李功明

（杭州市建筑設(shè)計研究院有限公司）

1 引言

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(zhuǎn)型升級，驅(qū)使現(xiàn)代建筑設(shè)計理念、設(shè)計方式、設(shè)計流程的革新與優(yōu)化，促進(jìn)現(xiàn)代建筑設(shè)計以更高的科學(xué)性、合理性、可行性保障建筑設(shè)計、構(gòu)件生產(chǎn)、施工組織、現(xiàn)場管理的有序推進(jìn)[1]。裝配式建筑是綠色建筑轉(zhuǎn)型升級的重要發(fā)展方向，其引入組件式與模塊化建設(shè)理念，通過構(gòu)件加工預(yù)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(fù)面效應(yīng)，同時構(gòu)件預(yù)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(zhì)是將建筑工程的構(gòu)造模塊化與組件化，預(yù)先在工廠中生產(chǎn)加工建筑構(gòu)件，將加工預(yù)制的構(gòu)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(shè)備對構(gòu)件進(jìn)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(gòu)件加工預(yù)制，在對建筑工程構(gòu)造模塊化后，對各構(gòu)件進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計，包括規(guī)格、尺寸、用材、性質(zhì)、功能等，根據(jù)構(gòu)件設(shè)計圖紙，在構(gòu)件加工預(yù)制工廠對水泥、鋼筋等原材料進(jìn)行配比與加工，形成預(yù)制構(gòu)件成品。如按照科學(xué)配比對水泥、碎石集料等進(jìn)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(jìn)行振搗與養(yǎng)護(hù)，形成樓板、樓梯等模塊化的混凝土預(yù)制構(gòu)件。建筑構(gòu)件的加工預(yù)制使得現(xiàn)代建筑業(yè)向標(biāo)準(zhǔn)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(gòu)件加工生產(chǎn)的精度與質(zhì)量應(yīng)符合建筑結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，其有賴于構(gòu)件設(shè)計的合理性與科學(xué)性。其二為構(gòu)件運輸裝配。將加工預(yù)制的建筑構(gòu)件運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后科學(xué)貯存，并根據(jù)現(xiàn)代建筑設(shè)計要求與施工組織設(shè)計方案逐步開展構(gòu)件吊裝、裝配、測量、糾偏，并對部分關(guān)鍵節(jié)點填縫灌漿，完成構(gòu)件裝配工作。建筑構(gòu)件裝配需嚴(yán)格按照裝配式建筑設(shè)計方案進(jìn)行吊裝施工作業(yè)，設(shè)計方案的可行性直接關(guān)系到裝配式建筑的施工質(zhì)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(gòu)件均在生產(chǎn)工廠加工預(yù)制完成，并采用構(gòu)件運輸與現(xiàn)場裝配的方式保證建筑施工質(zhì)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(shè)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(yīng)、施工設(shè)備調(diào)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(shù)復(fù)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(hù)等環(huán)節(jié)需符合建筑工程施工工藝標(biāo)準(zhǔn)要求，以確保建筑工程混凝土澆筑質(zhì)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(yù)制構(gòu)件的裝配作業(yè)為核心，可通過構(gòu)件合理設(shè)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(shè)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(shè)備，人員包括鋼筋工、木工、瓦工、抹灰工、電氣施工員等，大型設(shè)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(nèi)容包括建筑工程設(shè)計與施工過程中產(chǎn)生的勞務(wù)費用、建材費用、機械設(shè)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(gòu)件預(yù)制、現(xiàn)場組裝的方式，可壓減工程施工量，減少建設(shè)方在勞務(wù)、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(gòu)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(shè)計先行、施工在后的流程與模式，裝配式建筑的設(shè)計與施工可同步實施，設(shè)計方案的調(diào)整可動態(tài)關(guān)聯(lián)施工方案，從而實現(xiàn)建筑設(shè)計施工一體化與標(biāo)準(zhǔn)化。

3 裝配式建筑對現(xiàn)代建筑設(shè)計的影響

3.1 以綠色低碳環(huán)保為設(shè)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(shè)計與工程施工分步進(jìn)行，在建筑設(shè)計圖紙的基礎(chǔ)上統(tǒng)籌施工工作量、工期以及施工資源，編制施工組織設(shè)計方案，并在施工現(xiàn)場進(jìn)行原材料采購、運輸、堆疊、加工、澆筑、管理、養(yǎng)護(hù)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(fù)面效應(yīng)，不符合綠色建筑與低碳環(huán)保的時代理念。裝配式建筑以構(gòu)件預(yù)制、現(xiàn)場裝配為作業(yè)模式，通過模塊化與組件化的設(shè)計與裝配，切實保障裝配式建筑的設(shè)計可行性，保障施工質(zhì)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(gòu)件均由工廠負(fù)責(zé)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(shè)計方案中的構(gòu)件結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)對原材料進(jìn)行加工、塑形、管理，在工廠內(nèi)實現(xiàn)構(gòu)件的原材料采購、加工與成型，推進(jìn)建筑構(gòu)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(xué)的構(gòu)件加工預(yù)制流程以及節(jié)能降耗減排等工藝舉措集中制管控構(gòu)件生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣廢水，有效減少構(gòu)件生產(chǎn)加工的環(huán)境污染。一方面，構(gòu)件加工預(yù)制后的運輸工作可結(jié)合現(xiàn)場裝配施工進(jìn)度合理調(diào)度，以免建筑構(gòu)件長時間積壓在施工現(xiàn)場導(dǎo)致土壤污染問題。建筑構(gòu)件在進(jìn)行吊裝裝配時，施工人員可根據(jù)吊裝方案中設(shè)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(jìn)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(zhì)性作用可滲透應(yīng)用到現(xiàn)代建筑設(shè)計中，以合理的構(gòu)件設(shè)計、精準(zhǔn)的構(gòu)件規(guī)格、批量的構(gòu)件生產(chǎn)以及高效的構(gòu)件裝配提高建筑材料的利用率，減少現(xiàn)代建筑設(shè)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(shè)計流程，提高建筑設(shè)計的可行性

裝配式建筑設(shè)計是指在建筑設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，對部分或全部建筑構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計，利用設(shè)計圖進(jìn)一步明晰建筑構(gòu)件的內(nèi)在結(jié)構(gòu)、規(guī)格尺寸、與其他構(gòu)件的空間關(guān)系等屬性，為構(gòu)件生產(chǎn)與后期裝配提供設(shè)計依據(jù)。在裝配式建筑設(shè)計階段，可引入BIM技術(shù)對建筑構(gòu)件進(jìn)行三維仿真建模，通過對構(gòu)件幾何信息與非幾何信息的集成，建立建筑模型、結(jié)構(gòu)模型，并加以設(shè)計校核，對裝配式建筑中的預(yù)埋件預(yù)埋、孔洞預(yù)留、鋼筋下料長度等參數(shù)進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計，并在構(gòu)件組裝拼接中對構(gòu)件模型進(jìn)行碰撞測試與錯誤檢查，調(diào)整優(yōu)化構(gòu)件設(shè)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(shè)計方案。同時，依托BIM技術(shù)建立裝配式標(biāo)準(zhǔn)化族庫，對不同規(guī)格、型號、用途的構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計，在實際裝配式建筑設(shè)計階段則調(diào)用相應(yīng)的組件進(jìn)行參數(shù)調(diào)整與構(gòu)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(gòu)建效率。在協(xié)同合作方面，在BIM技術(shù)的支持下，裝配式建筑涉及的不同專業(yè)設(shè)計人員在同一個建筑結(jié)構(gòu)模型上進(jìn)行設(shè)計，同時對建筑結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行修改，加快現(xiàn)代建筑的設(shè)計效率。

3.3 促進(jìn)建筑構(gòu)件產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，完善構(gòu)件生產(chǎn)流程

裝配式建筑工程實施采用構(gòu)件預(yù)制與現(xiàn)場裝配模式，早期的裝配式建筑構(gòu)件生產(chǎn)需由設(shè)計單位對生產(chǎn)單位進(jìn)行圖紙交底，即將裝配式建筑中涉及的各類構(gòu)件詳細(xì)設(shè)計圖紙完整、準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)達(dá)給生產(chǎn)單位。但二維圖紙所展示的構(gòu)件結(jié)構(gòu)信息與參數(shù)信息較為局限，圖紙交底的實際質(zhì)量不高。在BIM技術(shù)的支持下，設(shè)計單位將建筑構(gòu)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(gòu)件的規(guī)格、尺寸、結(jié)構(gòu)、材料、屬性參數(shù)等，便于構(gòu)件生產(chǎn)人員精確掌握構(gòu)件的空間結(jié)構(gòu)、屬性數(shù)據(jù)、預(yù)制參數(shù)，如預(yù)留孔洞位置、深度與數(shù)量、鋼筋下料長度等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，提高構(gòu)件生產(chǎn)的精準(zhǔn)性與效率。同時，在BIM技術(shù)平臺的支持下，構(gòu)件預(yù)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(shè)計方面有機銜接，在確保裝配式建筑建設(shè)過程有序高效推進(jìn)的同時，統(tǒng)籌調(diào)度構(gòu)件原材料采購、加工預(yù)制、成品運輸、現(xiàn)場澆筑、構(gòu)件裝配等裝配式建筑作業(yè)流程，動態(tài)跟蹤與調(diào)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(gòu)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(gòu)件前，可利用構(gòu)件的預(yù)拼裝試驗，對裝配式建筑深化設(shè)計方案科學(xué)性與合理性進(jìn)行再檢驗，進(jìn)一步完善構(gòu)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(gòu)件在生產(chǎn)工廠中統(tǒng)一批量化加工、預(yù)制，以建筑構(gòu)件設(shè)計圖與構(gòu)件三維模型為依據(jù)，實現(xiàn)構(gòu)件的通用化設(shè)計與規(guī)?；慨a(chǎn)，尤其對于共性構(gòu)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(gòu)件，可以精細(xì)的三維模型指導(dǎo)生產(chǎn)模具研發(fā)，定制后的建筑構(gòu)件可提高裝配式建筑構(gòu)件現(xiàn)場安裝的便利性，減少建筑構(gòu)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(yīng)用到現(xiàn)代建筑中，可以在建筑方案設(shè)計、構(gòu)件加工預(yù)制、構(gòu)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(shè)計的綜合效能。

4 結(jié)語

以構(gòu)件加工預(yù)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(yīng)用到現(xiàn)代建筑設(shè)計中，可革新現(xiàn)代建筑的設(shè)計思路，深化綠色建筑理念在現(xiàn)代建筑設(shè)計中的滲透，減少現(xiàn)代建筑設(shè)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(shù)支持下的構(gòu)件三維模型構(gòu)建、模型碰撞檢測與錯誤分析可極大地提高現(xiàn)代建筑設(shè)計中構(gòu)件設(shè)計的合理性與科學(xué)性。以建筑構(gòu)件設(shè)計圖與構(gòu)件三維模型為依據(jù)，可實現(xiàn)建筑構(gòu)件的通用化設(shè)計、規(guī)?；慨a(chǎn)，促進(jìn)建筑構(gòu)件產(chǎn)業(yè)化發(fā)展、現(xiàn)代建筑綜合效能顯著提升。