一、預(yù)制裝配式建筑發(fā)展現(xiàn)狀及其前景
 

        預(yù)制裝配式建筑是指在建筑過(guò)程中充分運(yùn)用預(yù)制裝配技術(shù)，其結(jié)構(gòu)構(gòu)件大多是由工廠按照工業(yè)化、精確化、標(biāo)準(zhǔn)化模式預(yù)制加工而成，并向各個(gè)建筑施工場(chǎng)地進(jìn)行運(yùn)輸，施工現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)自身的實(shí)際需求和施工設(shè)計(jì)要求對(duì)其進(jìn)行裝配，確保預(yù)制裝配式建筑的順利建設(shè)。傳統(tǒng)建筑會(huì)存在施工工藝水平較低、施工效率較低等缺陷，而預(yù)制裝配式建筑正好可以彌補(bǔ)這一缺陷，它更符合工業(yè)化生產(chǎn)的實(shí)際需要，能夠不斷地提高建筑項(xiàng)目裝配和預(yù)制技術(shù)，充分地將材料、構(gòu)件及結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)行有效的整合，有助于其工業(yè)化技術(shù)和集成化水平的提高。當(dāng)前我國(guó)正在積極推廣產(chǎn)業(yè)化建筑發(fā)展政策，最新出臺(tái)的《綠色建筑行動(dòng)方案》、《綠色建筑應(yīng)用方案》等相關(guān)規(guī)范明確規(guī)定了在未來(lái)建筑行業(yè)的發(fā)展中，應(yīng)該加大對(duì)預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等建筑體系的推廣和應(yīng)用。
 

        早在20世紀(jì)50年代初，歐洲的一些國(guó)家就開(kāi)始大力發(fā)展預(yù)制裝配式建筑。60年代初，美國(guó)、加拿大、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家也開(kāi)始了預(yù)制裝配式建筑的研究及應(yīng)用。在1989年舉行的第11屆國(guó)際建筑研究與文獻(xiàn)委員會(huì)（CIB）大會(huì)上，建筑工業(yè)化被列為當(dāng)今世界建筑技術(shù)發(fā)展的十大趨勢(shì)之一。目前，美國(guó)預(yù)制裝配式建筑在混凝土結(jié)構(gòu)中所占比例已超過(guò)35%；日本預(yù)制裝配式建筑在混凝土結(jié)構(gòu)中所占比例已超過(guò)50%。
 

        20世紀(jì)80年代，預(yù)制裝配式框架結(jié)構(gòu)、大板、升板體系等在我國(guó)建筑行業(yè)得到了空前的發(fā)展，促進(jìn)了建筑工業(yè)化的進(jìn)步，但是由于在構(gòu)件生產(chǎn)、安裝施工及結(jié)構(gòu)受力模型、構(gòu)件連接方式等方面存在的問(wèn)題，這些結(jié)構(gòu)在抗震安全性、建筑物理性能、建筑功能等方面不同程度地存在著一些問(wèn)題，在20世紀(jì)90年代已經(jīng)逐漸地被淘汰。
 

        目前預(yù)制裝配式建筑主要分為三大開(kāi)發(fā)模式：預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)制輕型鋼結(jié)構(gòu)、預(yù)制集裝箱結(jié)構(gòu)。PC（Prefabricated Concrete Structure）“預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)”，是以預(yù)制混凝土構(gòu)件為主要構(gòu)件，經(jīng)裝配、連接，結(jié)合部分現(xiàn)澆而形成的混凝土結(jié)構(gòu)。PC建筑具有高效節(jié)能、綠色環(huán)保、降低成本等諸多優(yōu)勢(shì)；鋼結(jié)構(gòu)房屋具有自重輕、跨度大、抗風(fēng)抗震性能好，保溫隔熱、隔聲等各項(xiàng)指標(biāo)卓越的特點(diǎn)，是一種高效、節(jié)能、環(huán)保、符合可持續(xù)發(fā)展方針的綠色建筑體系。適用于別墅、多層住宅、度假村、會(huì)所等民用建筑及建筑加層、屋頂平改坡、輕質(zhì)內(nèi)隔墻等；預(yù)制集裝箱結(jié)構(gòu)以集裝箱為基本模塊，采用制造模式，在工廠內(nèi)以流水線制造完成各模塊的結(jié)構(gòu)建造和內(nèi)部裝修后再運(yùn)輸?shù)焦こ态F(xiàn)場(chǎng)，按不同的用途與功能快速組合成風(fēng)格各異的房屋建筑。
 

        上海市首先對(duì)住宅采用了裝配整體式混凝土體系，包括裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)、預(yù)制疊合混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)兩種；江蘇省采用的是預(yù)制裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)體系由墻板、疊合樓板、樓梯及陽(yáng)臺(tái)等混凝土預(yù)制構(gòu)件組成，在施工現(xiàn)場(chǎng)拼裝后，采用墻板間豎向連接縫現(xiàn)澆、上下墻板間主要豎向受力鋼筋漿錨連接以及樓面梁板疊合現(xiàn)澆形成整體的一種結(jié)構(gòu)形式。北京市采用的多是裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)體系有裝配式鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)、圓孔板剪力墻結(jié)構(gòu)、裝配式型鋼剪力墻結(jié)構(gòu)三種；南京大地集團(tuán)從法國(guó)引進(jìn)了預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土裝配整體式框架結(jié)構(gòu)體系NPC，包括預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土裝配整體式框架結(jié)構(gòu)、預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土裝配整體式框架-剪力墻結(jié)構(gòu)兩種；安徽西偉德混凝土預(yù)制件（合肥）有限責(zé)任公司從德國(guó)引進(jìn)了疊合板式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系，該體系由疊合式樓板和疊合式墻板，輔以必要的現(xiàn)澆混凝土剪力墻、邊緣構(gòu)件、梁、板，共同形成剪力墻結(jié)構(gòu)，專門用于住宅建筑，預(yù)制裝配率很高。
 

        相較于普通建筑體系而言，預(yù)制裝配式建筑在不斷提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)上，可以循環(huán)利用工業(yè)廢料，在有利于綠色施工，且較短的建設(shè)周期有利于加快施工頻率，相對(duì)簡(jiǎn)單的施工工藝可以降低材料的浪費(fèi)程度，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保的目的，使建筑項(xiàng)目可以兼顧其社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。因而在未來(lái)建筑中，預(yù)制裝配式建筑的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛。
 

        二、預(yù)制裝配式建筑的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
 

        1、方案設(shè)計(jì)

        在充分考慮預(yù)制裝配式建筑技術(shù)策劃的基礎(chǔ)上，對(duì)其平面設(shè)計(jì)和立面設(shè)計(jì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化；在基本使用性能得以正常發(fā)揮的前提下，堅(jiān)持少規(guī)格、多組合的預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)原則，使預(yù)制裝配式建筑設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化和系統(tǒng)化程度得到切實(shí)的提高。立面設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該對(duì)生產(chǎn)制造各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可行性進(jìn)行重點(diǎn)分析，充分參考預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)方式及其特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)立面設(shè)計(jì)的個(gè)性化和多樣化。

 

        2、初步設(shè)計(jì)

        專業(yè)不同，其技術(shù)要點(diǎn)也不盡相同，這就對(duì)協(xié)同設(shè)計(jì)提出了更高的要求。對(duì)各種專業(yè)設(shè)備和管線的預(yù)埋預(yù)留位置應(yīng)進(jìn)行充分考慮，根據(jù)實(shí)際情況的客觀需求選擇合適的預(yù)制構(gòu)件，對(duì)經(jīng)濟(jì)性、可靠性進(jìn)行評(píng)估，對(duì)諸多可能影響施工質(zhì)量、進(jìn)度和成本的要素進(jìn)行分析，并根據(jù)客觀需求采取切實(shí)可行的技術(shù)措施。
 

        3、施工圖設(shè)計(jì)

        在初步設(shè)計(jì)階段，會(huì)根據(jù)不同專業(yè)來(lái)結(jié)合預(yù)制構(gòu)件、內(nèi)裝部品、設(shè)施設(shè)備等設(shè)計(jì)參數(shù)采取一系列技術(shù)措施。在預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)過(guò)程中，專業(yè)不同，其預(yù)留及預(yù)埋的要求就不同，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該充分考慮到這一點(diǎn)。預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的平面布置宜更加規(guī)則、均勻，并應(yīng)具有良好的整體性。平面長(zhǎng)寬比不宜過(guò)大，局部突出或凹入部分的尺度也不宜過(guò)大。結(jié)構(gòu)豎向布置宜規(guī)則、均勻，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料宜自下而上逐漸減小，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力豎向突變，承重構(gòu)件宜上下對(duì)齊，結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度宜下大上小。此外，對(duì)預(yù)制裝配式建筑連接節(jié)點(diǎn)的防水設(shè)計(jì)、防火設(shè)計(jì)和隔聲設(shè)計(jì)也應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化。
 

        4、構(gòu)件加工圖設(shè)計(jì)

        預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)單位與加工廠之間要保持一定頻率的交流和溝通。建筑單位可以對(duì)項(xiàng)目建設(shè)的實(shí)際需求進(jìn)行充分考慮，并將預(yù)制構(gòu)件的尺寸和類型提供給相關(guān)設(shè)計(jì)單位。除了需要對(duì)預(yù)制構(gòu)件門窗洞口和機(jī)電管線進(jìn)行精確定位之外，亦要對(duì)其生產(chǎn)及運(yùn)輸過(guò)程引起足夠的重視，對(duì)其施工現(xiàn)場(chǎng)涉及到在各種臨時(shí)、固定設(shè)施上安裝吊鉤、孔的預(yù)埋預(yù)留情況進(jìn)行充分考慮。
 

        5、預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)

        在預(yù)制裝配式建筑構(gòu)件設(shè)計(jì)的過(guò)程中，確保標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化原則得以貫徹落實(shí)，在構(gòu)件使用中盡可能的避免其出現(xiàn)較多的類型，其目的是提高構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化和精確化程度，同時(shí)使工程造價(jià)控制在合理范圍內(nèi)。在預(yù)制裝配式建筑中可以采用現(xiàn)澆的施工方式來(lái)處理開(kāi)洞多、異形、降板等部位，并對(duì)當(dāng)?shù)貥?gòu)件加工生產(chǎn)及運(yùn)輸?shù)哪芰M(jìn)行充分考慮。值得注意的是，其所制作的預(yù)制構(gòu)件務(wù)必保證其具有較強(qiáng)的耐久性和耐火性，在設(shè)計(jì)預(yù)制構(gòu)件時(shí)注重提高產(chǎn)品的便利性、生產(chǎn)可行性和安全性，構(gòu)件脫模及預(yù)埋吊點(diǎn)的數(shù)量要根據(jù)預(yù)制構(gòu)件尺寸的大小進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑鰷p，嚴(yán)格遵守當(dāng)?shù)馗魺岜氐南嚓P(guān)要求。在預(yù)制外墻板設(shè)計(jì)中，要使其滿足空調(diào)和散熱器的安裝要求。在建筑結(jié)構(gòu)中選擇非承重墻的隔墻板最好秉持其自重輕、安裝方便、隔音性好等原則，在不影響其使用功能發(fā)揮的基礎(chǔ)上，提高非承重隔板與主體結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。
 

        6、構(gòu)造節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

        對(duì)構(gòu)造節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化是預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重中之重，在預(yù)制外墻板缺乏足夠防水性的構(gòu)造節(jié)點(diǎn)處，如門窗接縫、門窗洞口等等，務(wù)必要滿足建筑的物理性能、耐久性、力學(xué)性能及裝飾性。在構(gòu)造節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中要充分考慮項(xiàng)目的實(shí)際情況及區(qū)域氣候特征，按照防水節(jié)能的要求，在預(yù)制外墻板垂直縫設(shè)置過(guò)程中可以采用材料防水與構(gòu)造防水相結(jié)合的方式，接縫寬度的設(shè)計(jì)應(yīng)該充分考慮外界環(huán)境的影響，如熱脹冷縮、風(fēng)荷載、地震作用等等。
 

        三、BIM技術(shù)與射頻技術(shù)在預(yù)制裝配式建筑的應(yīng)用

        預(yù)制裝配式建筑的空間移動(dòng)需要依靠建筑信息模型技術(shù)（BIM技術(shù)）及射頻技術(shù)的支持，在預(yù)制裝配式建筑轉(zhuǎn)向綠色全壽命周期建筑中，這兩項(xiàng)技術(shù)起到了至關(guān)重要的作用。
 

        1、BIM技術(shù)

        在整個(gè)建筑工程全壽命周期中，BIM技術(shù)是其核心管理技術(shù)，在虛擬三維空間中可以有效地避免信息孤島的階段性產(chǎn)生。BIM技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)就是可以有效地管理建筑項(xiàng)目全壽命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)及增加專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)所需要的正是這種管理系統(tǒng)。預(yù)制裝配式建筑全壽命周期的數(shù)據(jù)是BIM技術(shù)的核心所在，其可以有效管理包括單個(gè)設(shè)備、子裝配體、對(duì)裝配體在內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)提供方便數(shù)據(jù)導(dǎo)入的分析元件的接口，為后續(xù)建模計(jì)算提供便利條件
。

        2、射頻技術(shù)

        構(gòu)件所產(chǎn)生的物理信息和幾何信息可以通過(guò)射頻技術(shù)被精確地記錄下來(lái)，由于裝配式建筑的生產(chǎn)在工廠，但是其組裝卻是在項(xiàng)目地，這一過(guò)程勢(shì)必會(huì)就會(huì)涉及到倉(cāng)儲(chǔ)、驗(yàn)收、安裝、物流、生產(chǎn)等各個(gè)環(huán)節(jié)，且每個(gè)環(huán)節(jié)都要對(duì)構(gòu)件身份進(jìn)行識(shí)別，其目的就是盡可能的避免信息孤島的階段性產(chǎn)生，降低人工錄入信息出現(xiàn)失誤的頻率，有利于及時(shí)更新BIM模型信息。此外，應(yīng)用射頻技術(shù)有利于物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理工程材料，為構(gòu)件的動(dòng)態(tài)運(yùn)輸提供便利的條件。