基于BIM技術(shù)對鋁模+模塊化附著式腳手架的施工方法創(chuàng)新

常自昌 梁 軍 鞏利軍 劉 磊 楊 擘 王家庚

(甘肅省長城建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，蘭州 730099)

引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，建筑工程質(zhì)量、施工安全和生態(tài)環(huán)境要求逐漸提高，鋁合金模板技術(shù)和附著式升降腳手架技術(shù)均已列入建筑業(yè)10項(xiàng)新技術(shù)(2017版)，且已被工程建設(shè)行業(yè)廣泛應(yīng)用，其特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)得以充分發(fā)揮，提高了混凝土的觀感質(zhì)量和幾何截面尺寸準(zhǔn)確率，確保了施工過程作業(yè)人員安全。鋁合金模板+模塊化附著式升降腳手架共同應(yīng)用于主體結(jié)構(gòu)施工更是發(fā)揮了兩者的優(yōu)勢，加快了工程進(jìn)度，確保了工程質(zhì)量，避免了安全事故的發(fā)生。然而，新技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用避免不了新的問題產(chǎn)生，高層住宅立面造型多，平面幾何形狀變化大，外墻轉(zhuǎn)角柱、飄窗等部位突出，鋁合金模板和模塊化附著式升降腳手架共同使用時(shí)，會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)軌、倒鏈和鋁合金模板背楞碰撞和操作空間不夠等現(xiàn)象，造成施工難度。查閱文獻(xiàn)知，文獻(xiàn)[1-3]結(jié)合工程案例，闡述了附著式升降腳手架安裝、使用及拆卸等應(yīng)用技術(shù)及架體設(shè)計(jì)、使用階段的相關(guān)注意事項(xiàng)及對策。牛潮和黃小逸介紹了集成附著式升降腳手架技術(shù)、組合鋁合金模板施工技術(shù)在工程中的應(yīng)用[4]； 洪長河對“鋁模+爬架+穿插施工”模式下的高效施工工法及控制要點(diǎn)做了詳細(xì)的介紹[5]；羅秉乾等發(fā)明涉及一種鋁合金模板與爬架共用螺桿洞的施工工法[6]；杜福祥等以全模塊附著升降腳手架在重慶國金中心T2、T6 塔樓兩棟超高層建筑施工中的應(yīng)用為實(shí)例，闡述該新型附著式升降腳手架安裝、使用及拆卸等應(yīng)用技術(shù)及架體設(shè)計(jì)、使用階段的相關(guān)注意事項(xiàng)[7]；蘇媛媛通過對BIM配模應(yīng)用的研究，以及分析鋁模企業(yè)與總包單位未來的BIM工作模式，系統(tǒng)地提出鋁模企業(yè)BIM配模實(shí)施策略、應(yīng)用問題及未來思考，綜合分析鋁合金模板企業(yè)BIM技術(shù)發(fā)展[8]。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中心對GSCC-02A型模塊化附著式升降腳手架進(jìn)行了評估，認(rèn)為具有推廣應(yīng)用價(jià)值，同意通過評估[9]；本查新項(xiàng)目將組合鋁合金模板外墻柱突出部位轉(zhuǎn)角背楞由“凸”形轉(zhuǎn)角改為“凹”形轉(zhuǎn)角； 模塊化附著式腳手架支座安裝處的組合鋁合金模板K板由整體型分割為局部可提前拆卸型，國內(nèi)未見相同公開文獻(xiàn)報(bào)道[10]。綜上，現(xiàn)有施工方法為鋁模背楞整體拆除后安裝爬架導(dǎo)軌，影響爬架安裝進(jìn)度和鋁模背楞處混凝土質(zhì)量，未見對鋁合金模板+模塊化附著式升降腳手架共同使用施工方法的整體優(yōu)化設(shè)計(jì)考慮，而本文結(jié)合長城嘉峪苑住宅小區(qū)鋁模+爬架的應(yīng)用情況，基于BIM技術(shù)對鋁模+爬架的深化設(shè)計(jì)及施工方法進(jìn)行了創(chuàng)新。

1 工程概況

圖1 模塊化附著式升降腳手架BIM模型

長城嘉峪苑住宅小區(qū)項(xiàng)目由14棟高層建筑，2棟多層建筑，1棟幼兒園，建筑面積333 902.97m2，其中1-1#和1-8#樓應(yīng)用鋁模+附著式升降腳手架，GSCC-02A型模塊化附著式升降腳手架使用層數(shù)22層，應(yīng)用面積19 703.64m2，鋁合金模板使用層數(shù)25層，建筑層高2.9m，應(yīng)用面積82 044.38m2。鋁合金建筑型材基材采用鋁合金模板6061-T6，組合鋁合金模板體系配備一層模板，三層支撐體系，2套K板，構(gòu)件類型有墻柱、梁、蓋板、頂板、樓梯、吊模、支撐件和空調(diào)板等。模塊化附著式升降腳手架(GSCC-02A型)是由豎向主框架、水平支撐桁架、架體構(gòu)架、附著裝置、防墜裝置、升降機(jī)構(gòu)和電氣控制系統(tǒng)組成的高層建筑施工用全鋼腳手架，該腳手架的豎向主框架由導(dǎo)軌(雙6.3#槽鋼、φ30mm圓鋼和50×50×4mm方管組焊)和焊接成型的單片式框架(50×50×4mm和40×40×4mm等方管組焊)組成； 水平支撐桁架的水平斜桿、上下弦桿和豎向弦桿均由40×40×4mm方管制成，設(shè)置于架體底部； 架體構(gòu)架由豎向副框架(50×50×4mm和40×40×4mm等方管組焊)、縱向水平桿(40×40×4mm方管)、腳手板和防護(hù)立網(wǎng)(以20×20×2mm方管作為加強(qiáng)桿組成)，腳手板可根據(jù)樓層高度調(diào)整安裝位置，架體構(gòu)件間通過螺栓連接。架體全高14.4m，架體最大支承跨度為6m，現(xiàn)場用模塊化模數(shù)為0.6m×0.6m，0.9m×0.6m，1.2m×0.6m，1.5m×0.6m，1.8m×0.6m，如圖1所示。

2 鋁合金模板+模塊化附著式升降腳手架高層應(yīng)用存在的問題

以往工程施工時(shí)，由于安裝時(shí)，未考慮足夠的線條寬度和保溫厚度，模塊化附著式升降腳手架提升過程中，對線條和保溫造成破壞。鋁合金模板配模與模塊化附著式升降腳手架設(shè)計(jì)分屬不同專業(yè)施工單位，進(jìn)場前總承包單位未經(jīng)過詳細(xì)的協(xié)調(diào)確認(rèn)，模塊化附著式升降腳手架為不同模數(shù)的模塊化標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，在方案編制階段，整體排布不當(dāng)，優(yōu)化設(shè)計(jì)不當(dāng)，會(huì)造成導(dǎo)軌、倒鏈與柱鋁合金模板背楞沖突，導(dǎo)致導(dǎo)軌與背楞操作空間狹小，如圖2所示，對背楞突出部位焊割和做“凹”型轉(zhuǎn)角處理，如圖3和圖4所示，混凝土強(qiáng)度達(dá)不到要求，安裝爬架導(dǎo)軌支座后，造成支座處混凝土拉裂，如圖5所示。

3 基于BIM技術(shù)對鋁合金模板+模塊化附著式升降腳手架的優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)及安裝工藝流程

圖2 背楞與導(dǎo)軌間距狹小 圖3 焊割處理 圖4“凹”型轉(zhuǎn)角 圖5 支座處混凝土拉裂

圖6 鋁模+爬架深化設(shè)計(jì)、安裝流程圖

為了避免鋁模+爬架高層應(yīng)用以上問題的存在，本工程在模塊化附著式升降腳手架現(xiàn)場安裝前，對建筑標(biāo)準(zhǔn)層鋁合金模板和模塊化附著式升降腳手架應(yīng)用進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，將組合鋁合金模板外墻柱突出部位轉(zhuǎn)角背楞由“凸”形轉(zhuǎn)角改為“凹”形轉(zhuǎn)角； 模塊化附著式腳手架支座安裝處的組合鋁合金模板K板由整體型分割為局部可提前拆卸型，而基于BIM技術(shù)對鋁模+爬架的優(yōu)化設(shè)計(jì)及施工方法創(chuàng)新，則使工程應(yīng)用鋁模+爬架時(shí)達(dá)到參數(shù)化、模塊化，特殊部位進(jìn)行虛擬施工和可視化交底，其深化設(shè)計(jì)和施工工藝流程圖如圖6所示。

3.2 深化設(shè)計(jì)關(guān)鍵步驟

(1)確定標(biāo)準(zhǔn)層軸網(wǎng)原點(diǎn)

根據(jù)長城嘉峪苑住宅小區(qū)項(xiàng)目1-8#標(biāo)準(zhǔn)層平面布置圖軸網(wǎng)，一般選①軸/A軸為建模原點(diǎn)。

(2)創(chuàng)建鋁合金模板體系模型

智能配模常用軟件：Auto CAD，Revit+神機(jī)妙算。 本案例采用Revit+神機(jī)妙算建立鋁合金模板體系模型，主要考慮外墻鋁合金模板背楞高度、穿墻螺桿伸出長度、飄窗等特殊部位鋁合金模板體系搭設(shè)情況。

(3)創(chuàng)建模塊化附著式升降腳手架模型

在創(chuàng)建模塊化附著式升降腳手架時(shí)，主要考慮導(dǎo)軌及電動(dòng)葫蘆附著點(diǎn)位置及厚度，距結(jié)構(gòu)柱距離，附著點(diǎn)安裝個(gè)數(shù)； 調(diào)整腳手架模數(shù)，使其布置合理，模塊化附著式升降腳手架與鋁合金模板無碰撞點(diǎn)，附著式導(dǎo)軌和倒鏈距離背楞250mm，以滿足操作要求，模塊化附著式升降腳手架和鋁合金模板BIM模型如圖7所示。

(a)平面布置優(yōu)化圖 (b)走道板標(biāo)高優(yōu)化圖圖8 飄窗處爬架優(yōu)化

圖7 鋁模+爬架BIM模型

(4)鋁合金模板和模塊化附著式升降腳手架平面突出部位優(yōu)化設(shè)計(jì)

應(yīng)用Revit軟件打開鋁合金模板模型，自動(dòng)鏈接模塊化附著式升降腳手架模型至鋁合金模板模型中，確保原點(diǎn)和其它軸網(wǎng)對齊； 通過碰撞檢查和漫游功能，對鋁合金模板和模塊化附著式升降腳手架碰撞點(diǎn)進(jìn)行檢查，通過調(diào)整導(dǎo)軌及模塊化附著式升降腳手架走道板位置，進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。模塊化附著式升降腳手架導(dǎo)軌距外墻面350mm，根據(jù)樓面平面布置圖和現(xiàn)場情況，合理調(diào)整模塊化附著式升降腳手架走道板組合模數(shù)，調(diào)整導(dǎo)軌之間間距，并進(jìn)行可視化交底，如圖8所示。

(5)鋁合金模板外墻板背楞及K板構(gòu)造創(chuàng)新

模塊化附著式升降腳手架架體部分機(jī)位設(shè)置在結(jié)構(gòu)梁上，為了確保每道導(dǎo)軌至少附著兩個(gè)支座，結(jié)構(gòu)梁處的鋁合金模板K板需提前拆除，為了不影響該梁其它部位過早拆模，在鋁合金模板+模塊化附著式升降腳手架深化設(shè)計(jì)階段，對組合鋁合金模板外墻柱突出部位轉(zhuǎn)角背楞由“凸”形轉(zhuǎn)角創(chuàng)新為“凹”形轉(zhuǎn)角； 根據(jù)模塊化附著式升降腳手架支座大小，將支座處的K板進(jìn)行創(chuàng)新，由整體型提前分割為局部(300mm×450mm)可拆卸型，如圖9所示。

(a)整體K板圖 (b)可拆卸K板BIM圖 (c)可拆卸K板應(yīng)用圖圖9 支座處K板整體及分割圖

3.3 鋁合金模板+模塊化附著式升降腳手架安裝操作要點(diǎn)控制

(1)操作平臺(tái)搭設(shè)

模塊化附著腳手架操作平臺(tái)搭設(shè)完畢后必須有加固措施，應(yīng)在平臺(tái)頂部按每3m一組水平拉桿和斜桿對平臺(tái)進(jìn)行卸載加固，架體從標(biāo)準(zhǔn)層以上開始安裝。

(2)模塊化附著式升降腳手架附著螺栓孔洞準(zhǔn)確預(yù)留

針對本工程鋁合金模板與模塊化附著式升降腳手架施工預(yù)埋套管與拆模時(shí)間沖突的問題，現(xiàn)場統(tǒng)一了預(yù)埋套管的位置，根據(jù)鋁合金模板的拼裝分界線與結(jié)構(gòu)尺寸，統(tǒng)一將預(yù)埋套管埋在距梁底260mm的地方，避開了沖突，加快了施工速度，在成本未發(fā)生大變化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了工序優(yōu)化和成型質(zhì)量大幅度提升的目的。在結(jié)構(gòu)梁綁扎鋼筋時(shí)，提前預(yù)埋直徑為50mm的PVC管四根，兩根用于支座安裝，另外兩根用于提升吊點(diǎn)安裝，兩端封閉，并固定牢固，如圖10所示。

(3)模塊化附著式升降腳手架支座附著處鋁合金模板K板策劃

現(xiàn)場模塊化附著式升降腳手架整體提升時(shí)，由于主體鋁合金模板K板未拆除，影響模塊化附著式升降腳手架架體附著，存在支撐部位混凝土強(qiáng)度未達(dá)到承載力要求而拆除整體鋁合金K板的現(xiàn)象。為了減小架體附著對鋁合金K板的影響，現(xiàn)場根據(jù)模塊化附著式升降腳手架支座大小，將支座處的K板由整體型提前分割為兩塊(100mm×500mm、200mm×500mm)可拆卸型，確保了支座處鋁合金K板的拆除不影響周圍鋁合金K板的拆除，如圖11所示。

圖10 爬架附著螺栓孔洞預(yù)留

圖11 鋁合金模板K板

(4)模塊化附著式升降腳手架導(dǎo)軌及支座安裝

基于BIM技術(shù)對鋁合金模板+模塊化附著式升降腳手架的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，在剪力墻和梁部位預(yù)留了導(dǎo)軌附著孔洞，待墻模板和梁模板拆除后，支撐部位的混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到C20以上時(shí)，將現(xiàn)場拼裝好的模塊化附著式升降腳手架進(jìn)行吊裝，拆除K板中間200mm×500mm部位，安裝模塊化附著式升降腳手架導(dǎo)軌及支座，如圖12所示。

(a)BIM圖

(b)應(yīng)用圖圖12 爬架導(dǎo)軌支座安裝

(5)導(dǎo)軌與結(jié)構(gòu)柱、飄窗等特殊部位現(xiàn)場處理圖

模塊化附著式升降腳手架應(yīng)明確離最外側(cè)線條350mm，不應(yīng)只考慮建筑輪廓線； 如施工過程中導(dǎo)致破壞，調(diào)整機(jī)位位置避開對線條的破壞。架體機(jī)位排版設(shè)計(jì)時(shí)，保持距離建筑物外表面350mm左右，不僅方便鋁合金模板安拆，同時(shí)有利于架體全密封，提高了安全性，如圖13-14所示。

圖13 通風(fēng)道處爬架布置優(yōu)化

圖14 圓形陽臺(tái)處爬架優(yōu)化后

4 應(yīng)用效果

基于BIM技術(shù)對鋁模+附著式升降腳手架的施工工法優(yōu)化了模塊化附著式升降腳手架導(dǎo)軌支座的位置、架體走道板尺寸及整體模型布置，解決了鋁合金模板+模塊化附著式升降腳手架之間碰撞沖突、操作間距狹小、虛擬預(yù)拼裝、可視化交底、預(yù)埋套管的準(zhǔn)確預(yù)埋和K板整體拆除等重要問題，對爬架支座處的鋁模K板由整體型優(yōu)化為局部可提前拆卸型，安裝順序由組合鋁合金模板K板整體拆除優(yōu)化為K板中間部分拆除后即可安裝支座，對鋁模外墻柱突出部位轉(zhuǎn)角背楞由“凸”形轉(zhuǎn)角優(yōu)化為“凹”形轉(zhuǎn)角，保證了爬架與鋁模背楞之間的操作間距為350mm，實(shí)現(xiàn)了K板的局部拆除即可完成支座的安裝，每次鋁模+爬架的安裝效率提高1個(gè)工作日，從提高安裝效率節(jié)約人工費(fèi)、節(jié)約材料及節(jié)約管理成本統(tǒng)計(jì)，共節(jié)約成本約11.5余萬元，在東崗鎮(zhèn)城中村改造安置項(xiàng)目和樹人萊雅居住宅小區(qū)項(xiàng)目等多個(gè)高層住宅工程的應(yīng)用168個(gè)機(jī)位，符合綠色建造要求，為其它工程提供了良好的借鑒作用。