装配式建筑方案优化设计

系统分析装配式建筑设计标准和设计程序的基础上以装配率为目标导向，应用BIM参数化设计方法，实现装配式建筑与装配率目标导向的有机结合，并通过统计分析提出不同装配率下预制构件应用比例的选择参考，最后通过实例验证了该方法进行装配式建筑方案设计优化的可行性。

01基于《标准》设计

原则和预制构件选择

装配式建筑评价标准

《标准》规定: “建筑装配率不低于50%、采用全装修、主体结构部分的评价分值不低于20 分、围护墙和内隔墙部分的评价分值不低于10 分”的建筑为装配式建筑。并且主体结构竖向构件中预制部品部件的应用比例不低于35%，可进行装配式建筑等级三级评价(见表1) 。

装配式建筑的设计程序

装配式建筑的设计程序分为方案设计、初步设计、施工图设计3个阶段，如图1所示。

图1 装配式建筑设计程序

预制构件设计优先次序

鉴于剪力墙结构在我国的普及性，本文以装配式剪力墙结构体系为研究对象，通过对我国11项代表性装配式建筑工程的统计分析，得出装配式建筑剪力墙结构的外部权重和内部权重，以及评级标准规定的单项构件预制率的最低要求，结合《标准》评分表，剪力墙结构预制构件率最低要求和相应权重如表2所示。

由表2中可知，主体结构部分占比较大，其中 梁、叠合板以及预制非承重外围护墙对装配率的贡献程度最高，承重墙次之，其余次要结构受力构件贡献率最小。根据现有的装配式建筑设计经验，在构件选择时，除考虑构件占比外，还需结合预制构架的制作、施工工艺和安装等特点进行综合考虑。一般来说，预制构件的选择顺序如图2所示。

图2 预制构件选择顺序

此外，通过统计分析，得到不同评价等级对应的构件应用比例(如表3) ，因预制构件中梁、板对装配率影响最大，所以装配率的变化主要以调整梁、板应用比例为主。

构件拆分原则

装配式建筑构件拆分是设计的关键环节，根据《预制预应力混凝土装配式整体式框架结构技术规程》JGJ224－2010和相关文献中的规定，对构件的拆分一般遵循“少规格、多组合”的原则，具体规定见表4。

02基于BIM的参数化设计

基于装配率的BIM参数化方案优选设计流程

根据拆分原则，预先确定及预制构件，结合BIM参数化平台，进行装配式建筑方案设计。

基本思路是: 首先确定和选中构件图元，利用BIM提取模型构件参数信息，然后根据各评价项应用比例公式对各项评分( 评分标准见表1) ，利用评分值进行装配率计算，最后根据装配率进行等级评价。具体流程如图3所示。

图3 BIM参数化设计流程图

03应用实例

装配式建筑的设计程序

本工程为两层剪力墙结构住宅，共计4户，二类建筑，采用65?标准化户型模块，建筑总面积570.16?，共两层，采用装配剪力墙结构体系，目标装配率为78%，AA级装配式建筑，工程全装修。图4为本工程的BIM三维图。

图4 BIM三维图

标准化设计

1.户型标准化设计

通过归纳整理住宅户型设计及组合形式，本文户型设计主要有35?、50?、65?三种标准化户型，图5为基于标准化设计的基本户型平面布置图。

图5 标准层平面图

2.预制构件设计原则

本项目结构设计执行《装配式混凝土结构技术规程》JGJ1－2014相关规定以及上述的构件拆分原则，其中主体部分结构采用预制剪力墙、叠合板、预制楼梯等预制部品。

3.预制构件选择顺序

本项目预制构件选择顺序为楼梯、女儿墙、叠合板、内墙、剪力墙。

装配率计算及方案优选

1.装配率计算

利用BIM对构件进行拆分，拆分界面和拆分部分结果分别如图6和图7所示。

图6 拆分界面

图7 板、墙拆分示意图

当楼梯、内墙、剪力墙、叠合板、女儿墙等构件分别采用预制构件的情况下，利用BIM通过计算规则计算预制部品部件的应用比例，其应用比例计算结果见表6。

最后通过编写python评分公式对相关项评分，得出装配率为58.8%，程序运行的工作空间如图8所示。

图8 程序运行空间

2.方案优化

上文计算出的装配率未达到目标，可将装配率调整为78%，BIM会按照构件权重比例更改构件应用比例，从而根据应用比例的变化，更改方案设计。项目修改装配率后，各构件应用比例如表7所示。

04结语

以装配率为目标导向，利用BIM技术对装配式建筑方案设计，有助于整体设计方案的拟定。在总体设计目标确定的基础上，依据现有技术手段和实践经验，优先确定预制构件和拆分设计，在此基础上进行预制构件的深化设计，是装配式建筑方案设计的关键。本文研究了预制构件拆分原则和优选顺序，通过参数化设计实现了装配率的自动计算和方案优选，为装配式建筑方案优化设计提供借鉴和指导。