预制装配式建筑施工技术的成本优化研究
时间：2023-03-26 21:35:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
吕利涛
随着社会的进步，人们对住房的要求逐渐改变，建筑行业逐步向工业化转型，房屋建筑结构也向快速、节能、环保的方向发展，各种房屋结构形式应运而生。为了实现更低成本、更高效、更绿色的建筑施工，满足传统的建筑功能，需要研究预制装配式建筑施工技术的成本优化性能。经研究表明，预制装配式建筑施工技术可以花费更少的成本，是实现建筑行业产业化最有效的路径。
本文以某市的居民住宅为例，工程位置临靠规划道路与已建住宅用地。此次施工项目由3 个单元的6 层普通住宅与5个单元的12 层小高层建筑构成，建筑层高均为2.8 m，结构形式为剪力墙结构，主楼基础采用钻孔灌注桩，地下室车库采用预应力混凝土管桩。在以往的建筑工程中，都是在工程现场生产制作楼房构件，存在未严格按照图纸施工的现象，难以保证工程质量。本次施工采取预制装配式建筑施工技术，将工程中需要的结构构件在工厂提前预制加工，如楼梯、阳台等，然后在工程现场进行组合安装即可。这种建筑工程技术更加节能环保，有助于实现建筑施工的标准化。
2.1 基于BIM 技术设计建筑模型
本工程初期阶段，项目部需要基于建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术构建建筑模型[1]。将BIM 技术融入建筑施工过程中，主要是通过Autodesk、Revit 以及广联达BIM 施工现场布置等软件建立施工构件模型，该模型与实际楼房极为相似，而且细节处的视觉效果良好，可以及时发现工程中存在的问题并进行修改，有效避免工程返工造成人力资源及物力资源的浪费，达到成本优化的效果[2]。BIM 阳台模型如图1 所示。
图1 BIM 阳台模型（来源：网络）
在预制装配式建筑施工过程中应用BIM 技术，由于楼房的主体结构为剪力墙结构框架，需要考虑屋内屋外、墙内墙外的维护系统。基于优化成本的条件，可采用铝板幕墙与玻璃幕墙作为外覆双曲造型。在实际施工过程中，应用BIM技术设计装配式建筑的整体模型，严格按照设计模型组装构件，形成建筑楼房实体。将BIM 技术应用于建筑施工过程中，可以有效防止实际施工与设计图纸不符的问题发生，并且可以在一定程度上保证工程的施工质量[3]。
2.2 预制构件的制造
工厂制作构件时，利用BIM 技术采集整理芯片信息数据，促使建筑构件的各指标均满足相关规定，从而保证了构件的质量。首先，通过应用BIM 模型，可以直观展示各个构件的具体信息，帮助制造工厂充分掌握各类构件的具体数据及对应的施工现场信息，在对施工现场进行智能化控制的同时，制作出所需的建筑构件，可以在一定程度上避免预制构件制作过程中出现的构件制造遗漏和材料浪费等问题。其次，在制造预制构件的过程中，还需要对施工现场进行合理控制与管理。将设计的预制构件编码标注，并与实际构件一一对应，通过BIM 技术收集并控制所有构件的信息数据，实时跟踪每一个具体构件的情况，避免在实际施工过程中，因对应构件使用错误，而导致施工现场出现安全事故，既能保证建筑施工组合安装过程的顺利进行，还能提高建筑施工工程的安全性。最后，按照预先设计好的建筑施工模型及图纸，根据建筑施工工程的实际情况，选取对应位置的建筑构件并进行组装，以避免构件组装工程中出现构件安装位置或方向错误的情况，保障建筑施工工程质量的合规性[4]。
2.3 预制构件的运输与存放
当工厂制作完成建筑施工过程所需的预制构件后，要将预制构件运输到施工现场存放，便于建筑施工工程的开展。预制构件的运输通常由建筑施工方负责，对于运输过程也有严格的要求。运输之前，需要根据预制构件的运输特性，设计具有针对性的运输路线，由于建筑构件的尺寸一般较大，因此在预制构件运输过程中，需要安排大型的运输车辆，避免在崎岖不平的道路上颠簸，导致运输途中预制构件磕损。
待预制构件到达施工现场后，先要深入了解现场用于存放建筑构件的环境，然后制定出合理的构件存放策略，在此基础上，应采用专业机器进行堆放处理[5]。关于预制构件的堆放，需要注意以下几个方面。第一，预制构件堆放时，务必处于均匀受力的状态，用于存放建筑构件的区域必须符合负载标准，且满足平整度要求，避免堆放时发生倾倒。第二，用于堆放预制构件的区域，需要提前做好排水处理，避免极端天气产生的积水对建筑构件的质量造成影响。第三，在建筑构件存放前，要在存放区域设置能够起到实时保护作用的垫层装置；
并且为了方便后续的组装工程，预制构件应向上堆放。第四，工程材料管理人员需事先检测好堆放区域的负载水平是否满足要求，再采用堆叠的方式堆放预制构件以降低风险[6]。
2.4 预制构件的吊装
本次施工的建筑结构为剪力墙结构，在施工过程中需要用到的建筑构件分别是墙板、叠合板、叠合梁、阳台以及楼梯等。基于工程特点，利用吊装的方式对预制构件进行组合安装。本次工程中，6 层居民楼建筑的转换层为第1 层，12层小高层建筑的转换层为第3 层，楼房第1 层建筑构件的吊装准确性与转换层的钢筋位置有直接关系，钢筋定位工序影响着吊装工程的质量与精度，工程人员需要利用相关施工经验，设计钢筋定位钢板。在安装好平台构件后，进行楼面钢筋的绑扎工程，但在开展此工程前，需要在上1 层平台预留控制点的基础上，在楼层平台构件上设置钢筋定位的控制线，进行测量放样。另外，根据设计图纸上标注的钢筋连接规范，制作工程所需的定位钢板。在此过程中，需要注意定位钢板上各个钢筋孔之间的距离误差应小于2 mm，钢筋孔与控制线之间的距离误差应小于5 mm。
楼面工程完成后，进行预制墙面与预制墙柱的吊装工程。在吊装开始前，需要提前做好相关准备工作，预制墙柱位置需要参照设计图纸的钢筋位置弹线，墙柱安装前工程区域需要清扫干净，而且对于各个楼层的施工工程都需要进行高程复核。吊装工程所需工具主要包括吊装钢箱、吊装钢丝绳、登高梯以及垂直尺等；
预制构件安装工程中主要用到正反斜撑、固定铁件、剪力撑、螺栓以及垫片等零件。
3.1 检验施工质量
在工程竣工后，需要采集建筑施工的质量参数，并对其进行异常值检测，再根据由工程诊断模型获取的失控质量参数，判断工程施工的整体质量。在采集质量参数时，应建立在项目施工所使用的预制构件之上，这样既可保障工程施工的稳定性，也可为今后的建筑工程提供参考意见。在本次研究中，基于建筑构件的吊装工程，采集建筑施工过程中3个重要工序的质量参数。在本次施工质量的检验过程中，利用施工单位的测量工具，能够最大限度确保数据的准确性。质量数据采集完成后，利用过程能力算法进行数据处理，得到剪力墙结构中梁构件的吊装工序、墙柱构件的吊装预埋工序以及楼梯构件的吊装工序的质量参数数据。以上3 个工序的质量参数允许偏差值均为0 ～5 mm，本次采集的质量参数偏差值如表1 所示。
由表1 可知，在本次研究的施工过程中，采集到的各工序质量参数偏差值均满足规范要求，说明本文所研究的预制装配式建筑施工技术在优化成本的条件下，其实际施工质量符合基本要求。
表1 质量参数偏差
3.2 对比施工成本
为了验证所研究的预制装配式建筑工程的成本优化性能，采用对比分析的方法，将传统建筑与本文所研究的预制装配式建筑的建造成本进行对比。根据对实际工程的调查可知，预制装配式建筑居民住宅的土建成本约为860 元/m2，传统现浇混凝土建筑居民住宅的土建成本约为1 380 元/m2，其中预制装配式建筑成本中的大部分费用集中于预制构件的生产及运输存放方面。在施工工程的排水工序、电气工序以及装饰工序中，预制装配式建筑与传统现浇混凝土建筑的成本比较及原因分析如表2 所示。
表2 工程中各工序成本比较
由表2 得知，本文所研究的预制装配式建筑施工技术，由于所需建筑构件均事先在工厂制作，能够降低后续构件安装工序的一些成本。根据采集到的数据，得到预制装配式与传统现浇混凝土式建筑施工工程的具体费用如图2 所示。
图2 施工费用对比（来源：作者自绘）
由图2 可知，在本次预制装配式建筑施工中，材料费、人工费、误工费以及管理费较现浇混凝土式建筑施工技术所消耗的费用更少，说明本文研究的预制装配式建筑施工技术在实际施工过程中成本更低，整体成本优化性能较好。
预制装配式建筑由于自身具备成本低、工期短及能源损耗较小等优点，受到越来越多建筑公司的认可，并得到了广泛的应用，在实际施工中具有重要的应用价值。在优化成本的预制装配式建筑施工中，需要建筑工厂不断进行研究与创新，制作出更加完善的预制构件，并利用更加先进的建筑技术完成施工工程。在绿色、高效、低成本工程的前提下，进一步提升建筑的施工质量，使预制装配式建筑在未来得到更广泛的应用，以促进建筑行业的可持续发展[7]。
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