基于BIM 技術(shù)的高層裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅施工關(guān)鍵技術(shù)探究

李 翠

(江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學院南京分院 南京 210000)

裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅主要指提前在工廠完成相應的裝配式鋼構(gòu)件和部品,在施工過程中直接運輸至現(xiàn)場進行連接安裝,從而建造成為高層住宅[1]。BIM 技術(shù)依托于建筑工程各環(huán)節(jié)有關(guān)信息數(shù)據(jù),在此基礎(chǔ)上形成建筑模型,借助信息技術(shù)將建筑工程不同階段的數(shù)據(jù)通過集成后,體現(xiàn)在三維工程模型中,在該建筑模型中實現(xiàn)了建筑設(shè)計、施工的一體化,達到信息統(tǒng)一管理的目的,從而能夠?qū)ㄖこ倘芷谶M行管理[2]。通過BIM 技術(shù)所具備的三維可視化功能,能夠使用建筑模型開展碰撞測試,不斷修改優(yōu)化建施工方案,減少施工的風險事件發(fā)生,降低返工率,從而加快施工進度。

1 工程基本情況

以某高層裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅工程為例,該項目總體的建筑面積約達到145 827.73 cm2,其中地上建筑面積達到118 374.38 cm2,地下建筑面積達到27 453.35 cm2,如圖1所示。

圖1 項目鋼結(jié)構(gòu)BIM 模型

該項目建筑主體結(jié)構(gòu)中,主要使用了H 型鋼梁、矩形鋼管混凝土柱等鋼結(jié)構(gòu)。項目共有21層,采取了由鋼結(jié)構(gòu)框架和支撐結(jié)構(gòu)的方式,其中1～12樓采取扁柱和H 型鋼梁框架以及支撐結(jié)構(gòu)為主的體系。該裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅工程所使用的鋼量約為12 000 t,項目整體裝配率達到88.73%。

2 工程重難點的技術(shù)解決方案

2.1 預埋地腳螺栓的定位和安裝

2.1.1 重點技術(shù)解決措施

首先應該對控制柱地腳螺栓進行安裝,隨后對控制柱地腳螺栓開展分段調(diào)差,有利于保證鋼柱整體的安裝精確性[3]。將BIM 模型嵌入到已經(jīng)構(gòu)建完成的柱腳族中,開始自動運行識別程序?qū)δＰ椭辛⒅M行識別,得到柱腳模型,并自動對模型進行調(diào)整完善,形成柱腳定位樣板和與之對應的明細表[4]。在施工現(xiàn)場完成控制柱地腳螺栓的安裝后,通過三維放樣機器人自動掃描施工現(xiàn)場,全方位掃查施工現(xiàn)場柱腳安裝位置和模型中柱腳位置是否一致,減少安裝誤差出現(xiàn),提升安裝的精確性。同時還能夠自動識別模型中立柱,形成柱腳節(jié)點,構(gòu)建起地腳螺栓定位樣板。

2.1.2 建立模型及樣板

建立不同類型的柱腳節(jié)點以及地腳螺栓定位樣板模塊,創(chuàng)建形式多樣的立柱、底板以及筋板,建立螺栓孔距離列。并在底板周圍邊界處作出螺栓孔,將螺栓墊、地腳螺栓以及地腳螺栓定位樣板創(chuàng)建在對應的螺栓孔處。

2.1.3 建立工程模型及材料清單

結(jié)合項目工程實際要求,建立對應的軸網(wǎng)。并在軸網(wǎng)節(jié)點上建立立柱,在組件列表中選取柱腳節(jié)點和地腳螺栓定位樣板模塊[5]。再選擇相應的立柱,就能夠智能建立起柱腳節(jié)點模型。最后選取圖紙及報告菜單欄,形成材料清單和施工圖紙。

2.1.4 定位安裝地腳螺栓定位樣板

第一步先在地腳螺栓定位樣本中詳細標注出中心線,并和測量軸線保持完全一致,把地腳螺栓上端置入地腳螺栓定位樣板對應的螺栓孔中,安裝螺母。隨后按照縱向的方向,在建筑鋼管上安裝地腳螺栓定位樣板,根據(jù)測量軸線對軸線和標高進行相應的調(diào)整,如圖2所示。

圖2 施工現(xiàn)場預埋地腳螺栓

2.2 鋼柱的安裝

2.2.1 依托于BIM+RFID 技術(shù)安裝鋼柱

構(gòu)建起融合BIM 技術(shù)和RFID 技術(shù)的信息處理系統(tǒng),自動賦予鋼柱相應的電子編碼,形成RFID 電子標簽,一方面可以無需接觸,另一方面能夠?qū)崿F(xiàn)自動識別和進行無限追蹤定位。在施工現(xiàn)場對成品鋼構(gòu)件進行檢驗的過程中,可以借助RFID 無線定位技術(shù)對現(xiàn)場驗證工作提供輔助。同時在現(xiàn)場施工施工過程中,可以借助BIM 三維模型提供技術(shù)支持,通過BIM 和RFID 相結(jié)合的信息系統(tǒng),能夠?qū)ι形赐瓿珊鸵呀?jīng)完成的構(gòu)建進行智能識別,從而有效掌控施工現(xiàn)場的狀況。

2.2.2 鋼柱起吊

在吊裝整體鋼結(jié)構(gòu)的過程中,通常情況下選擇獨立塔吊采取回轉(zhuǎn)起吊的方法。吊裝期間必須在起吊設(shè)備端部放置枕木。吊裝過程中密切觀察承載柱底端的情況,一旦和地面發(fā)生撕裂或者滑動受阻的情況,需要馬上停止吊裝。

2.2.3 安裝首節(jié)鋼柱

首先需要精準定位鋼結(jié)構(gòu)位置,檢查基礎(chǔ)基準線和標高數(shù)值,需要和工程設(shè)計要求相匹配。同時仔細查看地錨螺栓直徑和暴露在外面的長度,對鋼結(jié)構(gòu)標出相應的編號。明確外形尺寸是否有誤,確定連接板的方向及位置,在施工現(xiàn)場再次確認尺寸參數(shù),對標高值進行測量。根據(jù)基礎(chǔ)預埋件標高值,來確定第一節(jié)段鋼承載柱標高。在進行安裝之前測量標高值是不可或缺的重要步驟,需要確?；A(chǔ)位置標高設(shè)定高于地錨螺栓,通過鋼板對高度值進行對應調(diào)整。在安裝鋼承載柱期間,需要借助水平儀再次檢查標高值,進一步確認標高值無誤后,在相應位置放置固定繩索,并引導塔吊吊裝吊鉤移動至目標位置。在重新確認標高值的過程中,將磁性鉛垂線掛在柱體兩端,觀察柱體垂直度情況,在此基礎(chǔ)上測量標高值。通過兩套經(jīng)緯儀從兩個正交方向分別進行觀察,校對核驗鋼柱垂直度情況。隨后使用千斤頂將柱體底部撐起,合理調(diào)整鋼柱垂直度。而對于柱體頂部進行調(diào)整時可以借助“地?！边M行輔助,在確認定位無誤后,將臨時固定架安裝到位,緊緊捆綁住固定繩索,如圖3所示。

圖3 施工現(xiàn)場首節(jié)鋼柱安裝

2.2.4 吊裝上節(jié)鋼柱

在對上部節(jié)段進行安裝時,需要觀察兩側(cè)臨時固定連接板狀況,確保上一節(jié)段與下一節(jié)段鋼柱之間保持緊密連接,使用節(jié)點板將其進行有效的固定連接。通過垂直吊裝,在吊裝至目標安裝位置后,立即對臨時連接板和安裝螺栓緊度進行合理調(diào)整。同時對標高值進行相應調(diào)整,不斷的核對檢驗上、下節(jié)段的對接頭情況,避免發(fā)生扭轉(zhuǎn)或錯位現(xiàn)象,從而使高度偏差數(shù)據(jù)控制在標準要求的范圍之內(nèi),如表4所示。對鋼柱中心線進行調(diào)整,確保鋼柱接頭尺寸滿足國家制定的標準要求,包括高層柱垂直度、標高值、扭曲值等指標,需要和安裝尺寸相匹配,最終保證鋼柱可以精準的放置在對應位置。通過利用具備較高強度的螺栓緊固結(jié)構(gòu),能夠明顯提升鋼結(jié)構(gòu)的剛度及其承載能力,從而到達項目工程的設(shè)計要求。同時,需要校對核驗鋼結(jié)構(gòu)吊裝接頭位置是否合理,利用千斤頂或者“地牛”對具備進行調(diào)整,提高鋼柱連接尺寸的精確性,使其和工程設(shè)計要求相匹配,如表5所示。

2.3 鋼梁的安裝

構(gòu)建起融合BIM 技術(shù)和RFID 技術(shù)的信息處理系統(tǒng),自動賦予鋼梁相應的電子編碼,形成無需接觸且能夠進行自動識別和進行無限追蹤定位的RFID電子標簽。在施工現(xiàn)場對鋼梁進行檢驗的過程中,可以借助RFID 無線定位技術(shù)對現(xiàn)場驗證工作提供輔助。同時在現(xiàn)場施工施工過程中,可以借助BIM 三維模型提供技術(shù)支持,通過BIM 和RFID 相結(jié)合的信息系統(tǒng),對尚未完成和已經(jīng)完成的構(gòu)建進行智能識別,實現(xiàn)對施工現(xiàn)場進度的掌控。

3 結(jié)語

綜上所述,筆者以高層裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅項目實踐為依據(jù),總結(jié)出基于BIM 技術(shù)的高層裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅施工關(guān)鍵技術(shù)方案,有效解決了高層裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅施工中預埋構(gòu)件位置精度控制、鋼梁吊裝連接以及鋼柱吊裝連接等重難點問題,能夠為后續(xù)高層裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅施工提供依據(jù),為相關(guān)工程施工人員提供建議。