基于構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化的裝配式混凝土建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化策略

1、專家學(xué)者已對裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)做了一定的研究，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)作為裝 配式建筑的首要特征，是裝配式建筑構(gòu)件生產(chǎn)及施工的必要前提，具有提高品質(zhì)、 縮短工期、提高效益、降低成本等優(yōu)點(diǎn)。本文以南京市裝配式住宅樓項(xiàng)目為例， 對該項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行探討， 并總結(jié)由此帶來的綜合經(jīng)濟(jì)效益，以期為 同類裝配式建筑項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)提供參考。01裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)是裝配式建筑的首要特征。該項(xiàng)目在平面設(shè)計(jì)中首先進(jìn)行模數(shù) 化、模塊化等標(biāo)準(zhǔn)化優(yōu)化，匯總歸集模塊的類型和尺寸，選用標(biāo)準(zhǔn)化部品部件庫 的BIM模型進(jìn)行組合設(shè)計(jì)，以達(dá)到構(gòu)件重復(fù)使用率高、“少規(guī)格、多組合”的 課題示范工程目標(biāo)。項(xiàng)目概況南京某住宅項(xiàng)目

2、，擬采用剪力墻結(jié)構(gòu)，全板式布局模式，共有 12棟建筑, 其中9棟為小高層住宅，總建筑面積為126677褶，其中地上建筑面積為84455該項(xiàng)目原設(shè)計(jì)為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，通過采用裝配式建造方式進(jìn)行優(yōu)化并達(dá)到了以 下效果：1 .全裝修住宅交付；2 .使用預(yù)制外墻體，且預(yù)制外墻體的水平截面積超過相對應(yīng)地面以上規(guī)劃 總建筑面積2% ;3 .預(yù)制裝配率不低于50%平面標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)總體目標(biāo)原有建筑方案戶型種類繁多，為此，重新以“少規(guī)格、多組合”對建筑平面 進(jìn)行優(yōu)化：1 .居住建筑宜選用大開問、大進(jìn)深的平面布置，增加建筑布局的靈活性；2 .各戶型中南陽臺(tái)較多是鏡像關(guān)系，可考慮調(diào)整為平移復(fù)制關(guān)系；3 .建筑樓梯、陽臺(tái)、空

3、調(diào)板宜采用標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品；4 .凸窗有 1700mm、1800mm、2000mm、2100mm、2300mm 等不同 尺寸，可在一定范圍內(nèi)進(jìn)行歸并，同時(shí)凸窗位置可考慮居中布置；5 .廚房、衛(wèi)生間存在尺寸規(guī)格、布置相近的情況，可以將其規(guī)格歸并統(tǒng)一；6 .提高每一項(xiàng)內(nèi)裝部品部件的標(biāo)準(zhǔn)化程度。廚房和衛(wèi)生間的平面尺寸滿足 標(biāo)準(zhǔn)化整體櫥柜及整體衛(wèi)浴的要求。樓梯和電梯模塊化設(shè)計(jì)該項(xiàng)目將部分戶型的公共樓梯、電梯間采用模塊化設(shè)計(jì)，樓梯間的凈寬為2500mm ,長度為5600mm，如圖1所示。2500廚房廚房模塊化設(shè)計(jì)3350mm廚房1樓梯、電梯的模塊化設(shè)計(jì)A1、B1、C1的廚房采用模塊化設(shè)計(jì)，具開問為 1950m

4、m ,進(jìn)深為主臥模塊化設(shè)計(jì)戶型A1、A2主臥采用模塊化設(shè)計(jì)，模數(shù)為 3400mm X3700mm ,如圖3所示。圖3主臥模塊化設(shè)計(jì)衛(wèi)生間模塊化設(shè)計(jì)戶型A1、A2的公共衛(wèi)生間采用模塊化設(shè)計(jì)，模數(shù)尺寸為1500mm 乂 2900mm，如圖4所示。圖4衛(wèi)生間模塊化設(shè)計(jì)客廳和陽臺(tái)的模塊化設(shè)計(jì)戶型A1A2、戶型C1C2的客廳和陽臺(tái)采用模塊化設(shè)計(jì)，陽臺(tái)的面寬為3900mm ,外挑尺寸為1800mm ;客廳的開問為 3700mm ,如圖5所示。圖5客廳和陽臺(tái)模塊化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化部品部件設(shè)計(jì)通過對原建筑方案進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)與優(yōu)化后，戶型種類得到合理歸并，構(gòu)件類型大為減少，大多數(shù)均采用標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件，從而減少了預(yù)制構(gòu)件的

5、開模數(shù)量， 降低了 PC構(gòu)件的預(yù)制成本，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。優(yōu)化后的標(biāo)準(zhǔn)戶型如表1所示。表1標(biāo)準(zhǔn)化戶型戶型功能類型數(shù)量尺寸(mm)廚房兩種1950x3350. 1950x3500公共衛(wèi)生間三種1500x2900, 1500x3500. 1600x3800主衛(wèi)兩種2400x2400. 2200 x 2900主臥三種3400x3700, 3600 x 4000 . 3800 x 4800次臥兩種開間2900,開間3300客廳兩種開間3700,開間4000餐廳兩種進(jìn)深3600.進(jìn)深3800陽臺(tái)兩種3900 乂 1700、4200 x 1700摟梯間一種2500 x S600飄窗(開洞)兩種2100

6、x800. 1800 x 80002標(biāo)準(zhǔn)化部品設(shè)計(jì)與部品庫應(yīng)用裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)化部品部件設(shè)計(jì)應(yīng)考慮其全生命周期，根據(jù)部品部件在建 筑物所處功能和要求的不同，遵循受力合理、連接簡單、施工方便、重復(fù)使用 率高、易維護(hù)和更換的原則。標(biāo)準(zhǔn)化部品以實(shí)現(xiàn)集成化功能為特征，進(jìn)行成套 供應(yīng)，如預(yù)制整體廚衛(wèi)等。根據(jù)優(yōu)化后的建筑方案，設(shè)計(jì)了以下預(yù)制方案：主要預(yù)制構(gòu)件包括預(yù)制疊 合樓板、預(yù)制樓梯、預(yù)制外墻、預(yù)制內(nèi)剪力墻、預(yù)制疊合陽臺(tái)、凸窗、女兒墻 等；標(biāo)準(zhǔn)層除衛(wèi)生間等降板區(qū)外，采用預(yù)制疊合樓板；標(biāo)準(zhǔn)層采用預(yù)制樓梯； 地上3層及以上采用預(yù)制剪力墻。具體采用的預(yù)制構(gòu)件種類，見表2。表2預(yù)制構(gòu)件種類技術(shù)配置選項(xiàng)項(xiàng)目實(shí)施情況

7、主體結(jié)構(gòu)和 外圍護(hù)結(jié)構(gòu) 預(yù)制構(gòu)件Z1預(yù)制外剪力墻板預(yù)制火心保溫外埴板7預(yù)制雙層疊合黃力堵板強(qiáng)制內(nèi)剪力墻板V前制梁預(yù)制疊合板V預(yù)制樓梯板7預(yù)制陽臺(tái)板V預(yù)制空謂板PCF混凝土外墻模板混凝土外挖墻板預(yù)制浮瓣土瓢窗墻板預(yù)制女兒墻7裝配式內(nèi)外蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土外地系統(tǒng)輕鋼龍骨石青板隰墻闈護(hù)枸件Z2蒸壓輕質(zhì)加氣混凝十墻板7銅筋陶?；旎焱凛p質(zhì)墻板7 n內(nèi)妾建筑部 品Z3集成式廚房集成式衛(wèi)生間裝配式吊項(xiàng)V樓地面干式鋪裝7裝配式噴板（帶飾面）裝電己式欄桿7標(biāo)準(zhǔn)佃、模塊化、 集約化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化門窗7設(shè)備管線與結(jié)構(gòu)相分離綠色建院技術(shù)集成 應(yīng)用綠色建筑二星V-竦色建筑三星被動(dòng)式超低般耗技術(shù)集成應(yīng)用隔震減震技術(shù)集成應(yīng)醫(yī)以

8、BIM為核心的信息Q技術(shù)集成應(yīng)用7|創(chuàng)新加分項(xiàng) S工業(yè)化施工技術(shù)集 成應(yīng)用裝配式鋁合金組合模板V組合成型綱筋制品二地預(yù)制圍墻道路板V預(yù)制蟆配2z 50%標(biāo)準(zhǔn)化部品庫是采用建筑信息模型 BIM手段對標(biāo)準(zhǔn)化部品部件數(shù)字化表示的模型集合。課題組通過使用部品部件分類與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)， 建立標(biāo)準(zhǔn)化的部品部件 庫，包括部品部件的規(guī)格、制造商、編號(hào)以及在設(shè)計(jì)和使用過程中的所有相關(guān)信 息，如圖6所示，通過參數(shù)化查找和設(shè)計(jì)，基于排列組合，以大數(shù)據(jù)作為支撐， 實(shí)現(xiàn)裝配式建筑的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。該項(xiàng)目采用的標(biāo)準(zhǔn)化部品庫中的預(yù)制部品部件包括預(yù)制內(nèi)外剪力墻、預(yù)制鋼筋桁架疊合板、預(yù)制陽臺(tái)、預(yù)制樓梯、預(yù)制女兒墻等。各種構(gòu)件類型數(shù)量及尺

9、 寸，如表3所小。表3標(biāo)準(zhǔn)化部品部件構(gòu)件種類類型數(shù)量尺寸(mm)預(yù)制剪力墻兩種2840. 2780預(yù)制疊合樓板一種60預(yù)制凸窗兩種2600x2840、2900 x 2840預(yù)制陽臺(tái)兩種4400 x 1800. 4100x1800預(yù)制樓糅睇段板一種雙跑樓梯預(yù)制女兒墻一種120x1200標(biāo)準(zhǔn)化部品庫模型實(shí)例該項(xiàng)目采用了大量標(biāo)準(zhǔn)化部品庫中的模型，主要有：1 .預(yù)制疊合板采用標(biāo)準(zhǔn)化鋼筋桁架疊合板，BIM圖見圖7-1 ;2 .預(yù)制內(nèi)剪力墻標(biāo)準(zhǔn)化部品BIM圖見圖7-2 ;3 .帶門框及窗框的預(yù)制外剪力墻標(biāo)準(zhǔn)化部品BIM圖見圖7-3 ;4 .預(yù)制飄窗標(biāo)準(zhǔn)化部品BIM圖見圖7-4。本項(xiàng)目預(yù)制陽臺(tái)采用預(yù)制疊合陽

10、臺(tái)板，陽臺(tái)板連同周圍翻邊一同預(yù)制，現(xiàn)場連同預(yù)制陽臺(tái)隔板共同拼裝成陽臺(tái)整體，標(biāo)準(zhǔn)化部品BIM圖見圖7-5.所示；標(biāo)準(zhǔn)層樓梯采用預(yù)制混凝土梯段板見圖 7-6所示，預(yù)制樓梯安裝時(shí)，梯段直接擱置在樓梯梁挑耳上，一端較接一端滑動(dòng)連接，預(yù)制樓梯在工廠制作，采用清水混 凝土而無需再做飾面圖7-1標(biāo)準(zhǔn)化BIM圖圖7-2標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制內(nèi)剪力墻BIM圖圖7-5標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制陽臺(tái)圖 7-6標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制樓梯BIM03效益分析以1號(hào)及9號(hào)樓為例，應(yīng)用預(yù)制外墻體截面積共計(jì)為 180.58褶（已扣除 需要現(xiàn)澆部分，如邊緣構(gòu)件等）。單體地面以上部分總面積為8508.23褶。此單 體根據(jù)南京市關(guān)于進(jìn)一步推進(jìn)裝配式建筑發(fā)展的實(shí)施意見，不計(jì)

11、入容積率核算的建筑面積不應(yīng)超過相對應(yīng)地面以上規(guī)劃總建筑面積的2% ,即8508.23 X2%=170.16褶。該項(xiàng)目中請“第二個(gè)” 2%獎(jiǎng)勵(lì)“不計(jì)入容積率核算的建筑面積 不超過相對應(yīng)地面以上規(guī)劃總建筑面積的 2%”，即本項(xiàng)目預(yù)制外墻共有170.16 nf不計(jì)入外墻面積核算，為甲方爭取了利益最大化，也意味著降低了裝配式建筑 的建安成本。該項(xiàng)目構(gòu)件采用部品庫中的部件，通過復(fù)雜構(gòu)件模型的下載及應(yīng)用， 減小了深化設(shè)計(jì)的工作量，提高了設(shè)計(jì)效率，通過模型數(shù)據(jù)參數(shù)化的調(diào)整，在標(biāo) 準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了優(yōu)化。單純的從單方造價(jià)考慮，現(xiàn)階段采用裝配式建造方式會(huì)增加建造成本，其 主要原因還是在于建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展初期，采用裝配式建造的建筑尚未形成規(guī)模效 應(yīng)，標(biāo)準(zhǔn)化部品部件應(yīng)用不足，無法發(fā)揮工業(yè)化批量生產(chǎn)的價(jià)格優(yōu)勢。后期隨著 建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化的逐步完善，通用產(chǎn)品應(yīng)用比例的逐 步提高，從而形成規(guī)模化生產(chǎn)，必然能夠降低裝配式建筑的建安成本， 具綜合效 益也將日益突出。04結(jié)語裝配式建筑具有能夠有效降低現(xiàn)場施工的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短