装配式建筑预制构件深化设计常见问题与应对策略研究_高海洋.pdf

33建筑科技2023 年 第 3 期建筑工业化Building Industrializayion装配式建筑预制构件深化设计常见问题与应对策略研究Research on Common Problems and Coping Strategies of Deepening Design of Prefabricated Building Components in Assembled Buildings高海洋（长沙远大住宅工业安徽有限公司,安徽 合肥 230000）摘要：近年来,随着房地产市场模式的转变和装配式建筑建造技术的推陈出新,采用装配式建筑技术方案的项目持续增多,装配式建筑以其精细化设计、工厂化生产以及现场快速装配而成效显著。作为装配式建筑的主要组成部分的预制构件,其深化设计工作至关重要,深化设计成果的精良与否直接影响后续的生产与现场安装,也决定着装配式建筑整体的建造效率。从项目实践以及相关总结入手,提出预制构件深化设计工作过程中遇到的问题以及总结的解决办法,为装配式建筑深化设计工作用提供参考与借鉴,促进装配式建筑与构件深化设计工作更加完善和高效。关键词：装配式建筑;预制构件;深化设计;常见问题;解决措施中图分类号：TU234 文献标识码：A 文章编号：2096-3815（2023）03-0033-031深化设计概述建筑设计的原始概念是指建筑物在建造之前,技术人员按照建设任务,把施工过程和使用过程中所存在的或可能发生的问题,事先进行通盘的设想,拟定好解决这些问题的办法、方案,用图纸和文件表达出来,同时作为各参建方开展各项工作的共同依据,这种内涵,首先是重建造,其次是较为灵活。相较于这种广义概念上的普遍设计,深化设计作为设计工作的必要补充,其工作就更多的是为了消除灵活设计背后可能形成的各种隐患。深化设计本身就是在对设计的灵活性进行可行性验证,是一个模拟生产和施工安装的过程。由于预制构件的标准化特征,深化设计更多的是在进行一个产品的设计,经过产品化的深化设计工作,预制构件自工厂生产完毕即是确定的产品,现场对照安装图进行组装施工即可完成对应的施工安装作业。装配式建筑前期,需要户型匹配深化设计的拆分设计、工厂生产设备的产品适配、预制构件的运输以及现场安装的便捷性。随着装配式建筑各方面技术水平的不断发展,装配式建筑也可以做到灵活多变,因此,深化设计阶段的工作更显重要。设计师要把“变”转化成“不变”,把“不便”转化成“便”,这就要求深化设计师应当具备生产与施工安装的模拟思维与产品性的设计理念,这是控制装配式建筑的成本和建造效率的关键之处。为了契合装配式建筑的发展理念,目前的装配式建筑预制构件在经济性、可行性、合理性成立的条件下能拆则拆,进而导致预制构件的类型繁多,水平构件与竖向构件涵盖10余种之多。因此,在深化设计中,要求深化设计师针对不同的预制构件有不同的拆分设计思路与方法,规避一些常见问34建筑科技2023 年 第 3 期建筑工业化Building Industrializayion题,同时要对一些问题有相应的解决办法与措施,提高深化设计环节的成果质量与工作效率,进而发挥出装配式建筑的整体优势。2预制构件设计特点装配式建筑深化设计工作,是根据设计蓝图结合生产与现场安装情况,对蓝图作出更详尽的设计图纸,并对设计内容做出合理的调整,对原有设计进行一些针对性优化,使得设计更优、生产更省、安装更便捷。目前,装配式建筑深化设计主要有2种设计模式,一种是由设计单位负责完成各专业施工图与对应的预制构件深化图;另一种模式是设计完成各专业施工图与装配式方案设计,由构件生产厂或者专业的深化设计单位完成构件的深化设计详图绘制工作。第二种模式可以整合设计、构件生产工艺以及施工安装,因此第二种模式更加普遍1。装配式建筑深化设计以专业进行划分,包括建筑深化设计、主体深化设计、电气深化设计以及暖通深化设计、排水管线深化设计。各专业建立协同深化设计的制度与流程,按照设计提资校对审核出图流程开展深化设计工作,前承设计蓝图,后接生产与安装,既要对设计意图与图纸内涵深刻理解,转化成构件尺寸、钢筋下料排布,又要对生产与安装的可行性、便捷性进行思考与策划,是一项专业性、综合性极强的工作。深化设计主要由深化设计师执行,但是从项目角度考虑,深化设计工作的各项问题往往会牵涉到业主、设计、施工、生产各个方面,设计师需要一种项目思维与开放的态度进行深化设计工作,出现综合性的问题应同各方一起对深化设计方案进行研究调整,达到最优的深化设计成果。在装配式建筑前期阶段,由于是新技术,各个环节人员对装配式建筑还缺乏充分的认识或了解,导致在深化设计工作中出现一些较为低级的问题,例如后浇边缘构件钢筋采用封闭箍筋无法施工的问题,首层预制构件下部插筋预留缺失或错位等基础问题。随着装配式相关概念与知识的普及和设计人员技术熟练度的提高,较为基础的问题已不多见,主要还存在一些技术性问题。本文结合相关项目实践,总结了一些常见问题。3常见问题及应对策略3.1拆分设计有关的问题（1）拆分设计对施工操作面考虑不周详产生的问题。在深化设计时,设计师往往按图拆分,比较理论化,容易忽视施工操作面的问题。如图1所示,拆分的图面看似比较可行,但根据深化设计原则拆分,沿着构造柱拆分预制外墙,外围是贴着构造柱的外叶板,会导致构造柱钢筋绑扎困难或无法进行钢筋绑扎作业。图1预制外墙拆分与构造柱布置示意图（2）拆分设计对节点做法和施工工艺不熟悉产生的问题。在深化设计时,由于设计师往往专注于“图面拆分”,对一些细部节点不熟悉以及施工工艺缺乏了解,加之节点部位的做法往往又较为复杂,设计师往往会忽略节点处的要求。最常见的问题就是保温预留缝隙放置位置不当,可能影响现场的防水做法或影响打胶施工作业,甚至会导致防水失效。3.2节点区域碰撞问题（1）梁与柱、梁与梁节点钢筋碰撞问题2。如图2所示,在深化设计时,由于梁锚固要求高、钢筋排布较密,深化设计师在节点设计时更多关注于某个构件的钢筋排布;同时设计平面图往往三维性不够,依赖设计师的主观经验和三维空间想象能力,容易疏忽构件间在节点处的协调问题,进而在节点处容易发生钢筋的碰撞,对后续的现场安装造成困扰,问题较严重时构件甚至要返回重新设计,造成不必要的成本浪费、施工工期延误。图2梁与梁深化设计图（2）预制墙体之间钢筋碰撞或协调问题。预制墙体之间的钢筋碰撞问题主要是在墙体“T”形或“L”形连接处,一般此处预制墙体的钢筋交接,现场吊装时钢筋容易“打架”,致使安装困难或无法安装。针对各类型预制构件的钢筋碰撞问题,在提高设计师设计水平的同时,尽可能地对常见问题进行典型问题列项建库。设计师在发图校核前,宜结合典型问题项目进行自校与销项工作,更优先的方法是采用目前比较流行的BIM技术进行设计,可充分利用BIM技术可视化功能,优化装配式建筑中各构件、管线等空间位置的分布,以期为顺利施工提供保35建筑科技2023 年 第 3 期建筑工业化Building Industrializayion障,并实现降低成本、减少工期等目标3。BIM技术具有三维设计特征,依据三维可视化的设计技术,设计师可以更加直观地发现设计中的碰撞问题,同时可以在设计中采用碰撞分析技术。经过碰撞分析的设计模型,碰撞结果直接呈现给设计师,以便于设计师进行动态调整,待分析无不合理碰撞后,方可进行出图工作,进而确保设计成果中无不合理的钢筋碰撞问题。另外,针对叠合板和叠合梁这种通过现场微调即可消除的钢筋碰撞问题,如果碰撞重合不高、数量少,可以留给现场进行调整,无需为了消除所有的钢筋碰撞而对设计内容和生产工艺进行比较大的变动调整,例如在“T”形或“L”形墙体连接处采用接驳螺栓的工艺来消除钢筋碰撞。3.3专业协同与设备安装问题（1）预制造型节点归并错误。住宅群预制构件深化设计过程中,设计负责人为了减少重复性的设计工作,往往会指定设计师进行重复性高的做法深化工作。设计师以自身分配的单体节点为蓝本,深化后分发给其他单体设计师,其他单体对应的深化设计师在获取到节点图后往往会直接套用或大致核对造型轮廓,而不对具体的尺寸进行细致的校核。在这个过程中,就容易发生节点设计预制造型节点归并错误的问题。（2）预制构件与预留线盒或管线不匹配问题。预制构件与预留线盒不匹配的问题,主要发生在预制墙体或者叠合板设计中。叠合板设计工作中,设计师在确定线盒的位置时,容易忽略线盒的型号,进而导致预埋线盒出线孔未完全露出,线管安装困难。针对预制节点归并的深化设计工作,应该完善深化设计工作部署。设计负责人宜将设计工作内容进分类,将重复性高的部分安排专人进行深化,而不是指定给某单体设计师,进而让微小误差形成大问题,影响整体的设计质量。针对预留线盒或管线与预制构件不匹配的问题,要建立设计原则与设计技术措施,因为线盒与管线作为产品,其尺寸是确定的,建立设计措施后,设计师执行控制要点,校对人员也要进行销项复核,进而消除相关问题;同时,也可以借助BIM技术手段,利用工作集和链接模型解决传统设计易存在的错漏碰缺等问题,即多名设计人员可在一个模型文件上进行绘图,并能随时观察到其他专业的进度及构件位置、尺寸等信息4。外观不一致或者距离不匹配的问题,BIM技术手段有专项性的工具进行解决。3.4施工现场问题（1）人货电梯或者外挂架预留孔缺失。尽管现在装配式建筑大多数是EPC建造模式,但是也会出现一些项目深化设计与施工单位衔接不畅的情况。施工阶段采用的人货电梯或挂架信息不能提前传递给深化设计,进而导致深化设计中忽略了人货电梯口或挂机预留安装孔的设计。（2）构件临时支撑的位置和间距设置不合理。预制墙板布置比较集中时,设计师在设计时关注墙板的深化以及单个构件临时支撑的布设工作,未考虑斜撑位置相互之间的影响,进而出现多方向斜撑相互交叉碰撞的问题（如图5所示）。施工现场的预制构件深化设计的问题大多是沟通不畅,或者施工单位提资意识不够。装配式建筑的管理工作很重要,特别是整体性的协调管理工作。在各个环节中,各个主体的责任意识具备,但是仍然以自我为中心,需要业主牵头。业主或业主委托的建造顾问应当在项目准备阶段建立沟通制度,给各方提需求与提资建立平台和窗口期,将项目中后置的工作进行提前,将设计方、深化方、预制构件厂与施工单位集合在一起,通过各方沟通实现项目的不同视角的建议,形成统一的最优化汇总。临时支撑等设计优化工作应当从两方面入手,一是设计师应当对支撑的布设更加细心,减少对应设计时的支撑碰撞,二是应当建立深化与施工的管理机制,形成“审核设计-施工审核”的工作制度,同时,深化设计时对构件支撑相互影响进行核对,对复杂易碰撞部位宜采用BIM事先校核以避免相互干涉。4结语深化设计工作是发挥装配式建筑工业化生产、现场装配式技术应用高效便捷的直接因素,同时对国家倡导的绿色文明施工、“双碳”可持续发展做出了很好的响应;深化设计工作可以让生产中模数更加统一,进而节省模具的成本开支,优化钢筋排布,提高生产效率,同时使得施工更加规范、合理,也更好地衔接业主要求、设计意图与施工的有效贯穿。预制构件的深化设计本质上是对前置设计意图的继承以及对后续施工的拆解。统筹思维下开展的深化设计工作,可以让施工中需要的构件间尺寸、规格以及生产型号等形成一个完整的整体,使生产具有统一标准。标准的统一使各个个环节能够完整对接,形成一个完整的建筑整体,促进了施工的便捷性,使施工更加便捷有效5。本文结合工作实践,针对常见问题进行了梳理,总结应对策略,为深化设计工作提供借鉴,提高深化设计的应用水平。更优的深化设计能够有效促进装配式建筑产品级的应用交付,提高装配式建筑的技术水平与建造质量,为装配式建筑持续的普及发展、高质量发展奠定坚实的基础。（下转第 39 页）39建筑科技2023 年 第 3 期建筑工业化Building Industrializayion全过程协调BIM和各部门、各专业的应用关系,最大化BIM价值。3.2技术层面3.2.1BIM模型的准确性与即时性即BIM模型需要与最新图纸保持一致,且模型信息需同预先要求的内容一致,这样各项应用才有BIM价值产生的基础。本项目施工图设计阶段虽然是基于图纸的翻模BIM应用方式,但建设方对模型质量及图模一致性一直进行着全面审查,为上述应用提供数据基础。3.2.2BIM扩展应用现如今数字化技术发展快速,除了BIM模型本身,还需和其他数字化技术和设备紧密结合起来,发挥BIM模型的衍生价值。本项目积极探索BIM和新技术、新设备的结合应用,根据不同应用需求进行实践落地。4结语本项目基本实现了建设阶段的“全员BIM”,即设计和施工阶段的建设方管理人员在其本职工作中,积极主动思考并推动BIM应用来辅助其工作的开展,使得BIM深度融入整个项目的管理过程。如何结合项目特点,将后续形成的大量的BIM数据转换为中南中心数字孪生体,为后续运营服务,尚在积极研究中。参考文献：1 张键.建筑设计管理中存在的问题及对策分析J.造纸装备及材料,2022,51(8):216-218.2 何关培.“BIM”究竟是什么?J.土木建筑工程信息技术,2010,2(3):111-117.3 沈冠宇.基于BIM技术的超高层建筑工程设计研究J.城市建筑,2022,19(20):63-65.4 刘晓勇,崔利鹏,王宁铂.BIM+信息化技术在某超高层项目建设管理中的综合应用J.智能建筑与智慧城市,2022(6):96-98.5 袁欣.基于BIM的超高层建筑管线综合技术应用研究D.西安：西安科技大学,2020.6 梁志鑫,曾荣昌.“反导向固定架”在逆作法一柱一桩施工中的应用J.现代企业文化,2010(18):132-134.7 吴金龙,张贺,黄友明,等.三维激光扫描技术和自动放样机器人在超高层建筑机电安装中的应用J.安装,2017(4):15-19.收稿日期：2023-03-30作者简介：靳金,硕士研究生,主要从事BIM融入项目管理、BIM和创新技术的结合应用等,现供职于上海慧之建建设顾问有限公司。通信地址：上海市杨浦区黄兴路221号互联宝地C1-203。5 张春国,韩鹏,崔岩嵩,等.浅谈装配式建筑深化设计J.居舍,2021（12):92-93.收稿日期：2023-03-07作者简介：高海洋,本科,助理工程师,从事装配式深化设计工作,现供职于长沙远大住宅工业安徽有限公司。通信地址：安徽省合肥市经济技术开发区加侨悦湖公馆 A 栋12层。参考文献：1 冯贵情,邱洪燕,温秋平.装配式建筑叠合板深化设计J.四川建筑,2021,41(增刊1):120-122.2 王建民,尹其平.装配式建筑PC构件深化设计中存在的问题及应对措施J.浙江建筑,2019,36(3):21-23.3 张青霞,佘健俊,叶嵩.基于GRAP-VIKOR的装配式建筑PC构件供应商选择决策J.土木工程与管理学报,2020,37(1):165-172.4 刘立超.BIM技术在装配式建筑深化设计中的应用J.山西建筑，2022,48(12):34-37.（上接第 35 页）