装配式建筑施工与优化拆分设计策略浅析

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　　摘   要：在装配式建筑施工中，拆分设计是其重要内容，然而预制构件的拆分设计会受到建筑、结构、预制生产、运输等条件的限制，只有充分掌握拆分设计的控制条件，才能实现拆分设计的优化。同时，BIM技术作为拆分设计优化的重要技术手段而在装配式施工中有更多应用。本文结合装配式建筑施工特点对拆分设计的相关要点展开分析，并提出了基于BIM技术的拆分设计优化策略，希望对装配式结构拆分设计有所帮助。
　　关键词：装配式建筑;施工;优化;拆分设计
　　1  引言
　　相较于常规建筑形式，装配式建筑的建造过程主要分为预制加工、现场装配以及局部现浇等环节，具有更高的建造效率与节能环保特性。尽管装配式建筑理论上可适用于各种现浇结构，然而若在方案设计中未能对拆分的细节多加考虑，会对装配式结构拆分带来较大的隐患。通常来说，可行性分析是装配式施工的必要前提，需从建筑条件、装配式施工技术、节点连接、结构拆分、专业配合等方面综合分析装配式施工可达何种预期效果。其中，拆分设计的相关内容对装配式施工有较大影响，不仅影响构件受力分布，而且关系到工程的施工期限及造价，也是项目结果的决定性因素。同时，拆分设计方案的制定，既要考虑标准、规范、成本因素等约束，还应对其建筑、结构、运输等控制条件进行综合分析，掌握拆分设计要点，不断总结经验，并充分利用BIM等技术，实现拆分设计的优化。
　　2  裝配式建筑施工与优化拆分设计要点分析
　　2.1  建筑条件
　　建筑图纸是装配式建筑项目的一个重要内容，需要把握好其预制范围，当涉及到的建筑形体不规则时，需要用到更多的构件，并且这些构件属于非标准类型，当遇到突发状况时产生的内力复杂，不建议使用装配式技术。如果强行使用这种技术会带来以下几种不良后果：首先不同构件之间差异明显，因此需要使用更多的模具，增加建筑成本;然后所需要的构件不易加工制造，在某种程度上加大了施工难度;最后在安装时涉及到的工序十分复杂，影响施工进度。由此可见，装配式技术比较适合规则形状的建筑。在施工过程中用到的构件形状规范，尺寸标准，比如说梁宽和柱网尺寸等，在考虑建筑布置方式时，优先选用空间易调整、和大进深大开间的方式，洞口、平面和构件等应当严格按照规范布置，做到上下对称、井然有序。另一方面拆分图纸一定要考虑到现场施工的安全性和可操作性，现场施工的疑难杂症通常都通过优化技术方案、设计方案来解决，这也是最经济合理的，但装配式建筑构件一旦形成就很难更改，这就需要前期对优化拆分设计考虑周全，如飘窗板尽量与墙板一道预制，虽给工厂生产增加难度但给现场施工带来很多方便，如果后期现场再二次支设飘窗板模板浇筑混凝土不但影响工期，安全也无法保障。
　　2.2  结构条件
　　在进行结构体系的选择时，需要考虑抗震设防烈度和最大适用高度，便于进行拆分。比如说，当涉及到剪力墙体系时，通常需要在原有的基础上降低10m～20m，装配式建筑与混凝土结构相比，其最大使用高度通常更低。为了改善结构的整体性，需要保证其相关构件之间的连接强度，提高总体结构的承载力和抵抗变形力，降低发生安全事故的概率，在预制构件时，通常会用到以下几种连接方式：将构件竖向时采用竖向连接或者水平连接的方式，比如在进行钢件连接时通常就会选用这两种方式来保证构件之间的连接强度;当构件横向（水平方向）时，采用叠合的方式进行连接。
　　在我国比较常见的结构体系是现浇剪力墙，在这种结构体系的基础上采用装配式技术，主要是通过灌浆套筒连接技术用于预制剪力墙来实现。在发生地震时，采用灌浆套筒连接技术的建筑连接强度很高，不易塌陷。但是在使用这一技术的过程中，需要保证预制构件的生产质量和所需套筒的可靠性，还需要具备一个相对完善的管理制度，因此对相对应的施工成本也会大幅度增加。从企业长久发展的角度来看，想要保证装配式建筑工作的顺利完成，相关人员一定要对预制构件的连接程度引起重视，需要在原有装配技术的基础上不断完善发展，才能够有效控制施工成本。当只需要进行叠合楼板的预制时，不应该出现叠合板切角，应以梁和柱的边线为参考，互相对齐;当需要同时进行叠合板和叠合梁的预制时，需要避免梁底筋和柱纵筋相互接触，以梁和柱的轴线为参考，进行居中布置。
　　2.3  生产条件
　　主要体现在：一是构件厂的距离，在装配式建筑可行性分析中，运输距离是重要的成本影响因素，通常构件的运费要控制在其售价的1/10以内，要结合运费及运输时长，科学确定构件厂的最经济距离。二是构件厂的生产条件，对于构件拆分来说，预制构件的尺寸是关键技术参数，而受构件模台尺寸的影响，限制了其生产的预制构件尺寸，同时构件的厚度也被养护窑的层高所限制。而模台的尺寸设计要合理，不能随意采用加大尺寸的模台，以免影响预制构件流水生产作业。对于固定模台来说，因其生产的构件采用自然养护的方式，构件的高度限制不大。通常楼板、墙板等预制构件主要产自流水线作业，而对于楼梯等异形构件则是利用固定模台。若异形构件仍采取三维立体形式，则会使运输及制作成本显著增加，所以要尽量采取二维设计方式，使得异形构建更易于生产与运输。三是构件的模具，其作为预制混凝土构件的主要载体，要采取标准化、通用化的设计模式，提高构件生产的经济性。对于特定模具来说，若周转使用次数过少，则会显著增加模具成本，这也是因为随着使用次数增长，模式成本将会被摊薄。
　　2.4  运输条件
　　由于装配式预制构件主要采取工厂生产的方式，预制构件的运输是重要环节，然后运输车辆自身条件有限，并且道路运输管理部门也有明确的规定，这对于可运输构件的尺寸形成较大限制。对于货运车辆来说，其车货总高度要控制在4m以内，其总体长度与宽度也要分别小于18.1m和2.55m，这也是预制构件尺寸的重要限制条件。以叠合楼板为例，当其在车辆上水平放置时，其构件宽度要限制在2.55m以内，而对于竖向运输的预制墙板，通常来说也不得超出3.1m，这里假设车辆自身高度为0.9m。 　　2.5  吊装条件
　　在装配式建筑施工中，主要通过吊装的方式对其构件进行安装，通常预制构件重达1至6吨，而且对于塔吊设备来说，构件安装的位置的差异性，会对吊装工作带来较大难题，需要通过严格计算的方式来确定塔吊的型号及位置。首先要分析构件的重量及位置分布情况，分析的对象包括每个预制构件，特别要对最远、最重的构件进行研究，合理选择塔吊的臂长，并根据构件与吊钩重量，计算得出最大总重量;其次要对塔吊的位置进行优选，要结合构件吊装需要以及周围建筑、道路等情况，确保其满足吊装及安全要求;最后对于塔吊型号的选择，通常来说要采取正向设计的方式，在掌握构件详细图纸的情况下，合理选择塔吊的型号。若存在盲目选型的情况，会对拆分设计的合理性产生影响，可能发生吊不起的问题，吊装能力不足会导致吊装次数的增加，进而对装配式建筑施工进度产生不利影响。
　　2.6  施工条件
　　由于装配式建筑仍处于起步阶段，许多传统施工队伍没有装配式施工经验，作业的思路和方式也未能改变，而且长期从事传统建筑，思维固化问题严重。在实际装配式施工中，存在粗放施工的可能性，在灌浆套筒施工過程中，面对钢筋无法插入套筒的情况，甚至会直接将钢筋剪断，在外墙防水企口中，为提高建设效率，有时会通过去除或磨平来解决企口难题。然而如此行为会对装配式建筑安全带来极大危害，而且会影响到装配式结构完整性。因此，装配式施工单位需要积极构建专业施工团队，掌握装配式施工要求，制定统一的作业标准，确保装配式施工顺利进行。在施工环节出现问题，应当及时反馈装配式结构设计单位，并由其制定解决措施，以免粗放操作对装配式建筑带来严重危害。
　　3  基于BIM的装配式建筑拆分设计优化
　　3.1  拆分设计中BIM技术应用优势
　　由于装配式结构较为复杂，传统的拆分设计方式，存在图纸多次变更的问题，甚至有时会出现平面图、立面图或者剖面图不一致的问题，而当采用BIM专业软件（如Revit）进行拆分设计时，可较好的规避上述问题，而且能够实现装配式构件参数的实施更新。同时，BIM软件可实现装配式建筑的整体设计，能够满足拆分设计所有要求。相较于传统意义上的结构设计方式，BIM技术可使结构专业更早的参与到设计中来，特别是面对较为复杂装配式结构，管线碰撞的情况得以消除。此外，在实际装配式结构设计中，BIM模型的构建采用的是族的形式，能够实现独立使用，这与拆分设计内容相吻合，而且可以直接用于其他装配式建筑项目，提高了BIM模型的利用效率。总的来说，传统二维图纸已很难适应复杂装配式结构设计的要求，其所存在的设计问题也难以及时发现，而BIM技术可有效改善装配式结构设计的复杂性，拆分设计也得以很好的优化，这对于装配式施工有很大帮助。
　　3.2  基于Revit的拆分设计流程
　　（1）拆分前准备工作。装配式建筑拆分设计前，首要任务是整体模型的构建，并且要以族的形式构建各构件的模型。碰撞检测也是拆分设计的重要内容。要将各构件的尺寸、材质、钢筋等数据信息导入到结构模型中去。结合装配式施工条件，对其预制、现浇等部分进行合理划分。要结合预制构件的特点，对预制构件族参数进行设定，使其符合装配式施工现场条件。
　　（2）模型信息的读取。在装配式结构中，预制梁的自动拆分其前提就是模型标准的统一性，借助于Revit软件，可有效读取梁的关键信息，包括位置、尺寸、材料等数据。首先来说，对于模型标准的确定，应当保证参数及命名标准的一致性，使其符合装配式工程一贯要求。预制梁的自动拆分功能的实现的基础就是模型标准的统一。其次是预制梁模型信息的读取，在Revit软件中，以参数的形式构建了梁模型，而且借助于VB编程，还能更加高效的获取模型参数信息，可以获取其型号、标高、三维坐标等信息。
　　（3）构件轮廊的拆分。这里选择拆分设计的对象为预制叠合梁，待该构件模型搭建完成后，拆分设计工作还将面对量尺寸归并以及叠合梁的布置等问题。通过对叠合梁的长度进行归并，并利用于Revit软件对其归并长度进行计算，有利于装配式结构施工。
　　4  结束语
　　综上所述，在装配式建筑施工中，不仅要对拆分设计各类控制条件予以牢牢把握，还要注重先进技术的应用，充分利用BIM技术，对预制构件拆分设计提供新的技术思路，还使得构件拆分专业能够预先介入到方案制定中去，提高了模型设计的高效性及准确性，使得装配式结构拆分设计更加的优化。
　　参考文献：
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