摘要：随着我国经济发展，国家大力推动建造方式创新以缓解资源能源浪费、施工污染严重等各方面的压力。在此形势下，住宅产业化、建筑工业化、装配式结构将成为未来发展的趋势。本文从结构设计的角度出发，简要阐述了装配式混凝土结构，并从结构整体计算分析、结构构件设计等方面介绍了装配式结构设计方法，探讨了该方法在设计中存在的一些问题，进而分析标准化和基于BIM的装配式结构设计方法所具有的优势。
关键词：装配式混凝土结构；设计方法；标准化；BIM技术
引言
目前，我国的建筑大多为现场施工，作为主要结构形式的钢筋混凝土结构，基本采用现浇的方式。这种粗放型的发展，不但大量消耗了能源，也对环境造成了不利的影响。
近年来，装配式结构越来越多的被提出和使用。国家和行业主管部门也陆续出台了一系列关于装配式建筑的意见和方案来推动装配式的发展。
其中，国办发[2016]71号《关于大力发展装配式建筑的指导意见》指出要大力发展装配式建筑。国办发〔2017〕19号《关于促进建筑业持续健康发展的意见》提出要加快推进建筑信息模型（BIM）技术在规划、勘察、设计、施工和运营维护全过程的集成应用。京政办发[2017]8号《关于加快发展装配式建筑的实施意见》 明确指明到2020年，实现装配式建筑占新建建筑面积的比例达到30%以上。
从以上可以看出，国家和行业主管部门大力推动装配式建筑发展，为装配式建筑的发展指明了方向。不但对未来一段时间装配式建筑的比例提出要求，也明确了设计人员应当提升装配式建筑的理论和实践水平。
1 装配式混凝土结构概述
装配整体式混凝土结构是指预制混凝土构件通过可靠的连接方式进行连接并与现场后浇混凝土、水泥基灌浆料形成整体的结构[1]。装配式结构的部分构件在工厂加工，运到现场后再进行装配和连接，因此在一定程度上能够减少人工、提高质量、缩短工期、降低能耗、减少对环境的污染。
2 装配式混凝土结构设计方法
我国装配式混凝土结构采用等同现浇的结构设计方法。设计除依据常用的规范图集、《装配式混凝土结构技术规程》外，《装配式混凝土建筑技术标准（GB /T 51231 2016）》也于6月正式实施。
结构设计工作主要包含：结构整体计算分析、结构构件设计、预制构件设计、预制构件连接节点设计及预制构件的深化设计。
在整体计算上，装配式混凝土结构与现浇结构一样进行受力分析，但个别参数有所调整，例如装配整体式剪力墙结构中，同层墙肢既有现浇又有预制的情况下，现浇部分的弯矩及剪力需乘以1.1的放大系数。
整体计算分析后，根据结果进行结构构件设计。预制梁、板、墙柱的构件设计不仅要满足现行规范、考虑使用阶段，还需要考虑到后期预制阶段的混凝土拆模时的强度和吊装阶段的起吊方法等。
结构构件设计后，需要对预制构件进行拆分和归并。拆分前，需要充分考虑到现场的施工条件，拆分后的构件除了要满足建筑的使用要求，还要满足运输和吊装需要。
保证节点的可靠连接是装配式结构等同现浇的关键之一，不同的装配式结构、不同的位有不同的节点连接方式。例如装配整体式框架结构中，柱纵向受力钢筋在柱底连接时，可采用套筒灌浆连接或浆锚搭接连接。
深化设计是为了便于施工，满足预制构件在生产、吊装、安装等方面需求所做的一项辅助设计工作[2]。具体的工作例如预制板洞口和电气线盒预留、预制墙体的管线、洞口、电箱预留、施工过程中脚手架的预留孔洞等。
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通过上述装配式混凝土结构设计方法，我们不难看出存在的一些问题。先整体计算再设计构件并拆分，会导致拆分后构件的规格和种类繁多，一方面增加了设计的工作量，另一方面增加了构件在工厂加工的时间和成本。另外，深化设计也容易存在各专业碰撞、考虑不周等情况。而标准化和基于BIM的结构设计方法在这些问题上就具有一定的优势。
3 标准化设计的重要性
标准化设计是建筑工业化的前提，可以提升工程建设效率和经济效益[3]。和传统的建筑生产方式不同，工业化的最大特点即设计施工一体化。设计应从方案阶段开始，由建筑师和结构师配合完成。建筑专业应注意户型和立面等标准化，结构专业根据实际情况，设计和拆分构件，实现预制构件的标准化。从方案阶段开始的预制构件标准化做好了，才能通过减少加工厂加工的模具数量等措施来有效的控制成本。
4 基于BIM的装配式结构设计方法
前文已讨论过上述的装配式结构设计方法会导致预制构件尺寸型号过多，不利于标准化和工厂化。而基于BIM的装配式结构设计方法，则是将标准通用的构件统一在一起形成预制构件库，结构设计人员从预制构件库中挑选构件，完成BIM模型的搭建，再进行结构设计和复核，最后将设计完成的BIM模型交付使用。可以说，BIM 技术正逐步跨越到规划、设计、施工、运维全生命周期过程中[4]。
预制构件库是基于BIM技术的装配式结构设计的核心和首要工作。预制构件库应包含标准化、通用化的预制梁板墙柱等构件，并在陆续的设计过程中补充具有满足特殊要求的预制构件，不断完善构件库。
BIM模型的构建在预制构件库完成后进行，设计人员可根据需要在构件库中查询和调用。当所需构件在构建库中不存在时，可定义设计新的构件，并归入构建库中。
BIM模型构建完成后，还需对模型进行分析复核以保证结构的安全性。分析复核不通过时，可重新选择构件进行分析直到满足要求。通过的结构设计方案，应进行碰撞检查来完善和优化，以减少日后返工等问题。
BIM技术应用于建设项目的全生命周期，上述分析通过的BIM模型交付使用后，可通过BIM技术模拟施工进度和施工方案，以此合理的安排现场和生产、运输、安装等。
综上所述，基于BIM的装配式结构设计方法具有一定的优势。它不但可以实现产业化建造、控制工期、提高效率，还能够实现设计和施工一体化，并以三维技术进行技术交底，提高工程质量[5]。
结语
现阶段，装配式结构设计方法正不断完善，在BIM技术的帮助下，极大提升了预制装配式混凝土结构设计效率，并有针对性的解决施工阶段混凝土构件的对接问题，提高施工效率，减少施工材料的浪费。结构设计人员应当努力提高一体化设计能力，尤其是在设计深度、标准化设计和 BIM全生命周期的信息化管理等方面不断提高自己的能力和水平，协助和促进装配式结构和建筑产业化的良好发展。
参考文献：
[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB/T 51231 2016装配式混凝土建筑技术标准 [S]. 北京：中国建筑工业出版社.
[2] 赵秋萍. 装配式结构施工深化设计要点[J].施工技术，2017（46）：21-22.
[3] 刘云佳. 标准化设计是建筑工业化的前提[J].城市住宅，2015（05）：12-13.
[4] 闫浩，邓思华，李晨光等. BIM 技术在装配式混凝土框架结构中的研究与应用[J]. 建材技术与应用，2016（04）：33~34.
[5] 鲍子虞. 基于BIM技术的预制装配式混凝土结构设计方法初探[J].建材与装饰，2015（11）：137~138.
论文作者:胡海楠,孙勃
论文发表刊物:《基层建设》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/16
标签：构件论文; 预制构件论文; 结构论文; 结构设计论文; 建筑论文; 混凝土论文; 方法论文; 《基层建设》2017年第18期论文;