基于綠色建造的弧形砌體墻防偏位施工技術(shù)研究

王 浩 王 杰 吳春鵬 田溪源 熊文翔

新時(shí)期背景下，人們的環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)，綠色建筑工程作為一種節(jié)能、環(huán)保效果優(yōu)勢十分明顯的建筑類型，在城市化建設(shè)中有著十分廣泛的應(yīng)用。在此背景下，可以將以BIM 技術(shù)為代表的新型技術(shù)手段應(yīng)用到正式施工中，借助該技術(shù)建立建筑模型，避免弧形砌體墻出現(xiàn)偏位問題。

1 弧形砌體墻防偏位施工技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用要點(diǎn)

綠色建筑可以理解為一種新建筑概念，是在綠色環(huán)保理念的影響下衍生出的新型建筑模式，與其他傳統(tǒng)類型建筑存在明顯差異。綠色建筑在全壽命周期內(nèi)，可以為人們提供更加健康、高效、適用性更強(qiáng)的建筑空間[1]。

1.1 放線控制

弧形墻面的放線一般有2種方法：第1 種是制作定型模板，把模板平鋪在砌體基層上，找出弧形兩端基準(zhǔn)點(diǎn)并固定牢固；第2 種是弦距法，把圓弧分割成若干個(gè)小段，然后連接這些小段的端點(diǎn)[2]。

1.2 設(shè)計(jì)弧形龍骨

首先，完成龍骨結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工搭建任務(wù)。其次，將準(zhǔn)備好的密度板固定在龍骨結(jié)構(gòu)上，此時(shí)的密度板切縫需要設(shè)計(jì)成弧形，為后續(xù)施工提供便利。再次，用膩?zhàn)幽ㄆ?。最后，噴漆或者刷乳膠漆[3]。

1.3 固定踢腳線

鉆孔前需要了解墻面的水電走向和位置，避免碰到水電管道。每個(gè)孔之間的距離不宜過大，最好控制在約40 cm，然后再將小木釘釘入孔眼中。普通墻面在安裝踢腳線前需要進(jìn)行平整、清理，防止踢腳線與墻面不貼合，留下縫隙?？繅堑奶吣_線一般需要留1 cm 的伸縮縫，以便防止踢腳線熱脹冷縮[4]。

2 BIM 技術(shù)在弧形墻施工任務(wù)中的應(yīng)用

2.1 工程案例分析

在某綠色住宅建造項(xiàng)目中，設(shè)有一個(gè)弧形砌體墻結(jié)構(gòu)的露臺(tái)，工程設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過程中需要準(zhǔn)確計(jì)算人員荷載參數(shù)、風(fēng)荷載參數(shù)及地震荷載參數(shù)。完成結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算后，即可確認(rèn)最終的弧形砌體墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)以及材料選型。在該工程中，各項(xiàng)抗震參數(shù)的設(shè)計(jì)需要滿足工程需求，同時(shí)還需要工程師針對具體的工程結(jié)構(gòu)展開針對性的分析和計(jì)算，工程結(jié)構(gòu)設(shè)定最佳厚度和匹配鋼筋配筋比例[5]。

在該工程中，弧形墻整體弧度小于360°，用墻體中心角度除以360°，然后再乘以n，可以計(jì)算出弧形墻長度的所需砌塊數(shù)量。8 英寸砌筑弧形墻的最小半徑表和16 英寸砌筑弧形墻的最小半徑表如表1、表2 所示。

表1 8 英寸砌筑弧形墻的最小半徑表

表2 16 英寸砌筑弧形墻的最小半徑表

工程師可以使用BIM 軟件構(gòu)建精確的建筑模型，并在設(shè)計(jì)方案中明確不同工程部分的精確尺寸?；⌒纹鲶w墻模擬和仿真模型如圖1 所示。由圖1 可知，為保證墻體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案可以滿足綠色建造提出的細(xì)節(jié)性要求，工程設(shè)計(jì)師可以借助BIM 模型，對具體施工內(nèi)容進(jìn)行多次 重復(fù)驗(yàn)證，并優(yōu)化部分施工細(xì)節(jié)。例如，通過多次模擬施工可以有效減少材料浪費(fèi)，降低能源消耗量。

圖1 弧形砌體墻模擬和仿真模型（來源：網(wǎng)絡(luò)）

以本次工程為例，設(shè)計(jì)師使用BIM 技術(shù)成功創(chuàng)建出一個(gè)與建筑實(shí)物參數(shù)完全相同的仿真三維模型，成功模擬出弧形砌體墻結(jié)構(gòu)的形狀、結(jié)構(gòu)以及用料信息，在建立相應(yīng)的墻體建筑信息模型后，可為后續(xù)施工作業(yè)提供必要指導(dǎo)作用。

施工方可以借助BIM 模型的可視化功能，了解墻體模型參數(shù)及其相關(guān)施工信息，主要包括材料規(guī)格信息、施工順序信息、支撐結(jié)構(gòu)信息等。在這種情況下，現(xiàn)場施工人員便可以對施工方案有一個(gè)更加清晰的認(rèn)知，并按要求完成后續(xù)施工任務(wù)。對于項(xiàng)目施工團(tuán)隊(duì)而言，使用BIM 技術(shù)可以協(xié)調(diào)墻體模型參數(shù)與其他建筑模型的參數(shù)，以此保證墻體結(jié)構(gòu)施工任務(wù)不會(huì)與其他施工任務(wù)出現(xiàn)沖突，從根本上避免墻體出現(xiàn)偏位現(xiàn)象。

工程師可以在BIM 模型中再次嵌入傳感器設(shè)備和項(xiàng)目監(jiān)測裝置。通過這種方式，施工人員能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測墻體實(shí)際施工情況，并在出現(xiàn)問題后采取相應(yīng)的處理措施，保證工程建設(shè)質(zhì)量。例如，施工過程中如果出現(xiàn)參數(shù)偏差問題，傳感器會(huì)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綄?yīng)的BIM 模型內(nèi)，再由管理人員通知施工人員。

2.2 設(shè)定弧形砌體墻的幾何形狀

建筑的弧形砌體墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，幾何形狀是一個(gè)重要的參數(shù)，可以有效規(guī)避墻體出現(xiàn)偏位問題。工程設(shè)計(jì)師利用幾何知識(shí)，可以對墻體半徑參數(shù)、曲線形狀參數(shù)、支撐結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，避免弧形砌體墻出現(xiàn)施工偏位問題[6]。如圖2 所示，設(shè)計(jì)一個(gè)完整的自動(dòng)化控制系統(tǒng)來管理弧形砌體墻的運(yùn)行，該系統(tǒng)應(yīng)包括傳感器、執(zhí)行器、控制器等組件。

圖2 建筑弧形砌體墻自動(dòng)化控制（來源：網(wǎng)絡(luò)）

當(dāng)墻體傾斜度超過一定閾值時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)整墻體的形狀和位置，使其恢復(fù)到預(yù)定的設(shè)計(jì)狀態(tài)。這些控制算法可以基于預(yù)先設(shè)定的規(guī)則或者機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行優(yōu)化。例如，執(zhí)行器可以是電動(dòng)機(jī)、液壓缸或其他類型的驅(qū)動(dòng)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對墻體的精確控制。

除上述內(nèi)容外，工程設(shè)計(jì)師在完成設(shè)計(jì)任務(wù)的過程中，還需要考慮項(xiàng)目的具體施工工藝與施工順序之間的關(guān)系，明確二者對墻體結(jié)構(gòu)造成的影響，避免出現(xiàn)偏位狀況。

2.3 質(zhì)量監(jiān)督和質(zhì)量控制

項(xiàng)目施工建設(shè)過程中，工程質(zhì)量控制和質(zhì)量監(jiān)督工作具有重要的作用，工程設(shè)計(jì)師需要與項(xiàng)目施工團(tuán)隊(duì)加強(qiáng)合作，在施工現(xiàn)場完成檢查和監(jiān)測任務(wù)，保證墻體結(jié)構(gòu)的整體施工質(zhì)量可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求標(biāo)準(zhǔn)。如果在檢查過程中發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，則需要及時(shí)糾正。

質(zhì)量監(jiān)督是指對建筑工程全過程進(jìn)行監(jiān)督和檢查，以確保工程質(zhì)量符合法律法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。質(zhì)量監(jiān)督通常由政府部門或第三方機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)，這些部門和機(jī)構(gòu)會(huì)對建筑工程的各個(gè)階段進(jìn)行檢查和評估，主要包括制定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、選擇合適的材料和工藝、進(jìn)行質(zhì)量檢查和測試、培訓(xùn)施工人員等。質(zhì)量控制的目標(biāo)是在施工過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正質(zhì)量問題，確保工程質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。

3 弧形砌體墻的砌筑作業(yè)方法

3.1 放線控制

放線控制的步驟具體為：第1，使用三合板制成施工所需的定型模塊。第2，將模塊平鋪在準(zhǔn)備好的砌體基層上方。第3，找出弧線兩側(cè)區(qū)域的基準(zhǔn)點(diǎn)，將模塊進(jìn)行固定處理。第4，沿著模塊兩側(cè)區(qū)域在砌體基層表面進(jìn)行畫線。

通過這種方式，能得到弧形墻體的標(biāo)準(zhǔn)控制線[7]。上述方法比較適用于煙囪工程或者水塔建筑等直徑相對較小且弧度較小的工程造型。對于部分直徑相對較大，同時(shí)弧線較相對較為平緩的建筑弧形墻體而言，需要使用弦距法將設(shè)定好的圓弧進(jìn)一步分割成多個(gè)不同的小段，以此為基礎(chǔ)，再將這些小段端點(diǎn)使用彈線進(jìn)行連接即可。在使用弦距法的過程中，需要先明確圓的半徑值R、弦長值α，弧中點(diǎn)距弦中點(diǎn)距離為：

相應(yīng)的弦中點(diǎn)對應(yīng)的垂直量取值為h，然后將其分成兩段弧即可。后續(xù)作業(yè)環(huán)節(jié)繼續(xù)重復(fù)上述操作，即可完成所有分割任務(wù)，直至點(diǎn)間連線不存在硬折現(xiàn)象。針對工程中部分弦長過長的弧型結(jié)構(gòu)，可優(yōu)先使用經(jīng)緯儀分角法，將弧劃分為多個(gè)能夠直接進(jìn)行量取的線段，在這樣的情況下，即可使用弦距法完成放線任務(wù)。

3.2 排磚撂底

首先，使用砌筑砂漿材料或者細(xì)石混凝土材料進(jìn)行找平處理。其次，使用干磚進(jìn)行撂底作業(yè)，同時(shí)調(diào)整豎向灰縫寬度，使其尺寸均勻，為后續(xù)施工作業(yè)奠定基礎(chǔ)。最后，正式開始砌筑作業(yè)。

3.3 掛線砌筑

如果工程中的磚砌體類型為填充墻結(jié)構(gòu)，則需要通過掛豎線的方式進(jìn)行控制。在墻體的上側(cè)區(qū)域，設(shè)定專門的弧形梁板，并在下側(cè)區(qū)域布置專門的彈線，然后在墻外側(cè)的釘子上懸掛小線，每兩顆釘子之間的距離設(shè)定為1000 mm。完成掛線任務(wù)后，再進(jìn)行統(tǒng)一找平，在這樣的情況下，可以再將準(zhǔn)備好的回形針卡在對應(yīng)的豎向掛線上。通過這種方式，可以在準(zhǔn)確控制砌體水平度的同時(shí)，將其作為皮數(shù)桿使用。

在完成砌筑任務(wù)的過程中，需要觀察棱上的回形針布置情況，以此為基礎(chǔ)，即可對后續(xù)環(huán)節(jié)的磚體出進(jìn)進(jìn)行有效控制。此外，砌筑弧形墻體大多不會(huì)懸掛專門的水平線，一般會(huì)在1000 mm 的間隔點(diǎn)設(shè)定基準(zhǔn)線，并在指定位置進(jìn)行布設(shè)，確保墻體始終保持垂直狀態(tài)。最后，在砌筑過程中需要做到隨時(shí)檢查，確保每個(gè)環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量均可以達(dá)到預(yù)期設(shè)定的造型要求以及工程質(zhì)量要求，保證施工效果。

3.4 組砌形式

目前，弧形墻體結(jié)構(gòu)主要分為兩種組砌方式，如果工程中的墻體實(shí)際厚度為240 mm，此時(shí)即可使用全丁作業(yè)形式或者梅花丁作業(yè)形式。其中，全丁形式更加適用于弧度相對較小且直徑相對較小的部分弧形墻體砌筑施工，也可以理解為，在全丁砌筑作業(yè)期間，磚的內(nèi)外區(qū)域豎縫施工才可以同時(shí)達(dá)到既定施工要求標(biāo)準(zhǔn)。對于梅花丁作業(yè)形式而言，更加適用于部分弧度比較小且直徑相對較大的弧形墻砌筑任務(wù)。對于此類組砌墻體而言，豎縫內(nèi)外側(cè)區(qū)域都可以做到滿足規(guī)范施工要求，同時(shí)還可以進(jìn)一步提升砌筑作業(yè)速度，有效縮短施工周期。

3.5 砌筑方法

項(xiàng)目中的弧形墻體屬于砌體工程中整操作難度較高的施工部分，采用“三一”砌磚法能夠更加有效地適應(yīng)弧形墻體組砌作業(yè)提出的實(shí)際需求，因此弧形墻體的砌筑作業(yè)需要統(tǒng)一使用“三一”砌磚法，在保證作業(yè)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，提升作業(yè)效率。

4 結(jié)語

通過深入研究弧形砌體墻的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和施工工藝，可為綠色建造領(lǐng)域提供新的解決方案。在未來的研究和實(shí)踐中，還要積累更多成功經(jīng)驗(yàn)，為建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。