【摘要】裝配式建筑采用構件加工預制與現(xiàn)場裝配的實施模式，預制構件建筑以其綠色、節(jié)能、低碳的特點日益受到關注，不斷推動建筑行業(yè)的轉型升級。隨著我國科學技術的不斷完善和發(fā)展，預制裝配式建筑將成為未來建筑的主要結構形式。將裝配式建筑引入到現(xiàn)代建筑實施體系中，為建筑設計方案創(chuàng)新注入節(jié)能、低碳、數(shù)字化、信息化等新興理念，助力現(xiàn)代建筑設計多元化、小型化以及設計落地實施高效化、環(huán)保化，可為現(xiàn)代建筑產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展提供新型技術支撐。

【關鍵詞】裝配式建筑；建筑設計；BIM技術

1引言

【資料圖】

建筑業(yè)正逐步向信息化、工業(yè)化、數(shù)字化、智能化方向轉型升級，驅使現(xiàn)代建筑設計理念、設計方式、設計流程的革新與優(yōu)化，促進現(xiàn)代建筑設計以更高的科學性、合理性、可行性保障建筑設計、構件生產(chǎn)、施工組織、現(xiàn)場管理的有序推進[1]。裝配式建筑是綠色建筑轉型升級的重要發(fā)展方向，其引入組件式與模塊化建設理念，通過構件加工預制與現(xiàn)場裝配取代傳統(tǒng)建筑現(xiàn)場澆筑的作業(yè)模式，減少現(xiàn)場施工作業(yè)對周邊水環(huán)境、大氣環(huán)境、土壤環(huán)境帶來的負面效應，同時構件預制、運輸與裝配的有機配合可規(guī)避現(xiàn)場大規(guī)模作業(yè)，降低建筑施工成本與實施能耗，減少建筑施工的環(huán)境污染與生態(tài)破壞。

2裝配式建筑概述

2.1裝配式建筑的概念

裝配式建筑的本質是將建筑工程的構造模塊化與組件化，預先在工廠中生產(chǎn)加工建筑構件，將加工預制的構件運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后，利用吊裝等安裝方式以及塔吊等機械設備對構件進行組裝裝配，完成現(xiàn)代裝配式建筑的施工作業(yè)。裝配式建筑的實施流程主要包括兩部分，其一為構件加工預制，在對建筑工程構造模塊化后，對各構件進行精細化設計，包括規(guī)格、尺寸、用材、性質、功能等，根據(jù)構件設計圖紙，在構件加工預制工廠對水泥、鋼筋等原材料進行配比與加工，形成預制構件成品。如按照科學配比對水泥、碎石集料等進行混合攪拌，在碎石集料中添加一定比例的粉煤灰與聚丙烯纖維，提高碎石的溫縮性能與韌性，提高混合料的穩(wěn)定性、剛度與硬度。對鋼筋混凝土進行振搗與養(yǎng)護，形成樓板、樓梯等模塊化的混凝土預制構件。建筑構件的加工預制使得現(xiàn)代建筑業(yè)向標準化、產(chǎn)業(yè)化、模塊化、工業(yè)化、節(jié)能化方向發(fā)展，其中建筑構件加工生產(chǎn)的精度與質量應符合建筑結構標準，其有賴于構件設計的合理性與科學性。其二為構件運輸裝配。將加工預制的建筑構件運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后科學貯存，并根據(jù)現(xiàn)代建筑設計要求與施工組織設計方案逐步開展構件吊裝、裝配、測量、糾偏，并對部分關鍵節(jié)點填縫灌漿，完成構件裝配工作。建筑構件裝配需嚴格按照裝配式建筑設計方案進行吊裝施工作業(yè)，設計方案的可行性直接關系到裝配式建筑的施工質量與施工效率[2]。

2.2裝配式建筑的特點

裝配式建筑的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)建筑行業(yè)現(xiàn)場澆筑的作業(yè)模式，建筑部分或全部構件均在生產(chǎn)工廠加工預制完成，并采用構件運輸與現(xiàn)場裝配的方式保證建筑施工質量與施工效率，減少建筑工程施工的揚塵污染與噪聲污染。在建設效率方面，傳統(tǒng)建筑多采用現(xiàn)場澆筑的作業(yè)模式，現(xiàn)場施工受到突發(fā)天氣、施工人員配備、施工材料供應、施工設備調度等因素的綜合影響而存在較大的工期不確定性。加上傳統(tǒng)建筑施工工藝煩瑣、施工技術復雜，以建筑工程混凝土澆筑為例，模板清理、混凝土攪拌、混凝土運輸、混凝土振搗、分部澆筑（柱、梁板、樓梯）以及混凝土養(yǎng)護等環(huán)節(jié)需符合建筑工程施工工藝標準要求，以確保建筑工程混凝土澆筑質量。繁雜的施工作業(yè)流程與諸多注意事項使得建筑工程施工周期較長，裝配式建筑以預制構件的裝配作業(yè)為核心，可通過構件合理設計、精確生產(chǎn)、有機裝配極大地縮短建筑工程施工時間。在建設成本方面，傳統(tǒng)建筑工程施工需配備大量的專業(yè)型施工人員與大型機械設備，人員包括鋼筋工、木工、瓦工、抹灰工、電氣施工員等，大型設備包括挖掘機、起重機、鏟土機、塔吊等，因此建筑工程造價管理的內容包括建筑工程設計與施工過程中產(chǎn)生的勞務費用、建材費用、機械設備租賃費用、工程承包費用等，工程造價高昂。裝配式建筑采用構件預制、現(xiàn)場組裝的方式，可壓減工程施工量，減少建設方在勞務、機械等方面的成本投入。在節(jié)能環(huán)保方面，傳統(tǒng)建筑工程施工過程中會帶來諸多生產(chǎn)生活固體廢棄物，各類施工工藝的實施會對周邊環(huán)境產(chǎn)生噪聲污染，車輛運輸、施工作業(yè)等也會產(chǎn)生大量揚塵。裝配式建筑的現(xiàn)場施工以車輛運輸與現(xiàn)場吊裝為主，構件生產(chǎn)過程集中在工廠，極大地減少裝配式建筑施工給現(xiàn)場帶來的環(huán)境污染與生態(tài)系統(tǒng)破壞[3]。同時，區(qū)別于傳統(tǒng)建筑設計先行、施工在后的流程與模式，裝配式建筑的設計與施工可同步實施，設計方案的調整可動態(tài)關聯(lián)施工方案，從而實現(xiàn)建筑設計施工一體化與標準化。

3裝配式建筑對現(xiàn)代建筑設計的影響

3.1以綠色低碳環(huán)保為設計理念，減少對自然生態(tài)環(huán)境的破壞傳統(tǒng)建筑工程實施中建筑設計與工程施工分步進行，在建筑設計圖紙的基礎上統(tǒng)籌施工工作量、工期以及施工資源，編制施工組織設計方案，并在施工現(xiàn)場進行原材料采購、運輸、堆疊、加工、澆筑、管理、養(yǎng)護等作業(yè)，對現(xiàn)場自然環(huán)境與生態(tài)系統(tǒng)帶來諸多負面效應，不符合綠色建筑與低碳環(huán)保的時念。裝配式建筑以構件預制、現(xiàn)場裝配為作業(yè)模式，通過模塊化與組件化的設計與裝配，切實保障裝配式建筑的設計可行性，保障施工質量與施工效率，同時也降低了傳統(tǒng)建筑工程現(xiàn)場施工對自然生態(tài)環(huán)境的不利影響。一方面，裝配式建筑的各個功能構件均由工廠負責生產(chǎn)與加工，工廠采購水泥、鋼筋、木材等原材料，根據(jù)建筑設計方案中的構件結構數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)對原材料進行加工、塑形、管理，在工廠內實現(xiàn)構件的原材料采購、加工與成型，推進建筑構件生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)化與工業(yè)化。裝配式建筑將施工作業(yè)過程由施工現(xiàn)場遷移到生產(chǎn)工廠，依托工廠科學的構件加工預制流程以及節(jié)能降耗減排等工藝舉措集中制管控構件生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣廢水，有效減少構件生產(chǎn)加工的環(huán)境污染。一方面，構件加工預制后的運輸工作可結合現(xiàn)場裝配施工進度合理調度，以免建筑構件長時間積壓在施工現(xiàn)場導致土壤污染問題。建筑構件在進行吊裝裝配時，施工人員可根據(jù)吊裝方案中設計的塔吊工作范圍、吊裝運輸路線等跟蹤吊裝過程，確保在施工過程中吊裝工序推進與銜接的有效性與契合性，避免傳統(tǒng)建筑工程施工現(xiàn)場搭建腳手架等流程，減少施工現(xiàn)場固體廢棄物的產(chǎn)生。因此，裝配式建筑中所蘊藏的綠色、環(huán)保、節(jié)能、低碳等理念以及實質性作用可滲透應用到現(xiàn)代建筑設計中，以合理的構件設計、精準的構件規(guī)格、批量的構件生產(chǎn)以及高效的構件裝配提高建筑材料的利用率，減少現(xiàn)代建筑設計對自然與生態(tài)系統(tǒng)的破壞。

3.2優(yōu)化現(xiàn)代建筑設計流程，提高建筑設計的可行性裝配式建筑設計是指在建筑設計方案的基礎上，對部分或全部建筑構件進行設計，利用設計圖進一步明晰建筑構件的內在結構、規(guī)格尺寸、與其他構件的空間關系等屬性，為構件生產(chǎn)與后期裝配提供設計依據(jù)。在裝配式建筑設計階段，可引入BIM技術對建筑構件進行三維仿真建模，通過對構件幾何信息與非幾何信息的集成，建立建筑模型、結構模型，并加以設計校核，對裝配式建筑中的預埋件預埋、孔洞預留、鋼筋下料長度等參數(shù)進行精細化設計，并在構件組裝拼接中對構件模型進行碰撞測試與錯誤檢查，調整優(yōu)化構件設計不合理之處，根據(jù)模型碰撞檢查和漫游，提前發(fā)現(xiàn)錯誤和碰撞點并提出深化設計方案。同時，依托BIM技術建立裝配式標準化族庫，對不同規(guī)格、型號、用途的構件進行設計，在實際裝配式建筑設計階段則調用相應的組件進行參數(shù)調整與構件拼裝，實現(xiàn)裝配式建筑三維實體模型的快速搭建，可以有效提升裝配式建筑三維實體模型的構建效率。在協(xié)同合作方面，在BIM技術的支持下，裝配式建筑涉及的不同專業(yè)設計人員在同一個建筑結構模型上進行設計，同時對建筑結構模型進行修改，加快現(xiàn)代建筑的設計效率。

3.3促進建筑構件產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，完善構件生產(chǎn)流程裝配式建筑工程實施采用構件預制與現(xiàn)場裝配模式，早期的裝配式建筑構件生產(chǎn)需由設計單位對生產(chǎn)單位進行圖紙交底，即將裝配式建筑中涉及的各類構件詳細設計圖紙完整、準確地轉達給生產(chǎn)單位。但二維圖紙所展示的構件結構信息與參數(shù)信息較為局限，圖紙交底的實際質量不高。在BIM技術的支持下，設計單位將建筑構件三維模型同步提交給生產(chǎn)單位，利用三維可視化模型直觀展示構件的規(guī)格、尺寸、結構、材料、屬性參數(shù)等，便于構件生產(chǎn)人員精確掌握構件的空間結構、屬性數(shù)據(jù)、預制參數(shù)，如預留孔洞位置、深度與數(shù)量、鋼筋下料長度等關鍵技術參數(shù)，提高構件生產(chǎn)的精準性與效率。同時，在BIM技術平臺的支持下，構件預制生產(chǎn)單位與裝配式建筑施工單位可在各自工作計劃（生產(chǎn)計劃與施工計劃）設計方面有機銜接，在確保裝配式建筑建設過程有序高效推進的同時，統(tǒng)籌調度構件原材料采購、加工預制、成品運輸、現(xiàn)場澆筑、構件裝配等裝配式建筑作業(yè)流程，動態(tài)跟蹤與調整優(yōu)化生產(chǎn)計劃、運輸計劃與施工計劃，提高裝配式建筑構件生產(chǎn)、運輸、施工的高效協(xié)同性。生產(chǎn)單位在正式生產(chǎn)建筑構件前，可利用構件的預拼裝試驗，對裝配式建筑深化設計方案科學性與合理性進行再檢驗，進一步完善構件工業(yè)化生產(chǎn)流程。

3.4放大建筑建造積極影響，提升現(xiàn)代建筑的綜合效能裝配式建筑的構件在生產(chǎn)工廠中統(tǒng)一批量化加工、預制，以建筑構件設計圖與構件三維模型為依據(jù)，實現(xiàn)構件的通用化設計與規(guī)模化量產(chǎn)，尤其對于共性構件，可通過批量生產(chǎn)壓縮裝配式建筑工程實施成本。對于需要特殊定制的建筑構件，可以精細的三維模型指導生產(chǎn)模具研發(fā)，定制后的建筑構件可提高裝配式建筑構件現(xiàn)場安裝的便利性，減少建筑構件的二次運輸以及現(xiàn)場二次裝配帶來的成本支出。因此，裝配式建筑應用到現(xiàn)代建筑中，可以在建筑方案設計、構件加工預制、構件運輸與裝配等環(huán)節(jié)有效管控工程造價，顯著提升現(xiàn)代建筑設計的綜合效能。

4結語

以構件加工預制、現(xiàn)場裝配為實施方式的裝配式建筑具有鮮明的節(jié)能、降耗、高效、便利等特征，將其應用到現(xiàn)代建筑設計中，可革新現(xiàn)代建筑的設計思路，深化綠色建筑理念在現(xiàn)代建筑設計中的滲透，減少現(xiàn)代建筑設計對施工現(xiàn)場及周邊自然環(huán)境與生態(tài)系統(tǒng)帶來的破壞。同時，在BIM技術支持下的構件三維模型構建、模型碰撞檢測與錯誤分析可極大地提高現(xiàn)代建筑設計中構件設計的合理性與科學性。以建筑構件設計圖與構件三維模型為依據(jù)，可實現(xiàn)建筑構件的通用化設計、規(guī)模化量產(chǎn)，促進建筑構件產(chǎn)業(yè)化發(fā)展、現(xiàn)代建筑綜合效能顯著提升。

參考文獻

[1]呂雨彤，仇湘湘.基于不完全信息重復博弈的裝配式建筑碳排放激勵機制研究[J].上海節(jié)能，2022（8）：983-989.

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[3]林友.裝配式建筑及其設計要點探析[J].房地產(chǎn)世界，2022（16）：37-39.

作者:李功明 單位:杭州市建筑設計研究院有限公司