一、預制裝配式建筑發(fā)展現(xiàn)狀及其前景
預制裝配式建筑是指在建筑過程中充分運用預制裝配技術，其結構構件大多是由工廠按照工業(yè)化、精確化、標準化模式預制加工而成，并向各個建筑施工場地進行運輸，施工現(xiàn)場根據(jù)自身的實際需求和施工設計要求對其進行裝配，確保預制裝配式建筑的順利建設。傳統(tǒng)建筑會存在施工工藝水平較低、施工效率較低等缺陷，而預制裝配式建筑正好可以彌補這一缺陷，它更符合工業(yè)化生產(chǎn)的實際需要，能夠不斷地提高建筑項目裝配和預制技術，充分地將材料、構件及結構技術進行有效的整合，有助于其工業(yè)化技術和集成化水平的提高。當前我國正在積極推廣產(chǎn)業(yè)化建筑發(fā)展政策，最新出臺的《綠色建筑行動方案》、《綠色建筑應用方案》等相關規(guī)范明確規(guī)定了在未來建筑行業(yè)的發(fā)展中，應該加大對預制裝配式結構、鋼結構等建筑體系的推廣和應用。
早在20世紀50年代初，歐洲的一些國家就開始大力發(fā)展預制裝配式建筑。60年代初，美國、加拿大、日本等發(fā)達國家也開始了預制裝配式建筑的研究及應用。在1989年舉行的第11屆國際建筑研究與文獻委員會（CIB）大會上，建筑工業(yè)化被列為當今世界建筑技術發(fā)展的十大趨勢之一。目前，美國預制裝配式建筑在混凝土結構中所占比例已超過35%；日本預制裝配式建筑在混凝土結構中所占比例已超過50%。
20世紀80年代，預制裝配式框架結構、大板、升板體系等在我國建筑行業(yè)得到了空前的發(fā)展，促進了建筑工業(yè)化的進步，但是由于在構件生產(chǎn)、安裝施工及結構受力模型、構件連接方式等方面存在的問題，這些結構在抗震安全性、建筑物理性能、建筑功能等方面不同程度地存在著一些問題，在20世紀90年代已經(jīng)逐漸地被淘汰。
目前預制裝配式建筑主要分為三大開發(fā)模式：預制鋼筋混凝土結構、預制輕型鋼結構、預制集裝箱結構。PC（Prefabricated Concrete Structure）“預制裝配式混凝土結構”，是以預制混凝土構件為主要構件，經(jīng)裝配、連接，結合部分現(xiàn)澆而形成的混凝土結構。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；鋼結構房屋具有自重輕、跨度大、抗風抗震性能好，保溫隔熱、隔聲等各項指標卓越的特點，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；預制集裝箱結構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構建造和內(nèi)部裝修后再運輸?shù)焦こ态F(xiàn)場，按不同的用途與功能快速組合成風格各異的房屋建筑。
上海市首先對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構、預制疊合混凝土剪力墻結構兩種；江蘇省采用的是預制裝配整體式剪力墻結構體系，結構體系由墻板、疊合樓板、樓梯及陽臺等混凝土預制構件組成，在施工現(xiàn)場拼裝后，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構形式。北京市采用的多是裝配式剪力墻結構體系，結構體系有裝配式鋼筋混凝土剪力墻結構、圓孔板剪力墻結構、裝配式型鋼剪力墻結構三種；南京大地集團從法國引進了預制預應力混凝土裝配整體式框架結構體系NPC，包括預制預應力混凝土裝配整體式框架結構、預制預應力混凝土裝配整體式框架-剪力墻結構兩種；安徽西偉德混凝土預制件（合肥）有限責任公司從德國引進了疊合板式混凝土剪力墻結構體系，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、邊緣構件、梁、板，共同形成剪力墻結構，專門用于住宅建筑，預制裝配率很高。
相較于普通建筑體系而言，預制裝配式建筑在不斷提高勞動生產(chǎn)效率的基礎上，可以循環(huán)利用工業(yè)廢料，在有利于綠色施工，且較短的建設周期有利于加快施工頻率，相對簡單的施工工藝可以降低材料的浪費程度，實現(xiàn)綠色環(huán)保的目的，使建筑項目可以兼顧其社會效益和經(jīng)濟效益。因而在未來建筑中，預制裝配式建筑的應用將會越來越廣泛。
二、預制裝配式建筑的設計要點
1、方案設計
在充分考慮預制裝配式建筑技術策劃的基礎上，對其平面設計和立面設計進行適當?shù)膬?yōu)化；在基本使用性能得以正常發(fā)揮的前提下，堅持少規(guī)格、多組合的預制構件設計原則，使預制裝配式建筑設計的標準化和系統(tǒng)化程度得到切實的提高。立面設計時應該對生產(chǎn)制造各種結構構件的可行性進行重點分析，充分參考預制裝配式建筑結構方式及其特點，實現(xiàn)立面設計的個性化和多樣化。
2、初步設計
專業(yè)不同，其技術要點也不盡相同，這就對協(xié)同設計提出了更高的要求。對各種專業(yè)設備和管線的預埋預留位置應進行充分考慮，根據(jù)實際情況的客觀需求選擇合適的預制構件，對經(jīng)濟性、可靠性進行評估，對諸多可能影響施工質(zhì)量、進度和成本的要素進行分析，并根據(jù)客觀需求采取切實可行的技術措施。
3、施工圖設計
在初步設計階段，會根據(jù)不同專業(yè)來結合預制構件、內(nèi)裝部品、設施設備等設計參數(shù)采取一系列技術措施。在預制裝配式建筑結構施工圖設計過程中，專業(yè)不同，其預留及預埋的要求就不同，在設計中應該充分考慮到這一點。預制裝配式結構的平面布置宜更加規(guī)則、均勻，并應具有良好的整體性。平面長寬比不宜過大，局部突出或凹入部分的尺度也不宜過大。結構豎向布置宜規(guī)則、均勻，豎向抗側(cè)力構件的截面尺寸和材料宜自下而上逐漸減小，避免抗側(cè)力結構的側(cè)向剛度和承載力豎向突變，承重構件宜上下對齊，結構側(cè)向剛度宜下大上小。此外，對預制裝配式建筑連接節(jié)點的防水設計、防火設計和隔聲設計也應進行優(yōu)化。
4、構件加工圖設計
預制構件的設計單位與加工廠之間要保持一定頻率的交流和溝通。建筑單位可以對項目建設的實際需求進行充分考慮，并將預制構件的尺寸和類型提供給相關設計單位。除了需要對預制構件門窗洞口和機電管線進行精確定位之外，亦要對其生產(chǎn)及運輸過程引起足夠的重視，對其施工現(xiàn)場涉及到在各種臨時、固定設施上安裝吊鉤、孔的預埋預留情況進行充分考慮。
5、預制構件設計
在預制裝配式建筑構件設計的過程中，確保標準化、模數(shù)化原則得以貫徹落實，在構件使用中盡可能的避免其出現(xiàn)較多的類型，其目的是提高構件的標準化和精確化程度，同時使工程造價控制在合理范圍內(nèi)。在預制裝配式建筑中可以采用現(xiàn)澆的施工方式來處理開洞多、異形、降板等部位，并對當?shù)貥嫾庸どa(chǎn)及運輸?shù)哪芰M行充分考慮。值得注意的是，其所制作的預制構件務必保證其具有較強的耐久性和耐火性，在設計預制構件時注重提高產(chǎn)品的便利性、生產(chǎn)可行性和安全性，構件脫模及預埋吊點的數(shù)量要根據(jù)預制構件尺寸的大小進行適當?shù)脑鰷p，嚴格遵守當?shù)馗魺岜氐南嚓P要求。在預制外墻板設計中，要使其滿足空調(diào)和散熱器的安裝要求。在建筑結構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)揮的基礎上，提高非承重隔板與主體結構的安全性和可靠性。
6、構造節(jié)點設計
對構造節(jié)點設計進行優(yōu)化是預制裝配式建筑結構設計的重中之重，在預制外墻板缺乏足夠防水性的構造節(jié)點處，如門窗接縫、門窗洞口等等，務必要滿足建筑的物理性能、耐久性、力學性能及裝飾性。在構造節(jié)點設計優(yōu)化過程中要充分考慮項目的實際情況及區(qū)域氣候特征，按照防水節(jié)能的要求，在預制外墻板垂直縫設置過程中可以采用材料防水與構造防水相結合的方式，接縫寬度的設計應該充分考慮外界環(huán)境的影響，如熱脹冷縮、風荷載、地震作用等等。
三、BIM技術與射頻技術在預制裝配式建筑的應用
預制裝配式建筑的空間移動需要依靠建筑信息模型技術（BIM技術）及射頻技術的支持，在預制裝配式建筑轉(zhuǎn)向綠色全壽命周期建筑中，這兩項技術起到了至關重要的作用。
1、BIM技術
在整個建筑工程全壽命周期中，BIM技術是其核心管理技術，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技術的最大優(yōu)勢就是可以有效地管理建筑項目全壽命周期的相關數(shù)據(jù)及增加專業(yè)協(xié)同設計，預制裝配式建筑結構所需要的正是這種管理系統(tǒng)。預制裝配式建筑全壽命周期的數(shù)據(jù)是BIM技術的核心所在，其可以有效管理包括單個設備、子裝配體、對裝配體在內(nèi)的相關數(shù)據(jù)，同時提供方便數(shù)據(jù)導入的分析元件的接口，為后續(xù)建模計算提供便利條件
。
2、射頻技術
構件所產(chǎn)生的物理信息和幾何信息可以通過射頻技術被精確地記錄下來，由于裝配式建筑的生產(chǎn)在工廠，但是其組裝卻是在項目地，這一過程勢必會就會涉及到倉儲、驗收、安裝、物流、生產(chǎn)等各個環(huán)節(jié)，且每個環(huán)節(jié)都要對構件身份進行識別，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，有利于及時更新BIM模型信息。此外，應用射頻技術有利于物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理工程材料，為構件的動態(tài)運輸提供便利的條件。
