基于结构构件标准化率定量计算的装配式建筑标准化设计方法研究

The types of structural components constrains the construction efficiency of prefabricated buildings. At present, the lack of control optimization methods in the architectural design stage restricts the development of prefabricated buildings. Previous research on building standardized design mostly focuses on the aspects of modularized and modular. It lacks the correlation research between the standardized ratio calculation and the combination rule at the component level, so it fails to establish a standardized architectural design method to guide the practice. This project takes structural component as the research object and takes the structural component standardized ratio as the entry point. For the issue of too many types of fabricated buildings components and low construction efficiency, the application of building information modeling technology, through the research of structural components feature recognition analysis and attribute information extraction method, the calculation model for the standardized ratio of structural components will be established. The automatic calculation software for components standardized ratio based on SketchUp (for the design phase) and Revit will be provided. And also the standardized design method of prefabricated buildings will , based on standard components combinations will be refined. The method helps to optimize the design of the component system and subsequent processes of the prefabricated buildings during the design phase, and provides a quantitative basis for the standardized design, thereby promoting the improvement of construction efficiency and performance indicators.

结构构件的种类数量约束着装配式建筑的建造效率，目前建筑设计阶段缺少该方面的控制优化方法，制约了装配式建筑的良性发展。当前针对建筑标准化设计的研究多集中于模数化和模块化等方面，缺少在构件层面的标准化率定量计算与组合规则的关联研究，因此未能形成指导实践的标准化建筑设计方法。本项目以结构构件为研究对象，以结构构件标准化率为切入点，针对装配式建筑构件种类过多和建造效率不高的问题，应用建筑信息模型技术，通过开展结构构件特征识别分析和属性信息提取方法的研究工作，建立装配式建筑结构构件标准化率计算模型，完成基于SketchUp（方案设计阶段用）和Revit两种建模软件的构件标准化率自动计算软件的开发工作，提炼基于标准构件组合的装配式建筑标准化设计方法。该方法有助于在建筑方案设计阶段，针对装配式建筑的构件系统和后续流程进行优化设计，为装配式建筑标准化设计提供定量依据，进而促进建造效率和性能指标的提升。

相对于由建材直接构成的现浇建造方式，组成装配式建筑的预制构件的生产需要使用更为复杂的钢模具，而当前装配式建筑设计由于标准化程度不足，导致构件种类繁多，同规格数量又太低。因此由模具分摊造成的浪费问题严重制约着装配式建筑的发展，而以模数化为代表的传统标准化建筑设计方法，已经无法有效的应对装配式建筑的标准化要求。在此背景下本项目探索如何在设计阶段有效的提高构件标准化程度而提高装配式建筑的综合效益。..主要研究包括四大方面：1）开展以结构构件为对象的装配式建筑全生命周期跟踪调研分析，发现对其产生较大影响的为模具的分摊，因此确立在建筑设计阶段对构件的标准化程度进行定向优化的这一线索；2）分析预制构件特征识别和属性信息提取方法，提炼研究适合于设计早期阶段的定量优化技术路线，建立可行的装配式建筑结构构件标准化率计算数学模型；3）在满足建筑师当前建模习惯的基础上，编写并测试完成了结构构件标准化率自动定量计算软件，确保定量设计软件能够有效的伴随装配式建筑设计全过程；4）针对预制装配率必备指标和构件标准化率优化指标，建立装配式建筑标准化设计优化方法并形成配套建模规则。..研究过程中完成了装配式建筑项目构件信息收集工作，涉及预制结构构件规格6千余种，构件数量4万余块。通过对于装配式建筑生产、运输和施工阶段的跟踪调研，发现模具摊销会显著的影响着装配式建筑的成本和碳排放，并且造成大量废弃物的产生。而模具摊销虽然发生在建造阶段，但是对其产生制约的构件标准化程度则在设计阶段就已经定型了。因此在早期方案设计阶段开始对构件标准化率进行定量化的设计，能够有效的提升装配式建筑成本和碳排放优势。..本项目研究成果荣获国家行业协会科技进步三等奖和省住建厅创新科技成果三等奖，培养硕士研究生1名；出版相关专著1部，发表期刊论文4篇（其中SCIE检索3篇）；申请发明专利2项，获批软件著作权3项。形成专门针对装配式建筑早期方案设计阶段，以构件标准化率和预制装配率为定量指标的标准化设计正向优化软件1部并配套软件使用说明书。