基于数字技术的装配式建筑建造研究

2023-02-17高承明山丹工合建筑工程公司甘肃山丹734100

砖瓦 2023年2期

高承明（山丹工合建筑工程公司，甘肃山丹 734100）

装配式建筑是指将预制好的混凝土结构构件，按照工厂的生产流程进行建筑整体装配式建造。PC结构体系具有强度高、抗震性能好、工程造价低等优点，受到了国内外相关专家以及学者的广泛关注与研究。但是，目前我国装配式建筑产业还存在着装配式水平低、工程实施难等问题，制约着产业在我国建筑行业中得到进一步发挥和发展[1]。因此，在此背景下提出基于数字技术的装配式建造方法，将预制构件融入数字计算平台中进行分析，实现对装配式建筑项目全过程的质量控制和成本管理，从而提升装配式建筑的发展水平[2]。

1 装配式建筑实例

所选装配式建筑实例为某地区三层建筑，建筑概况见表1。

表1 建筑实例概况

表2 建筑构成

为满足业主方需求，工程方在建造时，决定使用数字化技术作为主要建造技术，通过对设计文件的数据分析，利用计算机进行不同空间位置构件尺寸的计算和存储。在设计过程中，为避免节点发生碰撞，需要对所有设计文件数据进行完整采集和分析，同时将三维建模方法与计算机图形技术相结合，对设计文件的空间数据、结构材料数据与结构计算图进行模拟计算[3]。通过三维软件对设计图层展开分析，将建造过程转化为数字化空间尺寸模型图以及三维构件模型图的设计过程[4]。利用其中数字计算平台对三维数据进行建模分析，辅助计算机绘图软件进行房屋基础设计图形的绘制，并且根据设计图将各种相关数据输入到计算机模型中，以进行构造设计的模拟计算，通过上述方式，完成建筑构造形式的生成。

根据建筑构造，形成装配式设计方案以及各项功能模块图，在计算机界面进行构造图的展示。在此过程中应注意，装配式建筑需要满足多层次结构体系以及整体功能布局的设计要求，而传统建筑只需要满足基本造型结构类型以及大小规范要求即可[5]。因此，在设计过程中，需要将建筑不同构造的参数作为设计中的重要内容，通过将参数与建筑构造进行整合，实现对装配式建筑的构造设计。

2 基于数字技术的装配式建筑建造

2.1 结合设计条件的装配式建筑建造材料选择

为实现对装配式建筑的改造，首先需要结合项目设计条件，确定建造材料。以上述项目为例，现有基础设施以及建造所在区域都会对设计和建造产生特定影响，为满足城市建设要求，对于项目周围环境的保护应贯穿于整个设计和施工阶段[6]。同时，由于场地的限制，无法实施大规模的建设活动，大型设备无法到达施工现场，综合该项目的材料需求，选择将玻璃钢作为该装配式建筑建造的主要材料。这一材料是将玻璃纤维作为受力骨架，采用有机物（如合成树脂），通过特殊的加工工艺，将其制成一体化的复合型材料[7]。由于其质量轻、强度高、耐腐蚀、保温、减震、隔声等优点，在特定的领域中可用作优良的建筑材料，现在，玻璃钢已被广泛地应用于各行各业，如风轮叶片、各种储罐、化粪池、船体、安全帽等。在建筑工程中，混凝土也是一种典型的复合材料，将钢筋的抗拉性能和混凝土的抗压性能结合在一起，可以形成良好的抗拉和抗压性能材料。同样地，单根玻璃纤维尽管具有较高的强度，但是由于其伸长性，只能承受张力，不能承受弯矩、剪切、压力，并且容易发生变形，而普通的合成树脂，其形状虽稳定，但受力后容易变形，机械性能不稳定。玻璃纤维与合成树脂结合，使其具有与钢相似的强度特性，且具有与玻璃相似的光泽和纹理，以此成为装配式建筑中最为适宜的建造材料。

2.2 增设通用性可变节点

与其他建筑物的构件不同，装配式建筑中的单元变化主要表现为单元之间的平面板片拼接角度和单元之间的微小差异[8]。因此，这也是装配式建筑工程中的建造重点。在建造时需要将设计者提供的空间点定位数据导入到数据库当中，并对其进行加工和整理，为了方便施工，在原有装配式建筑的基础上，增设通过性可变节点。图1为装配式建筑中通用性可变节点构造图。

图1 装配式建筑中通用性可变节点构造图

在设置这一构造的节点时，第一步在施工现场用钢丝找点，并放线，将十字连接件进行固定；第二步，定位并就位六边形钢架；第三步，利用全站仪检验并核对节点的设置位置；第四步，完成对关键六边形钢架的安装。在交叉和六角钢框架之间有一定的调节空间，可以根据精度要求进行细微的调节，更大的误差调节可以用标准十字接头的尺寸来完成。针对各个节点位置坐标的精确控制，可利用在工程施工周围设置的4个GPS实现，设置多个一级坐标点和二级坐标点，通过全站仪实现对位置坐标的测定。针对建造过程中出现的幕墙钢架不共面的问题，可增设类似万向铰的节点，通过杆件连接可调角度的方式形成多种曲面。针对铝合金门窗与基板之间的连接与密封问题，采用了堵、防、疏的综合措施，采用泡沫聚氨酯封堵框，框架平面接面采用硅酮橡胶嵌缝，框架边缘安装排水槽，疏通排水，确保外墙的整体防水性能。

2.3 基于数字技术的安装定位

大型复杂装配式建筑施工中，吊装、定位调整和焊接是施工中的关键环节。在现有工艺条件下，上述施工都需要大量的人力实现，为了提高施工效率，并提升建造精度，将数字技术应用到对负载结构的安装中。数字技术的应用具体表现在：第一，利用全站仪、数字水准仪、GPS等技术，为下一步的定位提供支撑；第二，利用精密的放样测量技术，例如Metroln工业三维测量系统，以达到快速、精确地测量放样位置；第三，利用三维激光扫描技术，实时地检测、记录、处理和分析元件的位置。借助这些辅助的数码工具，能够准确、高效地完成大型工程钢结构的定位和安装。图2为基于数字技术的建筑结构三维测定原理图。

图2 基于数字技术的建筑结构三维测定原理图

结合图2中的三维测定原理，确定装配式建筑中各个结构的位置，在得到所需测量数据后，可结合CATIA软件对各专业进行深化设计。在数字技术的辅助下，即使是一个简单的造型条件也能够使建筑产生意想不到但又符合预设逻辑的结构，不仅可以保证结构建造精度，同时还能够实现对装配式建筑结构的创新。

3 实证分析

装配式建筑由于预制装配和构件组装具有较大的差异性以及结构复杂性，因此需要专业设计师根据构件的具体情况进行设计，才能满足工程实际要求和进度，满足业主提出的装配式建筑建造效率方面需求。

以上述建筑项目为例，对其构造展开设计，在采用三维设计技术进行设计时，需要根据设计图纸中展示的具体内容进行装配数据采集与处理。根据设计方案及计算要求，计算不同构件的尺寸，准确地完成装配式建筑的设计任务。装配式建筑的设计任务主要有三个方面：

（1）结构分析：包括节点设计、节点计算；

（2）结构选型：包括不同位置预制结构以及非预制结构的选择；

（3）结构方案评估：包括结构分析与设计。将不同种类的数据进行有效整合和分析后生成标准统一图纸，并建立构件的尺寸标准。根据构件种类建立对应的构件参数标准，生成对应的设计方案。

完成设计后，进行预制件的施工：包括构件与主体结构连接、构件与构件间的连接工作等。

设计中，考虑到本次研究的建筑属性为居民住宅，因此，其电气管线数量较多，为避免管线在安装过程中发生碰撞，在设计时，使用数字技术，进行建筑结构电气管线的拼接模拟。并根据设计图纸与建筑整体结构的构造需求，设计各种预埋件及预埋件对应的位置，将与之相关的内容一并输出给施工技术人员。以建筑中玻璃钢楼板预埋管为例，设计其不同预埋管的建造方法，见图3。