裝配式混凝土建筑工藝設計-生產-施工一體式優化研究

林 麗

（浙江廣廈建設職業技術學院，浙江 東陽 322100）

0 引言

隨著傳統建筑業的各種弊端越來越引起社會重視，發展新型建筑工業化，推廣裝配式建筑已經作為國家戰略。響應國家政策，浙江近年來也正在大力推進新型建筑工業化工作。2016年起，浙江省內保障性住房全部實施新型建筑工業化，政府投資工程和房地產項目全面推行新型建筑工業化；2017年起，杭州市、寧波市和紹興市中心城區出讓或劃撥土地上的新建項目，全部實施裝配式建造；到2020年，實現裝配式建筑占新建建筑比例達到30%[1]。

我國裝配式混凝土建筑的發展有了一定進步，但還存在諸多問題，與西方發達國家相比有一定差距，這是發展的必經階段，畢竟我國在建筑工業化領域仍處于發展的初級階段。目前，浙江省裝配式建筑存在的主要問題是技術標準體系不夠完善、裝配建筑人才急缺，較多設計院缺乏裝配式建筑的設計經驗、工藝設計與構件生產施工脫節。筆者組建研究團隊，對裝配式建筑設計院、預制構件廠、裝配式建筑施工項目進行調研基礎上撰寫本文。本文主要立足生產和安裝端口，結合浙江省內多個裝配式混凝土結構項目，總結浙江裝配式混凝土建筑工藝設計存在的問題，并探究工藝設計環節的優化方案。

1 裝配式混凝土建筑工藝設計存在的問題

1.1 工藝設計部門管理不完善

（1）工藝設計易出現多次反復修改，如建筑、結構、工藝相關設計節點變更、裝配制造要求變更、工廠工藝生產能力匹配問題等；（2）工藝部門與其它相關部門（如：研發、裝配、制造、商務等）對接事宜較多，各部門之間溝通交流有待加強；（3）由于設計工藝工作量大，對專業人力需求較大，缺乏相關專業從業人員（如校對、設計、審核等環節）,加上工作任務緊，導致后續設計質量及進度沒有得到很好的控制；（4）工藝設計工作缺乏一套比較成熟的工作體系；（5）在考慮整個設計生產施工周期的時候未考慮提供容錯時間和錯誤響應機制。

1.2 施工的易建性考慮不周

建筑施工的“易建性”是新加坡房屋建設局在2001年提出的，是指“建筑設計在何種程度上促進了項目施工的進行”[2]。我國對裝配式建筑的評價主要依據預制率或裝配率，對施工的易建性缺少評價標準，致使工藝設計與施工對接度缺少約束，易導致施工問題。主要有：（1）發生預制構件鋼筋打架不利安裝；（2）未考慮施工安裝的可操作性，使施工的質量和安全帶來隱患；（3）未考慮施工現場的吊裝能力，盲目拆板；（4）管線、預埋件的定位有誤；(5)對構件的保護裝置設計不到位，使構件開裂破壞。

1.3 預制構件的生產環節不熟悉

（1）盲目追求預制率或裝配率，拆板不經濟；（2）不懂生產，構件甩筋與模具打架，不利脫模和構件品質的控制，（3）不了解工廠的生產能力，構件尺寸過大，不利于機械化生產和運輸；（4）不了解構件生產工藝，工藝圖圖紙內容不完整，不能精準指導工人生產；（5）同類構件拆板型號過多，使得模具的周轉率不夠，迫使生產成本提高，不利于項目成本的控制。

2 裝配式混凝土建筑工藝設計優化實例

本文的工藝設計優化點主要從已建裝配式混凝土建筑實施效果和新建裝配式混凝土建筑的特殊點進行提取，旨在通過工藝設計優化使構件便于工廠生產和安裝，降低生產、運輸、施工的成本。

2.1 工藝設計部門管理機制優化

在裝配式建筑的管理上應擺脫傳統的建設管理模式，管理觀念的更新遠比技術更重要[3]。工藝設計前期充分了解、考慮及理解相關工程情況，設計管理部門與建設單位和施工單位做好充分溝通，可以大大減少工藝圖出圖后的錯誤和返工，縮短設計周期；建議增加一些針對性較強的培訓，加深公司各部門人員對公司運營及整個設計體系的認識，使各環節工作任務的推進得到有效把控；工藝設計工作建立一套比較成熟的工作體系，形成一套比較完善的工作機制，并依此嚴格執行，定期全面總結完成的項目產品體系、設計流程，權衡工廠的生產能力，解決暴露的錯誤，通過對各項目的消化，總結并吸取較好的設計經驗，在下個項目來臨之前做到心中有底才能有效提高工藝設計的效率和提高產品的質量；在考慮整個設計生產施工周期的時候需要提供容錯時間和錯誤響應機制，需要問題緊急處理模板，如果發生突發問題，如甲方設計變更、設計錯誤、工廠生產錯誤等情況，需要設計出緊急反應流程，或者是突發預案，將解決突發情況的時間和其他損失降到最低。

2.2 工藝設計與安裝施工一體式優化

結構設計人員不懂現場施工，這是我們在傳統現澆結構建筑中經常存在的現象，但是在裝配式混凝土建筑設計中，預制構件一旦成型就不能變動了。工藝設計人員不懂施工，設計的構件在施工中就容易無法正常安裝或影響后續工序。因此，工藝設計人員應該了解裝配式混凝土建筑施工的工藝順序，及施工條件，工藝設計應考慮施工的便利性及經濟性，優化設備管線的布置，支撐點的設置，吊裝點的預埋，合理的節點處理，避免鋼筋打架。

圖1 預制墻企口優化

2.2.1 寧波江北某項目優化應用情況

預制剪力墻兩側U型出筋，給相鄰現澆柱的施工帶來困難，相鄰柱縱筋不便穿入墻板兩側封閉出筋，上下柱縱筋也不易連接，柱箍筋的綁扎更是難上加難，柱箍筋被墻板的封閉箍卡住，無法從上往下套。遇到此類問題可以將預制剪力墻兩側出筋設計成開口式，等施工吊裝和相鄰柱鋼筋綁扎完成后，對墻出筋進行補強就迎刃而解。該項目預制墻板采用接駁螺桿與柱連接，接駁螺桿易與柱縱筋碰撞，設計人員在設計時可以引入BIM技術進行試拼裝，在柱配筋上應優化縱筋的數量和位置的分布。

2.2.2 杭州北港某項目優化應用情況

該項目樓板拆分成單向板，出筋少，方便施工。但通縫排列不妥，因為板密縫拼，膠條封堵，耐久性差[4]，易產生裂縫，設計師應考慮小業主的使用感受，相鄰板錯縫布置。該工程對規范圖集中的預制墻體上下連接處進行調整，使墻體企口高出樓面（詳見圖1），可以防止室內水滲入墻體，實現更好的防水效果。預制墻板常采用套筒或漿錨連接，因為工廠生產的誤差，不易多孔同時對位，可以考慮減少使用，在墻腳增設角鋼與樓板連接固定，比插筋對孔要簡單。普通螺栓外凸影響美觀，可以采用內嵌螺栓。預制墻外葉與現澆連接可以用螺母或對拉螺桿，采用對拉螺桿良品率高。部分預制空調外架沒有工人安裝立足點，不便施工，空調板應改為現澆。設計師還應該了解施工單位所具備的吊裝設備情況，及構件吊裝過程的安全性。該工程的17號墻板超出了施工單位塔吊的吊裝能力，應拆成兩塊，否者另配塔吊，不經濟。該工程有設置上下兩個窗戶的高大墻板，5米多高，3米多寬，在上窗洞上端開口位置應加設型鋼起到連接加固作用，以免起吊時窗洞口兩側破壞。

圖2 高低板交接處疊合梁優化前后對比圖

2.2.3 富陽場口某項目優化應用情況

該項目原設計帶窗洞外墻板，窗臺可優化增加翻邊設計，帶鋼副框預制，有利于防水?？紤]吊裝方便，與柱相鄰的預制外墻板的外葉板應包柱，柱外側模板不支模和拆模，減輕連接部位支模的難度。兩預制墻板之間凈距應大于 1米，滿足工人有足夠操作空間固定連墻件。樓板洞口部位鋼筋加強不要通長，按構造即可，可減少鋼筋用量，減少不必要的浪費。高低板與疊合梁連接處澆筑混凝土時處用木方擋邊易漏漿，污染墻面，可以將該處梁優化為帶反坎的梁，梁反坎設在高標樓板一側，做法可以同外墻，詳見圖2。

不少工程為了預制率和面積獎勵，將外墻設計成預制墻，目前預制墻應用最多的連接方式是套筒灌漿連接，而實際施工中確難以控制套筒灌漿的飽滿度，給質量安全埋下隱患。為排除隱患，可以利用微型攝像頭檢測灌漿情況，收效好，但是成本高。這些微型攝像頭要50元左右一個，而且不能重復利用，施工成本太高，一般施工單位都不會采用。因此在工藝設計中應該優先考慮做預制水平構件，在滿足預制率或裝配率的情況下，盡量減少或不做預制墻板。

2.3 工藝設計與生產一體式優化

工藝設計應結合工廠實際生產情況進行，工藝設計應考慮生產的便利性及經濟性，考慮工廠的生產工藝，優化構件預埋件及鋼筋布置情況，考慮模具通用性及合理性，便于工廠提高模具的周轉率。工藝設計還應考慮的運輸的便捷性及經濟性，了解從工廠到施工現場之間道路的距離、限高限重上的要求、工廠運輸車輛的裝載能力、加固處理等，制定運輸方案，優化構件的形狀、尺寸和重量。具體優化情況詳見表1。

圖3 帶斜梁疊合樓板

表1 工藝設計與生產一體式優化實例

3 工藝設計的發展趨勢

裝配式建筑是未來建筑產業的重要發展趨勢之一，采用BIM代替CAD進行預制裝配式建筑深化設計是未來的趨勢。

裝配式建筑的設計是建立在工程全過程的思考方式，應該從生產、施工、裝修角度出發逆向思維，是集建筑方案設計、結構設計、裝飾設計、構件生產、施工安裝等為一體的技術。常規的二維圖紙使各專業間容易形成“信息孤島”現象，應用BIM技術打通各專業，給開發商、施工單位、設計單位、構件廠家等各參與方提供平臺[5]，加強溝通，確保方案設計的可行性。BIM技術將可以提供形成三維的可視化協同設計，在設計階段可以進行構件的試拼裝，同時也檢查各專業設計的碰撞問題，杜絕各類鋼筋與鋼筋、鋼筋與預埋件之間的碰撞問題，檢查無誤后，實現一鍵出圖，生成BOM清單、計算預制率或裝配率，大大減少深化設計的工作量?，F在的二次深化將在不久的幾年內可以完全被計算機所代替，之后CAM技術也將在中國的裝配式建筑行業的落地，通過計算機工藝圖紙控制工廠流水線，自動完成構件的加工、檢測、運輸等制造過程。

4 結束語

在國家政策力推下，裝配式建筑不斷建造，促進工藝設計與構件生產、裝配一體化優化設計，不斷為項目增值。本課題研究結合多個實際裝配式混凝土建筑的工藝圖進行有針對性的分析研究，通過整理，對具體問題進行優化，制定更合理工藝設計方案，提升項目施工的易建性，提升構件生產的的便利性及經濟性。市場是敏感的、行業發展是迅速的，由于時間和空間上的限制，對工藝設計的優化觀點可能存在一定局限性，請各位讀者批評指正。