经验进行总结分析，以便为后期的施工提供有效指导，使得预制装配建筑施工技术朝着更加科学的方向发展和进步。

结语：

综上所述，装配式建筑建设存在诸多的应用优势，在建筑行业得到了广泛的应用。而不可否认的是，在应用期间逐渐暴露出了许多的施工问题，会对建筑整体的质量造成一定的影响。这种情况下，就要求管理人员严格按照规定对所有的施工环节进行严格规范，并加强与各个部门工作人员的沟通与交流，实现规范化的施工。此外，面对装配式建筑，还应当加强人才引进，使得施工人员可以了解并掌握更多的装配式建筑的施工工艺与技术，从而更好地适应行业的发展，建设更为优质的工程项目，为人们打造安全舒适的生活与工作环境，促进建筑行业的可持续发展。