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装配式混凝土结构建筑深化设计
【摘 要】 文章首先对装配式混凝土结构建筑进行了简要介绍,提出装配式混凝土结构的关键在于深化设计.然后,分析现阶段深化设计工作应遵循的原则和所面临的局限;并从深化设计的定位、内容、变化性及基于BIM 技术的深化设计等方面,对深化设计工作进行探讨.
【关键词】装配式;混凝土结构;建筑;深化设计;标准化设计;BIM 技术
1 装配式混凝土结构建筑概述
装配式混凝土结构是指由工厂或现场预先制作的混凝土构件,通过可靠的连接方式装配而成的混凝土结构[1].它的主要表现形式为:通过标准化设计,将拟建建筑物拆分为不同类型的若干个预制混凝土构件,经过工厂化生产、运输吊装到指定部位,再通过现浇混凝土等其他可靠方式拼装成整体的装配式混凝土结构.在建筑工程中,称之为装配式混凝土结构建筑.
我国装配式混凝土结构建筑起步于20 世纪50 年代,当时主要是前苏联政府援建的一批预制装配式工业厂房.在20 世纪50 ~ 80 年代,我国装配式混凝土结构建筑逐步发展,但由于该类建筑抗震性能弱、保温性能差、节点构造缺点突出,到90 年代,装配式混凝土结构建筑发展几近“停滞”,建造方式逐步转变为全现场浇筑,现浇领域的相关标准、技术、人员、装备也日益完善.21世纪以来,在技术引进、产品研发、科技引领等内因和绿色建筑、节能减排等外因综合作用下,装配式建筑逐渐增多,发展迅速.2016 年2 月6 日,《国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》要求“积极推广应用绿色新型建材、装配式建筑和钢结构建筑,力争用10年左右时间,使装配建筑在新建建筑比例达到30%”!
由于预制构件成品的工业属性和现场装配的特点,基本上也决定了预制构件产品需要在工厂制作时,充分考量后续环节可能出现的情况;否则,将会造成预制构件质量不合格,甚至是报废.例如,在生产制作时,少预埋1个过线盒,那么在后期水电安装时,难免会对预制构件进行打凿,造成较差影响.预制构件的生产依据是深化设计图纸,因此,装配式混凝土结构的关键在于深化设计.深化设计作为一次设计和生产制作的中间环节,其质量直接决定了装配式建筑整体建造质量.本文将简单探讨装配式混凝土结构深化设计,以示抛砖引玉.
2 深化设计原则2.1 协同设计原则
与常规的一次设计工作相比,装配式混凝土结构建筑设计工作多了一个深化设计;而深化设计与一次设计是相互关联的,两者既不是先后关系,也不是主次关系,需要二者保持一致性和连续性.正常情况下,在建筑设计策划阶段,应针对项目特点、建造目标、限制条件、综合效益等因素,合理地进行设计策划,将深化设计工作前置,这样才更加有助于装配式建筑的发展.装配式建筑是一个系统工程,设计对“建造”过程的理解和应对非常重要,要在技术策划和方案设计一开始,按照构件的模块组合的思路和逻辑来进行设计,并将其贯穿于整个设计和建造的全过程[2].
协同设计原则,不仅包括一次设计的专业配合,也强调深化设计和一次设计的协同配合,更加着重于设计、生产、施工、运维各环节的整体协同,设计工作应该真正服务于建筑的全生命周期.例如预制构件的尺寸设计,需要平面布局、生产制作、道路运输、机械吊装等因素的协同配合,在这些因素的综合考量下,设计工作才能落到实处,也才能真正做到设计先行.
2.2 图纸准确性和一件一图的原则
“齐不齐,一把泥”,形象表达了传统现浇方式不科学、效率低、质量差、无居住体验的弊端.装配式建筑新型建造方式:除了是生产关系的转变外,更是建筑品质需求的转变;误差从厘米级到毫米级,操作从手工劳作到机械化生产,专业协助从分散到集成等等;从整体设计、单独生产再到整体拼装,充分体现了装配式建筑的系统性.而系统性归根到底取决于图纸准确性,一旦图纸准确性产生疑问,就无法保证预制生产制作的正确性,进而影响到现场建造效率,从而又将用传统现浇方式修正,这种建筑应该称之为“伪装配式建筑”.因此,深化设计一定要保证图纸准确性,这是设计工作的基础.
由于预制构件制作时涉及多个条件,包括外观尺寸、钢筋配置、预埋件安放、机电预埋等.不同于常规图纸的分专业表达,预制构件深化设计要求做到“一件一图”,就是要求上述条件集中体现在一张图纸内,便于生产人员视图制作,不需要二次理解图纸,从而避免出错和遗漏.
2.3 外部条件约束
在工程实践中,深化设计工作不能片面地追求“高大上”.若一味地重形式、轻实际,会导致构件的不合理和实现的低效率;若一味地模仿,则会导致适用的局限和经济的浪费.深化设计应该在建筑目标的基础上,充分尊重外部条件约束(如生产能力的限制、运输道路的限制、区域环境差异性、资源配置条件等),合理设计,充分体现装配式建筑的优势.
3 目前深化设计中存在的局限
3.1 深化设计理念和标准化设计意识
深化设计不是简单地一次设计后的拆分设计,而是起始于设计策划,贯穿于整个设计阶段,服务于制作生产和现场施工,为工程的建设和使用增值.
与传统设计相比,装配式建筑设计最大特点是需要建立一套标准化设计体系.标准化的基础是模数化和模块化,强调预制构件的重复利用,这样有利于机械化生产制作,提高生产质量,降低模具摊销,简化现场装配.但标准化设计不是标准设计,不是要求所有建筑的千篇一律.建筑的个异性需要建筑师充分考量,通过“少规格、多组合”的形式,丰富立面多样性;通过模块化组合,实现平面布局差异性.所以,标准化设计是深化设计的基础,也不是深化设计的全部.
3.2 “设计—生产—施工”一体化
传统工程普遍存在设计、施工分隔孤立的情况,最直观的表现是现场打凿修补和设计变更文件,这也是建筑行业显著弊端,严重影响了行业发展.装配式建筑的特点是“集成”和“转化”,其中,“集成”涵盖了设计—生产—施工的集成.设计指导生产,生产简化施工,施工反馈设计,深化设计作为承上启下环节,尤为重要.但目前的若干装配式建筑实践项目,三者之间还是存在沟通壁垒,信息传递和反馈效率较低,在一定程度上影响了“设计—生产—施工”一体化.
3.3 配套资源配置
在制图工具方面,传统的二维图纸模式难以满足深化设计要求.目前,常用的三维制图软件存在种类繁多,信息接口不统一,且同一软件的制图标准和深度有差异性.
相关规范、标准、图集资料和专业设计人员需进一步完善.近几年来,装配式混凝土结构建筑得到了广泛的社会关注,从到地方出台了一系列关于装配式建筑的鼓励政策,各地的装配式建筑如“雨后春笋”般落成.但需要认识到,装配式建筑配套规范、标准、图集还相对空白和落后,很多设计工作是借鉴国内外成熟经验或“专家论证”,远不能满足日益增长的装配式建筑需求.另外,专业人员配置明显不够.从常规设计到深化设计,是两种全不同性质的设计工作;深化设计的工作量和工作深度是需要有一定数量具备装配式建筑知识的专业设计人员.装配式建筑离不开专用配套配件,但其研发和推广程度还远远不够,常常会有深化设计已充分考虑细节,又因缺少专用配件而不得不另作他法的情况出现,从而导致其他环节效率降低,整体上得不偿失.
4 关于深化设计的若干要点
4.1 深化设计定位
首先,深化设计不是单纯简单的拆分设计,而是串联建筑方案设计、构件制作、现场安装的设计工作,是一个集成模具设计、构件细部设计、构配件范围确定、生产能力协调、存放运输等环节的综合设计,需要相关从业者对装配式建筑全产业链有较为深刻的理解和认识,需要将深化设计工作介入时间前置,做到“策划”指导“实施”.其次,深化设计要以现有规范为依据,优化建筑布局、结构体系,针对建筑特点合理选取装配范围、构件类别,做到设计模数化、构件装配化,适合工厂机械化生产,并一定要以现场施工为核心,真正体现装配式建筑施工的优势,实现项目整体效益最大化,而不是“唯装配”.
4.2 深化设计内容
深化设计不同于一般设计,主要体现在图纸量和设计内容量,其中,设计内容量是最明显的区别.深化设计需要将每一个构件都用图纸表达出来,其图纸量较传统项目增加了5 ~ 10 倍;设计内容涵盖模板设计、配筋设计、水电预埋设计、连接节点设计、生产制作要求设计等方面,不仅要与结构设计假定一致,而且要充分考虑生产、施工的条件.以预制柱起吊预埋件设计为例,需要考虑预埋件的选取、预埋件的构造措施及预制构件在脱模、存放、翻转、运输等环节的承载力核算等一系列细节问题.
4.3 深化设计变化性
可能在一般人看来,深化设计工作内容很单一,就是按照一定的规格尺寸进行拆分,这是因为对深化设计的本质理解还不够透彻.以单层框架结构分割环节为例,其方式存在多种形式,主要分为基本型预制梁柱分隔、预制柱+ 预制两截梁组合、预制梁柱+ 莲藕梁组合、预制梁柱一体型等(图1 ~ 4).
4.4 基于BIM 技术的深化设计
装配式建筑设计应该与BIM技术紧密联系,特别是深化设计环节.BIM技术提供协同设计平台,最大限度地避免的预埋条件的遗漏和重复,极大提高了深化设计的质量和效率,在一定程度上有助于工厂机械化生产,并在后续运维管理方面提供软件支撑.综合而言,简单的二维图纸无法准确地涵盖全部的建筑信息,BIM技术是装配式建筑必备“工具”.
5 结语
装配式建筑正值方兴未艾,也得到了各界广泛关注.装配式混凝土结构建筑深化设计工作作为关键工作,还存在着若干发展局限和认识误区,需要我们相关从业人员共同为之努力.
参考文献:
[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 装配式混凝土结构技术规程: JGJ 1—2014[S].北京:中国建筑工业出版社,2014.
[2] 樊则森. 预制装配式设计要点[J]. 住宅产业,2015(8):56-60.
[3] 宋竹. 预制装配式建筑的设计要点分析[J]. 住宅与房地产,2016(6).
[4] 潘志达. 模块化设计和预制装配式技术的应用研究[J].建筑技术开发,2017(20):19-20.
[5] 朱国阳. 预制混凝土建筑外墙设计初探[D]. 南京工业大学,2016.
[6] 赵中宇, 郑姣. 预制装配式建筑设计要点解析[J]. 住宅产业,2015(9):10-16.
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