中冶南方武汉建筑设计有限公司,湖北 武汉 430070
摘要:建筑工业化是现阶段我国重要的产业技术政策和发展目标,装配式建筑是实现建筑工业化的主要手段之一,其基本特点为“标准化设计、工业化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理”。我根据亲历的装配式居住建筑项目设计经验,梳理出粗浅的装配式居住建筑设计、施工、BIM协同重点,供大家借鉴参考。
关键词:装配式;协同设计;五化一体
1背景
早在20世纪60年代,我国就已经开展装配式建筑实践。但由于种种原因,装配式建筑的发展受到制约,并没有真正发展成为建筑业一种新的模式。
2016年2月,国务院发布《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》,明确提出:大力推广装配式建筑,建设国家级装配式建筑生产基地。加大政策支持力度,力争用10年左右时间,时装配式建筑占新建建筑的比例达到30%。
关于装配式建筑发展规模,《建筑产业化发展纲要》中指出,2020年装配式建筑占新建建筑的比例达到20%;到2025年,比例达到50%以上。
2装配式居住建筑设计一体化
装配式居住建筑设计推行EPC,采用标准化设计,设计、加工、装配要三位一体,实现从设计开始到房子建成的全过程可装配性。
2.1建筑设计标准化
建筑设计标准化包括结构设计标准化、机电设计标准化和装修设计标准化。结构设计标准化:由系列的梁、板、柱、墙通过可靠的连接方式装配成结构体系。机电设计标准化:由系列的设备、管道单元组合成标准化的机电模块,系列功能的机电模块集成化、模块化,装配成有机的机电系统。装修设计标准化:由系列零配件、部配件装配成标准化的装饰模块,系列装饰模块装配成有机的装饰系统。
2.2 装配式建筑设计协同
协同最早源于古希腊,通俗地讲就是协调合作。协同设计基本模式为:建筑集成、结构支撑、机电配套、装修一体化协同、平行设计模式。协同设计原则包括统一空间基准原则、标准化模数协调原则、标准化接口原则。达到以建筑系统为基础,与结构系统、机电系统和装修系统的一体化协同设计。
一体化协同技术包括:1、功能协同技术:机电系统、结构体系支撑并匹配建筑功能装修效果;2、空间协同技术:建筑、结构、机电、装修不同专业空间协调:消除错、漏、碰、缺;3、接口协同技术:建筑、结构、机电、装修不同专业接口标准化:实现精准吻合。
装配式居住建筑设计最终达到的理想状态为设计协同,即按照建筑集成、结构支撑、机电配套、装修一体的协同设计思路,统一空间基准规则、标准化模数协调规则、标准化接口规则,实现以建筑系统为基础,与结构系统、机电系统和装修系统的一体化装配。每个系统各自集成、系统之间协同集成,最终形成完整的装配建筑。
3装配式建筑施工
任何一栋建筑都是由不同的构造部分组成。包括基础、勒脚、外墙、内墙、门窗、楼梯、阳台、卫生间、厨房、屋顶、女儿墙等。这些部分又通过不同的构造节点相互连接。同样,对于装配式建筑来说,工厂预制的基本构件都是由这些基本组成部分拆分而成的。
装配整体式结构的基本构件主要包括预制混凝土柱、预制混凝土梁、预制混凝土剪力墙、预制混凝土楼面板、预制混凝土楼梯、预制混凝土阳台、空调板、女儿墙、围护结构等。
3.1 装配式建筑施工——结构体系概述
装配整体式混凝土结构是由预制混凝土构件和现浇混凝土构成结构的竖向承重和水平抗侧力体系,通过整体式连接形成的一种钢筋混凝土结构体系(又简称PC结构),装配式混凝土结构由于连接方式不同可分为装配整体式混凝土结构和全装配式混凝土结构。
装配整体式混凝土结构是由预制混凝土构件通过可靠的方式进行连接并与现场后浇混凝土、水泥基灌浆料形成整体的装配式混凝土结构。装配整体式混凝土结构的连接以“湿式连接”为主要连接方式,其结构设计的基本原理等同现浇结构原理具有较好的整体性和抗震性。目前我国的装配式混凝土建筑基本都是采用装配整体式混凝土结构形式。
全装配式混凝土结构是指预制混凝土构件以干法连接(如螺栓连接、焊接、钢索连接等)形成的混凝土结构。目前我国采用全装配式混凝土结构形式较少,国外一些低层建筑或非抗震地区的多层建筑常采用全装配式混凝土结构。
3.2 装配式混凝土结构体系的选择
目前我国装配式混凝土结构建筑用的比较多的结构体系有框架结构体系、框架——剪力墙结构体系、剪力墙结构体系等。在公寓、宿舍、学校、商业建筑项目中多采用框架结构体系,在高层办公楼项目中多采用框架——剪力墙结构体系,在住宅、保障房、安置房项目中多采用剪力墙结构体系。
3.2.1 装配式剪力墙体系
预制部件:剪力墙、叠合楼板,楼梯、户隔墙等;体系特点:工业化程度高,房间空间完整,无梁柱外露施工难度高,成本较高、可选择局部或全部预制,空间灵活度一般;适用高度:高层、超高层。
3.2.2 装配式框架体系
预制部件:柱、叠合梁、外墙、叠合楼板,阳台,楼梯等;体系特点:工业化程度高,预制比例可达80%,内部空间自由度好,室内梁柱外露,施工难度较高,成本较高。适用高度: 50米以下(抗震烈度:7度)。
3.2.3 装配式框架剪力墙体系
预制部件:柱(柱模板)、剪力墙、叠合楼板,阳台,楼梯、户隔墙等;体系特点:工业化程度高,施工难度高,成本较高,室内柱外露,内部空间自由度较好。适用高度:高层、超高层。
3.2.4 装配式外墙挂板体系
预制部件:外墙、叠合楼板,阳台,楼梯、叠合梁;体系特点:竖向受力结构采用现浇,外墙挂板不参与受力,预制比例一般10%-50%,施工难度较低,成本较低,常配合大钢模施工。适用高度:高层,超高层。
3.2.5 钢筋混凝土板式结构体系
灌浆套筒连接适用大直径钢筋,适宜钢筋集中连接,可用直接或间接连接形式。此结构的优点为:适用大直径钢筋,应用面广,技术成熟;适宜钢筋的集中连接,可用直接连接和间接连接等形式;便于现场操作,可采用群灌技术注浆,施工效率较高。此结构的不足之处在于:造价成本高,连接操作难度大,隐检困难。
4装配式建筑设计、施工一体化——五化一体
装配式建筑“五化一体”为另一国家力推技术,即设计标准化、生产工厂化、施工装配化、装修一体化和信息管理化。
实现五化一体,我们需要做到:一、转变生产方式,向现代工业化建造方式升级;二、按知识经济时代的特点经营管理,创新技术;三、重视建筑全生命周期的理念,实施设计施工一体化;四、建立快速反应的信息网络,提高企业管控效率;五、推进互联网+思维下的装配式建筑产品研发、生态链构建。
5全过程相协同的工程总承包管理
EPC工程总承包管理模式是推进装配式建筑一体化、全过程、系统性管理的重要途径和手段。从设计阶段,工程总包单位就开始介入,有利于发挥设计集成技术的优势,有利于以设计为主线打通项目建设过程中,设计引领、技术支撑、精益加工、集成装配、品质保障、“三个一体化” 建造方式实现在工程总包方统筹管理下的设计方、生产加工方、现场施工方和整个产业链的高度融合。
结语:
装配式建筑发展需要材料的发展,应大量研发新的建筑材料在装配式建筑中的应用。装配式混凝土建筑需要采用符合产业化要求的建造方式,避免先设计后拆分。要彻底改变传统的建设方式,强调设计规范化、标准化、系列化,体现装配式建筑的优势,促进装配式建筑稳步有序发展。
参考文献
[1] 王昂,张辉,刘智绪.装配式建筑概论.[M].2021