系統(tǒng)分析裝配式建筑設(shè)計標準和設(shè)計程序的基礎(chǔ)上以裝配率為目標導向，應(yīng)用BIM參數(shù)化設(shè)計方法，實現(xiàn)裝配式建筑與裝配率目標導向的有機結(jié)合，并通過統(tǒng)計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，最后通過實例驗證了該方法進行裝配式建筑方案設(shè)計優(yōu)化的可行性。

01基于《標準》設(shè)計

原則和預(yù)制構(gòu)件選擇

裝配式建筑評價標準

《標準》規(guī)定: “建筑裝配率不低于50%、采用全裝修、主體結(jié)構(gòu)部分的評價分值不低于20 分、圍護墻和內(nèi)隔墻部分的評價分值不低于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%，可進行裝配式建筑等級三級評價(見表1) 。

組裝式建筑設(shè)計步驟

組裝式建筑設(shè)計步驟分為方案設(shè)計、初步設(shè)計、施工圖設(shè)計三個階段，如圖1所示。

圖1裝配式建筑設(shè)計流程

預(yù)制構(gòu)件設(shè)計優(yōu)先順序

鑒于剪力墻結(jié)構(gòu)在我國的普及性，本文以組裝式剪力墻結(jié)構(gòu)體系為研究對象，通過對我國11項代表性組裝式建筑工程的統(tǒng)計分析，得出組裝式建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的外部權(quán)重和內(nèi)部權(quán)重，以及評價標準規(guī)定的單項構(gòu)件預(yù)制率的最低要求，結(jié)合標準評價表，剪力墻結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件率的最低要求和相應(yīng)權(quán)重如表2所示。

表2顯示，主體結(jié)構(gòu)部分比較大，其中梁、重疊板、預(yù)制非耐力周邊墻對組裝率的貢獻度最高，耐力墻接下來，其馀次結(jié)構(gòu)受力部件的貢獻率最小。根據(jù)現(xiàn)有的裝配式建筑設(shè)計經(jīng)驗，在構(gòu)件選擇時，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進行綜合考慮。一般來說，預(yù)制構(gòu)件的選擇順序如圖2所示。

圖2預(yù)制構(gòu)件的選擇順序

另外，通過統(tǒng)計分析，得到不同評價等級對應(yīng)的構(gòu)件應(yīng)用比例(如表3)，預(yù)制構(gòu)件中梁、板對組裝率的影響最大，因此組裝率的變化主要以調(diào)整梁、板的應(yīng)用比例為主。

部件分割原則

組裝式建筑部件分割是設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，根據(jù)《預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土組裝式整體框架結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ224-2010和相關(guān)文獻的規(guī)定，部件分割一般遵循少規(guī)格、多組合的原則，具體規(guī)定如表4所示。

02基于BIM的參數(shù)化設(shè)計

基于裝配率的BIM參數(shù)化方案優(yōu)選設(shè)計流程

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，進行裝配式建筑方案設(shè)計。

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)各評價項應(yīng)用比例公式對各項評分( 評分標準見表1) ，利用評分值進行裝配率計算，最后根據(jù)裝配率進行等級評價。具體流程如圖3所示。

圖3BIM參數(shù)化設(shè)計流程圖

03應(yīng)用實例

組裝式建筑設(shè)計步驟

本工程為二層剪力墻結(jié)構(gòu)住宅，共4戶，二類建筑，采用65㎡標準化戶型模塊，建筑總面積570.16㎡，二層，組裝剪力墻結(jié)構(gòu)體系，目標組裝率78%，AA級組裝式建筑，工程全部裝修。圖4是本工程的BIM三維圖。

圖4BIM三維圖

標準化設(shè)計

1.戶型標準化設(shè)計

總結(jié)整理住宅戶型設(shè)計和組合形式，本文戶型設(shè)計主要有35㎡、50㎡、65㎡三種標準化戶型，圖5是基于標準化設(shè)計的基本戶型平面布局圖。

圖5標準層平面圖

2.預(yù)制部件設(shè)計原則

本項目結(jié)構(gòu)設(shè)計實行《預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ1-2014相關(guān)規(guī)定和上述部件分割原則，其中主體部分結(jié)構(gòu)采用預(yù)制剪力墻、疊板、預(yù)制樓梯等預(yù)制部件。

3.預(yù)制構(gòu)件的選擇順序

本項預(yù)制構(gòu)件的選擇順序為樓梯、女兒墻、重疊板、內(nèi)壁、剪力墻。

組裝率計算和方案優(yōu)選

1.組裝率計算

利用BIM分割部件，分割界面和分割部件的結(jié)果分別如圖6和圖7所示。

圖6拆卸接口

圖7、墻拆卸意圖

樓梯、內(nèi)壁、剪力墻、重疊板、女兒墻等部件分別采用預(yù)制部件時，利用BIM按計算規(guī)則計算預(yù)制部件的應(yīng)用比例，其應(yīng)用比例計算結(jié)果為6。

最后通過寫python評分公式對相關(guān)項目進行評分，組裝率為58.8%，程序運行的工作空間如圖8所示。

圖8程序運行空間

2.方案優(yōu)化

上述計算的組裝率未達到目標，組裝率可調(diào)整為78%，BIM根據(jù)部件權(quán)重比例改變部件的應(yīng)用比例，根據(jù)應(yīng)用比例的變化改變方案設(shè)計。項目修改裝配率后，各部件的應(yīng)用比例如表7。

04結(jié)語

以組裝率為目標，利用bim技術(shù)設(shè)計組裝式建筑方案，有助于制定整體設(shè)計方案。在總體設(shè)計目標確定的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)手段和實踐經(jīng)驗，優(yōu)先確定預(yù)制部件和分割設(shè)計，在此基礎(chǔ)上進行預(yù)制部件的深化設(shè)計是組裝式建筑方案設(shè)計的關(guān)鍵。本文研究了預(yù)制構(gòu)件的分割原則和優(yōu)先順序，通過參數(shù)化設(shè)計實現(xiàn)了組裝率的自動計算和方案優(yōu)先，為組裝式建筑方案的優(yōu)化設(shè)計提供了參考和指導。