一种基于构件分类和组合的建筑协同构建系统和方法

摘要

本发明公开了一种基于构件分类和组合的建筑协同构建系统和方法，本发明中，房屋是由各类构件组成的，用构件进行结构体、围护体、内装修、设备的设计和组合，即用构件限定空间、形成性能、实现功能，进而对构件进行艺术和人文化的装饰，使房屋具备人文属性，成为建筑。该方法基于房屋是由各类构件组合而成的定义，首先构建房屋构件分类系统库，然后根据拟建房屋的建造和设计要求，按照以下流程进行构件选择和建筑设计。本发明推进了建筑工业化、信息化，实现了基于建筑、结构、材料、装饰、设备、能环构件工业化生产的建筑协同构建系统和模式，能够优化房屋的设计、生产、装配、建造、维修、拆除流程，并使得整个工程项目管理更加高效、精准。

说明书

技术领域

本发明属于建筑设计和建造领域，涉及一种基于构件分类和组合的建筑协同构建系统和方法。

背景技术

房屋的建造方法，是指导建筑施工并保证建筑设计按照相关要求顺利实现的关键性技术手段和方法。在建筑设计，建造，施工，管理，维护，拆除的建筑全寿命周期是至关重要的环节，承载着工程质量和进度，承载着生命，财产安全。在很大程度上标志着工程建设和技术装备的先进程度。房屋的设计方法，是指建筑师在拿到项目任务书后，根据要求，将其转变为建筑方案图纸的技术手段和方法。建筑设计是建筑建造，施工，管理，维护，拆除的建筑全寿命周期中是最开始的一步，设计的合理与否直接决定着后续的建造，施工，管理等各个环节能否顺利开展。

目前房屋的设计流程可以总结为，建筑师拿到项目任务书，在与甲方的沟通中，根据要求，结合个人的专业技能，最终形成建筑方案。设计是人们有意识，有目的地寻求尚不存在的事物进行发明和创造的过程。由此可见意识很难捕捉和参照的，而不同建筑师面对不同的设计要求，意识活动也是千差万别，通常依靠积累项目经验，提高审美素养，完善和扩充设计手段和技能来保证建筑方案的合理。

目前房屋的建造流程可以总结为，在建筑方案敲定后，建筑师或设计单位出具建筑施工图纸并交付给建筑施工单位，施工图纸的交付通常标志着房屋建造过程的开始，施工图纸是指导房屋建造的依据。目前的房屋建造方法，采取的是施工单位指派项目工地负责人对施工图纸进行解读，匹配符合施工图要求的建筑材料，采购相应的房屋构件，并将其分配给相应的工种班组，在房屋的建造过程中由项目工地负责人负责协调并组织相关的施工工作，进而确保房屋按照最初建筑施工图的要求建成和交付使用。

我国目前的房屋设计建造方法，存在如下的问题：

一、房屋设计建造方法没有实现房屋的全寿命周期质量保障

目前房屋的设计与建造流程并没有有效实现建筑全寿命周期的理念和控制方法，没有完善、有效、系统的控制房屋的设计、建造、施工、维护、拆除各个流程的技术手段和方法。以设计建造方法为例，施工单位在拿到建筑施工图纸以后，在实际建造与施工过程中，可能遇到各种不能参照施工图纸解决的棘手问题，在这种情况下，为了保证项目顺利的建造和施工，项目负责人通常会根据自己的施工经验对施工图纸进行调整，带来的后果就是调整的越多，建造的结果离房屋的设计初衷越远，宏观上来说，缺乏有效控制房屋设计和建造本身的载体和方法，更缺乏有效控制房屋设计和建造流程之间的载体和方法，微观来说，其一建筑师自身对房屋的建造和施工工艺相关的知识匮乏，导致在房屋施工图纸的绘制过程中与实际的房屋建造和施工工艺脱节，不得不使项目负责人在现场临时调整，其二目前的房屋的施工图纸通常是依靠建筑师个人或建筑设计单位完成，深度停留在静态的建筑施工细部说明的层面上，对房屋建造和施工工艺并没有做阐述和说明，而在这个过程中，施工单位通常也无法介入，从而造成脱节的问题，在整个设计建造过程中，缺乏系统性。

二、房屋设计建造流程管理混乱，房屋质量难以保证

通常在房屋的建造过程中，由项目的工地负责人对建造过程，施工工艺进行组织协调和质量把控，分配施工图纸给相应的工种班组，而在建造工程中如果遇到建筑施工图不能很好的指导建造的情况下，项目负责人通常依靠个人的项目工地经验进行现场补救，所带来的问题就是施工管理效率低下，建造过程不可控，施工质量得不到保证。

从施工人员的角度来说，建筑业是劳动密集型行业，就业容量大，这一特征使建筑业成为接纳农村劳动力的重点行业，大批进城务工人员专业水平较低，整体素质较低，教育程度较低，工作时间长，超负荷左右现象严重，这种现状目前没有有效的手段和方法来改变，施工人员作为建造过程中重要的参与者和实施者，在目前这种情况下，并不能很好的保证房屋的施工质量，建造过程中施工质量完全依靠劳动者在项目负责人的统筹管理下，依靠个人的质量意识和技术水平，完成建造过程，然后在这种情况下，施工质量是难以保证的。

目前房屋设计大量依据的是各种相关建筑规范，房屋建造和施工大量的依据是各种技术规程。在实际工程项目中很难完全遵从，不管是项目的工地负责人，还是施工人员，不同的个体的经验和专业水平参差不齐，这也导致了目前房屋的设计与施工之间缺少一个重要环节，也导致房屋整个设计与建造过程具有主观性，随意性，不可控性，从而产生上面提到的问题。

解决上述一系列问题的根本方法在于找到一种能将设计过程中的意识、经验、修养、专业技能，建造过程中的意识、经验、专业技能转变为一种可以捕捉的、标准化的、程式化的流程设计与建造方法，旨在有依据、有标准、科学和高效的开展房屋的设计建造工作。这就要求转变在设计和施工中仅参照规范和规程的设计和建造模式，转变为在设计和施工的前端，就采用协同构建系统，选择符合规范和规程的产品来进行设计和建造模式。

三、房屋造价难以控制，依据图纸的项目预算与实际花费出入较大

目前的设计与建造方法，通常工程的项目的估算依据是项目各个专业相关的技术图纸，如建筑方案图纸，建筑施工图纸等，目前的图纸存在两大问题：1在整个工程项目的设计、建造、施工、管理过程中，图纸存在盲点，并不能作为造价控制的完整依据。2在工程项目的设计、建造、施工、管理过程中，经常会在现场遇到各种调整问题，在处理问题的过程当中，会产生无法估算的机动费用，导致工程项目造价难以控制。

综上所述，目前房屋建造过程中存在的问题可总结为：相关技术图纸的运用方式是“边建造边修改”；工程项目管理方式是“边组织边协调”；遇到技术问题的处理方式是“边处理边施工”。可以看出，这种模式下的工程项目在进展过程中无法提前预测问题，无法有效处理问题，解决问题的总体方式是“遇到什么处理什么”，继而产生上面提到的三大问题。而这三大问题产生的根本原因是房屋的设计和建造过程缺乏系统性，以及和房屋其它全寿命周期相关流程(维护，拆除，再利用)的关联性，缺乏有效控制房屋全寿命周期中各个流程的关键性技术手段和方法。

发明内容

技术问题：本发明提供一种实现了基于建筑、结构、材料、装饰、设备、能环构件工业化生产的建筑协同构建系统和模式，能够优化房屋的设计、生产、装配、建造、维修、拆除流程，并使得整个工程项目管理更加高效的基于构件分类和组合的建筑协同构建系统和方法。本发明中，基于构件分类系统库的建筑设计和建造流程更加标准化、理性化、科学化，减少现行各专业之间(以及专业内部)由于沟通不畅或沟通不及时导致的错、漏、碰、缺，提升工作效率和质量，从而实现房屋工程项目的协同设计、协同建造。

技术方案：本发明的基于构件分类和组合的建筑协同构建方法，包括以下步骤：

步骤1构建房屋构件分类系统库：查找并搜集所有符合相应规范和技术规程的房屋构件的技术资料，所述技术资料包括房屋构件的类型图纸、技术图纸、产品说明书、制备工艺及施工工艺，将每个房屋构件的技术资料组成一个构件信息，并对所有构件信息逐个进行特异性编码，然后用所有构件信息及其特异性编码组成房屋构件分类系统库；

步骤2根据拟建房屋的建造和设计要求，按照以下流程进行构件选择和方案设计：

1)根据结构设计要求，从房屋构件分类系统库中选择结构构件，进行结构体设计；

2)从房屋构件分类系统库中选择围护结构，进行空间单元的限定和设计；

3)从房屋构件分类系统库中选择性能构件，将其与空间单元结合，得到具有性能的空间单元；

4)根据各类建筑的设计原则和功能要求，对所述空间单元进行组合与布局，从而得到建筑整体构建方案模型；

步骤3如果步骤2得到的建筑整体构建方案模型满足建造、性能、功能、审美以及相关规范的要求，则记录所选构件的特异性编码，并按照所选构件的组装过程对所选构件的特异性编码进行排序，形成与房屋构建相匹配的特异性编码序列，完成建筑整体构建方案模型；否则，进入步骤4；

步骤4查找出导致建筑设计方案模型不满足要求的房屋构件，研发并设计新房屋构件，得到新房屋构件的类型图纸、技术图纸、产品说明书、制备工艺及施工工艺，用所述新房屋构件替代不满足要求的房屋构件，再重新进行构件选择和构建方案模型设计，如果新的建筑整体构建方案模型仍不满足建造、功能、性能、审美以及相关规范的要求，则调整新的建筑整体构建方案模型，直至满足建造、功能、性能、审美以及相关规范的要求；

步骤5对新构件信息逐个进行特异性编码，并用新房屋构件及其特异性编码更新房屋构件分类系统库，最后按照所选构件的装配和组装过程对所选构件的特异性编码进行排序，形成与房屋设计相匹配的特异性编码序列，即得到建筑整体构建方案模型。

进一步的，本发明方法中，还包括步骤6，具体内容为：基于最终得到的特异性编码序列，装配、组装包括墙、柱、梁、板在内的结构构件，并将所述结构构件进行整体装配施工，得到建筑结构体。

进一步的，本发明方法中，步骤6中，按照以下方式进行结构构件的装配、组装和整体装配施工：采用分级装配的工艺，将所选择的房屋构件装配成预制剪力墙钢筋笼构件、预制柱钢筋笼构件、预制梁钢筋笼构件、预制楼板钢筋笼构件，然后根据设计和施工要求，将所述预制剪力墙钢筋笼构件、预制柱钢筋笼构件、预制梁钢筋笼构件、预制楼板钢筋笼构件分别吊装至施工工位并组合拼接为预制组合钢筋笼构件，浇筑混凝土后，得到现场成型钢筋混凝土结构体。

进一步的，本发明方法中，特异性编码是赋予每个房屋构件一个唯一的编码，具体内容为：

首先将房屋构件划分成四类，每一类构成一种构件库，分别为结构构件库、围护结构构件库、内部装修与性能构件库、装备库，并分别给每个子构件库一个特异性编码，分别形成结构构件基本码、围护结构基本码、内部装修与性能构件基本码、装备基本码；

所述结构构件库包括梁、板、柱、剪力墙、连接件及加固件，所述围护结构构件库包括外围护构件和内分隔构件，所述内部装修与性能构件库包括室内装修和水、暖、电、燃气设备及管线，所述装备库包括各种施工装备、工装工具、转运工具、模板和支架系统。

进一步的，本发明方法中，步骤1的特异性编码中，按照构件形成阶段不同，进一步将所述结构构件库、围护结构库、内部装修与性能构件库、装备库分别划分为两级或三级，即划分为一级子库和二级子库，或一级子库、二级子库和三级子库，并分别给一级子库赋予一个含有基本码的特异性编码，形成一级码，分别给二级子库赋予一个含有基本码和一级码的特异性编码，形成二级码，分别给三级子库赋予一个含有基本码、一级码和二级码的特异性编码，形成三级码；

所述构件形成阶段包括工厂生产制作、吊装到工位之前装配、工位装配，对于划分为两级子库的情形，一级子库对应工厂生产制作，二级子库对应吊装到工位之前装配或工位装配；对于划分为三级子库的情形，一级子库对应工厂生产制作，二级子库对应吊装到工位之前装配，三级子库对应工位装配。

进一步的，本发明方法中，在进入步骤4之前，至少重新进行一次构件选择和方案设计，并以重新选择的构件替代前一次构件选择，再次得到建筑整体构建方案模型，如果新的建筑整体构建方案模型仍不满足建造、审美、功能、性能以及相关规范的要求，则转入步骤4。

进一步的，本发明方法中，技术资料中还包括构件造价信息、构件对工期的影响因素，所述房屋构件的类型图纸是指实现基于构件的建筑设计并符合现行规范的施工图和建造图，所述房屋构件的制备工艺包括组织建筑构件的制造、转运、装配，所述装配包括构件的定位、成型和连接。

进一步的，本发明方法中，所述建筑整体构建方案模型中，通过结构构件、围护结构和性能构件实现审美和人文表达的功能。

进一步的，本发明方法中，步骤1的特异性编码中，房屋构件划分类别中还包括外部装饰构件库，并形成外部装饰构件基本码，所述外部装饰构件库包括艺术化处理和人文化表达的建筑外观构件、依附于建筑外观构件的装饰构件；所述建筑整体构建方案模型中，通过外部装饰构件实现审美和人文表达的功能。

进一步的，本发明方法中，建筑整体构建方案模型的内容包括各房屋构件的维修和更换要求及寿命周期。

本发明的基于构件分类和组合的建筑协同构建系统包括：

房屋构件分类系统库构建模块：用以查找并搜集所有符合相应规范和技术规程的房屋构件的技术资料，将每个房屋构件的技术资料组成一个构件信息，并对所有构件信息逐个进行特异性编码，然后用所有构件信息及其特异性编码组成房屋构件分类系统库；

所述技术资料包括房屋构件的类型图纸、技术图纸、产品说明书、制备工艺、转运方式及施工工艺；

构件选择和方案设计模块：用以按照以下流程进行构件选择和方案设计：

1)根据结构设计要求，从房屋构件分类系统库中选择结构构件，进行结构体设计；

2)从房屋构件分类系统库中选择围护结构，进行空间单元的限定和设计；

3)从房屋构件分类系统库中选择性能构件，将其与空间单元结合，得到具有性能的空间单元；

4)根据各类建筑的设计原则和功能要求，对所述空间单元进行组合与布局，从而得到建筑整体构建方案模型；

特异性编码序列生成模块：用以判断建筑整体构建方案模型是否满足建造、性能、功能、审美以及相关规范的要求，如满足要求，则记录所选构件的特异性编码，并按照所选构件的组装过程对所选构件的特异性编码进行排序，形成与房屋构建相匹配的特异性编码序列，完成建筑整体构建方案模型；

新房屋构件开发模块：用以在建筑整体构建方案模型不满足建造、性能、功能、审美以及相关规范的要求时，查找出导致建筑设计方案模型不满足要求的房屋构件，研发并设计新房屋构件，得到新房屋构件的类型图纸、技术图纸、产品说明书、制备工艺、转运方式及施工工艺，用所述新房屋构件替代不满足要求的房屋构件模型。

进一步的，本发明系统中，房屋构件分类系统库构建模块包括结构构件库单元、围护结构构件库单元、内部装修与性能构件库单元和装备库单元；

所述结构构件库单元将梁、板、柱、剪力墙、连接件及加固件构成一种构件库，并给出一个特异性编码；

所述围护结构构件库单元将外围护构件和内分隔构件构成一种构件库，并给出一个特异性编码；

所述内部装修与性能构件库单元将室内装修和水、暖、电设备及管线构成一种构件库，并给出一个特异性编码；

所述装备库单元将各种施工装备、工装工具、模板和支架系统构成一种构件库，并给出一个特异性编码。

进一步的，本发明系统中，房屋构件分类系统库构建模块还包括外部装饰构件库单元，用以将艺术化处理和人文化表达的建筑外观构件、依附于建筑外观构件的装饰构件构成一种构件库，并给出一个特异性编码。

本发明首次提出了房屋构件分类系统库的概念，所述构件分类系统库是以建筑构成的视角，将房屋看成是由构件构成的，而构成房屋的不同种类构件的分类合集就是房屋构件分类系统库。房屋构件分类系统库是设计建造方法的关键性技术，也是一种控制房屋全寿命周期建造、性能和质量的新型手段和方法。构件化的房屋全寿命周期是指以房屋构成的视角来控制和管理建筑的全寿命周期建造、性能和质量。

房屋构件分类系统库是房屋设计过程中房屋构件的设计素材仓库，也是房屋建造过程中满足相应的规范和技术规程的产品仓库。构件分类系统库里的构件都会配套相应的技术图纸，产品说明书。是设计和建造的依据和标准之一。

所述房屋构件分类系统库的范围不仅包含新建建筑，也包含既有建筑改造。构成房屋的要素可定义为房屋的本体，房屋的环境，以及房屋本体可能会在未来发生的改造。

所述设计建造过程中的房屋可以看作是房屋的构件分类系统库。构件分类系统库的分类方法是把建成的房屋切分成几块，每一块就是房屋的构件库。所述设计和建造过程中的房屋是由不同的构件构成的集合体。所述构件分类系统库是一个不断扩充建筑构件，不断优化建筑构件的库，构件分类系统库的建立和维护是一个动态的过程。装备库包括各种施工装备、工装工具、转运工具、模板和支架系统，目标是提高装配效率。

本发明中，房屋是由各类构件组成的，用构件进行结构体、围护体、内装修、设备的设计和组合，即用构件限定空间、形成性能、实现功能，进而对构件进行艺术和人文化的装饰，使房屋具备人文属性，成为建筑。

设计开始时，依据房屋的建造、功能、性能和审美要求，在构件分类系统库中选择适合的房屋构件。设计步骤如下：1.确定房屋场地的范围，房屋的基础相关要求，如地形、地质、力学、结构要求等，在基础构件分类系统库中选择符合要求的基础构件；2.确定房屋主体部分的安全等级、结构选型、风格要求、房屋性能要求等，在结构体构件分类系统库和围护体构件分类系统库中选择符合要求的构件；3.形成房屋整体后，明确水暖电设备要求，在功能体模块构件分类系统库中选择符合要求的构件。

利用构件分类系统库中选用的房屋构件或者研发的新的房屋构件，形成房屋建造装配图纸，并将房屋建造装配图纸交付给施工单位，准备进行房屋建造。

房屋是住人或存放东西的建筑物，按永久存在设计而建成的建筑物，占用土地空间，通常有屋顶，多半完全用墙包围住，作为住宅、办公、仓库、工厂或其他有用的建筑物。房屋加上具有文化属性的构件或使房屋已有构件具有文化属性，则成为了建筑。建筑在概念定义上有5个层级关系，分别是：1.由不同类型构件组成；2.用构件去限定空间；3.使空间具有性能；4.满足功能和使用要求；5.实现审美和人文表达。其中前4个属性是房屋具有的，而第5个则是建筑特有的属性。对于第5个属性，有两种实现方式：一种是在建筑整体构建方案中，通过结构构件、围护结构和性能构件实现审美和人文表达的功能；另一种是通过外部装饰构件库和外部装饰构件基本码实现，其中外部装饰构件库包括艺术化处理和人文化表达的建筑外观构件、依附于建筑外观构件的装饰构件。上述依附于建筑外观构件的装饰构件、艺术化处理和人文化表达的建筑外观构件均包括内外可视的构件。

本发明运用系统分类的房屋构件分类系统库作为设计与建造的依据之一，来控制房屋的建造过程，解决房屋设计和建造过程中设计者和建造者的专业行为意识无法捕捉，项目经验、专业技能、审美素养参差不齐造成设计与建造流程具有主观性、随意性、不可控行，以及房屋的设计建造流程管理混乱、房屋质量难以保证、依据图纸的预算与实际花费出入较大的问题，最重要的是解决房屋的设计和建造过程缺乏系统性，以及和房屋其它全寿命周期相关流程(维护，拆除，再利用)的关联性，缺乏有效控制房屋全寿命周期中各个流程的关键性技术手段和方法。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明将房屋构件分类系统库分为结构构件库单元、围护结构构件库单元、内部装修与性能构件库单元和装备库单元等，另外按照构件形成阶段不同，进一步将所述结构构件库、围护结构库、内部装修与性能构件库、装备库分别划分为两级或三级。在上述基础上构建得到房屋构件分类系统库；采用体现建筑概念定义上5个层级关系的分步骤的基于构件的建筑设计。本发明采用上述在建筑设计模式和方法上的改进后，推进了建筑工业化，实现了基于建筑、结构、材料、装饰、设备、能环构件工业化生产的建筑协同构建系统和模式。

本发明能够优化房屋的设计、生产、装配、建造、维修、拆除流程，并使得整个工程项目管理更加高效。方案在修改过程中只需要替换相应的构件，构件与构件之间的逻辑关系并不发生根本性的改变，另外，在设计环节中，在构件分类系统库里选取真实的构件产品进行虚拟设计，取代利用专业行为意识来进行设计。团队在挑选和重组建筑构件的过程中，当构件分类系统库中的构件不能满足相应的建筑要求时，设计团队将通过市场调研，和相关企业合作等手段研发新的构件，通过相关专业规范验证和产品技术论证，然后存入构件分类系统库中，以备下次使用。在新构件研发之初，也会通过实际工程项目来验证其合理性。在建造与装配环节中，由于构件分类系统库中的构件都是成熟的建筑产品，施工人员提取相应的技术图纸进行标准化的建造与装配。在生产环节中，生产人员按照相配套的技术图纸和产品说明书进行标准化的生产。在管理过程中，管理人员参照构件分类系统库里每个构件里相匹配的技术图纸和产品说明书来管理工程项目中的设计，建造，装配，生产环节。根据构件相匹配的标准化的技术图纸和产品说明，在设计环节中检查构件是否符合建筑的相关要求，在建造和装配环节中组织合理化的施工方案，指导施工人员进行标准化，程式化的施工，编排切实可行工程计划进度表等。在生产环节中，督促生产人员进行标准化、程式化的生产。

基于构件的建筑设计和建造方法与普通建筑设计和建造方法的最大不同在于，在设计活动开始的时候就挑选构件分类系统库里的构件进行设计，所运用的构件是真实的虚拟模型，是有标准的装配方法和施工工艺的，而不是建造团队根据建筑施工图纸去匹配相应的建筑构件产品。其优点还在于可以实现设计与建造流程的标准化、虚拟化和协同化，构件生产的工厂化，施工和装配过程的程式化，造价估算的精确化和工程管理的动态化。

本发明提供的技术方案改变了现有建筑设计方法和建造模式，有助于推进建筑工业化、建筑信息化，以及大土木学科领域的学科新融合。具体来说，有了构件分类系统库之后，能够实现以下优点：

一、房屋构件分类系统库的独创性

本发明首次提出了房屋构件分类系统库的概念，构件分类系统库是新型房屋设计建造方法的关键性技术，主要体现为一种构件化控制房屋全寿命周期建造、性能和质量的手段和方法，从房屋构件的成型、定位、连接(成型指的是房屋构件的制作和生产，定位、连接指的是房屋构件的装配和施工)，经过构件的生产和组装，形成空间，构件本身和组装过后形成的房屋满足基本的功能要求、性能要求等，直到房屋后期维护，构件的替换和拆除再利用等跟房屋设计建造维护相关的全流程。

有了构件化房屋全寿命周期的概念之后，在设计过程中，构件分类系统库可以实现在房屋设计之初就借助计算机，根据房屋构件分类系统库进行标准化、虚拟化、协同化的设计，规避了主观性、随意性、非理性等对后续建造可能产生不良影响的行为和影响。从而使得后续的建造和施工流程更加高效和科学。与以往建筑师的先出方案图纸，深化施工图纸，施工方根据图纸安排不同的工种班组，匹配建筑构件，基于构件的建筑设计在最初设计的时候就已经考虑到建筑构件和装配的问题，构件分类系统库的构件已经满足自身的各项规范和规程要求，而在组装和装配过程中，可以根据房屋整体的规范要求进行有序的、科学的装配，从而避免现场不规范的操作。基于构件分类系统库的建筑设计和建造流程更加标准化、理性化、科学化、信息化。

构件分类系统库作为房屋设计与建造的依据之一，其库里的构件是成熟的建筑产品，不同的单位可以在构件分类系统库的框架里参与建筑构件的设计研发和建造研究，不同的单位，不同的构件都可以在构件分类系统库中找到相应的位置，这样有助于转变建筑设计及其建造的流程和模式，使其能形成通用和标准化的设计和建造方法。通过构件分类系统库建立统一的设计和建造标准，构件分类系统库是各个专业统一的数据和资源平台，所有专业人员在一个统一的构件分类系统库中进行工作和数据汇总，从而减少现行各专业之间(以及专业内部)由于沟通不畅或沟通不及时导致的错、漏、碰、缺，提升工作效率和质量，从而实现建筑工程项目的协同设计、协同建造。

二、房屋构件分类系统库的先进性

以房屋的设计和建造流程作为依据，层级化分类和编码房屋的构件建立构件分类系统库，其优点在于房屋构件分类系统库里的构件是真实的产品，并不是一个说法和概念，具有不可替代性和唯一性。在生产过程中，房屋构件可以根据构件分类系统库里的信息预先在工厂进行加工和装配，从而保证了产品质量，减少了现场的工作量，使得构件质量更加可靠。在施工过程中，施工过程变得更加程式化，施工人员可以从传统手工模式下专业技能水平参差不齐的农民工转变为训练有素的产业工人，身份的改变意味着劳动方式的改变，施工人员只需要熟练掌握构件分类系统库里不同构件的定型化装配和施工流程就可以很好的完成房屋的施工工作，基于房屋构件分类系统库，借助计算机的模拟施工建造功能，施工过程变得可视化、程式化，标准化。

三、房屋构件分类系统库的实用性

房屋采用的是构件分类系统库里的真实存在的成熟化的产品和装配施工流程，所以在做工程造价预算的时候材料价格更加准确。设计、建造、装配和生产采取的是标准化，程式化的方法，造价估算借助计算机运算，可自动生成准确的造价表。可以有效控制房屋的预算，另外，构件分类系统库的建立是一个不断完善和扩充的过程，团队在用构件分类系统库来进行房屋设计和建造的时候，当构件分类系统库中的构件不能满足相应的要求时，团队将通过市场调研、和相关企业合作等手段研发新的构件，通过相关专业规范验证和产品技术论证，存入构件分类系统库中，以备下次使用。在新构件研发之初，也会通过实验和实际工程项目来验证其合理性。构件分类系统库是一个不断扩充建筑构件、不断优化建筑构件的库，构件分类系统库的建立和维护是一个动态的过程，在工程管理中，由于构件分类系统库是各个专业统一的数据和资源平台，通过构件分类系统库建立的统一的工程管理标准，管理人员就可以对照构件分类系统库里各个环节相对应的内容，来指导、监督和验收工程的设计、建造、装配和生产。使得管理过程具有时效性、动态性、规范性、有针对性的特点。综上，房屋构件分类系统库在实际的工程项目运作中具有很强的实用性。

附图说明

图1房屋构件分类系统库示意图；

图2为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。

本发明的基于构件分类和组合的建筑协同构建方法，包括以下步骤：

步骤1构建房屋构件分类系统库：查找并搜集所有符合相应规范和技术规程的房屋构件的技术资料，所述技术资料包括房屋构件的类型图纸、技术图纸、产品说明书、制备工艺及施工工艺，将每个房屋构件的技术资料组成一个构件信息，并对所有构件信息逐个进行特异性编码，然后用所有构件信息及其特异性编码组成房屋构件分类系统库；

步骤2根据拟建房屋的建造和设计要求，按照以下流程进行构件选择和方案设计：

1)根据结构设计要求，从房屋构件分类系统库中选择结构构件，进行结构体设计；其中的结构构件即包括标准的构件，也可以包括由非标构件组成的扩展构件；

2)从房屋构件分类系统库中选择围护结构，进行空间单元的限定和设计；其中的围护结构即包括标准的围护结构，也可以包括由非标围护结构组成的扩展围护结构；

3)从房屋构件分类系统库中选择性能构件，将其与空间单元结合，得到具有性能的空间单元；

4)根据各类建筑的设计原则和功能要求，对所述空间单元进行组合与布局，从而得到建筑整体构建方案模型；

步骤3如果步骤2得到的建筑整体构建方案模型满足建造、性能、功能、审美以及相关规范的要求，则记录所选构件的特异性编码，并按照所选构件的组装过程对所选构件的特异性编码进行排序，形成与房屋构建相匹配的特异性编码序列，完成建筑整体构建方案模型；否则，进入步骤4；

步骤4查找出导致建筑设计方案模型不满足要求的房屋构件，研发并设计新房屋构件，得到新房屋构件的类型图纸、技术图纸、产品说明书、制备工艺及施工工艺，用所述新房屋构件替代不满足要求的房屋构件，再重新进行构件选择和构建方案模型设计，如果新的建筑整体构建方案模型仍不满足建造、功能、性能、审美以及相关规范的要求，则调整新的建筑整体构建方案模型，直至满足建造、功能、性能、审美以及相关规范的要求；

步骤5对新构件信息逐个进行特异性编码，并用新房屋构件及其特异性编码更新房屋构件分类系统库，最后按照所选构件的装配和组装过程对所选构件的特异性编码进行排序，形成与房屋设计相匹配的特异性编码序列，即得到建筑整体构建方案模型。

本发明优选实施例中，还包括了步骤6：基于最终得到的特异性编码序列，装配、组装包括墙、柱、梁、板在内的结构构件，并将所述结构构件进行整体装配施工，得到建筑结构体。其中按照以下方式进行结构构件的装配、组装和整体装配施工：采用分级装配的工艺，将所选择的房屋构件装配成预制剪力墙钢筋笼构件、预制柱钢筋笼构件、预制梁钢筋笼构件、预制楼板钢筋笼构件，然后根据设计和施工要求，将所述预制剪力墙钢筋笼构件、预制柱钢筋笼构件、预制梁钢筋笼构件、预制楼板钢筋笼构件分别吊装至施工工位并组合拼接为预制组合钢筋笼构件，浇筑混凝土后，得到现场成型钢筋混凝土结构体。

本发明方法中的特异性编码是赋予每个房屋构件一个唯一的编码，具体内容为：

首先将房屋构件划分成四类，每一类构成一种构件库，分别为结构构件库、围护结构构件库、内部装修与性能构件库、装备库，并分别给每个子构件库一个特异性编码，分别形成结构构件基本码、围护结构基本码、内部装修与性能构件基本码、装备基本码。所述结构构件库包括梁、板、柱、剪力墙、连接件及加固件，所述围护结构构件库包括外围护构件和内分隔构件，所述内部装修与性能构件库包括室内装修和水、暖、电、燃气设备及管线，所述装备库包括各种施工装备、工装工具、转运工具、模板和支架系统。

本发明的优选实施例中，结构构件库和围护结构构件库均可根据构件是标准构件还是非标构件(扩展构件)，进一步划分成标准结构构件库和扩展结构构件库，以及标准围护结构构件库和扩展围护结构构件库。

本发明优选实施例中，特异性编码中，按照构件形成阶段不同，进一步将所述结构构件库、围护结构库、内部装修与性能构件库、装备库分别划分为两级或三级，即划分为一级子库和二级子库，或一级子库、二级子库和三级子库，并分别给一级子库赋予一个含有基本码的特异性编码，形成一级码，分别给二级子库赋予一个含有基本码和一级码的特异性编码，形成二级码，分别给三级子库赋予一个含有基本码、一级码和二级码的特异性编码，形成三级码。构件形成阶段包括工厂生产制作、吊装到工位之前装配、工位装配，对于划分为两级子库的情形，一级子库对应工厂生产制作，二级子库对应吊装到工位之前装配或工位装配；对于划分为三级子库的情形，一级子库对应工厂生产制作，二级子库对应吊装到工位之前装配，三级子库对应工位装配。

本发明优选实施例中，建筑整体构建方案模型中，通过结构构件、围护结构和性能构件实现审美和人文表达的功能。为此，在步骤1的特异性编码中，房屋构件划分类别中还包括外部装饰构件库，并形成外部装饰构件基本码，所述外部装饰构件库包括艺术化处理和人文化表达的建筑外观构件、依附于建筑外观构件的装饰构件；所述建筑整体构建方案模型中，通过外部装饰构件实现审美和人文表达的功能。

另一种实施例中，建筑整体构建方案模型的内容包括各房屋构件和外围护构件的维修和更换要求及寿命周期。外围护构件与建筑结构体之间采用通过连接件螺栓安装定位，在提高安装效率、降低装配施工难度的同时，便于在建筑全寿命周期内对外围护构件的维修、更换和升级。

在用于本发明方法和系统进行建筑协调构建时，以钢筋混凝土构件和结构体为例，包括预制组合钢筋笼构件的制造装配和钢筋混凝土结构体的建造两个阶段，其中预制组合钢筋笼构件制造装配阶段包括：

1)在工厂制作预制边缘约束构件、钢筋网片、免拆模、钢筋组件、纵承托模板、横向承托模板；

2)分别装配预制竖向钢筋笼构件、预制梁钢筋笼构件和预制楼板钢筋笼构件，将预制竖向钢筋笼构件吊装至施工工位，安装定位；

3)定位安装梁构件支撑装置，然后吊装梁钢筋笼构件并设置在所述支撑装置上，将梁钢筋笼构件与预制竖向结构钢筋笼构件在相接部位连接在一起；

4)定位安装楼板构件支撑装置，然后吊装楼板钢筋笼构件并设置在所述支撑装置上，将楼板钢筋笼构件分别与梁钢筋笼构件、预制竖向钢筋笼构件在相接部位连接在一起，最终得到预制组合钢筋笼构件。

上述预制竖向结构钢筋笼构件为预制剪力墙钢筋笼构件或预制柱钢筋笼构件，所述预制剪力墙钢筋笼构件的装配方法为：

按照剪力墙的设计和配筋要求，将多个预制边缘约束构件分布定位，然后将钢筋网片沿剪力墙的墙面处设置，并与每个预制边缘约束构件连接，从而将所有预制边缘约束构件连接在一起；

将免拆模沿着钢筋网片外侧布设，采用定位固定件将构件两侧相对的免拆模连为一体；

所述预制柱钢筋笼构件的装配为：

将钢筋组件分布定位，然后将免拆模沿着柱的柱面处设置，并与钢筋组件连接为一体：

对于仅设置一个钢筋组件的预制柱钢筋笼构件，直接将免拆模沿钢筋组件外侧布设并与箍筋连接即可，对于设置多个钢筋组件的预制柱钢筋笼构件，则需要按照柱的设计和配筋要求，将多个钢筋组件分布定位，然后设置外部箍筋，将所有钢筋组件约束在内并连接为一体，最后沿柱的柱面设置免拆模，并将其与外部箍筋连接；

采用定位固定件将构件两侧相对的免拆模连为一体；

所述预制梁钢筋笼构件的装配方法为：

将钢筋组件分布定位，然后将免拆模沿着梁的前后侧面和底面布设，并与钢筋组件连接为一体：对于仅设置一个钢筋组件的预制梁钢筋笼构件，直接将免拆模沿钢筋组件前后侧面和底面布设并与箍筋连接即可，对于设置多个钢筋组件的预制梁钢筋笼构件，则需要按照梁的设计和配筋要求，将多个钢筋组件分布定位，然后设置外部箍筋，将所有钢筋组件约束在内并连接为一体，最后沿梁的前后侧面和底面布设免拆模，并将其与外部箍筋连接；

采用定位固定件将构件两侧面和底面的免拆模连为一体。

上述预制楼板钢筋笼构件的装配方法为：

将多个纵承托模板平行排列，在两相邻纵承托模板之间排列设置若干横向承托模板，并将其与横向承托模板连为一体；

沿横向承托模板布设安装钢筋，沿纵承托模板上方布设安装钢筋，并通过定位件将十字交叉的钢筋桁架和钢筋连为一体，所述定位件同时将钢筋桁架和钢筋与下方的纵承托模板连接为一体。

钢筋混凝土结构体建造阶段包括：

1)按照上述方法制造装配预制组合钢筋笼构件；

2)在底模中由纵承托模板和横向承托模板围成的网格单元上放置成型填充块，并安装定位；

3)在钢筋桁架上方铺设钢筋网片，并安装定位；

4)向预制竖向结构钢筋笼构件、预制梁钢筋笼构件和预制楼板钢筋笼构件的空腔中浇筑混凝土，养护成型；

5)拆除梁构件支撑装置、楼板构件支撑装置、底模，最终得到钢筋混凝土结构体。

上述成型填充块为同时起到底模和侧模作用的一体化填充块，或同时起到底模和侧模作用的一体化免拆模板。

以上是对钢筋混凝土结构体和建筑适用本发明方法和系统的实施例，以此类推，本发明能够适用于木结构、钢结构等建筑。

本发明的一种实施例中，还可以在房屋构件划分类别中增加一种构件库：包括构件制作单位、做什么构件、如何制作、制作时间、成本、目标，并形成构件分类基本码，实现质量可追溯技术。

本发明中，用虚拟的构件设计模型(即建筑整体构建方案模型)来模拟房屋构件真实的生产、转运、装配、建造过程，在构件层面输入系统化的数据，即可开展真实的建造施工，同时能够有效控制建筑全寿命周期的质量。

本发明基于构件分类和组合的建筑协同构建系统的实施例，包括：

房屋构件分类系统库构建模块：用以查找并搜集所有符合相应规范和技术规程的房屋构件的技术资料，将每个房屋构件的技术资料组成一个构件信息，并对所有构件信息逐个进行特异性编码，然后用所有构件信息及其特异性编码组成房屋构件分类系统库；具体可包括：结构构件库单元、围护结构构件库单元、内部装修与性能构件库单元和装备库单元。结构构件库单元将梁、板、柱、剪力墙、连接件及加固件构成一种构件库，并给出一个特异性编码；所述围护结构构件库单元将外围护构件和内分隔构件构成一种构件库，并给出一个特异性编码；内部装修与性能构件库单元将室内装修和水、暖、电设备及管线构成一种构件库，并给出一个特异性编码；装备库单元将各种施工装备、工装工具、转运工具、模板和支架系统构成一种构件库，并给出一个特异性编码。

所述技术资料包括房屋构件的类型图纸、技术图纸、产品说明书、制备工艺、转运方式及施工工艺；

构件选择和方案设计模块：用以按照以下流程进行构件选择和方案设计：

1)根据结构设计要求，从房屋构件分类系统库中选择结构构件，进行结构体设计；

2)从房屋构件分类系统库中选择围护结构，进行空间单元的限定和设计；

3)从房屋构件分类系统库中选择性能构件，将其与空间单元结合，得到具有性能的空间单元；

4)根据各类建筑的设计原则和功能要求，对所述空间单元进行组合与布局，从而得到建筑整体构建方案模型；

特异性编码序列生成模块：用以判断建筑整体构建方案模型是否满足建造、性能、功能、审美以及相关规范的要求，如满足要求，则记录所选构件的特异性编码，并按照所选构件的组装过程对所选构件的特异性编码进行排序，形成与房屋构建相匹配的特异性编码序列，完成建筑整体构建方案模型；

新房屋构件开发模块：用以在建筑整体构建方案模型不满足建造、性能、功能、审美以及相关规范的要求时，查找出导致建筑设计方案模型不满足要求的房屋构件，研发并设计新房屋构件，得到新房屋构件的类型图纸、技术图纸、产品说明书、制备工艺、转运方式及施工工艺，用所述新房屋构件替代不满足要求的房屋构件。

本发明一种优选实施例中，房屋构件分类系统库构建模块还包括外部装饰构件库单元，用以将艺术化处理和人文化表达的建筑外观构件、依附于建筑外观构件的装饰构件构成一种构件库，并给出一个特异性编码。

本发明中，优化房屋的设计，建造，装配，生产流程，并使得整个工程项目管理更加高效。方案在修改过程中只需要替换相应的构件，构件与构件之间的逻辑关系并不发生根本性的改变，另外，在设计环节中，在构件分类系统库里选取真实的构件产品进行设计，取代利用专业行为意识来进行设计，团队在挑选和重组建筑构件的过程中，当构件分类系统库中的构件不能满足相应的建筑要求时，设计团队将通过市场调研，和相关企业合作等手段研发新的构件，通过相关专业规范验证和产品技术论证，然后存入构件分类系统库中，以备下次使用。在新构件研发之初，也会通过实际工程项目来验证其合理性。在建造与装配环节中，由于构件分类系统库中的构件都是成熟的建筑产品，施工人员提取相应的技术图纸进行标准化的建造与装配。在生产环节中，生产人员按照相配套的技术图纸和产品说明书进行标准化的生产。在管理过程中，管理人员参照构件分类系统库里每个构件里相匹配的技术图纸和产品说明书来管理工程项目中的设计、建造、装配、生产环节。根据构件相匹配的标准化的技术图纸和产品说明，在设计环节中检查构件是否符合建筑的相关要求，在建造和装配环节中组织合理化的施工方案，督促施工人员进行标准化，程式化的施工，编排切实可行工程计划进度表等。在生产环节中，方便生产人员进行标准化，程式化的生产。基于构件的建筑设计和建造方法与普通建筑设计的建造方法的最大不同在于，在设计活动开始的时候就挑选构件分类系统库里的构件进行设计，所运用的构件是真实的，是有标准的装配方法和施工工艺的，而不是建造团队根据建筑施工图纸去匹配相应的建筑构件产品。其优点还在于可以实现设计与建造流程的标准化、信息化和协同化，构件生产的工厂化，施工和装配过程的程式化，造价估算的精确化和工程管理的动态化。具体来说，有了构件分类系统库之后，能够实现以下优点：

一、房屋构件分类系统库的独创性

本发明首次提出了房屋构件分类系统库的概念，构件分类系统库是新型房屋设计建造方法的关键性技术，主要体现为一种构件化控制房屋全寿命周期的手段和方法，从房屋构件的成型，定位、连接(成型指的是房屋构件的制作和生产，定位、连接指的是房屋构件的装配和施工)，经过构件的生产和组装，形成空间，构件本身和组装过后形成的房屋满足基本的功能要求，性能要求等，直到房屋后期维护，构件的替换和拆除再利用等跟房屋设计建造维护相关的全流程。

有了构件化房屋全寿命周期的概念之后，在设计过程中，构件分类系统库可以实现在房屋设计之初就借助计算机，根据房屋构件分类系统库进行标准化，信息化、协同化的设计，规避了主观性，随意性，非理性等对后续建造可能产生不良影响的行为，从而使得后续的建造和施工流程更加高效和科学。协同化是基于构件的设计、建造、维护和拆除的全过程的协同工作，与以往建筑师的先出方案图纸，深化施工图纸，施工方根据图纸匹配建筑构件，安排不同的工种班组，基于构件的建筑设计在最初设计的时候就已经考虑到建筑和装配的问题，构件分类系统库的构件已经满足自身的各项规范和规程要求，而在组装和装配过程中，可以根据房屋整体的规范要求进行有序的，科学的装配，从而避免现场不规范的操作。基于构件分类系统库的房屋设计和建造流程更加标准化。

构件分类系统库作为房屋设计与建造的依据之一，其库里的构件是成熟的建筑产品，不同的单位可以在构件分类系统库的框架里参与建筑构件的设计和建造研发，不同的单位，不同的构件都可以在构件分类系统库中找到相应的位置，这样有助于转变房屋设计及其建造的流程，使其能形成通用和标准化的设计和建造方法。通过构件分类系统库建立统一的设计和建造标准，构件分类系统库是各个专业统一的数据和资源平台，所有专业人员在一个统一的构件分类系统库中进行工作和数据汇总，从而减少现行各专业之间(以及专业内部)由于沟通不畅或沟通不及时导致的错、漏、碰、缺，提升工作效率和质量，从而实现房屋工程项目的协同设计、协同建造。

二、房屋构件分类系统库的先进性

以房屋的设计和建造流程作为依据，层级化分类和编码房屋的构件建立构件分类系统库，其优点在于房屋构件分类系统库里的构件是真实的产品，并不是一个说法和概念，具有不可替代性和唯一性。在生产过程中，房屋构件可以根据构件分类系统库里的信息预先在工厂进行加工和装配，从而保证了产品质量，减少了现场的工作量，使得构件质量更加可靠。在施工过程中，施工过程变得更加程式化、信息化，施工人员可以从传统手工模式下专业技能水平参差不齐的农民工转变为训练有素的产业工人，身份的改变意味着劳动方式的改变，施工人员只需要熟练掌握构件分类系统库里不同构件的标准化装配和施工流程就可以很好的完成房屋的施工工作，基于房屋构件分类系统库，借助计算机的模拟施工建造功能，施工过程变得程式化，标准化，信息化。

三、房屋构件分类系统库的实用性

房屋采用的是构件分类系统库里的真实存在的，成熟化的产品，所以在做工程造价预算的时候材料价格更加准确。建造，装配和生产采取的是标准化，程式化，信息化的方法，造价估算借助计算机运算，可自动生成准确的造价表。可以有效控制房屋的预算，另外，构件分类系统库的建立是一个不断完善和扩充的过程，团队在用构件分类系统库来进行房屋设计和建造的时候，当构件分类系统库中的构件不能满足相应的要求时，团队将通过市场调研、和相关企业合作等手段研发新的构件，通过相关专业规范验证和产品技术论证，存入构件分类系统库中，以备下次使用。在新构件研发之初，也会通过实际工程项目来验证其合理性。构件分类系统库是一个不断扩充建筑构件，不断优化建筑构件的库，构件分类系统库的建立和维护是一个动态的过程，在工程管理中，由于构件分类系统库是各个专业统一的数据和资源平台，通过构件分类系统库建立的统一的工程管理标准，管理人员就可以对照构件分类系统库里各个环节相对应的内容，来指导、监督和验收工程的设计，建造，装配和生产。使得管理过程具有时效性，动态性，规范性，有针对性的特点。综上，房屋构件分类系统库在实际的工程项目运作中具有很强的实用性。

上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。