BIM在裝配式結(jié)構(gòu)施工全周期中的應(yīng)用探討

薛瑞凱 徐崗 袁果 高德鑫 余苗

【摘要】文章介紹了成都天府國際機場國航基地工程（生產(chǎn)輔助設(shè)施一期），依靠 Revit平臺及相關(guān)深化設(shè)計插件，驅(qū)動自適應(yīng)族構(gòu)件，建立預(yù)制疊合板構(gòu)件深化設(shè)計模型。同時根據(jù)參數(shù)化的模型族，在保證模型滿足深化設(shè)計精度的同時，實現(xiàn)構(gòu)件間的數(shù)據(jù)互通，保證了建模效率和對統(tǒng)一的深化設(shè)計技術(shù)措施的修改和調(diào)整，BIM技術(shù)的深度應(yīng)用，不僅提高了施工效率，還獲得了較好的社會效益和經(jīng)濟效益。

【關(guān)鍵詞】 BIM建模;深化設(shè)計;施工模擬;拉桿式懸挑架

【中圖分類號】 TU741.2【文獻標志碼】 A

隨著我國建筑行業(yè)快速發(fā)展，綠色建筑、智慧工地越來越受到重視，傳統(tǒng)設(shè)計成果均由二維呈現(xiàn)，無法準確表達節(jié)點做法，而且無法獲得施工碰撞檢查，受限于設(shè)計人員的經(jīng)驗與責任心，往往無法精準指導施工。BIM技術(shù)具有模型可視化、參數(shù)化、可交互性、全生命周期性等特點，模型能夠以可視化的方式呈現(xiàn)給設(shè)計人員、施工人員，方便查看、修改和優(yōu)化，大量構(gòu)件及族的應(yīng)用賦予了模型活力，可隨時根據(jù)現(xiàn)場實際施工動態(tài)調(diào)整，再接入信息化平臺，反饋給相應(yīng)的負責人，得到正反饋，實現(xiàn)信息共享[4]。

裝配式結(jié)構(gòu)實施過程中遇到的問題，利用 BIM模擬施工工序，優(yōu)中選優(yōu)，避免在施工過程中出現(xiàn)工序混亂的問題，使經(jīng)過深化設(shè)計的圖紙及方案更具可實施性。

1工程概況

成都天府國際機場國航基地一期工程場地位于機場進場高速公路東側(cè)，共分為保障區(qū)、地服區(qū)和機務(wù)區(qū)3個組成部分。保障區(qū)與地服區(qū)為生產(chǎn)輔助設(shè)施地塊，位于東西聯(lián)絡(luò)干道的南區(qū)和北區(qū)，用地都較為方正;機務(wù)區(qū)為國航機務(wù)維修地塊，緊鄰地服區(qū)南側(cè)，北臨為東西聯(lián)絡(luò)干道。項目總建筑面積約為17.16萬 m2，其中北區(qū)建筑面積約16.11萬 m2（其中地上建筑面積約10.32萬 m2，主要用途為辦公、公寓、多功能活動中心及食堂;地下一層，建筑面積約5.79萬 m2），南區(qū)建筑面積約1.05萬 m2。

本工程預(yù)制構(gòu)件采用析架鋼筋混凝土疊合板，預(yù)制樓板均為雙向板，應(yīng)用范圍為辦公樓、公寓樓共7棟單體工程正負零以上樓板（包含1#、2#樓除種植屋面外屋面層），大部分樓板設(shè)計厚度為120 mm，部分樓板區(qū)域為150 mm，其中下部60 mm厚度為工廠預(yù)制，上部60 mm、90 mm厚度為施工現(xiàn)場現(xiàn)澆。經(jīng)統(tǒng)計，裝配式疊合板數(shù)量共5590塊，構(gòu)件面積約32028 m2，構(gòu)件體積約1922 m3，總重約4512.3 t。

2構(gòu)建BlM模型

結(jié)合建設(shè)方下發(fā)的施工藍圖，首先使用 sketch up 構(gòu)建項目模型，作為項目結(jié)構(gòu)與建筑模型構(gòu)建基礎(chǔ)依據(jù)（圖1）。

項目用的 BIM核心模型為結(jié)構(gòu)模型和機電模型。結(jié)構(gòu)模型為創(chuàng)建裝配式疊合板使用，機電模型為的是提取各專業(yè)與結(jié)構(gòu)交叉位置，預(yù)留洞口。由于結(jié)構(gòu)施工圖不能滿足裝配式疊合板生產(chǎn)加工需求，裝配式結(jié)構(gòu)模型基于結(jié)構(gòu)模型，結(jié)構(gòu)模型基于結(jié)構(gòu)施工圖（圖2）。

3 BlM施工應(yīng)用

3.1深化設(shè)計

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的深化設(shè)計主要包括預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)、安裝、質(zhì)安措施等進行服務(wù)，其中生產(chǎn)方面深化設(shè)計的內(nèi)容主要包括鋼筋深化設(shè)計、預(yù)埋預(yù)留深化設(shè)計、構(gòu)件連接節(jié)點深化設(shè)計;安裝方面的深化設(shè)計包括安裝施工模擬;質(zhì)安措施方面包括支模系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)深化。

3.2鋼筋及節(jié)點深化

創(chuàng)建通用裝配式疊合板模型，將疊合板板寬、板跨、板高等構(gòu)件數(shù)據(jù)參數(shù)化。利用已建成的結(jié)構(gòu)模型，根據(jù)設(shè)計圖紙布設(shè)構(gòu)件鋼筋[3]。

首先梳理結(jié)構(gòu)圖，將結(jié)構(gòu)板拆分為適合的板尺寸，考慮加工和施工的便利性。同時整理需要的鋼筋類型及節(jié)點，提前將各類型鋼筋及節(jié)點錄入族，導入結(jié)構(gòu)模型中。按規(guī)范及結(jié)構(gòu)通用設(shè)計要求放置鋼筋，調(diào)整鋼筋的錨固節(jié)點及鋼筋長度，在三維視圖中觀察復(fù)核結(jié)構(gòu)模型是否滿足要求。

疊合板布置5根析架鋼筋，間距500-520 mm，上、下弦筋均為8，腹桿筋小6，在梁柱連接位置布置加強筋。另外在吊點兩側(cè)相鄰波谷處布置附加鋼筋8，吊點附加筋位于析架下弦鋼筋上部[5]。布置完成鋼筋后，檢查鋼筋之間是否互相沖突，有無交叉。如有，及時調(diào)整。

裝配式構(gòu)件是在工廠內(nèi)澆筑完成，成型后調(diào)整困難，且為保證裝配式構(gòu)件在工廠內(nèi)加工效率，需要模具盡量統(tǒng)一。所以深化過程中，盡量減少各種裝配式疊合板的異形結(jié)構(gòu)（圖3）。

3.3預(yù)留預(yù)埋與碰撞檢查

裝配式結(jié)構(gòu)模型創(chuàng)建過程最重要的一環(huán)就是預(yù)留預(yù)埋洞口的預(yù)設(shè)，預(yù)埋設(shè)置的正確性直接影響疊合板的施工準確度。根據(jù)圖紙創(chuàng)建機電模型，重點集中在變標高及穿樓板、墻等位置。

記錄機電模型穿樓板位置，考慮暖通、給排水、通風、消防等各專業(yè)穿樓板需求，穿孔為方洞還是圓洞，是否需要布置套管或者預(yù)埋線盒等（圖5）。根據(jù) BIM管道模型，原設(shè)計施工圖管道井內(nèi)立管排布凌亂，導致管道井外水平壓力管道與重力流管道穿插排布，不利于支吊架設(shè)置及施工，為便于管道施工，達到整齊美觀的效果，優(yōu)化管井內(nèi)壓力管道與重力流管道分類排布。

在Fuzor軟件中檢測預(yù)留預(yù)埋洞口與鋼筋是否碰撞，分析各類型結(jié)構(gòu)構(gòu)件是否存在相互干擾碰撞情況，亮顯沖突構(gòu)件，查閱設(shè)計圖是否為模型構(gòu)件問題，如發(fā)現(xiàn)模型無誤，構(gòu)件確實存在碰撞，則通知設(shè)計單位修改變更，修改意見反饋后再反映至模型。

通過 Dynamo插件完成對配筋、板重、析架高度等影響現(xiàn)場安全及結(jié)構(gòu)施工的主控項目進行校核[2]。校核完成后用 Revit批量生成圖紙，同時生成項目相關(guān)數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)線排產(chǎn)、商務(wù)結(jié)算提供依據(jù)，生成"構(gòu)件身份證"，提升現(xiàn)場施工信息化水平。工廠生產(chǎn)、現(xiàn)場施工均可通過掃描二維碼獲取疊合板參數(shù)信息[7]，優(yōu)化疊合板分類堆碼，避免造成疊合板浪費。如發(fā)現(xiàn)疊合板質(zhì)量存在缺陷，能夠及時追蹤設(shè)計深化、工廠生產(chǎn)信息，大大推動了信息化平臺建設(shè)（圖6）。

3.4施工流程

3.4.1支模架系統(tǒng)

在下層樓板澆筑完成后，由測量人員根據(jù)預(yù)制疊合板板寬放出支撐定位線，并搭設(shè)滿堂架，同時根據(jù)疊合板分布圖及軸網(wǎng)，放樣出梁柱定位線，根據(jù)梁柱定位線支設(shè)梁模板，并在梁模板上放樣出疊合板定位線，板縫定位線允許誤差±10 mm[6]。通過架體搭設(shè)模擬動畫來輔助確認方案的可操作性，可視化施工交底更有針對性。

在剪力墻鋼筋、柱鋼筋上彈出1 m水平線、墻頂彈出板安放位置線，并作出明顯標志，以控制疊合板安裝標高和平面位置，同時對控制線進行復(fù)核。檢查疊合板構(gòu)件類型，確定安裝位置，并對疊合板吊裝順序進行編號和方向標識;除機電、水電預(yù)埋孔位置，其余大部分疊合板區(qū)域可以使用非整塊模板拼接使用，節(jié)約材料，避免浪費（圖7）。

3.4.2疊合板安裝

安裝就位時，注意按箭頭方向落位同時觀察樓板預(yù)留孔洞與水電圖紙的相對位置，疊合板安裝時伸人梁、剪力墻上10 mm。根據(jù)控制線以及標高精確調(diào)整構(gòu)件的水平位置、標高、垂直度，使誤差控制在允許范圍內(nèi)，疊合樓板吊裝完后全數(shù)檢查支撐架的受力情況，以及板與板拼縫處的高差（此處高差應(yīng)在3 mm以內(nèi)），調(diào)整板位置時，要墊小木塊，不要直接使用撬棍，以避免損壞板邊角。

預(yù)埋水電管線、綁扎面筋。柱插筋的定位必須設(shè)置定位鋼筋[1]，利用疊合板析架鋼筋作為上鋼筋的馬凳，確保上鋼筋的保護層厚度（圖8）。

3.4.3現(xiàn)澆層施工

疊合板混凝土澆筑時，為了保證疊合板及支撐受力均勻，混凝土澆筑采取從中間向兩邊澆筑，連續(xù)施工，一次完成。同時使用平板振動器振搗，確?；炷琳駬v密實。根據(jù)樓板標高控制線，控制板厚;澆筑時采用2 m刮杠將混凝土刮平，隨即進行混凝土收面及收面后拉毛處理。混凝土澆筑完畢后立即進行養(yǎng)護，用薄膜覆蓋養(yǎng)護時間不得少于7天。

3.5質(zhì)安措施

3.5.1拉桿式懸挑腳手架系統(tǒng)

拉桿式懸挑架主要由4部分組成：預(yù)埋件、懸挑工字鋼、斜拉桿、腳手架體系。懸挑支撐梁采用16#工字鋼，用2個8.8級 M24承壓型連接高強螺栓與建筑結(jié)構(gòu)固定，工字鋼下部焊接一塊厚度為12 mm的加勁板。型鋼懸挑梁外端采用斜拉桿與結(jié)構(gòu)拉結(jié)，斜拉桿為小20 mm長螺栓桿，中間配有內(nèi)部攻絲的小32 x3無縫鋼管。

預(yù)埋件由固定板、鋼套管、內(nèi)置螺紋鑄鋼構(gòu)件、預(yù)緊螺釘組成，鋼套管進場后進行密閉性試驗：將預(yù)緊螺釘擰至安裝狀態(tài)，往鋼套管內(nèi)加水，檢查是否漏水。

斜拉桿安裝需在上層結(jié)構(gòu)施工完成后安裝，斜拉桿安裝前，外腳手架搭設(shè)高度不應(yīng)超過2層，且下部宜用落地腳手架進行臨時支撐。在懸挑層的上一層結(jié)構(gòu)混凝土澆筑前，需要預(yù)埋斜拉桿上部與結(jié)構(gòu)拉結(jié)的高強螺栓預(yù)埋套管（圖9）。

3.5.2錯臺防治

裝配式疊合板進場時注意檢查疊合板的質(zhì)量，吊裝過程中注意避免疊合板上的預(yù)留鋼筋與疊合梁箍筋碰撞，疊合板吊裝平穩(wěn)慢放，以免吊裝時沖擊力過大導致板面損壞。

裝配式疊合板根據(jù)水平控制線及豎向板縫定位線，校核疊合板水平位置及豎向標高情況，調(diào)節(jié)豎向獨立支撐，確保疊合板滿足設(shè)計標高要求，允許誤差為土5 mm;通過撬棍（撬棍配合墊木使用，避免損壞板邊角）調(diào)節(jié)疊合板水平位移，確保疊合板滿足設(shè)計圖紙水平分布要求（預(yù)制疊合板與墻體搭接10 mm），允許誤差為5 mm，疊合板平整度誤差為3 mm，相鄰疊合板平整度誤差為土3 mm。

4經(jīng)驗總結(jié)

BIM技術(shù)對于裝配式疊合板的施工效率及質(zhì)量提升是明顯的。傳統(tǒng)的裝配式結(jié)構(gòu)深化只能在圖紙上完成，圖紙的審核及加工時都有困難，且深化時預(yù)留預(yù)埋的洞口、管道、線盒在二維上反映，不方便檢查，施工過程也較難復(fù)核，預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆梁、柱等的碰撞問題不能直觀表達，安裝時發(fā)現(xiàn)問題將影響施工節(jié)奏，導致工期滯后。使用 BIM技術(shù)后，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)深化設(shè)計的可視化、參數(shù)化、平臺化等優(yōu)勢可解決傳統(tǒng)深化設(shè)計所面臨的問題，進一步降低設(shè)計誤差，提高設(shè)計的準確率，為后續(xù)混凝土預(yù)制件的生產(chǎn)及裝配式建筑施工提供質(zhì)量保障。

但 BIM技術(shù)也不是全能的，現(xiàn)階段對 BIM技術(shù)的應(yīng)用仍然處于初級階段，需要進一步的探索與發(fā)展，進一步提升建筑施工的標準化管理水平。

參考文獻

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