以裝配率為導向的裝配式建筑方案設計優化

時 銘 凌福寧 李明川

山東恒信建筑設計有限公司

1 引言

現如今，人們對建筑各方面的要求正越來越高，傳統建筑顯然已經無法再完全滿足人們的要求，一些新的建筑形式正逐漸應運而生，裝配式建筑就是其中之一。裝配式建筑不但改善了傳統建筑施工速度慢、效率低等缺點，同時還能夠有效保障建筑質量與性能，但相應的，裝配式建筑對方案設計的要求也更高。通過以裝配率為導向，可以對裝配式建筑方案設計進行優化。在過去的相關研究中，雖然也會涉及一些關于裝配率的概念，但卻不能充分體現出裝配率的導向性作用，因此本文基于BIM 技術和Dynamo 參數化平臺對以裝配率為導向的裝配式建筑方案設計優化進行了研究，僅供參考。

2 基于GB/T 51129-2017《裝配式建筑評價標準》的裝配式建筑評價標準及構件拆分原則

2.1 裝配式建筑評價標準

2.1.1 裝配率的概念及裝配式建筑的標準

GB/T 51129—2017《裝配式建筑評價標準》整合了構件預制率和部品裝配率等概念，將以往的預制率、預制裝配率以及裝配化率等概念統一用“裝配率”來形容。具體來說，裝配率指的是：單體建筑室外地坪以上的主體、圍護及內隔墻、裝修管線、設備管線等應用預制部品部件的綜合比例。同時，在《裝配式建筑評價標準》中還明確了裝配式建筑的最低準入門檻，即：裝配率≥50%、采用全裝修及主體結構部分的評價分值≥20 分、圍護及內隔墻部分的評價分值≥10分。另外按照裝配率進行劃分，可以將裝配式建筑分為三級：A 級的裝配率在60%～75%、AA 級的裝配率在76%～90%、AAA級的裝配率在91%及以上。

2.1.2 裝配式建筑的設計程序

一般情況下，裝配式建筑的設計程序主要分為以下三個階段：（1）方案設計階段：從戶型和標準層的設計、構件拆分原則的確定、PC的布置方案等入手進行裝配式建筑的方案設計；（2）初步設計階段：對預制構件的類型及尺寸等進行合理的選擇；（3）施工圖設計階段：對PC 構件進行深化設計，對設計信息進行擴展。

2.1.3 預制構件設計的優先次序

按照建筑結構進行分類，裝配式建筑可分為框架結構裝配式建筑、剪力墻結構裝配式建筑、框架-剪力墻結構裝配式建筑、框架-核心筒結構裝配式建筑這四種類型，而其中的預制部件則主要包括預制剪力墻、預制柱、預制梁、預制外掛墻板、預制疊合板、預制樓梯、預制陽臺及預制空調板等等。以某剪力墻結構裝配式建筑工程為例，由于其主體結構的占比較大，裝配率貢獻度較高的為預制梁、預制疊合板、預制非承重外圍護墻等預制部件，其次為預制承重墻，而一些次要結構的受力構件的裝配率貢獻度較小，所以在該工程的構件選擇中，不但要考慮到構件占比問題，還要充分考慮到預制構架的制作方法、施工工藝及安裝工藝等的特點，所以最終的預制構件設計次序為：預制樓梯、預制陽臺及預制空調板等次要結構的受力構件→預制梁和預制疊合板→預制非承重外圍護墻→預制承重墻→預制柱→預制內隔墻。此外，若該工程要求達到A 級及以上，則還應滿足PC 構件的最低要求。

2.2 構件拆分原則

構件拆分是裝配式建筑方案設計的一項關鍵環節，目前主要是應用一些相關插件對PC構件進行拆分，如Structural Precast for refit 插件。該插件能夠根據拆分原則設定的拆分條件，對結構樓板、基礎底板、結構墻體等進行有效的分割，從而實現對預制構件的分塊設計。另外在實際構件拆分過程中還要綜合考慮裝配式建筑工程的實際情況。

3 基于BIM技術和Dynamo參數化平臺的設計優化

3.1 基本方法及設計步驟

先根據上述構件拆分原則預先將預制構件確定好，然后應用BIM 技術，通過Dynamo 參數化平臺，對裝配式建筑方案進行設計優化。其具體的設計步驟為：第一步：確定及選擇構件圖元，通過Dynamo提取模型構件參數信息；第二步：利用相關比例公式對各項進行評分，根據評分值計算裝配率；第三步：根據裝配率評價工程等級。如果裝配率或評級等級未達標的話，則可以應用Dynamo參數化平臺中的相關節點來快速調整設計方案，直至裝配率或評級等級達標為止。

3.2 應用實例

3.2.1 工程概況

某剪力墻結構裝配式住宅建筑工程，共兩層4戶，建筑總面積約570.16m2，設計使用年限為50 年，耐火等級不低于2 級，屋面防水等級為2級，目標裝配率為78%，評級等級為AA級，工程全裝修。

3.2.2 標準化設計

根據工程的實際要求進行戶型的標準化設計。根據上述構件拆分原則及JGJ 1—2014《裝配式混凝土結構技術規程》中的相關規定，主要采用預制剪力墻、預制疊合板、預制樓梯等預制部件。預制構件設計次序為：預制樓梯、預制非承重外圍護墻、預制疊合板、預制內墻、預制剪力墻。

3.2.3 裝配率計算及方案優化

應用Structural Precast for refit 插件進行構件拆分，在樓梯、非承重外圍護墻、疊合板、內墻、剪力墻等構件分別采用預制構件的情況下，通過Dynamo 參數化平臺及相關計算規則，對預制部件的應用比例進行計算，得出：預制墻板58.11%、預制疊合板60.50%、預制樓梯2.20%、預制非承重外圍護墻100.00%。再通過python 評分公式對各項進行評分，得出裝配率為58.80%。但是該工程的目標裝配率為78%，所以需要對其設計方案進行優化。通過可滑動節點Number Slider，根據預制構件的權重比例對其應用比例進行適當調整，最終達到了78%的裝配率。

4 結語

本文設計了一種通過BIM 技術和Dynamo 參數化平臺對以裝配率為導向的裝配式建筑方案進行設計優化的方法，并對該方法進行了實際應用，達到了裝配式建筑工程的目標裝配率，說明該方法具有可行性，值得推廣。