高承明（山丹工合建筑工程公司，甘肅 山丹 734100）

裝配式建筑是指將預(yù)制好的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，按照工廠的生產(chǎn)流程進行建筑整體裝配式建造。PC結(jié)構(gòu)體系具有強度高、抗震性能好、工程造價低等優(yōu)點，受到了國內(nèi)外相關(guān)專家以及學(xué)者的廣泛關(guān)注與研究。但是，目前我國裝配式建筑產(chǎn)業(yè)還存在著裝配式水平低、工程實施難等問題，制約著產(chǎn)業(yè)在我國建筑行業(yè)中得到進一步發(fā)揮和發(fā)展[1]。因此，在此背景下提出基于數(shù)字技術(shù)的裝配式建造方法，將預(yù)制構(gòu)件融入數(shù)字計算平臺中進行分析，實現(xiàn)對裝配式建筑項目全過程的質(zhì)量控制和成本管理，從而提升裝配式建筑的發(fā)展水平[2]。

1 裝配式建筑實例

所選裝配式建筑實例為某地區(qū)三層建筑，建筑概況見表1。

表1 建筑實例概況

表2 建筑構(gòu)成

為滿足業(yè)主方需求，工程方在建造時，決定使用數(shù)字化技術(shù)作為主要建造技術(shù)，通過對設(shè)計文件的數(shù)據(jù)分析，利用計算機進行不同空間位置構(gòu)件尺寸的計算和存儲。在設(shè)計過程中，為避免節(jié)點發(fā)生碰撞，需要對所有設(shè)計文件數(shù)據(jù)進行完整采集和分析，同時將三維建模方法與計算機圖形技術(shù)相結(jié)合，對設(shè)計文件的空間數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)材料數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)計算圖進行模擬計算[3]。通過三維軟件對設(shè)計圖層展開分析，將建造過程轉(zhuǎn)化為數(shù)字化空間尺寸模型圖以及三維構(gòu)件模型圖的設(shè)計過程[4]。利用其中數(shù)字計算平臺對三維數(shù)據(jù)進行建模分析，輔助計算機繪圖軟件進行房屋基礎(chǔ)設(shè)計圖形的繪制，并且根據(jù)設(shè)計圖將各種相關(guān)數(shù)據(jù)輸入到計算機模型中，以進行構(gòu)造設(shè)計的模擬計算，通過上述方式，完成建筑構(gòu)造形式的生成。

根據(jù)建筑構(gòu)造，形成裝配式設(shè)計方案以及各項功能模塊圖，在計算機界面進行構(gòu)造圖的展示。在此過程中應(yīng)注意，裝配式建筑需要滿足多層次結(jié)構(gòu)體系以及整體功能布局的設(shè)計要求，而傳統(tǒng)建筑只需要滿足基本造型結(jié)構(gòu)類型以及大小規(guī)范要求即可[5]。因此，在設(shè)計過程中，需要將建筑不同構(gòu)造的參數(shù)作為設(shè)計中的重要內(nèi)容，通過將參數(shù)與建筑構(gòu)造進行整合，實現(xiàn)對裝配式建筑的構(gòu)造設(shè)計。

2 基于數(shù)字技術(shù)的裝配式建筑建造

2.1 結(jié)合設(shè)計條件的裝配式建筑建造材料選擇

為實現(xiàn)對裝配式建筑的改造，首先需要結(jié)合項目設(shè)計條件，確定建造材料。以上述項目為例，現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施以及建造所在區(qū)域都會對設(shè)計和建造產(chǎn)生特定影響，為滿足城市建設(shè)要求，對于項目周圍環(huán)境的保護應(yīng)貫穿于整個設(shè)計和施工階段[6]。同時，由于場地的限制，無法實施大規(guī)模的建設(shè)活動，大型設(shè)備無法到達施工現(xiàn)場，綜合該項目的材料需求，選擇將玻璃鋼作為該裝配式建筑建造的主要材料。這一材料是將玻璃纖維作為受力骨架，采用有機物（如合成樹脂），通過特殊的加工工藝，將其制成一體化的復(fù)合型材料[7]。由于其質(zhì)量輕、強度高、耐腐蝕、保溫、減震、隔聲等優(yōu)點，在特定的領(lǐng)域中可用作優(yōu)良的建筑材料，現(xiàn)在，玻璃鋼已被廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，如風(fēng)輪葉片、各種儲罐、化糞池、船體、安全帽等。在建筑工程中，混凝土也是一種典型的復(fù)合材料，將鋼筋的抗拉性能和混凝土的抗壓性能結(jié)合在一起，可以形成良好的抗拉和抗壓性能材料。同樣地，單根玻璃纖維盡管具有較高的強度，但是由于其伸長性，只能承受張力，不能承受彎矩、剪切、壓力，并且容易發(fā)生變形，而普通的合成樹脂，其形狀雖穩(wěn)定，但受力后容易變形，機械性能不穩(wěn)定。玻璃纖維與合成樹脂結(jié)合，使其具有與鋼相似的強度特性，且具有與玻璃相似的光澤和紋理，以此成為裝配式建筑中最為適宜的建造材料。

2.2 增設(shè)通用性可變節(jié)點

與其他建筑物的構(gòu)件不同，裝配式建筑中的單元變化主要表現(xiàn)為單元之間的平面板片拼接角度和單元之間的微小差異[8]。因此，這也是裝配式建筑工程中的建造重點。在建造時需要將設(shè)計者提供的空間點定位數(shù)據(jù)導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，并對其進行加工和整理，為了方便施工，在原有裝配式建筑的基礎(chǔ)上，增設(shè)通過性可變節(jié)點。圖1為裝配式建筑中通用性可變節(jié)點構(gòu)造圖。

圖1 裝配式建筑中通用性可變節(jié)點構(gòu)造圖

在設(shè)置這一構(gòu)造的節(jié)點時，第一步在施工現(xiàn)場用鋼絲找點，并放線，將十字連接件進行固定；第二步，定位并就位六邊形鋼架；第三步，利用全站儀檢驗并核對節(jié)點的設(shè)置位置；第四步，完成對關(guān)鍵六邊形鋼架的安裝。在交叉和六角鋼框架之間有一定的調(diào)節(jié)空間，可以根據(jù)精度要求進行細微的調(diào)節(jié)，更大的誤差調(diào)節(jié)可以用標(biāo)準(zhǔn)十字接頭的尺寸來完成。針對各個節(jié)點位置坐標(biāo)的精確控制，可利用在工程施工周圍設(shè)置的4個GPS實現(xiàn)，設(shè)置多個一級坐標(biāo)點和二級坐標(biāo)點，通過全站儀實現(xiàn)對位置坐標(biāo)的測定。針對建造過程中出現(xiàn)的幕墻鋼架不共面的問題，可增設(shè)類似萬向鉸的節(jié)點，通過桿件連接可調(diào)角度的方式形成多種曲面。針對鋁合金門窗與基板之間的連接與密封問題，采用了堵、防、疏的綜合措施，采用泡沫聚氨酯封堵框，框架平面接面采用硅酮橡膠嵌縫，框架邊緣安裝排水槽，疏通排水，確保外墻的整體防水性能。

2.3 基于數(shù)字技術(shù)的安裝定位

大型復(fù)雜裝配式建筑施工中，吊裝、定位調(diào)整和焊接是施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在現(xiàn)有工藝條件下，上述施工都需要大量的人力實現(xiàn)，為了提高施工效率，并提升建造精度，將數(shù)字技術(shù)應(yīng)用到對負載結(jié)構(gòu)的安裝中。數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用具體表現(xiàn)在：第一，利用全站儀、數(shù)字水準(zhǔn)儀、GPS等技術(shù)，為下一步的定位提供支撐；第二，利用精密的放樣測量技術(shù)，例如Metroln工業(yè)三維測量系統(tǒng)，以達到快速、精確地測量放樣位置；第三，利用三維激光掃描技術(shù)，實時地檢測、記錄、處理和分析元件的位置。借助這些輔助的數(shù)碼工具，能夠準(zhǔn)確、高效地完成大型工程鋼結(jié)構(gòu)的定位和安裝。圖2為基于數(shù)字技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)三維測定原理圖。

圖2 基于數(shù)字技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)三維測定原理圖

結(jié)合圖2中的三維測定原理，確定裝配式建筑中各個結(jié)構(gòu)的位置，在得到所需測量數(shù)據(jù)后，可結(jié)合CATIA軟件對各專業(yè)進行深化設(shè)計。在數(shù)字技術(shù)的輔助下，即使是一個簡單的造型條件也能夠使建筑產(chǎn)生意想不到但又符合預(yù)設(shè)邏輯的結(jié)構(gòu)，不僅可以保證結(jié)構(gòu)建造精度，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)對裝配式建筑結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新。

3 實證分析

裝配式建筑由于預(yù)制裝配和構(gòu)件組裝具有較大的差異性以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，因此需要專業(yè)設(shè)計師根據(jù)構(gòu)件的具體情況進行設(shè)計，才能滿足工程實際要求和進度，滿足業(yè)主提出的裝配式建筑建造效率方面需求。

以上述建筑項目為例，對其構(gòu)造展開設(shè)計，在采用三維設(shè)計技術(shù)進行設(shè)計時，需要根據(jù)設(shè)計圖紙中展示的具體內(nèi)容進行裝配數(shù)據(jù)采集與處理。根據(jù)設(shè)計方案及計算要求，計算不同構(gòu)件的尺寸，準(zhǔn)確地完成裝配式建筑的設(shè)計任務(wù)。裝配式建筑的設(shè)計任務(wù)主要有三個方面：

（1）結(jié)構(gòu)分析：包括節(jié)點設(shè)計、節(jié)點計算；

（2）結(jié)構(gòu)選型：包括不同位置預(yù)制結(jié)構(gòu)以及非預(yù)制結(jié)構(gòu)的選擇；

（3）結(jié)構(gòu)方案評估：包括結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計。將不同種類的數(shù)據(jù)進行有效整合和分析后生成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一圖紙，并建立構(gòu)件的尺寸標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)構(gòu)件種類建立對應(yīng)的構(gòu)件參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，生成對應(yīng)的設(shè)計方案。

完成設(shè)計后，進行預(yù)制件的施工：包括構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)連接、構(gòu)件與構(gòu)件間的連接工作等。

設(shè)計中，考慮到本次研究的建筑屬性為居民住宅，因此，其電氣管線數(shù)量較多，為避免管線在安裝過程中發(fā)生碰撞，在設(shè)計時，使用數(shù)字技術(shù)，進行建筑結(jié)構(gòu)電氣管線的拼接模擬。并根據(jù)設(shè)計圖紙與建筑整體結(jié)構(gòu)的構(gòu)造需求，設(shè)計各種預(yù)埋件及預(yù)埋件對應(yīng)的位置，將與之相關(guān)的內(nèi)容一并輸出給施工技術(shù)人員。以建筑中玻璃鋼樓板預(yù)埋管為例，設(shè)計其不同預(yù)埋管的建造方法，見圖3。

圖3 建筑中玻璃鋼樓板預(yù)埋管的建造方法

按照建筑設(shè)計規(guī)范，進行不同位置預(yù)埋件的裝配方法，對裝配后的建筑進行質(zhì)量驗收，人工測量預(yù)制件裝配尺寸與設(shè)計尺寸之間的偏差，見表3（允許誤差在±3mm范圍內(nèi)）。

4 結(jié)語

（1）根據(jù)表3預(yù)制件裝配尺寸與設(shè)計尺寸之間的偏差測量結(jié)果，所有測量段的裝配尺寸偏差均在±3mm范圍內(nèi)，說明構(gòu)造的裝配式建筑質(zhì)量優(yōu)良。

表3 預(yù)制件裝配尺寸與設(shè)計尺寸之間的偏差

（2）當(dāng)前，裝配式建筑的快速發(fā)展為我國建筑業(yè)帶來了更多商機，在今后，隨著數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展，可以利用此項技術(shù)，實現(xiàn)建筑業(yè)發(fā)展與建造的智能化，有效提升我國建筑業(yè)的質(zhì)量和建造水平。在這種背景下，借助數(shù)字技術(shù)的優(yōu)勢研究和開發(fā)裝配式建筑新技術(shù)應(yīng)用是非常有必要的。