系統(tǒng)分析裝配式建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)程序的基礎(chǔ)上以裝配率為目標(biāo)導(dǎo)向，應(yīng)用BIM參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑與裝配率目標(biāo)導(dǎo)向的有機(jī)結(jié)合，并通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析提出不同裝配率下預(yù)制構(gòu)件應(yīng)用比例的選擇參考，最后通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證了該方法進(jìn)行裝配式建筑方案設(shè)計(jì)優(yōu)化的可行性。

一、基于《標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)計(jì)

原則和預(yù)制構(gòu)件選擇

裝配式建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定: "建筑裝配率不低于50%、采用全裝修、主體結(jié)構(gòu)部分的評(píng)價(jià)分值不低于20 分、圍護(hù)墻和內(nèi)隔墻部分的評(píng)價(jià)分值不低于10 分"的建筑為裝配式建筑。并且主體結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件中預(yù)制部品部件的應(yīng)用比例不低于35%，可進(jìn)行裝配式建筑等級(jí)三級(jí)評(píng)價(jià)(見(jiàn)表1) 。

裝配式建筑的設(shè)計(jì)程序

裝配式建筑的設(shè)計(jì)程序分為方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)3個(gè)階段，如圖1所示。

圖1 裝配式建筑設(shè)計(jì)程序

預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)優(yōu)先次序

鑒于剪力墻結(jié)構(gòu)在我國(guó)的普及性，本文以裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)我國(guó)11項(xiàng)代表性裝配式建筑工程的統(tǒng)計(jì)分析，得出裝配式建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的外部權(quán)重和內(nèi)部權(quán)重，以及評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的單項(xiàng)構(gòu)件預(yù)制率的最低要求，結(jié)合《標(biāo)準(zhǔn)》評(píng)分表，剪力墻結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件率最低要求和相應(yīng)權(quán)重如表2所示。

由表2中可知，主體結(jié)構(gòu)部分占比較大，其中 梁、疊合板以及預(yù)制非承重外圍護(hù)墻對(duì)裝配率的貢獻(xiàn)程度最高，承重墻次之，其余次要結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件貢獻(xiàn)率最小。根據(jù)現(xiàn)有的裝配式建筑設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在構(gòu)件選擇時(shí)，除考慮構(gòu)件占比外，還需結(jié)合預(yù)制構(gòu)架的制作、施工工藝和安裝等特點(diǎn)進(jìn)行綜合考慮。一般來(lái)說(shuō)，預(yù)制構(gòu)件的選擇順序如圖2所示。

圖2 預(yù)制構(gòu)件選擇順序

此外，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，得到不同評(píng)價(jià)等級(jí)對(duì)應(yīng)的構(gòu)件應(yīng)用比例(如表3) ，因預(yù)制構(gòu)件中梁、板對(duì)裝配率影響最大，所以裝配率的變化主要以調(diào)整梁、板應(yīng)用比例為主。

構(gòu)件拆分原則

裝配式建筑構(gòu)件拆分是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，根據(jù)《預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土裝配式整體式框架結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ224－2010和相關(guān)文獻(xiàn)中的規(guī)定，對(duì)構(gòu)件的拆分一般遵循"少規(guī)格、多組合"的原則，具體規(guī)定見(jiàn)表4。

二、基于BIM的參數(shù)化設(shè)計(jì)

基于裝配率的BIM參數(shù)化方案優(yōu)選設(shè)計(jì)流程根據(jù)拆分原則，預(yù)先確定及預(yù)制構(gòu)件，結(jié)合BIM參數(shù)化平臺(tái)，進(jìn)行裝配式建筑方案設(shè)計(jì)。

基本思路是: 首先確定和選中構(gòu)件圖元，利用BIM提取模型構(gòu)件參數(shù)信息，然后根據(jù)各評(píng)價(jià)項(xiàng)應(yīng)用比例公式對(duì)各項(xiàng)評(píng)分( 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1) ，利用評(píng)分值進(jìn)行裝配率計(jì)算，最后根據(jù)裝配率進(jìn)行等級(jí)評(píng)價(jià)。具體流程如圖3所示。

圖3 BIM參數(shù)化設(shè)計(jì)流程圖

三、應(yīng)用實(shí)例

裝配式建筑的設(shè)計(jì)程序本工程為兩層剪力墻結(jié)構(gòu)住宅，共計(jì)4戶(hù)，二類(lèi)建筑，采用65㎡標(biāo)準(zhǔn)化戶(hù)型模塊，建筑總面積570.16㎡，共兩層，采用裝配剪力墻結(jié)構(gòu)體系，目標(biāo)裝配率為78%，AA級(jí)裝配式建筑，工程全裝修。圖4為本工程的BIM三維圖。

圖4 BIM三維圖

標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

1. 戶(hù)型標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

通過(guò)歸納整理住宅戶(hù)型設(shè)計(jì)及組合形式，本文戶(hù)型設(shè)計(jì)主要有35㎡、50㎡、65㎡三種標(biāo)準(zhǔn)化戶(hù)型，圖5為基于標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的基本戶(hù)型平面布置圖。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)層平面圖

2. 預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)原則

本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)執(zhí)行《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ1－2014相關(guān)規(guī)定以及上述的構(gòu)件拆分原則，其中主體部分結(jié)構(gòu)采用預(yù)制剪力墻、疊合板、預(yù)制樓梯等預(yù)制部品。

3. 預(yù)制構(gòu)件選擇順序

本項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件選擇順序?yàn)闃翘?、女兒墻、疊合板、內(nèi)墻、剪力墻。

裝配率計(jì)算及方案優(yōu)選

1. 裝配率計(jì)算

利用BIM對(duì)構(gòu)件進(jìn)行拆分，拆分界面和拆分部分結(jié)果分別如圖6和圖7所示。

圖6 拆分界面

圖7 板、墻拆分示意圖

當(dāng)樓梯、內(nèi)墻、剪力墻、疊合板、女兒墻等構(gòu)件分別采用預(yù)制構(gòu)件的情況下，利用BIM通過(guò)計(jì)算規(guī)則計(jì)算預(yù)制部品部件的應(yīng)用比例，其應(yīng)用比例計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。

最后通過(guò)編寫(xiě)python評(píng)分公式對(duì)相關(guān)項(xiàng)評(píng)分，得出裝配率為58.8%，程序運(yùn)行的工作空間如圖8所示。

圖8 程序運(yùn)行空間

2. 方案優(yōu)化

上文計(jì)算出的裝配率未達(dá)到目標(biāo)，可將裝配率調(diào)整為78%，BIM會(huì)按照構(gòu)件權(quán)重比例更改構(gòu)件應(yīng)用比例，從而根據(jù)應(yīng)用比例的變化，更改方案設(shè)計(jì)。項(xiàng)目修改裝配率后，各構(gòu)件應(yīng)用比例如表7所示。

以裝配率為目標(biāo)導(dǎo)向，利用BIM技術(shù)對(duì)裝配式建筑方案設(shè)計(jì)，有助于整體設(shè)計(jì)方案的擬定。在總體設(shè)計(jì)目標(biāo)確定的基礎(chǔ)上，依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)手段和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)先確定預(yù)制構(gòu)件和拆分設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件的深化設(shè)計(jì)，是裝配式建筑方案設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。本文研究了預(yù)制構(gòu)件拆分原則和優(yōu)選順序，通過(guò)參數(shù)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了裝配率的自動(dòng)計(jì)算和方案優(yōu)選，為裝配式建筑方案優(yōu)化設(shè)計(jì)提供借鑒和指導(dǎo)。