装配式建筑发展与应用,装配式建筑发展与应用论文

('装配式建筑发展与应用关键词：装配式建筑；BIM；IPD近年来，建筑产业现代化得到了各方面的高度重视和大力推动，呈现了良好的发展态势。建筑产业现代化的核心是建筑工业化，建筑工业化的重要特征是采用标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修和全过程的信息化管理。建筑工业化是生产方式変革，是传统生产方式向现代工业化生产方式转变的过程，它不仅是房屋建设自身的生产方式变革，也是推动我国建筑业转型升级，实现国家新型城镇化发展、节能减排战略的重要举措。本文在这里主要研究装配式建筑发展与应用。一、装配式混凝土建筑概述装配式建筑是“结构系统、外围护系统、内装系统、设备与管线系统的主要部分采用预制部品部件集成的建筑。”这个定义强调装配式建筑是4个系统（而不仅仅是结构系统）的主要部分采用预制部品部件集成。国家标准该条文的说明中指出：装配式建筑是一个系统工程，是将预制构件和部品部件通过模数协调、模块组合、接口连接、节点构造和施工工法等用装配式的集成方法，在工地高效可靠装配并做到建筑围护、主体结构、机电装修一体化的建筑。它有几个方面的特点：1.大量的建筑部品由车间生产加工完成，构件种类主要有：外墙板，内墙板，叠合板，阳台，空调板，楼梯，预制梁，预制柱等。2.现场大量的装配作业，比原始现浇作业大大减少。3.采用建筑、装修一体化设计、施工，理想状态是装修可随主体施工同步进行。4.设计的标准化和管理的信息化，构件越标准，生产效率越高，相应的构件成本就会下降，配合工厂的数字化管理，整个装配式建筑的性价比会越来越高。5.基于BIM技术的全链条信息化管理，实现设计、生产、施工、装修、运维的一体化。装配式建筑可以分为以下几种类型：1.砌块建筑：用预制的块状材料砌成墙体的装配式建筑，适于建造3～5层建筑，如提高砌块强度或配置钢筋，还可适当增加层数。砌块建筑适应性强，生产工艺简单，施工简便，造价较低，还可利用地方材料和工业废料。2.板材建筑：由预制的大型内外墙板、楼板和屋面板等板材装配而成，又称大板建筑。它是工业化体系建筑中全装配式建筑的主要类型。板材建筑可以减轻结构重量，提高劳动生产率，扩大建筑的使用面积和防震能力。板材建筑的内墙板多为钢筋混凝土的实心板或空心板；外墙板多为带有保温层的钢筋混凝土复合板，也可用轻骨料混凝土、泡沫混凝土或大孔混凝土等制成带有外饰面的墙板3.盒式建筑：从板材建筑的基础上发展起来的一种装配式建筑。这种建筑工厂化的程度很高，现场安装快。一般不但在工厂完成盒子的结构部分，而且内部装修和设备也都安装好，甚至可连家具、地毯等一概安装齐全。盒子吊装完成、接好管线后即可使用。4.骨架板材建筑：由预制的骨架和板材组成。其承重结构一般有两种形式：一种是由柱、梁组成承重框架，再搁置楼板和非承重的内外墙板的框架结构体系另一种是柱子和楼板组成承重的板柱结构体系，内外墙板是非承重的。承重骨架一般多为重型的钢筋混凝土结构，也有采用钢和木作成骨架和板材组合，常用于轻型装配式建筑中。骨架板材建筑结构合理，可以减轻建筑物的自重，内部分隔灵活，适用于多层和高层的建筑。5.升板升层建筑：板柱结构体系的一种，但施工方法则有所不同。这种建筑是在底层混凝土地面上重复浇筑各层楼板和屋面板，竖立预制钢筋混凝土柱子，以柱为导杆，用放在柱子上的油压千斤顶把楼板和屋面板提升到设计高度，加以固定。外墙可用砖墙、砌块墙、预制外墙板、轻质组合墙板或幕墙等；也可以在提升楼板时提升滑动模板、浇筑外墙。升板建筑施工时大量操作在地面进行，减少高空作业和垂直运输，节约模板和脚手架，并可减少施工现场面积。升板建筑多采用无梁楼板或双向密肋楼板，楼板同柱子连接节点常采用后浇柱帽或采用承重销、剪力块等无柱帽节点。升板建筑一般柱距较大，楼板承载力也较强，多用作商场、仓库、工场和多层车库等。二、装配式混凝土建筑的发展发达国家和地区装配式混凝土建筑的发展历程是怎样的？发达国家和地区装配式混凝土住宅的发展大致经历了三个阶段：第一阶段是装配式混凝土建筑形成的初期阶段，重点建立装配式混凝土建筑生产（建造）体系；第二阶段是裝配式混凝土建筑的发展期，逐步提高产品（住宅）的质量和性价比；第三阶段是装配式混凝土建筑发展的成熟期，进一步降低住宅的物耗和环境负荷，发展资源循环型住宅。我国装配式混凝土建筑的发展历程是怎样的？我国建筑工业化模式应用始于20世纪50年代，借鉴苏联的经验，在全国建筑生产企业推行标准化、工厂化和机械化，发展预制构件和预制装配建筑。从20世纪60年代初——80年代中期，预制混凝土构件生产经历了研究、快速发展使用、发展停滞等阶段。20世纪80年代初期，建筑业曾经开发了一系列新工艺，如大板体系、南斯拉夫体系、预制装配式框架体系等，但在进行了这些实践之后均未得到大规模推广。到20世纪90年代后期，建筑工业化迈向了一个新的阶段国家相继出台了诸多重要的法规政策，并通过各种必要的机制和措施，推动了建筑领域的生产方式的转变。近年来，在国家政策的引导下，一大批施工工法、质量验收体系陆续在工程中实践应用，装配式建筑的施工技术越来越成熟。2016年2月6日，中共中央、国务院印发了《中共中央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》，其中指出，力争用10年左右时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%。国务院办公厅于2016年9月27日印发了《关于大力发展装配式建筑的指导意见》，要以京津、长三角、珠三角三大城市群为重点推进地区，常住人口超过300万的其他城市为积极推进地区，其余城市为鼓励推进地区，因地制宜发展装配式混凝土结构、钢结构和现代木结构等装配式建筑。装配式混凝土建筑的建造方式符合国内建筑业的发展趋势，随着建筑工业化和产业化进程的推进，装配施工工艺越来越成熟，但是装配式混凝土建筑还应进一步提高生产技术、施工工艺、吊装技术、施工集成管理等，形成装配式混凝土建筑的成套技术措施和工艺，为装配式混凝土建筑的发展提供技术支撑。在施工实践中，装配式混凝土建筑的设计技术、构件拆分与模数协调、节点构造与连接处理吊装与安装、灌浆工艺及质量评定、预制构件标准化及集成化技术、模具及构件生产、BIM技术的应用等还存在标准、规程的不完善或技术实践空白等问题，在这方面尚需要进一步加大产学研的合作，促进装配式建筑的发展。三、装配式混凝土结构施工信息化应用技术装配式建筑的核心是建筑、结构、机电、装修一体化，设计、加工、装配一体化两个体化的协同工作，而以信息协同、共享为理念的BIM技术能够加速装配式建筑和信息化的融合，从而实现两个一体化的协同管理，提升装配式建筑工程总承包管理水平。BIM是工程项目的数字化信息的集成，通过在3D建筑空间模型的基础上叠加时间成本信息，实现从3D到4D、5D的多维度表达，最终形成集成建筑实体、时间和成本多维度的5DBIM应用。毫无疑问，BIM技术的应用理念和装配式建筑施工管理的思路不谋而合。因此需要在总承包的发展模式下，建立以BIM模型为基础的建筑信息云平台，集成RFID）/二维码的物联网、移动终端等信息化创新技术，实现装配式建筑在施工阶段信息交互和共享，形成全过程信息化管理，提高管理效率和水平，确立智慧建筑的信息数据基础。BIM在装配式建筑各个环节中的具体应用如何？（1）设计阶段1）三维设计。利用BIM设计软件的优势，可以对装配式建筑进行三维设计并进行全专优化从丽实现精细化设计。业（建筑、结构、水、暖、电、智能化、内装、部品、幕墙、采光顶、夜景照明等）集成优化从而实现精细化设计。2）构件拆分。在装配式建筑中要做好预制部分的构件设计，俗称“构件拆分”。传统方式下大多是在施工图完成以后，再由构件厂进行“构件拆分”。利用BIM技术的三维模型和信息化集成优势，对预制构件的几何属性进行可视化分析，可以对预制构件的类型进行优化，减少顶制构件的类型数量。可以做到前期策划阶段就专业介人，确定好装配式建筑的技术路线和产业化目标，在方案设计阶段根据既定目标依据构件拆分原则进行方案创作，这样才能避免整体方案不合理导致后期技术经济性缺陷。3）协同设计。PC建筑的BIM模型不仅要集成所有设计信息，而且要根据装配式模块化的特点，整合构件的生产加工、施工工艺要求等信息，同一协调，达到所有相关方面在同一BIM模型上进行管理的要求，使所有参与方以及所有参与专业在技术和管理上达到统一标准。BIM设计校型包含了设计信息、生产加工、施工工设备要求等信息，可以进行同步碰撞检查以及数据分析，从而使各专业达到更高层次的协同设计。（2）工厂加工阶段1）构件加工图设计。不同于常规的二维构件加工图设计，BIM技术可以利用三维模型进行预制构件设计，可以完全避免构件间的错漏碰缺，并且达到各个专业间以及与工厂加工工艺人员的同步协调。构件设计完成后再根据BIM模型直接导出相应的二维图，二维图结合BIM模型不仅能清楚地传达传统图样的平、立、剖尺寸，而且对于复杂的空间组合关系可系也可以清楚表达，更好地保证构件加工信息的完善设计以及完整传递。2）构件生产指导。BIM建模是对建筑的真实反映，在生产加工过程中，BIM信息化技术可以直观地表达出配筋的空间关系和各种参数情况，能自动生成构件下料单、派工单、模具规格参数等生产表单，并且能通过可视化的直观表达帮助工人更好地理解设计意图，可以形成BIM生产模拟动画、流程图、说明图等辅助培训的材料，有助于提高工人生产的准确性和质量效率。3）通过CAM实现预制构件的数字化制造。借助工厂化、机械化的生产方式采用集中、大型的生产设备，只需要将BIM信息数据输入设备，就可以实现机械的自动化生产这种数字化建造的方式可以大大提高工作效率和生产质量。（3）施工阶段1）施工现场组织及工序模拟。将施工进度计划写入BIM信息模型，将空间信息与时间信息整合在一个可视的4D模型中，就可以直观、精确地反映整个建筑的施工过程，提前预知本项目主要施工的控制方法、施工安排是否均衡，总体计划、场地布置是否合理，工序是否正確，并可以进行及时优化。2）施工安装培训。通过虚拟建造，交装和施工管理人员可以非常清晰地获知装配式建筑的组装构成，避免二维图造成的理解偏差、保证项目的如期进行。并且通过施工模拟对复杂部位和关键施工节点进行提前预演，増加工人对施工环境和施工揹施的熟悉度，提高施工效率。3）施工模拟碰撞检测。通过碰撞检测分析，可以对传统二维模式下不易察觉的“错漏碰缺”进行收集、更正。如预制构件内部各组成部分的磁撞检测，地暖管与电器管线潜在的交错碰撞问题。4）成本算量。成本算量的主要原则是做到“准量、估算”，按照工业化建筑的组成及5）计价原则分为顶制构件部分和现浇构件部分。结合工业化住宅的特点自主开发了装配式设计插件，通过该插件可以将顶制构件与现浇构件进行分类统计。通过分类统计可以快速地对设计方案进行工程量分析，从而进行方案比选，再由确定的工程量结合地区的定额计算出本项目的工程量清单，实现在方案策划阶段对成本的初步控制。6）装配式建筑质量管理可追溯。实现在同一BIM模型上的建筑信息集成，BIM服务贯穿整个工程全生命周期过程。一方面，可以实现住宅产业信息化；另一方面，可以将生产施工及运维阶段的实际需求及技术整合到设计阶段，在虚拟环境中预演现实，真正实现BIM信息化应用的信息集成优势。通过在预制构件中预埋芯片等数字化标签，在生产、运输、施工、管理的各个重要环节记录相应的质量管理信息，可以实现建筑质量的责任归属从而提高建筑质量。四、装配式建筑的未来发展和重点研究方向（1）预制构件的模数化和标准化研究。模数化和标准化的研究主要包含两个方向：一是要对全产业链资源进行整合，全产业内推行模数协调：二是要实现统一价值导向，建立技术标准。住宅模數协调准则是建设者、施工方、设计者在装配式建筑的建设中共同避循的统一准则，是建筑标准化的依据，因此要大力推行住宅模数协调准则研究，要加强构配件尺寸与建筑的配合、协调、定位。（2）装配式建筑抗震性能的研究。与传统建筑相比，装配式建筑抗震的研究仍较少。目前，国内装配式建筑抗震研究的重点在节点，装配式建筑节点的抗震性能与现浇节点存在差异，其力学特性对建筑整体抗震性能影响较大，因此对装配式建筑节点抗震性能仍需进一步研究。同时，要加强各类型装配式建筑的整体抗震性能研究，应及时依据最新且成熟的装配式建筑抗震性能研究成果，对现有预制混凝土结构体系的设计规范及设计条文及时更新。（3）基于BIM的一体化项目实施（IPD）应用研究。所谓的IPD，就是通过协作平台，对体系、人力、实践和企业结构进行整合，充分利用所有参与方的见解和才能，通过设计、建造以及运营各阶段的共同努力，使建设项目达到最大效益，减少不必要的浪费。IPD模式贯穿项目建设的全部阶段，包括规划设计阶段和施工建造阶段，施工单位、建设单位、设计院等各方高度协调合作，保证项目目标的顺利实现。TPD模式适用于大规模项目，有利于项目成本的节约。因此，尽管当前建设项目的交付模式种类繁多，IPD却已经在行业内得到大力推广。当前，国外实践IPD与BIM协同管理的项目越来越多。利用BIM软件建立的建筑模型可视性强，交互性高，数字化程度高，同时具备开放的数据标准，有利于信息及数据的共享。在IPD模式下的项目，BIM的应用主要集中于设计协同可视化、估价、施工重难点模拟、碰撞检测、设备管理、场地分析等方面。目前，由于受国内建筑发展模式的制约，建筑业在IPD模式下缺乏相关法律体系及合同范本，应用环境也还处于培养期，BIM技术全面推广还有待政府和企业的努力。参考文献[1]《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ1-2014）[2]《装配式混凝土建筑施工技术》（中国建筑工业出版社，2017著）[3]《装配整体式混凝土结构工程人工操作实务》（中国建筑工业出版社，2016著）[4]《装配式混凝土建筑结构施工》（同济大学初版社，2016著）[5]《装配式混凝土结构施工》（中国建筑工业出版社，2016著）作者简介毛晴（1996.2-），女，汉，籍贯：湖北广水，单位：武昌首义学院，研究方向：建筑类。',)