基于部品库标准化构件的装配式混凝土建筑设计优化研究

时间：2020-06-07 17:38:37 来源：中国勘察设计

　　专家学者已对装配式建筑标准化设计做了一定的研究，标准化设计作为装配式建筑的首要特征，是装配式建筑构件生产及施工的必要前提，具有提高品质、缩短工期、提高效益、降低成本等优点。本文以南京市装配式住宅楼项目为例，对该项目的标准化设计方法进行探讨，并总结由此带来的综合经济效益，以期为同类装配式建筑项目的标准化设计提供参考。

01、装配式建筑标准化设计

　　标准化设计是装配式建筑的首要特征。该项目在平面设计中首先进行模数化、模块化等标准化优化，汇总归集模块的类型和尺寸，选用标准化部品部件库的BIM 模型进行组合设计，以达到构件重复使用率高、“少规格、多组合”的课题示范工程目标。

项目概况

　　南京某住宅项目，拟采用剪力墙结构，全板式布局模式，共有12栋建筑，其中9栋为小高层住宅，总建筑面积为126677㎡，其中地上建筑面积为84455㎡。

　　该项目原设计为现浇结构，通过采用装配式建造方式进行优化并达到了以下效果：

　　1.全装修住宅交付;

　　2.使用预制外墙体，且预制外墙体的水平截面积超过相对应地面以上规划总建筑面积2%;

　　3.预制装配率不低于50%。

平面标准化设计总体目标

　　原有建筑方案户型种类繁多，为此，重新以“少规格、多组合”对建筑平面进行优化：

　　1.居住建筑宜选用大开间、大进深的平面布置，增加建筑布局的灵活性;

　　2.各户型中南阳台较多是镜像关系，可考虑调整为平移复制关系;

　　3.建筑楼梯、阳台、空调板宜采用标准化产品;

　　4.凸窗有1700mm、1800mm、2000mm、2100mm、2300mm等不同尺寸，可在一定范围内进行归并，同时凸窗位置可考虑居中布置;

　　5.厨房、卫生间存在尺寸规格、布置相近的情况，可以将其规格归并统一;

　　6.提高每一项内装部品部件的标准化程度。厨房和卫生间的平面尺寸满足标准化整体橱柜及整体卫浴的要求。

楼梯和电梯模块化设计

　　该项目将部分户型的公共楼梯、电梯间采用模块化设计，楼梯间的净宽为2500mm，长度为5600mm，如图1所示。

　　图1 楼梯、电梯的模块化设计

厨房模块化设计

　　户型A1、B1、C1的厨房采用模块化设计，其开间为1950mm，进深为3350mm，如图2所示。

　　图2 厨房模块化设

主卧模块化设计

　　户型A1、A2主卧采用模块化设计，模数为3400mm×3700mm，如图3所示。

　　图3 主卧模块化设计

卫生间模块化设计

　　户型A1、A2的公共卫生间采用模块化设计，模数尺寸为1500mm×2900mm，如图4所示。

　　图4 卫生间模块化设计

客厅和阳台的模块化设计

　　户型A1A2、户型C1C2 的客厅和阳台采用模块化设计，阳台的面宽为3900mm，外挑尺寸为1800mm ;客厅的开间为3700mm，如图5 所示。

　　图5 客厅和阳台模块化设计

标准化设计优化结果

　　通过对原建筑方案进行标准化设计与优化后，户型种类得到合理归并，构件类型大为减少，大多数均采用标准化构件，从而减少了预制构件的开模数量，降低了PC构件的预制成本，取得了良好的经济效益。优化后的标准户型如表1所示。

02、标准化部品设计与部品库应用

　　装配式建筑标准化部品部件设计应考虑其全生命周期，根据部品部件在建筑物所处功能和要求的不同，遵循受力合理、连接简单、施工方便、重复使用率高、易维护和更换的原则。标准化部品以实现集成化功能为特征，进行成套供应，如预制整体厨卫等。

标准化部品部件设计

　　根据优化后的建筑方案，设计了以下预制方案：主要预制构件包括预制叠合楼板、预制楼梯、预制外墙、预制内剪力墙、预制叠合阳台、凸窗、女儿墙等;标准层除卫生间等降板区外，采用预制叠合楼板;标准层采用预制楼梯;地上3层及以上采用预制剪力墙。具体采用的预制构件种类，见表2。

标准化部品库应用

　　标准化部品库是采用建筑信息模型BIM手段对标准化部品部件数字化表示的模型集合。课题组通过使用部品部件分类与设计标准，建立标准化的部品部件库，包括部品部件的规格、制造商、编号以及在设计和使用过程中的所有相关信息，如图6所示，通过参数化查找和设计，基于排列组合，以大数据作为支撑，实现装配式建筑的标准化设计。

　　该项目采用的标准化部品库中的预制部品部件包括预制内外剪力墙、预制钢筋桁架叠合板、预制阳台、预制楼梯、预制女儿墙等。各种构件类型数量及尺寸，如表3所示。

标准化部品库模型实例

　　该项目采用了大量标准化部品库中的模型，主要有：

　　1.预制叠合板采用标准化钢筋桁架叠合板，BIM图见图7-1;

　　2.预制内剪力墙标准化部品BIM图见图7-2;

　　3.带门框及窗框的预制外剪力墙标准化部品BIM图见图7-3;

　　4.预制飘窗标准化部品BIM图见图7-4。

　　本项目预制阳台采用预制叠合阳台板，阳台板连同周围翻边一同预制，现场连同预制阳台隔板共同拼装成阳台整体，标准化部品BIM图见图7-5.所示;标准层楼梯采用预制混凝土梯段板见图7-6所示，预制楼梯安装时，梯段直接搁置在楼梯梁挑耳上，一端铰接一端滑动连接，预制楼梯在工厂制作，采用清水混凝土而无需再做饰面。

　　图7-1 标准化BIM 图图7-2 标准化预制内剪力墙BIM 图

　　图7-3 标准化预制外剪力墙图7-4 标准化预制飘窗 BIM 图

　　图7-5 标准化预制阳台图7-6 标准化预制楼梯 BIM 图

03、效益分析

　　以1号及9号楼为例，应用预制外墙体截面积共计为180.58㎡(已扣除需要现浇部分，如边缘构件等)。单体地面以上部分总面积为8508.23㎡。此单体根据《南京市关于进一步推进装配式建筑发展的实施意见》，不计入容积率核算的建筑面积不应超过相对应地面以上规划总建筑面积的2%，即8508.23×2%=170.16㎡。该项目申请“第二个”2%奖励“不计入容积率核算的建筑面积不超过相对应地面以上规划总建筑面积的2%”，即本项目预制外墙共有170.16㎡不计入外墙面积核算，为甲方争取了利益最大化，也意味着降低了装配式建筑的建安成本。该项目构件采用部品库中的部件，通过复杂构件模型的下载及应用，减小了深化设计的工作量，提高了设计效率，通过模型数据参数化的调整，在标准化设计方面进行了优化。

　　单纯的从单方造价考虑，现阶段采用装配式建造方式会增加建造成本，其主要原因还是在于建筑产业化发展初期，采用装配式建造的建筑尚未形成规模效应，标准化部品部件应用不足，无法发挥工业化批量生产的价格优势。后期随着建筑产业化发展，预制构件标准化、模数化的逐步完善，通用产品应用比例的逐步提高，从而形成规模化生产，必然能够降低装配式建筑的建安成本，其综合效益也将日益突出。

04、结语

　　装配式建筑具有能够有效降低现场施工的劳动强度，缩短工期、节能环保，提高建筑质量等方面的优势。本文以南京市装配式建筑项目为例，通过建筑平面标准化、结构部品部件标准化、构件的拆分优化以及所带来的综合效益等方面，分析研究了标准化、模数化设计的方法和优势，实现建筑主体、建筑内装及部件部品等相互间的尺寸协调，减少了构件类型，降低开模数量，降低PC成本，取得了较好的综合效益，为同类装配式建筑项目的标准化设计提供了参考。

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