BIM優(yōu)化鋁模與裝配式建筑結(jié)合精細(xì)化施工技術(shù)

崔 偉，陳光耀，高 偉

（中建二局第二建筑工程有限公司，山東 青島 266400）

近年來，裝配式建筑憑借“集約式生產(chǎn)模式、施工效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、綠色環(huán)?！钡忍攸c(diǎn)，成為新的建筑產(chǎn)業(yè)模式，有效提高了建筑質(zhì)量，創(chuàng)造了更多經(jīng)濟(jì)效益[1]。然而，裝配式建筑也容易產(chǎn)生質(zhì)量問題，如：疊合板及預(yù)制樓梯施工過程中易產(chǎn)生的疊合板帶錯臺、內(nèi)部管線疊加，造成疊合板厚度增加及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低；預(yù)制構(gòu)件安裝精度不高帶來的與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)結(jié)合部位的漏漿、平整度不理想；深化程度不高帶來的施工難度增加而產(chǎn)生的工期滯后等。本文將BIM 技術(shù)和鋁模綜合性應(yīng)用于裝配式建筑深化設(shè)計與施工階段，以期解決相關(guān)問題。

1 工程概況

日照愛情芳華里小區(qū)項(xiàng)目總用地面積88 916.3m2，總建筑面積279 704.55m2。由16 棟高層、4 棟洋房、1 棟幼兒園及2 層商鋪和1 層地下車庫組成，其中裝配式建筑9 棟，采用預(yù)制疊合板及預(yù)制樓梯。本項(xiàng)目在合理利用場地的前提下，優(yōu)化場地平面布置，采用BIM 優(yōu)化鋁模與裝配式建筑結(jié)合精細(xì)化施工技術(shù)。

2 精細(xì)化施工流程

為有效解決疊合板板帶設(shè)置問題、線管線盒預(yù)埋預(yù)制位置問題及預(yù)制樓梯定位施工問題，基于工程實(shí)際，創(chuàng)新性的將BIM 技術(shù)引入鋁模優(yōu)化與裝配式建筑深化設(shè)計和施工階段，理順了裝配式建筑施工流程，有效降低了施工難度，提高了施工質(zhì)量，加快了施工進(jìn)度，具體施工流程主要包括以下六部分。

2.1 BIM深化預(yù)制構(gòu)件設(shè)計

將BIM 技術(shù)與裝配式建筑深化設(shè)計有效結(jié)合在一起，通過三維建模，合理調(diào)整后澆板帶位置，調(diào)整預(yù)制疊合板尺寸大小，重新排布疊合板布局（圖1），檢查水電管線布局（圖2），避免管線疊加造成疊合板厚度增加及強(qiáng)度降低的風(fēng)險。深化完成后，設(shè)計結(jié)果經(jīng)多方審核，確定在不違反相關(guān)法律法規(guī)、現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范，不影響結(jié)構(gòu)安全、不降低設(shè)計裝配率等前提下，出具深化圖紙，作為預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)施工的依據(jù)。深化過程要充分考慮現(xiàn)場施工特點(diǎn)，包括塔機(jī)布局、最大起重量、單件預(yù)制構(gòu)件跨度對其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響等諸多因素，盡可能降低現(xiàn)場吊裝難度。深化圖紙還需明確現(xiàn)場水電管線敷設(shè)預(yù)埋，作為現(xiàn)場水電施工的依據(jù)。

圖1 疊合板布局優(yōu)化

圖2 水電管線優(yōu)化

2.2 BIM深化鋁合金模板設(shè)計

相較于木模板，鋁合金模板具有高加工精度、剛度大等優(yōu)點(diǎn)，基本可達(dá)到免抹灰的施工水準(zhǔn)[2]。在裝配式構(gòu)件施工前，應(yīng)用BIM建模技術(shù)，將預(yù)制構(gòu)件和鋁合金模板結(jié)合建立綜合三維模型（圖3），對鋁合金模板配模設(shè)計進(jìn)行針對性深化，優(yōu)化調(diào)整模板拼裝方向，僅對后澆板帶、現(xiàn)澆區(qū)域、部分預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)連接的重點(diǎn)部位進(jìn)行配模設(shè)計。模板設(shè)計完成后，通過BIM 模型多視角、全角度檢查，提前對施工過程中可能出現(xiàn)的安裝難點(diǎn)進(jìn)行排查優(yōu)化，簡化現(xiàn)場施工。通過BIM 優(yōu)化鋁合金模板配模設(shè)計，可節(jié)約施工階段鋁合金模板使用量，避免因設(shè)計原因造成無法施工問題，簡化施工流程及施工難度，加快施工進(jìn)度。預(yù)制樓梯配模深化階段，通過BIM 建模應(yīng)用，優(yōu)化鋁合金模板配模方式，采用鋁合金全封閉休息平臺配模，準(zhǔn)確打孔預(yù)埋，提高預(yù)制樓梯預(yù)埋螺栓精度，并在模板增設(shè)預(yù)制樓梯定位壓槽，方便后續(xù)預(yù)制樓梯的吊裝定位。

圖3 預(yù)制構(gòu)件和鋁合金模板三維模型

2.3 預(yù)制樓梯定位措施設(shè)計

為避免預(yù)制樓梯安裝位置不精確，提高混凝土成型質(zhì)量，本項(xiàng)目采用鋁合金模板全封閉支設(shè)樓梯現(xiàn)澆休息平臺，預(yù)制樓梯支撐梁處頂面采用鋁模蓋板全封閉。預(yù)制樓梯支撐面底部設(shè)計可調(diào)節(jié)定位螺栓，采用樓梯內(nèi)預(yù)埋螺栓套筒+可調(diào)節(jié)支撐螺栓的方式進(jìn)行預(yù)制樓梯標(biāo)高調(diào)節(jié)（圖4），并在預(yù)制樓梯支撐梁對應(yīng)調(diào)節(jié)螺栓位置采用鋁模壓槽支設(shè)方式設(shè)置定位槽。預(yù)制樓梯吊裝階段，通過設(shè)計標(biāo)高計算預(yù)制樓梯頂面安裝標(biāo)高，調(diào)節(jié)底部定位螺栓外露長度，直接將螺栓下端部放置在支撐梁定位槽內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)預(yù)制樓梯的一次性精確性安裝（圖5）。

圖4 可調(diào)節(jié)定位螺栓

圖5 預(yù)制樓梯的安裝

2.4 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)

將BIM 優(yōu)化的模型導(dǎo)出并制作深化圖紙，要求預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)廠商根據(jù)優(yōu)化后的預(yù)制構(gòu)件施工圖生產(chǎn)相應(yīng)的預(yù)制構(gòu)件，經(jīng)過支設(shè)模板、綁扎鋼筋、澆筑混凝土、拆模、養(yǎng)護(hù)等一系列工序后制作出符合項(xiàng)目要求的預(yù)制構(gòu)件，保證施工質(zhì)量，并按照深化圖紙對其進(jìn)行編號。

2.5 鋁模拼裝與預(yù)制構(gòu)件吊裝

施工現(xiàn)場依照鋁模深化設(shè)計后的拼裝圖進(jìn)行鋁模拼裝支設(shè)（圖6）。鋁合金模板拼裝完成后，再根據(jù)深化后的預(yù)制構(gòu)件施工圖的構(gòu)件編號和吊裝順序進(jìn)行吊裝。

圖6 鋁模拼裝支設(shè)

2.6 水電預(yù)埋及混凝土澆筑

按照BIM 優(yōu)化的水電管線敷設(shè)施工圖進(jìn)行水電管線預(yù)留預(yù)埋后進(jìn)行混凝土澆筑。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

BIM 優(yōu)化鋁模與裝配式建筑結(jié)合精細(xì)化施工技術(shù)，有效提高了裝配式建筑的施工質(zhì)量，提高了工作效率，節(jié)省施工時間，大大節(jié)省了工期。鋁模的優(yōu)化設(shè)計可節(jié)約模板使用量，鋁模板頂板只要起到支撐作用即可，因此不需要使用整塊鋁模板，簡化拼裝流程，同時符合節(jié)能減排、綠色施工要求，極大地改善作業(yè)環(huán)境。與傳統(tǒng)的裝配式施工技術(shù)相比，還可節(jié)省后期修補(bǔ)打磨費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效果顯著。

為了直觀對比傳統(tǒng)木模板與鋁合金模板的經(jīng)濟(jì)效益，取其中一層面積計算兩種技術(shù)方法的費(fèi)用情況，詳見表1。其中，每層模板使用面積為1 400m2，單層建筑面積為500m2。

表1 經(jīng)濟(jì)效益對比表

由表可見，與傳統(tǒng)方法相比，采用BIM 優(yōu)化鋁模與裝配式建筑結(jié)合精細(xì)化施工單層可節(jié)約21 600 元，本項(xiàng)目共9 棟建筑、209 層運(yùn)用此新型技術(shù)，合計節(jié)約了405 萬元。

本項(xiàng)目建筑層高均為23～25 層，其實(shí)踐成果與國內(nèi)其他學(xué)者[3]關(guān)于層高不超過40 層時，鋁合金模板可大大減少工程造價的結(jié)論一致，展示出明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

4 結(jié)語

本工程項(xiàng)目將BIM 技術(shù)與裝配式建筑深化設(shè)計有效結(jié)合在一起，基于BIM 技術(shù)的三維建模功能合理優(yōu)化了預(yù)制構(gòu)件設(shè)計、鋁模支設(shè)、管線布局等問題，降低了管線疊加造成疊合板厚度增加及強(qiáng)度下降的風(fēng)險，節(jié)約了鋁合金模板使用量，提高了預(yù)制構(gòu)件成型質(zhì)量及精度，實(shí)現(xiàn)了裝配式建筑的精細(xì)化施工。本施工技術(shù)的成功落地充分挖掘了裝配式建筑本身具備的巨大潛力，為裝配式建筑、鋁合金模板、BIM 技術(shù)的推廣和廣泛應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)條件，同時也為同類項(xiàng)目綜合和積累了大量的寶貴經(jīng)驗(yàn)。