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摘要：基于现代绿色施工、工业建造要求下，预制装配式技术运用越加广泛，尤以住宅工程为主。在预制装配式住宅建筑建造中，设计、生产以及施工良好衔接十分关键，设计施工一体化概念被提出，文章首先论述了国内外预制装配式建筑发展情况，其后明确提出预制装配式住宅建筑设计施工一体化概念，并详细论述相关技术要点与方法，最后围绕案例展开详细分析，以期可提供有价值的参考。
关键词：预制装配式建筑；发展情况；住宅建筑；设计施工一体；案例分析
我国现代住宅项目建设中，除了传统的现浇方法，预制装配式逐渐得到了较多推广应用。现浇是一种成熟的施工技术，然而存在高能耗、高污染问题，而预制装配式技术顺应了绿色、低碳、生态等发展要求，具有施工效率高、品质佳、环境影响小等诸多优势[1]。预制装配式住宅建筑建造中，若是设计、施工脱节，极易引发严重质量问题，甚至出现返工情况，大量资金浪费。对此，本文围绕预制装配式建筑设计施工一体化理念展开研究，切实提高项目质量、安全、效率、效益，也为预制装配式体系推广夯实基础。
1国内外预制装配式建筑发展情况
预制装配式建筑是现代建筑发展的一大重要方向，由工厂负责加工部分/全部构件，运输至施工现场后进行组装施工。目前，国内外在预制装配式技术方面已经拥有了多年理论研究与实践经验，基于此技术在施工效率、成本以及环保等方面的诸多优势，发展前景十分广阔。
1.1国内外发展情况。从预制装配式建筑的发展源头来看，源于西欧，主要用于二战后住房紧张问题的解决。直至20世纪60年代，美、德、丹麦、日本等国均开始推广预制装配式建筑，根据美国预制装配式住宅建筑结构调查显示，以混凝土结构、钢结构为主，通过预制装配式施工，有效减低了成本、提高了施工可操作性；根据德国装配式发展情况显示，以混凝土剪力墙结构体系为主，预制构件包括剪力墙板、梁、柱、楼板、内隔墙、阳台板等；日本在装配式住宅建设方面制定了一系列标准，形成了统一模数，解决了标准化、批量化、多样化间的矛盾。我国预制装配式建筑发展较晚，从20世纪50年代至80年代，历经30年各种预制构件（如：屋面梁、板等）方得到加多运用，但是这一时期装配式技术相对落实。直至21世纪以来，我国城市化进程不断加快，建筑行业能耗、污染问题越加严重，为落实资源节约型、绿色生态社会建设，促进建筑业从劳动密集型朝着设计标准化、构件生产工业化以及施工机械化的方向发展，预制装配式技术逐渐得到了大力推广应用[2]。当然，预制装配式建筑的大规模修建，也离不开国家政策的支持以及现代施工技术、集约化生产技术的支撑，如先后印发了《关于大力发展装配式建筑的指导意见》《“十三五”装配式建筑行动方案》《装配式建筑示范城市管理办法》《装配式建筑产业基地管理办法》等，全面推进装配式建筑发展。据统计，2019年新开工装配式建筑面积达4.2亿m2，与2018年相比增长45%，在新建建筑面积中占比约13.4%。如图1所示为2016～2019年全国装配式建筑新开工建筑面积发展情况，整体呈良好发展态势，促进了建筑产业转型升级。
1.2预制装配式建筑形式。根据材料、装配程度，可将预制装配式建筑分为不同形式，具体如表1所示。从我国预制装配式建筑的发展情况调查显示，以预制装配式混凝土结构的运用最为广泛，结合2019年最新数据来看，此类结构占比达65.4%，钢结构次之，占比为30.4%。与传统现浇结构相比，预制装配式建筑修建具有较大的特殊性，具体特点可归纳如下：①预制结构深化设计中，需充分考虑吊装、运输以及施工场地布置等因素，对建筑结构构件进行拆分；②预制构件采取工业化生产方式，模具利用率高，可有效控制构件尺寸，精确性十分高；同时工业化生产可大幅缩短施工工期，减少了施工对周边环境的影响，尤其适用于市区项目；③预制装配式建筑项目实施中，往往存在预制与现浇构件结合的情况，节点受力复杂，对设计、施工均提出了挑战[3]；④预制装配施工中钢筋密布情况，施工后期容易存在漏水隐患；⑤预制构件运输中存在高额物流成本；⑥预制装配施工初期存在较大的成本，部分施工企业接受程度不高。目前，国内已经修建了不少具有代表性的预制装配式建筑项目与示范工作，且多数用于住宅建筑中，本文着重围绕预制装配式住宅建筑展开详细分析。
2预制装配式住宅建筑设计施工一体化研究
基于我国预制装配式住宅建筑进一步发展需要，形成规模化效应，设计施工一体化理念被提出，其直接关系到装配式产业化发展成本、效率等，下文着重围绕此展开分析。
2.1设计施工一体化理念的提出。基于我国预制装配式住宅建筑发展情况分析，可将设计施工方法分为如下几大阶段：①结构拆分设计阶段；②结构组合设计阶段；③建筑集成设计阶段；④全产业链一体化设计阶段；⑤全专业一体化、标准化设计阶段[4]。结合预制装配式住宅相关实践经验可得，一旦设计与施工衔接不到位，直接影响建筑成本、效率，甚至存在成本增量问题，阻碍装配式建筑推广。对此，通过构建设计施工一体化体系，有利于解决预制装配式建筑发展难题，促使预制装配式建筑设计施工互为配合，全面优化建造过程，为项目增值。
2.2设计施工一体化要点与方法。2.2.1设计施工一体化要点。基于预制装配式住宅建筑设计施工一体化体系下，各阶段工作要点如下：①方案前期设计阶段：此阶段要求建筑师、结构工程师共同参与设计工作，互相配合，共同完成建筑单体平面、立面结构拆分、优化工作，综合确定建筑预制率、预制构件范围。在方案阶段，严格遵循“少规格、多组合”原则，根据项目实际情况合理调整预制构件，如：部分重复利用率较低的构建，可将其调整为现浇作业，将预制装配式建筑成本控制在合理范围内。②施工图设计阶段：此阶段要求设计、施工单位以及构件厂共同参与，协同控制构件生产质量。③施工安装阶段：此阶段要求设计、施工单位以及构件厂共同参与，合理编制施工组织设计，安排好现场作业，切实保证项目按期、高质量的完成。2.2.2设计施工一体化方法。基于现代信息技术的发展，对于有条件的施工单位需引进BIM技术、LoRa技术等，为预制装配式混凝土建筑设计施工一体化发展提供可靠的集共享平台[5]，具体方法如下：①设计阶段：以预制装配式建筑模数化、标准化设计结果为基础，构建各构件族库，形成三维可视化模型；②生产阶段：将BIM信息引入构件厂，促进设计加工一体化；③施工阶段：基于构件生产中预埋的射频芯片，全面监控构件运输、安装过程，为预制装配式建筑施工过程控制、后期质量追溯提供可靠依据。
3案例分析
本文以某住宅项目为研究对象，详细分析了基于BIM的预制装配式住宅建筑设计施工一体化技术的应用情况。
3.1工程概况。本工程为住宅项目，总建筑面积35万m2，采用装配整体式剪力墙结构体系，工业化制造，要求预制率≥30%、“三板”应用比例≥60%。为实现高耐久性、低成本设计目标，本项目基于BIM协同设计平台实现预制装配式住宅建筑设计施工一体化。
3.2基于BIM技术的装配式建筑一体化技术。3.2.1策划阶段。本住宅项目在策划阶段，通过BIM技术+GIS技术+无人机倾斜摄影技术，对项目区拍照并分析点云数据，构建BIM模型，全面评估区域构件生产与施工装配能力、现场运输与吊装条件等，以此规划交通运输流线。3.2.2方案设计阶段本住宅项目方案设计阶段，落实平面布局、立面构成以及空间设计。针对预制构件类型、连接技术提出具体方案，并构建不同预制构件“族”库，开展预制构件标准化设计，做到“少规格、多组合”[6]。3.2.3初步设计阶段。本项目装配式住宅建筑在初步设计阶段，利用BIM协同设计平台实现各专业数据共享与沟通，落实预制装配率指标统计、预制构件拆分、设备管线预留预埋以及建设成本评估等工作，具体预制构件拆分设计情况如图2所示。本项目利用BIM平台优化后，单体预制叠合板、剪力墙、预制空调板规格均减少，详细如表2所示，建造成本约节省10元/m2。3.2.4施工图设计阶段。本住宅项目施工图设计极端，基于BIM技术对地下室及地上装配式住宅部分机电管线进行检查与优化调整，充分考虑人形通道净高（≥2.2m）、检修与安装空间等因素，发现碰撞管线后，重新排布、调整翻弯。3.2.5深化设计阶段。本住宅项目深化设计阶段主要包括以下几点工作：①土建深化设计：对预制构件及其与现浇结合情况进行深化设计，包括预制构件拆分与计算、构造节点设计、预留预埋设计；预制构件间碰撞检测、预制构件与现浇部分碰撞检测；预制构件混凝土体积重量、预埋钢筋规格长度统计等。基于BIM模型完成深化设计后，生成预制构件拆分图、装配图以及预制构件深化设计图。②机电深化设计：主要工作包括设备选型布置、碰撞检测、管线综合、净空控制、参数复核、支吊架设计及荷载验算、机电管线孔洞预留预埋定位等，利用BIM 直接生成机电深化设计图。3.2.6生产加工阶段。本住宅项目采用BIM技术，设计信息直接导入构件厂，同时整个部品部件生产实现了信息化管理。本项目构件厂生产加工中，以BIM模型为基础，采用了计算机辅助制造（CAM）、产信息化管理系统（MES）、物联网技术（IOT），整个生产过程自动化，主要流程如下：①基于BIM模型生成预制构件加工图；②模具设计与制作；③生产材料准备；④筋下料及加工；⑤预埋件定位；⑥编码设置。完成构件生产后，做好构件尺寸、质量检查，验收合格后方可运输至施工现场。3.2.7施工阶段。本项目施工阶段，基于BIM模型开展施工交底与施工场地规划工作，并使用BIM技术模拟预制构件吊装与塔吊位置、堆场范围。预制构件安装时，塔机规划布局直接关系设备施工效率、施工成本，对此必须综合考虑构件质量、吊装距离，合理确定塔机型号、塔机位置；同时，运输计划与构件装车顺序、吊装计划配合，保证每个构件按设计吊装时间进场，确保吊装连续性，提高安装效率。与现浇结构不同，预制装配式构件安装误差是毫米级的，为保证构件顺利安装，必须充分考虑施工误差问题，采用BIM三维模型试拼装，保证后续实际作业的顺利进行。3.2.8运维阶段。本住宅工程建设完成后，对BIM模型实施轻量化处理后，可搭建运维模型，提供建筑空间管理、设备维护维修、能耗综合分析等功能，实现全方位运维，提高运维效率与水平。
4结语
综上所述，预制装配式技术是现代住宅工程发展的一大重要方向，通过标准化设计、工业化生产与装配式安装，切实提高住宅建筑建设效率、缩短工期、降低成本。为进一步促进我国预制装配式建筑推广运用，落实一体化建造理念具有必要性，强调以设计为引领、以BIM技术为支撑，促进设计单位、构件厂与施工单位的密切配合，落实设计深化、生产控制以及施工优化，切实保证预制构件生产、安装精度与质量，真正打造优质工程。
作者:罗振京 单位:湖南省湘钧建设有限公司