装配式建筑对现代建筑设计的作用

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【摘要】装配式建筑采用构件加工预制与现场装配的实施模式，预制构件建筑以其绿色、节能、低碳的特点日益受到关注，不断推动建筑行业的转型升级。随着我国科学技术的不断完善和发展，预制装配式建筑将成为未来建筑的主要结构形式。将装配式建筑引入到现代建筑实施体系中，为建筑设计方案创新注入节能、低碳、数字化、信息化等新兴理念，助力现代建筑设计多元化、小型化以及设计落地实施高效化、环保化，可为现代建筑产业高质量发展提供新型技术支撑。

【关键词】装配式建筑；建筑设计；BIM技术

1引言

建筑业正逐步向信息化、工业化、数字化、智能化方向转型升级，驱使现代建筑设计理念、设计方式、设计流程的革新与优化，促进现代建筑设计以更高的科学性、合理性、可行性保障建筑设计、构件生产、施工组织、现场管理的有序推进[1]。装配式建筑是绿色建筑转型升级的重要发展方向，其引入组件式与模块化建设理念，通过构件加工预制与现场装配取代传统建筑现场浇筑的作业模式，减少现场施工作业对周边水环境、大气环境、土壤环境带来的负面效应，同时构件预制、运输与装配的有机配合可规避现场大规模作业，降低建筑施工成本与实施能耗，减少建筑施工的环境污染与生态破坏。

2装配式建筑概述

2.1装配式建筑的概念

装配式建筑的本质是将建筑工程的构造模块化与组件化，预先在工厂中生产加工建筑构件，将加工预制的构件运输到施工现场后，利用吊装等安装方式以及塔吊等机械设备对构件进行组装装配，完成现代装配式建筑的施工作业。装配式建筑的实施流程主要包括两部分，其一为构件加工预制，在对建筑工程构造模块化后，对各构件进行精细化设计，包括规格、尺寸、用材、性质、功能等，根据构件设计图纸，在构件加工预制工厂对水泥、钢筋等原材料进行配比与加工，形成预制构件成品。如按照科学配比对水泥、碎石集料等进行混合搅拌，在碎石集料中添加一定比例的粉煤灰与聚丙烯纤维，提高碎石的温缩性能与韧性，提高混合料的稳定性、刚度与硬度。对钢筋混凝土进行振捣与养护，形成楼板、楼梯等模块化的混凝土预制构件。建筑构件的加工预制使得现代建筑业向标准化、产业化、模块化、工业化、节能化方向发展，其中建筑构件加工生产的精度与质量应符合建筑结构标准，其有赖于构件设计的合理性与科学性。其二为构件运输装配。将加工预制的建筑构件运输到施工现场后科学贮存，并根据现代建筑设计要求与施工组织设计方案逐步开展构件吊装、装配、测量、纠偏，并对部分关键节点填缝灌浆，完成构件装配工作。建筑构件装配需严格按照装配式建筑设计方案进行吊装施工作业，设计方案的可行性直接关系到装配式建筑的施工质量与施工效率[2]。

2.2装配式建筑的特点

装配式建筑的出现改变了传统建筑行业现场浇筑的作业模式，建筑部分或全部构件均在生产工厂加工预制完成，并采用构件运输与现场装配的方式保证建筑施工质量与施工效率，减少建筑工程施工的扬尘污染与噪声污染。在建设效率方面，传统建筑多采用现场浇筑的作业模式，现场施工受到突发天气、施工人员配备、施工材料供应、施工设备调度等因素的综合影响而存在较大的工期不确定性。加上传统建筑施工工艺烦琐、施工技术复杂，以建筑工程混凝土浇筑为例，模板清理、混凝土搅拌、混凝土运输、混凝土振捣、分部浇筑（柱、梁板、楼梯）以及混凝土养护等环节需符合建筑工程施工工艺标准要求，以确保建筑工程混凝土浇筑质量。繁杂的施工作业流程与诸多注意事项使得建筑工程施工周期较长，装配式建筑以预制构件的装配作业为核心，可通过构件合理设计、精确生产、有机装配极大地缩短建筑工程施工时间。在建设成本方面，传统建筑工程施工需配备大量的专业型施工人员与大型机械设备，人员包括钢筋工、木工、瓦工、抹灰工、电气施工员等，大型设备包括挖掘机、起重机、铲土机、塔吊等，因此建筑工程造价管理的内容包括建筑工程设计与施工过程中产生的劳务费用、建材费用、机械设备租赁费用、工程承包费用等，工程造价高昂。装配式建筑采用构件预制、现场组装的方式，可压减工程施工量，减少建设方在劳务、机械等方面的成本投入。在节能环保方面，传统建筑工程施工过程中会带来诸多生产生活固体废弃物，各类施工工艺的实施会对周边环境产生噪声污染，车辆运输、施工作业等也会产生大量扬尘。装配式建筑的现场施工以车辆运输与现场吊装为主，构件生产过程集中在工厂，极大地减少装配式建筑施工给现场带来的环境污染与生态系统破坏[3]。同时，区别于传统建筑设计先行、施工在后的流程与模式，装配式建筑的设计与施工可同步实施，设计方案的调整可动态关联施工方案，从而实现建筑设计施工一体化与标准化。

3装配式建筑对现代建筑设计的影响

3.1以绿色低碳环保为设计理念，减少对自然生态环境的破坏传统建筑工程实施中建筑设计与工程施工分步进行，在建筑设计图纸的基础上统筹施工工作量、工期以及施工资源，编制施工组织设计方案，并在施工现场进行原材料采购、运输、堆叠、加工、浇筑、管理、养护等作业，对现场自然环境与生态系统带来诸多负面效应，不符合绿色建筑与低碳环保的时代理念。装配式建筑以构件预制、现场装配为作业模式，通过模块化与组件化的设计与装配，切实保障装配式建筑的设计可行性，保障施工质量与施工效率，同时也降低了传统建筑工程现场施工对自然生态环境的不利影响。一方面，装配式建筑的各个功能构件均由工厂负责生产与加工，工厂采购水泥、钢筋、木材等原材料，根据建筑设计方案中的构件结构数据与属性数据对原材料进行加工、塑形、管理，在工厂内实现构件的原材料采购、加工与成型，推进建筑构件生产的产业化与工业化。装配式建筑将施工作业过程由施工现场迁移到生产工厂，依托工厂科学的构件加工预制流程以及节能降耗减排等工艺举措集中制管控构件生产过程中产生的废气废水，有效减少构件生产加工的环境污染。一方面，构件加工预制后的运输工作可结合现场装配施工进度合理调度，以免建筑构件长时间积压在施工现场导致土壤污染问题。建筑构件在进行吊装装配时，施工人员可根据吊装方案中设计的塔吊工作范围、吊装运输路线等跟踪吊装过程，确保在施工过程中吊装工序推进与衔接的有效性与契合性，避免传统建筑工程施工现场搭建脚手架等流程，减少施工现场固体废弃物的产生。因此，装配式建筑中所蕴藏的绿色、环保、节能、低碳等理念以及实质性作用可渗透应用到现代建筑设计中，以合理的构件设计、精准的构件规格、批量的构件生产以及高效的构件装配提高建筑材料的利用率，减少现代建筑设计对自然与生态系统的破坏。

3.2优化现代建筑设计流程，提高建筑设计的可行性装配式建筑设计是指在建筑设计方案的基础上，对部分或全部建筑构件进行设计，利用设计图进一步明晰建筑构件的内在结构、规格尺寸、与其他构件的空间关系等属性，为构件生产与后期装配提供设计依据。在装配式建筑设计阶段，可引入BIM技术对建筑构件进行三维仿真建模，通过对构件几何信息与非几何信息的集成，建立建筑模型、结构模型，并加以设计校核，对装配式建筑中的预埋件预埋、孔洞预留、钢筋下料长度等参数进行精细化设计，并在构件组装拼接中对构件模型进行碰撞测试与错误检查，调整优化构件设计不合理之处，根据模型碰撞检查和漫游，提前发现错误和碰撞点并提出深化设计方案。同时，依托BIM技术建立装配式标准化族库，对不同规格、型号、用途的构件进行设计，在实际装配式建筑设计阶段则调用相应的组件进行参数调整与构件拼装，实现装配式建筑三维实体模型的快速搭建，可以有效提升装配式建筑三维实体模型的构建效率。在协同合作方面，在BIM技术的支持下，装配式建筑涉及的不同专业设计人员在同一个建筑结构模型上进行设计，同时对建筑结构模型进行修改，加快现代建筑的设计效率。

3.3促进建筑构件产业化发展，完善构件生产流程装配式建筑工程实施采用构件预制与现场装配模式，早期的装配式建筑构件生产需由设计单位对生产单位进行图纸交底，即将装配式建筑中涉及的各类构件详细设计图纸完整、准确地转达给生产单位。但二维图纸所展示的构件结构信息与参数信息较为局限，图纸交底的实际质量不高。在BIM技术的支持下，设计单位将建筑构件三维模型同步提交给生产单位，利用三维可视化模型直观展示构件的规格、尺寸、结构、材料、属性参数等，便于构件生产人员精确掌握构件的空间结构、属性数据、预制参数，如预留孔洞位置、深度与数量、钢筋下料长度等关键技术参数，提高构件生产的精准性与效率。同时，在BIM技术平台的支持下，构件预制生产单位与装配式建筑施工单位可在各自工作计划（生产计划与施工计划）设计方面有机衔接，在确保装配式建筑建设过程有序高效推进的同时，统筹调度构件原材料采购、加工预制、成品运输、现场浇筑、构件装配等装配式建筑作业流程，动态跟踪与调整优化生产计划、运输计划与施工计划，提高装配式建筑构件生产、运输、施工的高效协同性。生产单位在正式生产建筑构件前，可利用构件的预拼装试验，对装配式建筑深化设计方案科学性与合理性进行再检验，进一步完善构件工业化生产流程。

3.4放大建筑建造积极影响，提升现代建筑的综合效能装配式建筑的构件在生产工厂中统一批量化加工、预制，以建筑构件设计图与构件三维模型为依据，实现构件的通用化设计与规模化量产，尤其对于共性构件，可通过批量生产压缩装配式建筑工程实施成本。对于需要特殊定制的建筑构件，可以精细的三维模型指导生产模具研发，定制后的建筑构件可提高装配式建筑构件现场安装的便利性，减少建筑构件的二次运输以及现场二次装配带来的成本支出。因此，装配式建筑应用到现代建筑中，可以在建筑方案设计、构件加工预制、构件运输与装配等环节有效管控工程造价，显著提升现代建筑设计的综合效能。

4结语

以构件加工预制、现场装配为实施方式的装配式建筑具有鲜明的节能、降耗、高效、便利等特征，将其应用到现代建筑设计中，可革新现代建筑的设计思路，深化绿色建筑理念在现代建筑设计中的渗透，减少现代建筑设计对施工现场及周边自然环境与生态系统带来的破坏。同时，在BIM技术支持下的构件三维模型构建、模型碰撞检测与错误分析可极大地提高现代建筑设计中构件设计的合理性与科学性。以建筑构件设计图与构件三维模型为依据，可实现建筑构件的通用化设计、规模化量产，促进建筑构件产业化发展、现代建筑综合效能显著提升。

参考文献

[1]吕雨彤，仇湘湘.基于不完全信息重复博弈的装配式建筑碳排放激励机制研究[J].上海节能，2022（8）：983-989.

[2]董毅.基于BIM技术的装配式建筑管线分离技术[J].山西建筑，2022，48（18）：130-133.

[3]林友.装配式建筑及其设计要点探析[J].房地产世界，2022（16）：37-39.

作者:李功明 单位:杭州市建筑设计研究院有限公司