以装配率为导向的装配式建筑方案设计优化

时 铭 凌福宁 李明川

山东恒信建筑设计有限公司

1 引言

现如今，人们对建筑各方面的要求正越来越高，传统建筑显然已经无法再完全满足人们的要求，一些新的建筑形式正逐渐应运而生，装配式建筑就是其中之一。装配式建筑不但改善了传统建筑施工速度慢、效率低等缺点，同时还能够有效保障建筑质量与性能，但相应的，装配式建筑对方案设计的要求也更高。通过以装配率为导向，可以对装配式建筑方案设计进行优化。在过去的相关研究中，虽然也会涉及一些关于装配率的概念，但却不能充分体现出装配率的导向性作用，因此本文基于BIM 技术和Dynamo 参数化平台对以装配率为导向的装配式建筑方案设计优化进行了研究，仅供参考。

2 基于GB/T 51129-2017《装配式建筑评价标准》的装配式建筑评价标准及构件拆分原则

2.1 装配式建筑评价标准

2.1.1 装配率的概念及装配式建筑的标准

GB/T 51129—2017《装配式建筑评价标准》整合了构件预制率和部品装配率等概念，将以往的预制率、预制装配率以及装配化率等概念统一用“装配率”来形容。具体来说，装配率指的是：单体建筑室外地坪以上的主体、围护及内隔墙、装修管线、设备管线等应用预制部品部件的综合比例。同时，在《装配式建筑评价标准》中还明确了装配式建筑的最低准入门槛，即：装配率≥50%、采用全装修及主体结构部分的评价分值≥20 分、围护及内隔墙部分的评价分值≥10分。另外按照装配率进行划分，可以将装配式建筑分为三级：A 级的装配率在60%～75%、AA 级的装配率在76%～90%、AAA级的装配率在91%及以上。

2.1.2 装配式建筑的设计程序

一般情况下，装配式建筑的设计程序主要分为以下三个阶段：（1）方案设计阶段：从户型和标准层的设计、构件拆分原则的确定、PC的布置方案等入手进行装配式建筑的方案设计；（2）初步设计阶段：对预制构件的类型及尺寸等进行合理的选择；（3）施工图设计阶段：对PC 构件进行深化设计，对设计信息进行扩展。

2.1.3 预制构件设计的优先次序

按照建筑结构进行分类，装配式建筑可分为框架结构装配式建筑、剪力墙结构装配式建筑、框架-剪力墙结构装配式建筑、框架-核心筒结构装配式建筑这四种类型，而其中的预制部件则主要包括预制剪力墙、预制柱、预制梁、预制外挂墙板、预制叠合板、预制楼梯、预制阳台及预制空调板等等。以某剪力墙结构装配式建筑工程为例，由于其主体结构的占比较大，装配率贡献度较高的为预制梁、预制叠合板、预制非承重外围护墙等预制部件，其次为预制承重墙，而一些次要结构的受力构件的装配率贡献度较小，所以在该工程的构件选择中，不但要考虑到构件占比问题，还要充分考虑到预制构架的制作方法、施工工艺及安装工艺等的特点，所以最终的预制构件设计次序为：预制楼梯、预制阳台及预制空调板等次要结构的受力构件→预制梁和预制叠合板→预制非承重外围护墙→预制承重墙→预制柱→预制内隔墙。此外，若该工程要求达到A 级及以上，则还应满足PC 构件的最低要求。

2.2 构件拆分原则

构件拆分是装配式建筑方案设计的一项关键环节，目前主要是应用一些相关插件对PC构件进行拆分，如Structural Precast for refit 插件。该插件能够根据拆分原则设定的拆分条件，对结构楼板、基础底板、结构墙体等进行有效的分割，从而实现对预制构件的分块设计。另外在实际构件拆分过程中还要综合考虑装配式建筑工程的实际情况。

3 基于BIM技术和Dynamo参数化平台的设计优化

3.1 基本方法及设计步骤

先根据上述构件拆分原则预先将预制构件确定好，然后应用BIM 技术，通过Dynamo 参数化平台，对装配式建筑方案进行设计优化。其具体的设计步骤为：第一步：确定及选择构件图元，通过Dynamo提取模型构件参数信息；第二步：利用相关比例公式对各项进行评分，根据评分值计算装配率；第三步：根据装配率评价工程等级。如果装配率或评级等级未达标的话，则可以应用Dynamo参数化平台中的相关节点来快速调整设计方案，直至装配率或评级等级达标为止。

3.2 应用实例

3.2.1 工程概况

某剪力墙结构装配式住宅建筑工程，共两层4户，建筑总面积约570.16m2，设计使用年限为50 年，耐火等级不低于2 级，屋面防水等级为2级，目标装配率为78%，评级等级为AA级，工程全装修。

3.2.2 标准化设计

根据工程的实际要求进行户型的标准化设计。根据上述构件拆分原则及JGJ 1—2014《装配式混凝土结构技术规程》中的相关规定，主要采用预制剪力墙、预制叠合板、预制楼梯等预制部件。预制构件设计次序为：预制楼梯、预制非承重外围护墙、预制叠合板、预制内墙、预制剪力墙。

3.2.3 装配率计算及方案优化

应用Structural Precast for refit 插件进行构件拆分，在楼梯、非承重外围护墙、叠合板、内墙、剪力墙等构件分别采用预制构件的情况下，通过Dynamo 参数化平台及相关计算规则，对预制部件的应用比例进行计算，得出：预制墙板58.11%、预制叠合板60.50%、预制楼梯2.20%、预制非承重外围护墙100.00%。再通过python 评分公式对各项进行评分，得出装配率为58.80%。但是该工程的目标装配率为78%，所以需要对其设计方案进行优化。通过可滑动节点Number Slider，根据预制构件的权重比例对其应用比例进行适当调整，最终达到了78%的装配率。

4 结语

本文设计了一种通过BIM 技术和Dynamo 参数化平台对以装配率为导向的装配式建筑方案进行设计优化的方法，并对该方法进行了实际应用，达到了装配式建筑工程的目标装配率，说明该方法具有可行性，值得推广。