装配式建筑施工中深化设计的应用

2023-09-27杨昕

建材与装饰 2023年29期

杨昕

（山西五建集团有限公司，山西太原 030000）

1 装配式建筑施工介绍

首先，结构配件加工在工厂进行，施工便捷度高。装配式混凝土结构和相关构件的加工，无须在建筑施工现场进行，各个零部件的加工会提前在工厂完成，然后运输到施工现场。在此施工模式下，各种构件的规格尺寸都能够提前的预定，可确保施工的精确度。结构配件全部提前制作完成，仅需要现场安装即可，施工的环保性能显著，能够降低施工的误差，对工期的控制非常有利。其次，装配式建筑施工效果理想。装配式建筑施工的现场返工少，经济成本和工作量可以得到控制，同时也可节省后期养护时间[1]。最后，装配式建筑施工与设计要求高。该种施工方式的各项结构部件，需要在工厂提前加工，各种构件的尺寸和大小无法改变。所以在设计阶段要精益求精，做好精准测量和定位，明确放线测量、预留孔位置等，借助合理的质量控制，保障各项参数精准度，为后续的现场组装提供质量保障。举例来讲，如果放线的尺寸过小，就会导致已经生产好的构件在安装过程时无法插入，尺寸过大则会导致接缝过大，从而弱化建筑结构稳定性。基于此，在装配式项目建设过程中，要借助结构深化设计，优化装配式方案，保障装配施工专业性，提升整体建筑品质，消除装配式建筑风险，避免返工的发生。

2 深化设计流程与业务特点

2.1 装配式建筑设计流程

装配式建筑较为特殊，其设计流程大体分为以下阶段：①项目立项阶段。②项目施工技术策划阶段。③建筑方案设计。④方案初步设计。⑤施工图设计。⑥项目深化设计。在传统项目设计流程中是没有深化设计内容的。也就是说，深化设计是依据装配式建筑特点额外增加的设计内容。在深化设计阶段，需综合考虑多种因素，除了构件的生产、运输外，还要兼顾吊装施工等环节的施工技术参数，确保施工的标准化和装配的精确性。装配式建筑设计流程如图1 所示。

装配式建筑深化设计至关重要，囊括的内容较多，汇集结构、装饰多方面的内容。深化设计过程中，整体拆分和构件深化是最为核心的部分，不容忽视。整体拆分设计环节中，可科学借鉴BIM 模型，同时遵循有效设计原则“多组合、易施工”，确保装配式施工的顺利推进。设计阶段，需做好哪些构件做预制的规划，明确哪些构件做现浇，通过有效的设计，尽量减少构件的种类，借此充分保障构件的安全性以及复用性，提高资源利用率。同时减少构件加工等任务量，降低运输、吊装难度[2]。实际施工中，减少模板的浪费，减少返工情况发生，提高构件生产效率。结合现实经验可知，构件深化设计影响整体施工质量，包含骨架、预埋件等多项内容的拆分设计。除此之外，还要完成构造节点设计以及重要的吊具吊件设计等，借此夯实装配式建筑施工基础。

2.2 深化设计业务特点

深化设计不可或缺，现实应用中作为装配式结构设计最为核心的部分，需综合考虑施工影响要素，将生产、运输、施工综合要求考虑到位，提高设计的深度。由于装配式工程特性，相关构件的深化设计，需精准达到图纸加工级别，提高构件标准化程度[3]。深化设计，相较于传统的设计，更注重与生产工厂、施工单位的配合与协调，目的是为了更好的完成构件的生产、运输以及现场安装。

3 工程案例

某办公楼，图纸建设总面积为5400m2，办公楼地上4 层，地下2 层，层高平均3.2m。在施工中，为满足环保工程要求，采用装配整体式框架，装配率为55.64%。其中预制构件内容较多，有室内楼板、公共楼梯、混凝土框架梁等。在项目装配式施工前，需开展有效的深化设计，解决构件质量不佳等通病问题，提高建筑施工质量。在本项目中，为达到深化设计的目标，借助BIM 技术攻克深化设计技术难题，保障设计品质，优化设计流程，为工程施工提供便利。

4 深化设计的具体应用

4.1 预制梁的深化设计

案例项目中，采用装配整体式框架，其中预制梁的深化设计难度较大，属于项目质量保障的重中之重。相比传统的结构设计，采用装配式结构深化设计时，可借助BIM 模型对设计细节再次确认，确保结构的稳定性和最终施工效果。研究发现，BIM 模型在深化设计中的功能比较突出，可以实现构件可视化，同时完成构件设计参数化，借此提高设计质量和协同作业的效率。BIM模型可有效地辅助工程设计，确保装配式施工全面进行。现实中，在开展构件深化设计阶段，首先要结合工程实际进行构件的拆分，在科学拆分的基础上，再进行形体优化以及合理的钢筋配置，并最终完成碰撞检测等，全面保障工程质量。

案例项目装配施工难度大，为达到深化设计的预期效果，掌握装配式结构参数，要正确使用三维BIM 协作平台，借此技术完成预制梁拆分，并制作拆分图。传统二维的拆分设计，不能达到清晰、直观的拆分效果，而基于BIM 的构件拆分可基本满足装配式施工要求，可对预制构件进行直观性的表达，精准将构件的参数信息借助模型传递至构件生产制作阶段，确保构件生产质量。深化设计过程中，要在BIM 模型的帮助下建立预制构件“族”，从而进行构件的细节优化和管理，规避大量重复工作，提高构件的制作品质[4]。创建构件“族”后，便可实施有效的参数化管理，及时调整预制构件中不合理的部分。BIM 建模技术如图2 所示。

图2 BIM 建模技术

三维可视化的环境下，可较高效率完成深化设计，并同步实现精细化设计。具体工作中，经过对装配式建筑整体优化和拆分设计，明确科学的钢筋配置方案，确保建筑整体的耐久性。借助模型得到预制构件中较为细节的钢筋信息及具体位置，在技术保障下对钢筋的位置参数科学化设置，借此提高后续施工便利性。设计中如果有变更，也可以借助BIM 模型，发挥其信息数据的联动性功能，做好相应部分的设计变更，保障深化设计的完整性。综上可以看出，在装配式建筑深化设计中，应用BIM 技术，可简化深化设计过程，降低设计的难度，确保设计流程的信息化，达到深化设计的理想效果。

4.2 预制楼梯分段吊装的深化设计

案例项目的预制构件图纸下发后可以发现，项目的预制楼梯重量较大，在施工中难度较高。项目的塔吊设施安装臂长60m，其最大的吊装重量是4t，而预制楼梯的重量无法借助塔吊，如果安装更大的塔吊，可变现增加施工成本，经济性较低。基于此，施工现场想要不影响预制楼梯正常施工，保障其正常的吊装，就要优化预制楼梯构件，精心完成出厂前的制作。通过技术交底和技术讨论后，施工现场决定将预制楼梯一分为二，按照两部分进行预制，然后将两个构件先后吊装，这样就可以顺利完成预制楼梯的吊装任务。经初步计算，每个构件重3.8t，满足塔吊的承重需求。构件之间接缝也不容忽视，应采用密封胶、PE 棒等实施封堵，确保施工质量。就现阶段楼梯安装情况可知，由于预制构件减轻，大大降低了施工难度，可快捷缩短安装时间，从而提升构件安装品质，合理节省项目成本。

4.3 叠合板接缝压槽的深化设计

结合项目办公楼的施工标准以及装配式建筑标准要求，案例工程中的办公楼装修施工为薄抹腻子，这项技术对天花结构平整度等工艺要求高。结合以往经验可知，常规的装配式叠合板在实施按图纸拼装施工中，浇带接缝处是施工难点，混凝土浇筑完成后在此处会大量存在接缝错口，影响装配式建筑稳定性。同时还会出现浮浆凸出等问题，施工中需进行打凿修补，提升项目整体品质。但是天花打凿难度大，也会影响建筑的美感，为消除此方面的影响，可以将叠合板部分设计为预制混凝土楼板，通过装配的方式，提高建筑的美观度[5]。为了使处理措施有效，深化设计环节中可就接缝处质量缺陷实施优化，最终提出解决方案。解决方案为：装配式施工中，将凸出浮浆变为凹形，通过这样的细节设计避免上述质量风险。除此之外，针对上述接缝问题，还可以优化叠合板接缝端制作模式，调整压槽方式。通过设计升级后，无须再进行打凿工作，便可完成叠合板安装。经实践证明，以上深度优化设计内容，提高了天花平整度，同时也保障了浇筑成型后的观感，施工速度大大提高。

4.4 卫生间反坎压槽的深化设计

常规办公楼工程施工中，极易发生的便是卫生间反坎浇筑漏水，卫生间漏水会降低用户体验度，并且破坏建筑结构基础，埋下安全隐患。案例工程中的室内卫生间混凝土施工中，其反坎高度的实际标准为不得低于200mm，通过反坎淋水试验证明，现实中想要做好卫生间反坎，第一难关是解决渗漏难题。案例项目中的卫生间楼板在设计之初采用的是混凝土板预制构件，为了解决漏水问题，可持续优化混凝土楼板图纸，调整预制参数，借此提高楼板的防水效果。反坎一体成型加工所占用场地大，工序难度也比较高，安装施工不便，基于上述的施工特点，可优先考虑二次浇筑。在浇筑成型的基础上，优化卫生间沉箱制作，使用压槽的设计方式并适当降低高度，将反坎位置设计成凹型，通过深化设计，降低交界面渗漏的风险。

4.5 构造柱+下挂梁的深化设计

由于本项目标准层结构较为特殊，为铝模+爬架，在现场施工前铝模设计单位已借助BIM 技术对标准层户内结构实施了优化，全部门垛、门槛等都重新调整了设计参数，确保一体浇筑成型质量。与此同时，叠合板及桁架板设计阶段，也针对局部情况实施了深化设计，在重要的板跨中结合图纸内容预留构造柱洞口。但现场施工中，由于项目未深化此洞口，所以插筋无法进行，需要现场开洞施工。此外，板面桁架板安装后，挂梁成型质量不佳，为此在装配式施工深化设计阶段应重视该方面内容。深化设计工作中，需安排技术人员就位，对现场实施有效的勘察，从而制定优化策略，深化设计其余未生产的叠合板，将下挂梁部位的孔洞提前预留（在PC 构件加工中），通过以上设计手段，避免因后开洞诱发的结构成型质量下降等现实问题。构造柱+下挂梁的深化设计，可提高结构稳定性，保障装配施工的完整性。

4.6 方案、图纸的深化设计

方案、图纸是施工的保障，所以方案、图纸的深化设计不容忽视。现阶段，大部分项目工期紧张，结构深化时间短暂，在此背景下极易发生构件部分结点出错等问题，从而导致施工受阻，影响整体装配效率，甚至降低施工质量。许多项目都是到预制构件排产阶段，其中的问题才被发现。此时想要重新深化更改，需耗费大量的精力，同时也要付出更多的成本。现实中，厂家生产预制构件所应用的模板均是定制的，设计参数一旦出错，意味着模板全都要报废，经济损失不可预估。