随着我国经济的不断发展其建筑行业也逐渐兴起,通过对产业结构不断进行优化升级,从而促进装配式建筑的蓬勃发展,装配式建造技术也被拓展应用到越来越多的工程建设领域。特别是在市政公用基础设施领域,在对城市地下管廊进行修建时,配式建造施工技术所起到的作用极大。相比于现浇施工,装配式可以可以缩短基坑留存时间,同时还有助于规避城市交通所造成的拥挤问题。同时,综合管廊构件的工业化生产,越来越多的轻型化管廊项目得以建成,符合绿色发展理念。但是,选择管廊装配式方法对城市地下进行建造仍存在一些问题,例如构件在加工过程中仍采取传统的方法,一些工业化厂家仅仅依靠二维设计施工图进行施工而不具备专业工具,这很难保障施工的质量,钢筋裸露出混凝土现象比比皆是。施工安装时,无法准确定位构件等。本文将探讨基于Bentley平台系列软件,将BIM技术应用于城市地下管廊建设过程中,这不仅涉及到规划设计和工业生产,同时也包含施工装配和维修管养全生命周期,研究解决前述问题的有效路径,具有较强的现实意义。城市地下综合管廊建造共包含三种方式,本论文对这三种建造方式进行分析,重点比较分析断面整体装配式和叠合装配式两种装配式建造方式,针对这些建造方式存在的问题和不完善之处提出行之有效的解决方法,旨在更好的进行地下综合管廊施工安装和维修,并在具体项目案例中验证了其可行性。通过对装配式城市地下综合管廊标准构件和节点做法研究,总结出便于施工安装和维修管养的标准构件和节点做法的优选方向。本论文不仅建立了装配式城市地下综合管廊的建造方法,同时也提出维修设计相关理念,并对标准构件和节点做法进行了研究优化,进而对现场作业流程进行了改进,能够有效满足管廊的施工安装,此外对于维修管养又提供新思路,力求将装配式建造技术更好地应用于市政公用基础设施领域,这对于城市地下综合管廊建造而言一方面能够改善经济效益,另一方面也有助于提高社会效益。优化的结论成果可直接应用于装配式城市地下综合管廊设计与建造,此外还能够对施工安装和维修管养提供巨大便利,为设计人员提供较为先进的技术方法。

环境问题是当今社会面临的最严峻的问题之一,全球变暖,臭氧层耗竭,废物积累等环境变化,都与人类的活动和生活方式密不可分。而建筑,是人类社会不可或缺的一个组成部分,无论对发达国家还是发展中国家而言亦都是高度活跃的行业。建筑的全生命周期涵盖了从材料开采、加工、建造、使用到拆除等多个阶段,且每个阶段都需要消耗大量的能源,同时产生相当大的大气污染和固体垃圾等排放至环境中。随着全生命周期理论的提出和发展,建筑领域的全生命周期评估也逐渐得到普及,然而在实际应用中具有一定的局限性,评估数据质量参差不齐,数据库尚未能覆盖全球所有国家和地区,降低了评估结果的准确性。现有的建筑全生命周期评估常用于已建成项目分析,在已有基础上进行多方案比较,但这种应用方式通常比较样本数量较少,对方案的改善空间有限。因此,如何在建筑设计阶段实现因地制宜地对大量样本的全生命周期预估和比对,对建筑设计及建筑性能改善具有重要的指导意义。论文结构分为三个部分。第一部分为基础的课题背景与理论研究,对全生命周期评估体系和在建筑领域的应用做系统的梳理,比较学术研究中使用的方法和结论,发现评估方法中的问题和局限性。第二部分为案例分析,以实际建造项目（微排未来屋）为载体,展示在中国国情下进行全生命周期评估的可行方法和流程,并且将研究结果与国内外已有的科研成果进行比较,分析结果之间的差异以及形成原因,提出优化设计的方法。第三部分为方法归纳,即根据全生命周期评估理论推导出建筑生命各阶段的计算公式,借助计算机语言编写计算全生命评估的程序,为建筑设计阶段筛选合适的方案和材料降低环境影响提供可能。本研究通过国内外的大量文献研究,从理论知识出发,结合实际建造项目的工程实践经验进行方法实验并回归理论研究,借助跨学科知识构建计算机辅助全生命周期评估的研究框架和方法,为建筑设计阶段进行准确、适宜的全生命周期评估提供思路,改善建筑设计决策的客观性,贯彻建筑可持续发展的理念,并在以下方面做到创新:1)研究适合中国国情的轻型建筑全生命周期性能计算方法:详细分解所研究建筑的建造过程,整理建筑所需的构件与材料,利用国际先进的数据库与性能模拟软件,结合中国国内的建造技术、电网水平和交通运输等实际情况,计算最接近实际情况的建筑全生命周期性能数据。2)利用C#语言编写建筑全生命周期能耗自动生成程序利用编程语言,精确高效地计算建筑使用不同外围护体构造的全生命周期能耗,避免人工计算的误差和时间成本,实现在设计阶段快速计算和优化建筑的全生命周期性能的可能。3)提出基于全生命周期评估的轻型建筑外围护体设计优化方法分别对建筑外围护体的各层材料和建筑全生命周期中的不同阶段的能耗比重进行分析,总结外围护体各层对降低建筑能耗的影响,确定外围体各层材料的选材自由度以及最佳选择。4)建立系统的建筑全生命周期评估方法模型归纳整理能够普遍适用的全生命周期评估方法模型,涵盖建筑的建造、运行、维护和拆除各个阶段,既能用于轻型建筑,又能适用于重型建筑,解析评估方法中的影响因素和应用前景。本文共计约120000字,图表83余幅

建筑工业化是我国建筑业发展的必由之路。但目前,我国建筑工业化中存在发展不平衡、标准化和个性化无法兼顾,建筑实际寿命较短等诸多问题,为实现建筑的可持续发展,需要探寻建筑工业化发展新途径。本文试图从建造的角度,根据结构体系特点的差异性,运用其优势并缩小其局限性,在“重型”结构体系和“轻型”结构体系间寻求组合设计的可能,从而探求使建筑生命周期价值最大化,实现节能减排的建造设计方法。本文的研究共分为八个部分。第一章对我国建筑工业化发展现状及存在问题进行分析,并在此基础上提出二次大空间结构体建筑设计构想,进而对相关概念和研究内容进行限定。第二章通过对构件法设计原理,包括构件分类原理和构件装配原理的梳理,为二次大空间结构体建筑建造设计提供了较为理性的设计理论支撑。第三章通过对常见结构体系材料特征及分类的分析,提出一次结构体和二次结构体适宜结构体系的选择原则,并对适宜结构体系进行归纳和优化,为二次大空间结构体建筑的建造设计提供了技术支撑。第四章主要探讨了契合二次大空间结构体建筑建造设计需求的新型设计模式和设计平台。第五章讲述了二次大空间结构体建筑的建造设计思路,并分别总结出一次结构体和二次结构体的建造设计原则。第六章总结了二次大空间结构体建筑的建造设计流程及方法,并用以指导设计实践。第七章通过基于两个设计原型的二次大空间结构体建筑组合设计实践,在实践中反思,进一步优化二次大空间结构体建筑建造设计相关研究。第八章是结语。全文共计54000余字,插图表113幅。

当前我国建筑业的发展方向之一是产业的现代化,而作为其重要组成部分的装配式建筑又面临着监管难的问题。随着BIM技术的深入应用,如何结合BIM对装配式建筑进行质量监管又成为一个新的问题出现。本文尝试通过应用BIM及物联网、信息化技术建立一套针对装配式建筑中构件的生产、施工和验收等过程的软件平台,用于实现政府监管层面的信息追溯与质量监管。提出一套推进BIM技术的应用同时实现具有可操作性的质量监管的流程与方法。本文研究分为七个部分,第一章说明本论文的研究背景及方向;第二章探讨BIM技术在装配式建筑质量监管中的应用;第三章基于第二章研究具体的构件质量信息跟踪方法及实现;第四章研究基于BIM的系统平台的架构与实现;第五章研究系统平台所需的BIM软件功能扩展及技术实现;第六章研究移动互联网及物联网应用及手机APP的架构与实现;第七章为案例应用与总结展望。全文共计约67900字,插图138幅。

我国经济的腾飞加快了城市化进程的同时也加速了建筑的新旧更替,尤其在商品房市场的冲击下居住类建筑拆建频繁,致使我国住宅的平均使用寿命远低于规定的设计使用年限。住宅建筑的短寿命不仅导致了巨大的经济损失和资源能源的浪费,更造成了严重的环境污染,不利于实现建筑可持续的总目标。自本世纪初众多建筑相关从业者开展了相关的课题研究。当前这些研究主要集中于分析短命建筑的成因,并针对这些因素从宏观层面给出相关建议,较少从建筑本身提出具体的有针对性的设计策略,没有彻底解决建筑业发展速度和质量不平衡的根源性问题。除此之外,国内外对于建筑耐久性的定量研究不充分,使得在制定维修和拆除计划时缺少明确的依据。因此对于我国民用建筑中最常见的钢筋混凝土结构的住宅进行长寿命的设计策略研究和耐久性定量方法研究有较强的现实意义。本论文立足于建筑工业化的背景和发展趋势,探讨利用现代化和工业化的理论技术实现住宅建筑的长寿命设计。长寿命的理论基础可追溯到SAR理论、开放建筑理论、新陈代谢派理论以及SI理论,其最本质的特征是将时间要素和人的需求纳入到住宅设计之中,强调主体结构的耐久性和其他部分的可变性。在此基础上本文进一步将住宅的长寿命设计分为恒定体系（结构体、共用设备、公共空间）,可变体系（外围护体、内分隔体、装修体、管线设备体）,内部空间三个部分,针对三个部分的特点分别确定了各系统的设计原则和具体的实现方式。除设计策略外,本文也开展了长寿命相关的技术研究,主要为耐久性的定量方法。通过分析建筑寿命的内涵,解释耐久性的含义,指出对耐久性进行定量可以通过寿命预测反映。基于此提出了技术层面的耐久性定量方法、经济层面的耐久性定量方法以及功能层面的耐久性定量方法。最后将上述设计策略和耐久性定量方法应用到实际项目中,证明了上述理论和方法的可行性,并在实践中进行反思。论文从实际出发,结合现有的理论基础和技术条件初步构建了钢筋混凝土结构住宅建筑的长寿命设计策略和耐久性的定量方法。论文提出的设计原则、具体做法、定量方法丰富了长寿化住宅的内涵,对设计人员和研究者有一定的实践指导意义,有利于从设计和建造端推动住宅产业向高品质方向发展转型。全文共计54000余字,插图表130余幅。

装配式建筑是建筑业的新型生产方式,具有生产效率髙、环境污染低、节约能源、产品质量高等诸多优点。目前,我国既有的建筑业模式,无论从人力成本、环境代价还是发展阶段,都必须向工业化、智能化、装配化转型。因此,国家与地方政府都在大力推动与扶持装配式建筑的发展。虽然已有不少装配式住宅项目实施并落地,但主流是先完成施工图,再根据施工图进行构件拆分、生产制造和施工组织。随之带来的问题是构件拆分混乱、构件类型多、施工工序复杂,建造速度慢、效率低、施工质量差、建设成本高,极大的限制了装配式住宅的推广。此外,既有的居住空间限定是以功能空间为导向进行设计,以围合特定功能的空间为主要目的,忽略了构件组合对空间限定的重要性。因此,本研究旨在对住宅的空间设计和装配施工两方面分别对提升建造效率制定优化方法。住宅空间设计解决方案主要体现在设计方法的更新,装配施工解决方案主要为装配工序及竖向转运的优化。论文综述了住宅设计和建造优化设计的工作,总结了三个亟待解决的问题:一、如何从空间限定方面来提高建造效率。二、如何提高构件智能装配的效率。三、如何提高施工现场构件转运的效率。综述发现,既有住宅空间设计是以功能空间为导向进行空间限定,只能在运营阶段采用局部改造的方式来重新限定空间。另外构件装配顺序和竖向转运的定位布置依然依赖于人工经验的方式,没有科学的评价标准去模拟计算。因此,本文共7个章节,从构件组合空间设计、构件优化、装配顺序和竖向转运方面入手,通过大空间来限定组合空间构件的类型和数量,采用独立、简洁的构件便于拆装,利用智能优化算法解决构件装配顺序和竖向转运定位布置的优化问题。论文第1章综述了近年来装配式建筑发展和智能建造相关前沿研究,本研究的主要研究对象为钢筋混凝土住宅结构建造体系,目的是提高钢筋混凝土住宅的建造效率。论文第2章总结了既有居住空间限定的问题,明确了构件组合对空间限定的重要性,提出了采用现浇和分级装配技术形成大构件,组合成大而规整的空间,进而控制构件类型和数量。论文第3章提出了基于空间优化提高建造效率的方法,详细阐述了现浇和分级装配形成大构件的具体技术,并以项目案例佐证减少构件种类和数量对建造效率的提升,包括大幅降低了建造成本（减少构件种类11种,减少混凝土方量20.5%）。论文第4章进行了钢筋混凝土现浇工业化与预制工业化对比分析,从影响钢筋混凝土结构施工的四个关键因素（即混凝土,模板,钢筋和脚手架）入手,采用层次分析法（AHP）,阐述与预制工业化相比,现浇和分级装配技术在建造大空间住宅方面的优势。论文第5章从构件优化上,提出了采用独立、简单直接的构件几何形状、并行的装配顺序、尽可能采用高耐久性的构件。论文第6章建立了装配过程的构件重量、数量、安装难度和工时等评价指标,创新优化算法,快速得到最佳装配顺序,并以BIM仿真模拟来控制现场施工。论文第7章利用BIM模型获取构件材料供应点、构件初定位点以及可选的塔吊定位点坐标信息,建立多目标择优模型,用萤火虫算法来确定最佳的塔吊定位布置。该论文的主要创新点有:第一,从空间限定上,提出了采用规整大空间优化来控制结构构件类型和数量的方法。构件类型越少、数量越少,就越有利于制造、转运和装配构件。第二,基于机械产品装配顺序优化方法,建立了体现建筑构件装配特性的评价指标,在既有遗传算法基础上引入模拟退火程序模块,利用创新后的智能优化算法快速高效地得到构件装配顺序,形成清晰的装配过程仿真视频控制现场施工。第三,针对BIM软件只能获取构件相对坐标的现状,形成了BIM模型与CAD地形图结合获取构件定位世界坐标的关键技术。通过厘清构件材料供应点、构件初定位点和可选的塔吊定位点之间的传递关系,以及各定位点与塔吊运行的协同关系,形成塔吊定位优化模型,应用萤火虫算法解决了实际项目中的竖向转运定位布置优化问题。论文共计10万余字,图表135幅。

建筑产业现代化是我国建筑业的重要发展方向,装配式建筑是建筑产业现代化的重要组成部分。当前是我国推广装配式建筑的重要时期,但相关设计理论及设计方法并未完全成熟,并且出现与我国国情不匹配的情况。本文尝试通过了解装配式建筑构件生产、装配过程,总结归纳一套装配式建筑构件设计及装配设计方法,有效的解决当前装配式建筑构件设计中的诸多问题,探索一条切实可行的设计方法。本文的研究分为六个部分:第1章绪论,通过梳理国内外建筑工业化及装配式建筑发展历程,分析现有装配式建筑构件设计方法,总结其中存在的问题,推出本论文研究的目的就是解决目前装配式建筑工艺设计中的问题;第2章构件工艺设计方法,详细探究了构件工艺详图设计的全过程,通过预制构件的设计流程,对装配式建筑构件设计进行深入的剖析;第3章预制构件制造工艺研究,通过详细探究构件在工厂的生产工艺流程,总结前序构件工艺设计需要注意的关键点;第4章预制构件装配设计研究,通过研究构件在物流策划、构件装配的过程及“装配元”设计的方法,探索构件工艺设计之间互动;第5章基于BIM技术的工艺设计方法研究,通过自主开发的装配式建筑构件工艺设计程序的应用情况及使用方法,来解决装配式建筑自动化工艺设计,同时探讨了构件工艺设计延续与其他平台的数据交换问题;第6章为本论文的总结与展望。全文共计约64530字,插图165幅。

随着城市化率的不断提高以及人口的持续增长,经济适用住房的设计和建造工作迎来巨大挑战。这一挑战在非洲东部国家埃塞俄比亚的首都——亚的斯亚贝巴市体现的尤为明显。工业化住宅系统（IHS）是基于工厂生产-现场装配技术的有效建筑方法,能够实现快速、经济、高效的住宅开发与建设。受此启发,本论文旨在理解、分析并研究以下四个基本问题:（1）在经济适用住房有着大量需求的情况下,本研究旨在对应用工业化住宅系统的经济适用住房进行检验和评价。（2）本论文创建并分析了一种决策模型,该模型用于评价亚的斯亚贝巴市范围内的经济适用住房的发展。（3）本研究目的是厘清有关的工业化建筑公司的战略商业前景,以及产品-服务模式和工业化住宅的生命周期,目的是提高其持续生产工业化经济适用住房系统的能力。（4）本论文建立、分析并研究了“设计-施工”的理论模型,并且提出了一个研究框架,该模型框架可以定量评价各专业参与者的合作目标,以优化工业化住宅开发中的设计性能和建造效率。本研究方法将结合实际住宅案例项目进行研究,更确切地说是多方法、多阶段的研究。针对不同的研究对象,应用不同的研究方法来构成论据,形成论点。这些研究方法包括基于调查的文献综述、定性和定量的分析、调研访问和案例研究。本研究的结果表明,采用工业化方式建造的经济适用住房需要对建筑业进行根本的结构变化,以及从业人员工作方式的转变（无论是建造过程还是最终产品）。此外,广泛采用当地的资源材料和半熟练劳动力,选择住户负担得起的经济、适用的住房系统,工业化住宅具有重量轻、易于生产与安装、经济高效的特点。本研究结果还表明,满足广泛的客户利益,应用适当的建造技术以及不断改进的产品类型和生产线,是工业化住宅建筑公司有效的战略商业发展方向。进一步的研究表明,工业化住宅建设中的设计与建造方法（包括构件、技术和装配顺序）的系统结构图简化了复杂的建造过程并提高了效率。此外,不同的协作方法和模式对工业化住宅建设的设计-建造过程的效率将产生直接的影响。本文为决策模型、战略商业模型以及包括“各专业参与者合作定量评价”框架和方法的设计与构建、分析模型的理论构建发挥了积极作用。此外,本研究为制定明智而有效的决策,了解战略商业前景的特征以及提高设计-建造效率和各专业参与者之间的合作效率具有积极意义。

近年来,装配式建筑成为我国发展的大趋势,与传统建筑的施工周期长、人力投入大、生产效率低、质量安全系数低不同,装配式建筑是一种高效绿色环保的建造方式。为促进装配式建筑不断发展,在其施工工艺、成本、性能等方面的优化研究十分重要。伴随着信息技术水平的不断提高,以及在工业领域的广泛应用,建筑信息模型（BIM）三维建模技术在建筑领域的应用越来越多,在建筑业发挥着越来越重要的作用。但是与国际平均水平相比我国建筑业信息化水平非常低,存在较大的提升空间。因此,运用BIM技术来优化控制装配式建筑的成本有重要的价值。首先,本文对基于BIM的装配式建筑成本自动计算方法进行了研究,从构件分类系统、建筑构件编码规则、软件建模规则等部分介绍了基于Autodesk Revit平台的实时工程量自动计算与成本自动计算方法。与传统的手工与翻模方式进行的工程造价计算不同,实时的工程量与成本计算是正向BIM的运用过程,随着方案的变更实时的数据显示能够反向动态指导方案的设计,让成本优化过程提前到设计阶段。其次,以东南大学建筑技术与科学研究所研发的第八代装配式轻型钢结构房屋系统为研究对象,该房屋系统具有构件重复循环利用的特点,能够实现反复拆装多次,因此在反复拆装过程中的成本优化意义重大。本文从工期、成本和质量多目标优化出发,为装配式建筑建造过程中的最优决策提供指导。多目标权衡组合优化问题的复杂性高,人工决策很难保证其最优性,因此在本文中采用了智能优化算法来解决装配式建筑建造过程中的成本、工期与质量的多目标最优化决策。本文选择Autodesk Revit软件作为主要的BIM工作建模平台,基于此软件进行建筑工程量与成本的自动计算。以MATLAB编码进行优化软件研究,完成独立运行的“装配式建筑建造成本优化.exe”程序。并以2018年东南大学建筑技术与科学研究所C-House项目作为验证,从分布性和收敛性证明遗传算法的有效性,实现该项目的成本、工期和质量的多目标优化。全文共计53000余字,插图77幅,表格21幅