裝配式建筑施工中深化設計的應用

楊昕

（山西五建集團有限公司，山西 太原 030000）

1 裝配式建筑施工介紹

首先，結構配件加工在工廠進行，施工便捷度高。裝配式混凝土結構和相關構件的加工，無須在建筑施工現場進行，各個零部件的加工會提前在工廠完成，然后運輸到施工現場。在此施工模式下，各種構件的規格尺寸都能夠提前的預定，可確保施工的精確度。結構配件全部提前制作完成，僅需要現場安裝即可，施工的環保性能顯著，能夠降低施工的誤差，對工期的控制非常有利。其次，裝配式建筑施工效果理想。裝配式建筑施工的現場返工少，經濟成本和工作量可以得到控制，同時也可節省后期養護時間[1]。最后，裝配式建筑施工與設計要求高。該種施工方式的各項結構部件，需要在工廠提前加工，各種構件的尺寸和大小無法改變。所以在設計階段要精益求精，做好精準測量和定位，明確放線測量、預留孔位置等，借助合理的質量控制，保障各項參數精準度，為后續的現場組裝提供質量保障。舉例來講，如果放線的尺寸過小，就會導致已經生產好的構件在安裝過程時無法插入，尺寸過大則會導致接縫過大，從而弱化建筑結構穩定性。基于此，在裝配式項目建設過程中，要借助結構深化設計，優化裝配式方案，保障裝配施工專業性，提升整體建筑品質，消除裝配式建筑風險，避免返工的發生。

2 深化設計流程與業務特點

2.1 裝配式建筑設計流程

裝配式建筑較為特殊，其設計流程大體分為以下階段：①項目立項階段。②項目施工技術策劃階段。③建筑方案設計。④方案初步設計。⑤施工圖設計。⑥項目深化設計。在傳統項目設計流程中是沒有深化設計內容的。也就是說，深化設計是依據裝配式建筑特點額外增加的設計內容。在深化設計階段，需綜合考慮多種因素，除了構件的生產、運輸外，還要兼顧吊裝施工等環節的施工技術參數，確保施工的標準化和裝配的精確性。裝配式建筑設計流程如圖1 所示。

裝配式建筑深化設計至關重要，囊括的內容較多，匯集結構、裝飾多方面的內容。深化設計過程中，整體拆分和構件深化是最為核心的部分，不容忽視。整體拆分設計環節中，可科學借鑒BIM 模型，同時遵循有效設計原則“多組合、易施工”，確保裝配式施工的順利推進。設計階段，需做好哪些構件做預制的規劃，明確哪些構件做現澆，通過有效的設計，盡量減少構件的種類，借此充分保障構件的安全性以及復用性，提高資源利用率。同時減少構件加工等任務量，降低運輸、吊裝難度[2]。實際施工中，減少模板的浪費，減少返工情況發生，提高構件生產效率。結合現實經驗可知，構件深化設計影響整體施工質量，包含骨架、預埋件等多項內容的拆分設計。除此之外，還要完成構造節點設計以及重要的吊具吊件設計等，借此夯實裝配式建筑施工基礎。

2.2 深化設計業務特點

深化設計不可或缺，現實應用中作為裝配式結構設計最為核心的部分，需綜合考慮施工影響要素，將生產、運輸、施工綜合要求考慮到位，提高設計的深度。由于裝配式工程特性，相關構件的深化設計，需精準達到圖紙加工級別，提高構件標準化程度[3]。深化設計，相較于傳統的設計，更注重與生產工廠、施工單位的配合與協調，目的是為了更好的完成構件的生產、運輸以及現場安裝。

3 工程案例

某辦公樓，圖紙建設總面積為5400m2，辦公樓地上4 層，地下2 層，層高平均3.2m。在施工中，為滿足環保工程要求，采用裝配整體式框架，裝配率為55.64%。其中預制構件內容較多，有室內樓板、公共樓梯、混凝土框架梁等。在項目裝配式施工前，需開展有效的深化設計，解決構件質量不佳等通病問題，提高建筑施工質量。在本項目中，為達到深化設計的目標，借助BIM 技術攻克深化設計技術難題，保障設計品質，優化設計流程，為工程施工提供便利。

4 深化設計的具體應用

4.1 預制梁的深化設計

案例項目中，采用裝配整體式框架，其中預制梁的深化設計難度較大，屬于項目質量保障的重中之重。相比傳統的結構設計，采用裝配式結構深化設計時，可借助BIM 模型對設計細節再次確認，確保結構的穩定性和最終施工效果。研究發現，BIM 模型在深化設計中的功能比較突出，可以實現構件可視化，同時完成構件設計參數化，借此提高設計質量和協同作業的效率。BIM模型可有效地輔助工程設計，確保裝配式施工全面進行。現實中，在開展構件深化設計階段，首先要結合工程實際進行構件的拆分，在科學拆分的基礎上，再進行形體優化以及合理的鋼筋配置，并最終完成碰撞檢測等，全面保障工程質量。

案例項目裝配施工難度大，為達到深化設計的預期效果，掌握裝配式結構參數，要正確使用三維BIM 協作平臺，借此技術完成預制梁拆分，并制作拆分圖。傳統二維的拆分設計，不能達到清晰、直觀的拆分效果，而基于BIM 的構件拆分可基本滿足裝配式施工要求，可對預制構件進行直觀性的表達，精準將構件的參數信息借助模型傳遞至構件生產制作階段，確保構件生產質量。深化設計過程中，要在BIM 模型的幫助下建立預制構件“族”，從而進行構件的細節優化和管理，規避大量重復工作，提高構件的制作品質[4]。創建構件“族”后，便可實施有效的參數化管理，及時調整預制構件中不合理的部分。BIM 建模技術如圖2 所示。

圖2 BIM 建模技術

三維可視化的環境下，可較高效率完成深化設計，并同步實現精細化設計。具體工作中，經過對裝配式建筑整體優化和拆分設計，明確科學的鋼筋配置方案，確保建筑整體的耐久性。借助模型得到預制構件中較為細節的鋼筋信息及具體位置，在技術保障下對鋼筋的位置參數科學化設置，借此提高后續施工便利性。設計中如果有變更，也可以借助BIM 模型，發揮其信息數據的聯動性功能，做好相應部分的設計變更，保障深化設計的完整性。綜上可以看出，在裝配式建筑深化設計中，應用BIM 技術，可簡化深化設計過程，降低設計的難度，確保設計流程的信息化，達到深化設計的理想效果。

4.2 預制樓梯分段吊裝的深化設計

案例項目的預制構件圖紙下發后可以發現，項目的預制樓梯重量較大，在施工中難度較高。項目的塔吊設施安裝臂長60m，其最大的吊裝重量是4t，而預制樓梯的重量無法借助塔吊，如果安裝更大的塔吊，可變現增加施工成本，經濟性較低。基于此，施工現場想要不影響預制樓梯正常施工，保障其正常的吊裝，就要優化預制樓梯構件，精心完成出廠前的制作。通過技術交底和技術討論后，施工現場決定將預制樓梯一分為二，按照兩部分進行預制，然后將兩個構件先后吊裝，這樣就可以順利完成預制樓梯的吊裝任務。經初步計算，每個構件重3.8t，滿足塔吊的承重需求。構件之間接縫也不容忽視，應采用密封膠、PE 棒等實施封堵，確保施工質量。就現階段樓梯安裝情況可知，由于預制構件減輕，大大降低了施工難度，可快捷縮短安裝時間，從而提升構件安裝品質，合理節省項目成本。

4.3 疊合板接縫壓槽的深化設計

結合項目辦公樓的施工標準以及裝配式建筑標準要求，案例工程中的辦公樓裝修施工為薄抹膩子，這項技術對天花結構平整度等工藝要求高。結合以往經驗可知，常規的裝配式疊合板在實施按圖紙拼裝施工中，澆帶接縫處是施工難點，混凝土澆筑完成后在此處會大量存在接縫錯口，影響裝配式建筑穩定性。同時還會出現浮漿凸出等問題，施工中需進行打鑿修補，提升項目整體品質。但是天花打鑿難度大，也會影響建筑的美感，為消除此方面的影響，可以將疊合板部分設計為預制混凝土樓板，通過裝配的方式，提高建筑的美觀度[5]。為了使處理措施有效，深化設計環節中可就接縫處質量缺陷實施優化，最終提出解決方案。解決方案為：裝配式施工中，將凸出浮漿變為凹形，通過這樣的細節設計避免上述質量風險。除此之外，針對上述接縫問題，還可以優化疊合板接縫端制作模式，調整壓槽方式。通過設計升級后，無須再進行打鑿工作，便可完成疊合板安裝。經實踐證明，以上深度優化設計內容，提高了天花平整度，同時也保障了澆筑成型后的觀感，施工速度大大提高。

4.4 衛生間反坎壓槽的深化設計

常規辦公樓工程施工中，極易發生的便是衛生間反坎澆筑漏水，衛生間漏水會降低用戶體驗度，并且破壞建筑結構基礎，埋下安全隱患。案例工程中的室內衛生間混凝土施工中，其反坎高度的實際標準為不得低于200mm，通過反坎淋水試驗證明，現實中想要做好衛生間反坎，第一難關是解決滲漏難題。案例項目中的衛生間樓板在設計之初采用的是混凝土板預制構件，為了解決漏水問題，可持續優化混凝土樓板圖紙，調整預制參數，借此提高樓板的防水效果。反坎一體成型加工所占用場地大，工序難度也比較高，安裝施工不便，基于上述的施工特點，可優先考慮二次澆筑。在澆筑成型的基礎上，優化衛生間沉箱制作，使用壓槽的設計方式并適當降低高度，將反坎位置設計成凹型，通過深化設計，降低交界面滲漏的風險。

4.5 構造柱+下掛梁的深化設計

由于本項目標準層結構較為特殊，為鋁模+爬架，在現場施工前鋁模設計單位已借助BIM 技術對標準層戶內結構實施了優化，全部門垛、門檻等都重新調整了設計參數，確保一體澆筑成型質量。與此同時，疊合板及桁架板設計階段，也針對局部情況實施了深化設計，在重要的板跨中結合圖紙內容預留構造柱洞口。但現場施工中，由于項目未深化此洞口，所以插筋無法進行，需要現場開洞施工。此外，板面桁架板安裝后，掛梁成型質量不佳，為此在裝配式施工深化設計階段應重視該方面內容。深化設計工作中，需安排技術人員就位，對現場實施有效的勘察，從而制定優化策略，深化設計其余未生產的疊合板，將下掛梁部位的孔洞提前預留（在PC 構件加工中），通過以上設計手段，避免因后開洞誘發的結構成型質量下降等現實問題。構造柱+下掛梁的深化設計，可提高結構穩定性，保障裝配施工的完整性。

4.6 方案、圖紙的深化設計

方案、圖紙是施工的保障，所以方案、圖紙的深化設計不容忽視。現階段，大部分項目工期緊張，結構深化時間短暫，在此背景下極易發生構件部分結點出錯等問題，從而導致施工受阻，影響整體裝配效率，甚至降低施工質量。許多項目都是到預制構件排產階段，其中的問題才被發現。此時想要重新深化更改，需耗費大量的精力，同時也要付出更多的成本。現實中，廠家生產預制構件所應用的模板均是定制的，設計參數一旦出錯，意味著模板全都要報廢，經濟損失不可預估。

5 結語

綜上所述，裝配式建筑是未來的發展趨勢，具有環保以及便捷的屬性，可保障建筑施工效益最大化，因此深受好評。為確保裝配式施工順利實施，提高預制構件的質量，強化預制構件的安裝效果，現實中要開展結構的深化設計，提高構件加工成型的質量。總之，深化設計是裝配式建筑施工可靠的保障，在建筑結構設計中至關重要。