＊殷廣慶

（中海油石化工程有限公司 山東 250014）

前言

模塊化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計既要考慮預(yù)制構(gòu)件的內(nèi)容，又要考慮后期現(xiàn)場施工，因此，相關(guān)人員必須保證預(yù)制構(gòu)件滿足施工要求，同時也要保證預(yù)制構(gòu)件的強度和質(zhì)量性能均符合整體建筑施工標(biāo)準(zhǔn)。BIM是一種建筑信息化模型，主要是利用計算機技術(shù)，用數(shù)字化的形式表達(dá)建筑工程信息中的各種內(nèi)容，以提高建筑設(shè)計的效率和準(zhǔn)確性。采用該技術(shù)后，建筑工程的施工質(zhì)量將進(jìn)一步提高，為建筑企業(yè)增加一定的經(jīng)濟效益。

1.設(shè)計方法

在模塊化建筑結(jié)構(gòu)中，相關(guān)的墻體結(jié)構(gòu)、樓板以及樓梯等都是按要求提前批量生產(chǎn)的，它需要與混凝土相結(jié)合，才能構(gòu)成建筑物整體。傳統(tǒng)的施工模式在施工過程中，所有施工技術(shù)都是按照施工流程進(jìn)行，這些技術(shù)都是發(fā)生在現(xiàn)場的。而模塊化施工技術(shù)多發(fā)生在施工前期，這種技術(shù)往往需要有較高的前置條件。所以結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)人員，要使設(shè)計完成的產(chǎn)品達(dá)到相關(guān)規(guī)范的要求。這就要求結(jié)構(gòu)設(shè)計必須與決策階段相聯(lián)系，設(shè)計人員必須與項目負(fù)責(zé)人建立良好的溝通，了解建筑工程的實際情況及施工要求、成本要求等，并了解預(yù)制構(gòu)件廠的生產(chǎn)水平，使所設(shè)計的成品能滿足預(yù)制構(gòu)件廠的生產(chǎn)技術(shù)要求。總之，模塊化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計保證了結(jié)構(gòu)的簡潔，承載能力強，功能的多樣性，布局的便利性。由于其在施工過程中還需要裝配環(huán)節(jié)，所以應(yīng)遵循“少規(guī)格，多組合”的設(shè)計原則，使設(shè)計的成品更加多樣化和標(biāo)準(zhǔn)化。無論是總圖設(shè)計階段還是建筑單體設(shè)計階段，為了保證設(shè)計水平，都應(yīng)該采取一體化設(shè)計、模塊化和通用化設(shè)計相結(jié)合的方法。另外，預(yù)制件模具的設(shè)計也需要相關(guān)人員減少其種類，增加其利用次數(shù)，使得模塊化建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢更加顯著。

2.總圖設(shè)計階段

總圖設(shè)計需要相關(guān)人員以整體的眼光看待模塊化建筑設(shè)計事項，在考慮事項上也要做到面面俱到，使設(shè)計對象與整體建筑、整個施工現(xiàn)場及周圍的環(huán)境等相協(xié)調(diào)。因此，有關(guān)人員在設(shè)計模塊化建筑結(jié)構(gòu)的場地布置時，應(yīng)充分考慮總平面布置圖中模塊化建筑的位置及施工安排，使模塊化建筑與其它功能建筑保持安全距離，保證大型機械施工場地面積，使機械布置合理。此外，還要進(jìn)行運輸方式與道路的設(shè)計，使車輛的進(jìn)出符合方便施工的要求。模塊化施工場地與預(yù)制構(gòu)件存放場地之間的距離應(yīng)設(shè)計合理，使預(yù)制構(gòu)件在施工流程中能夠順利實施。不同的預(yù)制構(gòu)件對吊裝機械的要求不同，相關(guān)人員還需要針對具體的模塊結(jié)構(gòu)，對塔吊、起重機進(jìn)行合理的布置和使用。在確定使用的機械后，相關(guān)人員還應(yīng)對其吊裝重量進(jìn)行設(shè)計，使其與預(yù)制件的吊裝壓力相匹配。由于吊車懸臂在運行過程中會出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，因此作業(yè)場地的尺寸也必須滿足吊車轉(zhuǎn)動半徑的要求。這些機器比較笨重，不容易移動，有關(guān)人員也必須事先設(shè)計好行進(jìn)路線。運輸預(yù)制構(gòu)件的車輛在行駛和運輸過程中，應(yīng)與吊裝機械保持安全距離，并應(yīng)安排專人看管道路，保證物料等及時到位。相關(guān)的車道應(yīng)設(shè)計成環(huán)形，整個場地應(yīng)滿足平整、密實的要求，為減少設(shè)施費用，相關(guān)人員還應(yīng)做好排水設(shè)計與道路尺寸設(shè)計。

3.建筑單體設(shè)計階段

總圖設(shè)計階段的具體情況和特點，其針對的重點是現(xiàn)場管理，主要是為單體工程的施工提供安全可靠的環(huán)境，提高施工效率。但在建筑單體設(shè)計階段，相關(guān)人員應(yīng)使模塊化設(shè)計方法更加規(guī)范，設(shè)計內(nèi)容更加細(xì)致，并將設(shè)計重點具體落實到建筑單體工程項目，最終確保模塊化建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量和水平。在單體工程項目設(shè)計中，相關(guān)人員要遵循的設(shè)計規(guī)范與總體的設(shè)計要求相差不大。而單體工程的功能特點更加明顯，要突出單體工程的功能設(shè)計，滿足單體工程功能多樣化的要求。采用這種設(shè)計方法還應(yīng)滿足“一體化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化”等要求。在“一體化”設(shè)計方法中，應(yīng)充分考慮建筑物的整體使用要求和使用者的不同需求，使預(yù)制構(gòu)件本身具有更大的靈活性，一旦使用者的需求發(fā)生變化，只要對預(yù)制構(gòu)件的裝配形式進(jìn)行調(diào)整，就可以達(dá)到其他功能建筑的目的。調(diào)整過程對建筑物整體使用壽命無任何影響。另外，將結(jié)構(gòu)設(shè)計與工藝設(shè)計有機地結(jié)合在一起，使結(jié)構(gòu)布局更加合理，構(gòu)件制造更加靈活方便。

通過“標(biāo)準(zhǔn)化”“模塊化”的設(shè)計方法，將建筑結(jié)構(gòu)的模塊化表現(xiàn)為一種由多個預(yù)制構(gòu)件組成的功能空間，使之符合規(guī)范要求。模塊化建筑中各個空間單元所屬的功能模塊也不同，因此模塊化建筑也可視為獨立的功能模塊，模塊化建筑標(biāo)準(zhǔn)化所需的預(yù)制構(gòu)件也有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，以便能夠完全量產(chǎn)。這些量產(chǎn)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)件在應(yīng)用中不存在任何差別，從而達(dá)到了模塊化建筑結(jié)構(gòu)的通用化設(shè)計目標(biāo)，使模塊化建筑得到更廣泛的應(yīng)用。這種模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的建筑空間在實際中很常見，例如辦公大樓和醫(yī)院的標(biāo)準(zhǔn)單元間。對模塊化建筑立面設(shè)計而言，標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化設(shè)計同樣適用。模塊化建筑在色彩、材質(zhì)和平面構(gòu)造上都能保持統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，從而達(dá)到建筑整體的統(tǒng)一。在色彩方面，這些模塊化建筑內(nèi)外墻涂料是相同的，相關(guān)材質(zhì)如瓷磚、石材、混凝土等型號、色彩及質(zhì)地等也有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。在平面造型方面，為了滿足空間立面的需要，相關(guān)人員通常采用拼接的方式，這些拼裝材料的顏色、材質(zhì)等可各不相同，但整體風(fēng)格基本一致。在對體塊進(jìn)行組合設(shè)計時，相關(guān)設(shè)計師應(yīng)運用體塊創(chuàng)造出具有一定風(fēng)格的造型。

4.BIM技術(shù)在裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用研究

(1)設(shè)計單位對于BIM技術(shù)的核心應(yīng)用

BIM技術(shù)應(yīng)用在建筑工程項目設(shè)計階段，主要是針對一些不合理的設(shè)計問題進(jìn)行處理，并在施工過程中不斷優(yōu)化管道設(shè)計。一般來講，建筑工程項目展開時，多由一些設(shè)計圖紙的專業(yè)人員進(jìn)行分工協(xié)作，但是這種情況很容易使圖紙設(shè)計方式產(chǎn)生較大差異，從而影響到施工效果。利用BIM技術(shù)，可以減少各種問題，提高工作效率和質(zhì)量。首先，要把BIM模型和不同專業(yè)結(jié)合起來，當(dāng)專業(yè)BIM模型沒有出現(xiàn)誤差時，應(yīng)對BIM模型進(jìn)行整理、拼接，形成一個整體的BIM模型，然后再次進(jìn)行檢驗。其次，對于BIM模型的構(gòu)建，當(dāng)設(shè)計中出現(xiàn)一些不合理之處時，將很快發(fā)現(xiàn)問題，并加以改進(jìn)和完善。而CAD繪圖技術(shù)下，使得這些問題很難被發(fā)現(xiàn)，這就會對建筑工程圖紙設(shè)計產(chǎn)生影響。最后，對經(jīng)研究無誤的模型進(jìn)行BIM模型的綜合設(shè)計整理，并將各種較為詳細(xì)的建筑物組成結(jié)構(gòu)展示出來，為后期現(xiàn)場施工提供可靠依據(jù)。可采用CAD技術(shù)結(jié)合混凝土構(gòu)件的截面尺寸及對這些構(gòu)件的具體要求等進(jìn)行深化處理。但是，在這種傳統(tǒng)的加工方法下，繪圖效率低、返修率高，這在給施工單位帶來巨大成本的同時，也會影響這些材料的質(zhì)量，無法保證施工質(zhì)量和效率。通過BIM技術(shù)建立各種不同預(yù)制構(gòu)件的三維帶鋼筋模型，并與圖紙設(shè)計相結(jié)合，將其進(jìn)行拼裝，可以直接發(fā)現(xiàn)問題，從而提高解決問題的效率，為建筑工程前期圖紙設(shè)計提供更準(zhǔn)確的依據(jù)。

(2)施工方對于BIM技術(shù)的應(yīng)用

建筑企業(yè)在BIM中的應(yīng)用，主要是結(jié)合設(shè)計階段的圖紙內(nèi)容，進(jìn)行施工可行性研究。對設(shè)計階段進(jìn)行模塊化建筑施工可行性展開研究，主要是包括部分吊裝施工工作，以及模板方案具體實施內(nèi)容。吊裝作業(yè)中，主要構(gòu)件的吊裝順序顯得尤為重要。采用BIM技術(shù)時，施工方應(yīng)研究設(shè)計階段是否對吊裝順序進(jìn)行了合理的安排，并充分考慮到這些構(gòu)件的吊裝是否給后期施工過程帶來影響，盡量做好施工前的充分準(zhǔn)備。BIM模型的建立，使建設(shè)單位能夠模擬吊裝，并根據(jù)構(gòu)件的平面布置，合理安排吊裝順序，確保施工安全和施工質(zhì)量。部分二次結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在施工圖上，以文字描述為主，包括門框的設(shè)置、構(gòu)造柱、過梁等多處結(jié)構(gòu)的位置，建設(shè)者必須深化這些結(jié)構(gòu)才能正式開始施工。部分二級結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜，用傳統(tǒng)的CAD圖無法更準(zhǔn)確地表達(dá)。通過BIM軟件，可以方便地將二次結(jié)構(gòu)的精確定位轉(zhuǎn)換成數(shù)字模型，并對其進(jìn)行建模，從而更好地保證工程圖的設(shè)計質(zhì)量。通過這種方法，在實際施工過程中，便可有效減少更多的誤差存在。

(3)建設(shè)方對BIM技術(shù)的使用

對建設(shè)單位而言，BIM技術(shù)的應(yīng)用，主要是對建設(shè)項目的精細(xì)管理，對各種費用的預(yù)算與管理控制。當(dāng)BIM技術(shù)最初被用于模型構(gòu)建時，經(jīng)過一系列的改進(jìn)和完善，其包含了許多信息內(nèi)容，都能保存在BIM模型構(gòu)件中，并且能夠?qū)γ恳粋€BIM詳細(xì)模型的構(gòu)建以及變更的信息進(jìn)行詳細(xì)、明確的記錄。在BIM模式下，施工單位也可以通過虛擬漫游的方式，對各模型的施工細(xì)節(jié)設(shè)計進(jìn)行更有效的管理和控制。也就是說，對于整個建筑的設(shè)計，施工單位可以將自己的施工理念融入到設(shè)計之中，使建筑設(shè)計更符合建設(shè)單位的施工要求，從而更好地管理和控制各施工環(huán)節(jié)。當(dāng)最終完善了BIM模型后，便可結(jié)合一定比例，對建筑工程所需的具體工程量進(jìn)行統(tǒng)計和分析，得出所需材料消耗。利用這一技術(shù)，施工單位就可以對實際施工中出現(xiàn)的各種成本問題進(jìn)行有效的管理和控制，從而推動了我國建筑工程業(yè)的快速發(fā)展。

5.結(jié)語

模塊化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的應(yīng)用現(xiàn)狀并不理想，因為其往往與建筑發(fā)展的要求不同步，因而在設(shè)計過程中，往往會出現(xiàn)設(shè)計缺陷，相關(guān)人員應(yīng)根據(jù)這些設(shè)計方法，提出改進(jìn)措施，使設(shè)計方法更加有效，以達(dá)到設(shè)計目標(biāo)的真正優(yōu)化。此外，在應(yīng)用設(shè)計方法時，應(yīng)遵循標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、通用化設(shè)計原則，使設(shè)計結(jié)構(gòu)更加規(guī)范，功能更加全面，形式更加多樣。