机梁与中墙板定规(高效能标准化装配式钢结构建筑产品谱系化技术研究)

Posted 2023-05-29

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机梁与中墙板定规(高效能标准化装配式钢结构建筑产品谱系化技术研究)

高效能标准化装配式钢结构建筑产品谱系化技术研究

蔡玉春

（国家钢结构工程技术研究中心装配式标准化钢结构建筑研究院；北京赛博思工程技术研究院）

摘要：高效能标准化装配式钢结构建筑产品是建筑业实现新型建筑工业化转向高端装备制造业的重要产品标志，它是我国未来一个时期经济发展重要支柱之一，高效能标准化装配式钢结构建筑产品是拉动国内经济发展和走向国际市场的领军产品，高效能标准化装配式钢结构建筑产品技术平台是设计、制造高效能标准化装配式钢结构建筑产品的技术保障，本文结合国际装配式钢结构建筑技术的发展趋势，依据需求多样化、设计制造一体化、技术体系可定制化、标准体系国际化的发展方向，提出未来高效能标准化装配式钢结构建筑产品谱系化类型及关键技术，通过谱系化技术研究，构建高效能标准化装配式钢结构建筑产品设计制造一体化平台．

关键词：高效能标准化装配式钢结构建筑产品；谱系化；定制化；设计制造一体化平台

根据研发制造中国高效能标准化装配式钢结构建筑系列产品以“标准化部品部件统型、楼栋集成一体化设计、产品平台拓展系列化”的三个主要阶段为工作主线，以渐进的方式实现中国高效能标准化装配式钢结构建筑产品的标准化并形成面向不同用户需求的标准化产品平台 ;特别是近几年，北京赛博思工程技术研究院依托国家钢结构工程技术研究中心装配式标准化钢结构建筑研究院的国家十三五课题成功研制了具有自主知识产权的 "α-F"3S新型分层装配式钢结构建筑体系，初步搭建了高效能标准化装配式钢结构建筑系列产品，，以高效能标准化装配式钢结构建筑系列产品的标准化、系列化、模块化研究为目标，提炼共性技术，重组个性技术，开展高效能标准化装配式钢结构建筑系列产品谱系化技术研究，以降低高效能标准化装配式钢结构建筑系列产品的研发生产成本具有重要意义，因此，高效能标准化装配式钢结构建筑系列产品谱系化技术具有重要意义.

１谱系化技术研究的必要性

1.1谱系化技术研究是我国高效能标准化装配式钢结构建筑快速发展的需求

按照《关于加快新型建筑工业化发展的若干遇见》的文件精神，我国新型建筑工业化将进入一个高速发展期，因此，开展高效能标准化装配式钢结构建筑谱系化技术研究是非常必要的。

1.2谱系化技术研究是我国高效能标准化装配式钢结构建筑产品多样化的需求

高效能标准化装配式钢结构建筑产品应用具有两个非常明显的特点：一是产品应用区域跨越大，如跨越高烈度、高寒、高温、高湿、强腐蚀、多风沙、高原等气候和自然环境差别极大地不同区域；二是产品应用种类繁多，如低层住宅，多层住宅，高层住宅，医院建筑，办公建筑......等等．为了适应不同区域、不同产品和不同客户群对高效能标准化装配式钢结构建筑产品的技术、性能和维护模式提出的差别巨大的要求，需要不同的个性化、系列化高效能标准化装配式钢结构建筑产品技术与之适应．

２谱系化技术研究的关键技术问题

2.1 如何构建完善合理高效能标准化装配式钢结构建筑产品谱系？

高效能标准化装配式钢结构建筑产品种类繁多，产品的演化规律和市场需求环境复杂多变，难点：在于如何对需求和产品类型进行分层和分类以及产品谱系如何表达，是构建高效能标准化装配式钢结构建筑产品谱系结构的基础问题。

2.2 如何构建适应高效能标准化装配式钢结构建筑产品谱系的产品建模方法？

高效能标准化装配式钢结构建筑产品结构和研发流程复杂，多样化需求导致谱系产品多，并且高效能标准化装配式钢结构建筑产品设计环境中是由分布的、不同工具开发的模块组成的联合体，需解决数据表达、存储、管理、集成与共享等问题，并且不同制造商产品存在差异，种类繁多。难点：在于建立支撑具有深度和广度复杂特性的高效能标准化装配式钢结构建筑产品定制设计的底层数据模型。

2.3 如何实现高效能标准化装配式钢结构建筑产品概念设计方案生成？

高效能标准化装配式钢结构建筑产品为满足用户多样化定制需求，全新的产品定制设计即是概念设计方案生成的过程，难点：是如何建立高效能标准化装配式钢结构建筑产品概念设计模型，实现高效能标准化装配式钢结构建筑产品需求参数的自顶向下逐级映射生成产品设计方案，形成高效能标准化装配式钢结构建筑产品模型。

2.4 如何构建支持谱系产品共享和重用的标准化结构构件的结构定制设计？

在高效能标准化装配式钢结构建筑产品标准化结构构件需求映射到产品模型以后，开始进行标准化结构构件配置设计和变型设计，标准化结构构件设计需求与产品设计参数之间的映射过程以及模块之间的匹配需要设计知识支持，由于高效能标准化装配式钢结构建筑产品需求复杂，顶层指标分解难度很大，难点是：如何提取支撑产品动态映射和配置过程中由大量映射规则、配置规则组成的经验知识，并且标准化结构构件设计参数之间存在复杂的关联关系，而且具有耦合性和非线性的特点，另一个难点：是在选定基型实例后，如何随需求改变寻找设计变更的路径，提供设计依据。

2.5 如何搭建支撑谱系产品设计过程的定制设计系统？

为了缩短高效能标准化装配式钢结构建筑产品设计周期提高产品竞争力，如何打通数据流、业务流、过程流，与现有的建筑设计院的设计研发平台融合，搭建面向高效能标准化装配式钢结构建筑产品谱系的设计技术平台是一个难点。

总之，在当前推广新型建筑工业化发展中，高效能标准化装配式钢结构建筑产品遇到的核心问题是构件（部品部件）的标准化如何与建筑产品多样化结合的难题。在设计研发前期的环节，一是各机构都推出自己的所谓的装配式钢结构建筑产品的“标准设计”，但由于对从“建筑工程设计”转向“建筑产品设计”的设计理解不到位，使得此类的“标准设计”存在各种各样的性能缺陷。因此，每隔一段时间，这些的“标准设计”就会推出新版本，房间布局和尺寸会发生改变。“标准设计”不能长期稳定，成了各种各样短期的“标准化”，而这并不能称作真正的标准化。二是各种结构构件（梁、柱、剪力墙、楼板、楼梯等）的设计没有考虑建筑结构由于受到地震荷载、风荷载、雪荷载、场地类别等众多参数的影响难以实现结构构件标准化，缺乏化多动力参数为单动力参数的结构体系设计方法的顶层考虑，因此只能定制化地用于特定项目，所以一旦项目的建筑设计的内空间或外形有所改变，构件就无法通用。正是由于没有通用的、标准化定型结构构件可供大批量、连续地标准化量产生产，导致建筑成本居高不下，直接影响了建筑工业化的发展进程。

3 谱系化技术研究的技术路线

利用"α-F"3S新型分层装配式钢结构建筑体系业已开发的技术平台，全面归纳、总结高效能标准化装配式钢结构建筑产品共性技术与个性技术；提取结构构件、钢结构连接节点、装配式楼盖系统、装配式墙体系统以及相应的MEP系统等组份模块群，建立相应的数据库，形成定制化技术并搭建设计制造一体化平台．借助用户需求和运用环境特征，开展谱系化高效能标准化装配式钢结构建筑产品集成技术研究，带动各组份模块群的技术创新，实现满足个性化需求的典型样板房研制。高效能标准化装配式钢结构建筑产品谱系化研究技术路线，即：用有定规尺寸的系列化、标准化、模块化的钢结构的结构骨架来营造建筑，使大量建筑构件能够同尺寸、同型号、可通用，同时，保持外部造型和室内空间分隔的多样化；并由此设计出谱系化、模块化的建筑产品体系。

通过该技术路线的研发从而达到：1）实现建筑行业的科技进步目标，提高营造高效能（即制造安装高效率，建筑使用高能效），带动建筑建材等产业升级，实现新型建筑工业化。必须设计出标准化、通用化的建筑构件，且构件的形状、尺寸、构造都必须定型；在各种不同的项目中，构件尺寸不能五花八门，必须有定规，这意味着房间尺寸也应遵循定规。2）实现建筑产品高性价比的经济效益目标，其不仅要节地、降低成本、提高效益，还要满足客户各种需求。例如，在住宅产品的设计中必须控制住宅楼栋的外廓占地尺寸，单元平面尽量规整紧凑，减少不必要的凸凹；户型、楼型、造型、空间分隔均保持多样化，便于居民选购；结构应经济合理，尽量降低造价。3）高效能标准化装配式钢结构建筑产品必须提高建筑的品质目标，例如住宅产品，即户型必须使住户感到节能舒适、便利，而不是仅仅满足相关设计规范所规定的最低标准。住宅应尽可能全面地满足实际生活中的细节要求，既要满足多数人的需求，也要尽量满足少数人的需求。户型所能满足的生活细节越全面，适应性就越强，市场满意度就越高。

4 高效能标准化装配式钢结构建筑产品谱系化特征

产品具有标准化、系列化、模块化、谱系化、定型化，即：将空间设计成系列化功能模块，并按符合扁平化运输尺寸及产品模数化设计尺寸大小顺序编成图谱供建筑师产品设计选型使用；同时，实现建筑结构构件标准化定型及部品部件模块化制造定型，为大规模工业化量产提供必要条件，以达到信息化与智能化制造高度融合的新型建筑工业化的科技进步目标。

（1）产品楼栋节地性及产品功能模块设计适应性，即：功能模块空间组合紧凑、单元组合平面占地小且单元间组合便利，能提供各种楼型、适应各种用地及规划方案，以达到项目建设的整体经济效益目标。

（2）产品模块空间性能精细化，即：所有模块的设计都必须从生活的实际便利性出发，使每个户型具有优良的适用性，以达到住户的居住品质目标。

也就是说，具体体现在：

一是高效能标准化装配式钢结构建筑产品设计方面：在建筑产品楼栋整体结构族谱图库里有各种已经有经过比较、优化的、定型的建筑钢结构结构骨架，建筑设计师在设计常见的公建和住宅时，根据采用承重抗侧分离体系设计原则，在不同的项目中，根据项目的具体情况，根据开间、跨度、层高、建筑高度和项目用途确定竖向承重荷载（静荷载与活荷载）从族谱图库里选用钢结构梁、柱结构构件断面，以及根据项目所在地的抗震设防等级、风荷载及场地类别确定水平抗侧荷载族谱图库里选用装配式双钢板防屈曲剪力墙系统，从而选取合适的钢结构结构骨架系统，再结合建筑功能要求和美学要求，完成具体的内部空间划分和建筑空间艺术设计。

二是高效能标准化装配式钢结构建筑产品制造方面：在建筑产品的族谱图库中已设计出经过优化的、标准的、定型的的构件（钢结构结构构件、装配式楼盖楼板构件、内外墙板构件）、装修部品部件、MEP，在智能生产线上可以进行大规模量产，同时这些构件及部品部件，可以在高效能标准化装配式钢结构建筑产品谱系里通用。从而大幅度提高高效能标准化装配式钢结构建筑的制造安装效率。

三是高效能标准化装配式钢结构建筑产品使用方面：在建筑产品的族谱图库中已根据不同地区节能要求设计出了经过优化的高效节能保温隔热产品并与围护墙板体系进行了高效融合，从而大幅度提高高效能标准化装配式钢结构建筑的建筑使用高能效。

5 高效能标准化装配式钢结构建筑产品谱系化设计原则及要求

高效能标准化装配式钢结构建筑产品谱系化设计根据型钢构件化技术原理，从钢结构结构的楼栋整体结构骨架设计着手，根据建筑体型和规模对建筑进行分类，以三层为一个等级进行竖向承载力分级设计，优化出一系列常用钢结构的结构骨架尺寸，并以此编制建筑型号编码表及对应的产品谱系图集，从而创立一套高效能标准化装配式钢结构建筑产品钢结构的结构骨架谱系。谱系中包含各种各样的钢结构的结构骨架，每种结构骨架对应一个建筑产品型号。在产品谱系门类中选定一个建筑型号，意味着该建筑的结构骨架即已选定，无需再次专门进行结构计算（基础设计除外），其所用的钢结构结构构件制造安装工艺也按照通用化、程序化办法进行制作安装，其所有标准化钢结构结构构件都是市场上通用的成品和半成品⋯⋯如此，可极大地提高全社会建筑营造的效率。其最终实现：通过大批量、高效率地规模化量产生产不同等级的标准化钢结构结构骨架，实现全社会大规模节约能源，达到制作安装高效率目的。

高效能标准化装配式钢结构建筑产品谱系化设计根据（建筑面宽+扁平化包装运输）及建筑模数化设计原理，从装配式整体楼盖的楼板结构设计配合整体结构骨架设计入手，根据符合标准化运输尺寸及建筑面宽的尺寸定制对楼板进行分类分级，以板宽2400（1200，900，600）+面宽（板长7200，8400，10200）根据建筑活荷载类型进行承载力分级设计，优化出一系列常用楼板尺寸，并以此编制建筑型号编码表及对应的楼板产品谱系图集，从而创立一套高效能标准化装配式钢结构建筑产品楼板谱系。楼板产品谱系中包含各种各样的楼板，每种楼板型号对应一个建筑产品型号。

高效能标准化装配式钢结构建筑产品谱系化设计根据“少规格，多组合”墙板组合设计手法，从建筑立面的建筑分隔缝设计配合标准化外墙板产品尺寸标准化整合墙板与高能效保温隔热材料组合开始，根据不同地区及节能标准要求进行外墙系统的分类分级，以600X900、600X1200等墙板分割尺寸进行分级设计，优化出一系列常用的墙板尺寸，并以此编制墙板产品谱系图集与相应建筑型号编码，从而创建一套高效能标准化装配式钢结构建筑产品墙板谱系产品。

总之，高效能标准化装配式钢结构建筑产品谱系化设计原则：

1）通用性：结构构件的通用性，所有的钢结构的结构构件（竖向承重构件，抗侧力承重构件）及连接节点依据型钢构件化的技术原理和分层装配设计方法，在产品谱系内都是多产品分级通用的，并符合相关的结构设计规范。楼板模块的通用性，每个楼板集成模块都是根据运输及模数要求的多功能通用的，并同时符合相关的设计规范，具体选用依据不同建筑产品用途不同的荷载等级和自锁式连接节点方法。外墙系统（含内墙系统）的通用性，每个外墙集成模块都是根据建筑分割线、高能效节能保温隔热要求及标准化墙板组合设计的，并符合节能设计编制及风荷载等设计规范要求，具体选用依据建筑立面设计要求和摩卡式连接方法。

2）适用性：每个功能模块对其可能承担的各种功能，应具有良好的适用性。例如，建筑空间尺寸的要求，应符合相关建筑设计规范的最低要求，同时，也要符合部品部件产品的标准化生产要求等。

3）可变性：建筑的空间模块及功能模块应预留适度的可变空间，以满足未来建筑功能及空间的变化需求。例如，户型套间因家庭人员结构的变化，户内空间也可以随之变化；还有如，建筑改扩建，电梯间的变化等等；同时，在变化时，因结构采用包络化设计，无需改变结构的受力方式，就能满足变化的需求。

4）标准化、谱系化：产品的标准化及谱系化应以钢结构整体结构骨架作为标准化的载体，并按规定的柱网尺寸设计一系列的定型的、高适应性的建筑结构骨架，同时我们将此定型的结构骨架定义为“模块”，由此将所有的结构骨架“模块”编辑成产品的族谱图册。在这些结构骨架“模块”之间，其内部相似功能的空间尺寸应尽可能相同，当尺寸变化时，变化的梯度应遵循根据运输尺寸、建筑模数协调尺寸等所制定高效能标准化装配式钢结构建筑产品空间尺寸的定制规则，以此保障各个结构骨架“模块”的空间尺寸实现关联化。这样系列化的结构骨架的“模块”，形成了空间尺寸的有关联的、由小规模的到大规模的、由简单的建筑体型到复杂的建筑体型的“谱系化”的“空间大家族”，这就是“谱系化”。谱系中的各个型号的结构骨架“模块”对应设计的一系列标准化交通核（标准的楼梯间、标准化的电梯间）、标准卫生间及标准厨房间等。同时，由此衍生出来的钢柱、钢梁及高性能复合组合楼板等各种标准化的建筑构件及部品部件的设计也形成尺寸互有关联的、系列化的、标准化的“标准构件、部品部件大家族”。各标准构件及部品部件在结构构件“模块”中通用，为大规模量产生产做好准备。

总之，高效能标准化装配式钢结构建筑产品谱系化设计主要要求有以下几个方面要求：

1）根据不同的建筑类型建立标准化的交通核结构骨架“模块”模型，例如，以多高层住宅建筑为例，宜将楼梯、电梯井、管道间、防排烟等集成设计成为通用的、标准化的标准化的交通核：住宅的交通核应通用定型，并符合相关的设计规范要求；交通核宜设计成既可用作封闭楼梯，又可用作防烟楼梯的形式，无需再改变交通核结构骨架的“模块”结构；产品谱系内所有楼梯踏步尺寸宜相同、梯段宽度宜相同、楼梯间宽度宜相同，尽量统一为标准化尺寸，为实现标准化大规模生产提供条件；产品谱系内所有井道尺寸宜相同；轿厢尺寸尽量兼具住宅用的客、货、担架、消防电梯的功能要求同时还需考虑机器人同乘所占用的空间尺寸要求；另外，在考虑与户型模块结合的同时，应预留空间以容纳未来可能增加的设备，并考虑预留未来可能的无人机卸货空间。

2）根据高效能标准化装配式钢结构建筑完全满足结构与填充体相分离建筑的SI建筑设计原则，建立不同建筑类型的标准化功能结构骨架“模块”，其“模块”设计应以楼盖系统符合运输的扁平化包装及建筑模数协调的原则进行“模块”结构骨架尺寸标准化设计；例如，以多高层住宅建筑为例，以面宽7.2M为基础扩展8.4M、10.2M......,进深9.6M（6+3.6）为基础扩展为10.2M(6.6+3.6)、10.8M(6.6+4.2)......构建标准化的定规尺寸通用于高效能标准化装配式钢结构住宅建筑；户型的进深开间比例适中，户型结构骨架“模块”平面外形宜规整，避免过多的凹凸；户内墙体为非承重隔墙，可根据家庭人口结构变化而调整变化，结构设计时应将做好事先荷载的考虑；结构设计按考虑最不利的包络设计方法进行设计，并允许外框架梁柱采用铰接方式与耗散钢框架（DSF Dissipative Steel Frame)连接,一是大幅度提高结构抗震性能，二是解决建筑标准化下的外立面多样化；MEP管线及设备应考虑今后使用的变化要求以及便利化的维修。

3）根据整楼结构骨架为一个建筑型号的“模块”的谱系化“模块”与其他模块设计区别的设计新思想，我们将据此设计新思想整楼结构骨架“模块”的体系命名为定制化灵活建筑结构体系（简称为FSS体系， Design of Flexible Structural System for Building Customization)，其为建筑功能空间的标准化与建筑外立面的多样化提供了新思路，谱系化以定规柱网尺寸及层高尺寸构建给空间结构的整楼结构骨架为一个“模块”的设计思想为解决建筑标准化与多样化这一难题。以多高层住宅建筑为例，住宅整体结构骨架的柱网尺寸应尽量规整，这样可降低体型系数以避免过多凸凹，保证其优良的抗震性和经济性；以标准化的交通核为核心筒实现与所有户型拼联灵活（交通核万用插头+户型模块标准化）：【楼型三边布置相对独立，可任意拼接不同户型模块，灵活性强；共A、B两款户型，标准化程度高，易组合形成多种模式，适用度高。】同时，保证建筑的抗震合理性；板式住宅交通核可灵活置于北侧或南侧，可镜像翻转，户型模块结构无需改变。

4）根据高效能标准化装配式钢结构建筑产品谱系采用三个维度（第一个维度，根据产品的自顶向下市场化分类，建立产品的需求分类谱系；第二个维度，根据产品演化脉络，建立产品的演化谱系；第三个维度，根据产品的系列成员的基本特征形成产品的谱系分类树和主要参数系列；）的复合谱系构建方法，建立产品各功能“模块图谱”（如户型模块图谱、交通核模块图谱、整楼模块图谱）及所有功能空间及结构构件都采用了定规的相同的系列化尺寸，各个模块之间有了密切的“族谱关联性”，因此，用“模块谱系”指代整个高效能标准化装配式钢结构建筑产品大家族，以凸显模块之间的尺寸关联性，同时，也衍生了诸如“谱系化模块”“标准构件型谱”之类的名词。图谱即为方案库，建筑师可以从图谱中直接选择设计方案。

5）根据高效能标准化装配式钢结构建筑产品核心目标是实现大规模量产的目的，能否设计出大量定型构件，是高效能标准化装配式钢结构建筑产品实现工业化的关键。

而其关键核心技术的如何化多动力参数为单一参数，依据"α-F"3S新型分层装配式钢结构建筑体系是根据承重抗侧分离设计的FSS体系，其核心内容是：使用一组有限的不同工业化标准组件，它们之间装配具有兼容性，我们可以将它们结合起来N次获得所需的结构。根据合理的结构截面尺寸设计应结合“工程经验”和抗规3.4“建筑形体及其构件布置的规则性”，结构布置要对称、规则，不要有突变，使得这样的受力“舒服”的“设计规则”。其关键的难题：如何实现并掌握其“设计规则”？

为此，我们提出了一个能够同时掌握“工程经验”和“设计规则”的快速定制设计技术，各类功能空间模块及其组合成的整楼全部为整齐的矩形正交网格空间，荷载传递路线简捷、结构受力合理、刚度均匀、抗震性好，有利于构件尺寸的统一。从考虑水平方向及竖向方向上构件尺寸关系，制定了相关的设计规则：①对称的框架柱尺寸相同；②同向的核心筒外墙厚度一致；③共线的核心筒内墙厚度一致；④竖向构件尺寸随高度递减。如住宅，体系内大大小小的户型都有相同尺寸的房间，经过设计优化后，还能最大程度地使梁、板、柱、墙、梯等构件具备通用性，成为定型构件。

6)根据高效能标准化装配式钢结构建筑产品体系灵活多样性要求，设计必须体体现出产品体系能够实现标准化与多样化有机融合。①功能空间模块的灵活多样性，模块根据定规的尺寸，各功能空间模块已经考虑组合时的定规尺寸的吻合性及结构受力的合理性。以多高层住宅为例来说明这个设计，住宅不同的户型进深分属于不同的系列，同一进深系列的户型模块可以方便地组合成面积各不相同的、多种多样的住宅楼；同理，其它各个进深系列的户型模块能组合成更多样式的住宅楼。交通核模块可以南北翻转、东西镜像，此时，户型模块不必跟随着交通核一起翻转、镜像，户型房间始终保持最佳朝向，结构仍保持规整。交通核南侧（或北侧）可增加一个房间，根据项目需要，这个房间能灵活地分配给左户或右户。②建筑内部空间分隔的灵活多样性，建筑内部空间的隔墙，除核心筒及剪力墙以外，其他墙体都是非承重墙。在使用中，可以根据空间使用功能的变化进行灵活分隔。以住宅设计为例，房间大小可以根据家庭人口结构变化而变化，同时每户还预留管井洞口可增设卫生器具，保持生活便利性和舒适性。③外立面空间形式变化的灵活多样性，在定型结构骨架标准“模块”结构与外立面耗散钢框架组合设计，实现提高结构安全性的基础上，同时实现外立面的千变万化。以多高层住宅设计为例，户型模块只是结构骨架定型，而外廓形状、悬挑面积、开窗形式仍然可变。骨架结构在外挑方面同样做了包络化设计，每个房间都可以增设不同形式的外挑空间和挑阳台，挑深0.6- 2.4 m。建筑师可设计多种外飘窗，可设计各种凸凹变化，还可设计各式各样的雨棚、遮阳板、空调外机搁板等。由此可见，高效能标准化装配式钢结构建筑产品体系能够实现标准化与多样化的有机融合。

6 高效能标准化装配式钢结构建筑产品设计制造一体化平台定制技术

高效能标准化装配式钢结构建筑产品谱系化技术研究为设计制造一体化平台构建提供需求输入，其最终目的是搭建设计制造一体化平台，实现高效能标准化装配式钢结构建筑产品的快速设计、快速定制技术．

1）设计制造一体化平台功能

高效能标准化装配式钢结构建筑产品设计制造一体化平台以元模型数据库、知识库、标准库和工艺库等作为支撑，利用模块化技术、集成制造技术以及协同工作模式来搭建数字一体化平台．平台主要包括数字化（BIM）设计模块、协同仿真模块，制造模块和试验模块等．在数字化设计制造一体化平台上可以实现高效能标准化装配式钢结构建筑产品的研发、产品快速设计、协同仿真、虚拟制造以及相关试验等，可以满足高效能标准化装配式钢结构建筑产品不同的应用需求和根据需求定制产品．高效能标准化装配式钢结构建筑产品设计制造一体化平台的流程主要包括数字化设计流程、协同仿真流程、试验流程和制造流程，数字化设计从客户需求出发，通过需求数据仓库和配置系统，得到设计的元模型，通过元模型的实例化得到设计模型．设计模型可以为协同仿真提供基础模型．同时设计模型可以进行制造仿真与工艺规划，并且在设计阶段可以实现设计与制造的协同，通过设计与制造的交互，可以大大提高设计效率和准确率，也提供更加合理的制造模型．在高效能标准化装配式钢结构建筑产品设计制造一体化平台上，通过试验平台来进行相关试验验证，其试验结果可以与协同仿真结果进行对比，从而来修正仿真模型，进而修正设计模型．设计制造一体化平台中，可以通过协同工作模式来实现协同设计、设计与制造的协同、制造与试验的协同等，通过协同工作方式，工作方式从串行转化为并行，可以提高工作效率，缩短新产品的研发周期．

2）设计制造一体化平台组成

高效能标准化装配式钢结构建筑产品数字化设计制造一体化平台主要包括的是数字化设计、协同仿真模拟、制造以及试验等模块。数字化设计是从客户需求出发进行配置，根据配置规则和元模型库得到适应需求的元模型，将元模型进行实例化得到数字化设计三维模型．根据数字化设计三维模型进行适当简化或处理得到仿真模型，在协同仿真模块可以进行高效能标准化装配式钢结构建筑产品结构受力分析、节能标准、噪声等仿真模拟．数字化设计模块可以为制造模块提供制造仿真模拟的三维模型，可以进行拆装分析、人机工程分析以及工艺过程规划．同时制造模块包括车间实际制造，实现高效能标准化装配式钢结构建筑产品模型的试制与生产．试验模块包括零部件型式试验和整栋楼宇试验，并且可以将试验结果与仿真结果进行对比，从而修正设计．与此同时，设计制造一体化平台通过数据管理系统来管理整个平台的数据，平台中PＤＭ系统管理产品数据（包括设计数据和制造数据），ＳＤＭ系统管理仿真数据和仿真流程，ＴＤＭ管理试验数据．高效能标准化装配式钢结构建筑产品设计制造一体化平台架构组成如图所示．

7 高效能标准化装配式钢结构建筑产品谱系化技术研究的推广应用与产业化前景

高效能标准化装配式钢结构建筑产品谱系化技术是建筑业转向新型建筑工业化的关键核心技术，也是建筑业从传统工程领域转向新型工业建筑产品领域的指引性技术，为高效能标准化装配式钢结构建筑产品实现大规模量产、轻量化、模块化、装配式提供了坚强的技术支撑。产品谱系化技术为解决标准化与多样化实现了可能，彻底解决了长期困扰建筑工业化中关于标准化与多样化的难题。随着产品谱系化的推广应用，使得各国相继与中国合作开展“一带一路”建筑房建方面的项目建设合作，世界范围的需求为高效能标准化装配式钢结构建筑系列产品提供了广阔的市场空间，预计未来十年内将需要数百类别的谱系化高效能标准化装配式钢结构建筑产品，产生数万亿的工业产值，因此高效能标准化装配式钢结构建筑产品谱系化技术研究具有良好的推广应用价值和产业化前景．