裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件吊裝施工工藝優(yōu)化研究

陳澄波 魏文洲 潘智勇 范立雄 王乾鴻

裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件吊裝作業(yè)存在吊裝難度大、構(gòu)件類型復(fù)雜、安全防護(hù)和臨時(shí)支撐體系要求高以及構(gòu)件定位與連接精度要求高等難點(diǎn)。因此，在吊裝過程中必須結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況優(yōu)化施工工藝，以便有效提高施工管理水平，保證施工質(zhì)量和施工安全，為實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 工程概況

福利中心三期位于廣東省深圳市南山區(qū)西麗街道，項(xiàng)目占地面積約10335.14 m2，包括2 層地下室、1 棟塔樓以及裙樓。其中，綜合樓和養(yǎng)老居室均為裝配式建筑，最大建筑高度為59.3 m。項(xiàng)目施工過程存在預(yù)制構(gòu)件數(shù)量多、塔式起重機(jī)吊次多以及垂直運(yùn)輸量大等特點(diǎn)。綜合考慮施工現(xiàn)場(chǎng)情況和技術(shù)要求后，配備2 臺(tái)臂長(zhǎng)為60 m 的TC7025 塔式起重機(jī)，用于吊裝裝配式構(gòu)件。

2 裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件吊裝施工工藝

2.1 吊裝形式

本項(xiàng)目的預(yù)制構(gòu)件包括預(yù)制疊合板和預(yù)制外墻2 種。其中：綜合樓預(yù)制疊合板的質(zhì)量為1.318 t，最遠(yuǎn)安裝距離為48 m；養(yǎng)老居室預(yù)制疊合板的質(zhì)量為1.157 t，最遠(yuǎn)安裝距離為50 m。塔式起重機(jī)50 m 范圍內(nèi)的最大額定起重量為4.3 t，因此可以采用額定荷載為5 t 的吊鏈直接在卸車點(diǎn)運(yùn)輸車上起吊安裝。預(yù)制疊合板的吊裝形式，如圖1 所示。

圖1 預(yù)制疊合板的吊裝形式（來源：作者自攝）

綜合樓預(yù)制外墻的質(zhì)量為4.19 t，安裝位置距離1#塔式起重機(jī)35 m。養(yǎng)老居室預(yù)制外墻的質(zhì)量為4.45 t，安裝位置距離2#塔式起重機(jī)43 m。塔式起重機(jī)45 m 范圍內(nèi)的最大額定起重量為5 t，40 m 范圍內(nèi)的最大額定起重量為6 t?？梢圆捎忙?0 mm 的鋼絲繩和載荷5 t 的鴨嘴扣進(jìn)行吊裝。預(yù)制外墻的吊裝形式，如圖2 所示。

圖2 預(yù)制外墻的吊裝形式（來源：作者自攝）

綜合考慮起重機(jī)的覆蓋范圍、現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)道路情況和防碰撞要求，合理確定塔式起重機(jī)的安裝方式。施工進(jìn)度以標(biāo)準(zhǔn)層為基準(zhǔn)，按照6 d/層的速度進(jìn)行施工。

2.2 構(gòu)件吊裝和安裝工藝

2.2.1 預(yù)制疊合板

預(yù)制疊合板吊裝工藝流程：放線定位—搭設(shè)支撐—調(diào)整標(biāo)高—吊裝預(yù)制疊合板—調(diào)整預(yù)制疊合板位置—解除吊具。

在吊裝過程中，需要注意以下要點(diǎn)：第1，吊裝作業(yè)前要根據(jù)施工圖紙?jiān)诹荷戏懦鲱A(yù)制疊合板安裝位置的定位線，并參照?qǐng)D紙做好復(fù)核。第2，測(cè)量員根據(jù)施工圖紙校對(duì)預(yù)制疊合板安裝部位的標(biāo)高，確保預(yù)制疊合板與鋁模完全貼合。第3，在疊合板安裝前，需要在定位線位置粘貼雙面膠，雙面膠要貼直、貼穩(wěn)。第4，在疊合板起吊時(shí)，應(yīng)盡量減少非預(yù)應(yīng)力方向因自重產(chǎn)生的彎矩，可采用平衡吊架，保證4 個(gè)吊點(diǎn)受力均勻。吊裝作業(yè)要在平穩(wěn)的狀態(tài)下進(jìn)行[1]。開始起吊時(shí)，提升速度應(yīng)較為緩慢，當(dāng)疊合板提升至底邊距離地面0.5 m 時(shí)應(yīng)暫停起吊。經(jīng)檢查吊掛牢固且板面無污染和破損現(xiàn)象后，方可繼續(xù)起吊。第5，將疊合板提升至指定位置后，應(yīng)調(diào)整疊合板的位置，使其與定位線重合，并按照?qǐng)D紙要求，將疊合板錨入梁內(nèi)1 cm。安裝到位后，由測(cè)量員測(cè)量疊合板的標(biāo)高、型號(hào)、規(guī)格及位置，確保各項(xiàng)參數(shù)與圖紙一致。安裝完成后指揮塔式起重機(jī)司機(jī)下放吊鉤，解除吊具。

2.2.2 預(yù)制外墻

預(yù)制外墻吊裝工藝流程：清理基層—測(cè)量放線—吊裝預(yù)制外墻—水平度和垂直度粗調(diào)—安裝預(yù)制外墻斜支撐—水平度和垂直度精調(diào)—安裝下端連接件—現(xiàn)澆區(qū)域鋪設(shè)模板和綁扎鋼筋—現(xiàn)澆區(qū)域澆筑混凝土。

在吊裝前應(yīng)做好安裝準(zhǔn)備工作，并對(duì)特種作業(yè)人員進(jìn)行安全作業(yè)的培訓(xùn)[2]。特種作業(yè)人員取得資格證書后，方可持證上崗作業(yè)。臨時(shí)施工用電和施工機(jī)具應(yīng)符合相應(yīng)的規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)的要求，并確保安全防護(hù)措施執(zhí)行到位。

對(duì)高空作業(yè)人員要進(jìn)行專項(xiàng)安全教育和技術(shù)交底，并嚴(yán)格履行簽字手續(xù)，在正確使用安全防護(hù)用品的前提下進(jìn)場(chǎng)施工。在吊裝期間，必須在地面設(shè)置警示標(biāo)志，并配備充足的地面預(yù)警人員[3]。

在施工作業(yè)前要進(jìn)行質(zhì)量培訓(xùn)，明確操作具有一次性和不可逆的特征，確保施工安全。利用BIM 進(jìn)行模擬操作培訓(xùn)，使施工人員熟悉作業(yè)流程，掌握操作要點(diǎn)。預(yù)制外墻安裝完成后，應(yīng)由工程部、質(zhì)量部和技術(shù)部的責(zé)任人驗(yàn)收簽字，合格后才能進(jìn)行后續(xù)的混凝土澆筑。在安裝現(xiàn)澆區(qū)模板和澆筑混凝土?xí)r，需要做好預(yù)制外墻的成品保護(hù)，避免其位置發(fā)生偏移[4]。

在吊裝預(yù)制外墻時(shí)，需要根據(jù)吊釘位置選擇合適的起吊點(diǎn)，并利用鴨嘴扣連接鋼絲繩與外墻板預(yù)留吊環(huán)。當(dāng)預(yù)制外墻距離地面0.5 m 時(shí)，需要暫停起吊并檢查構(gòu)件外觀質(zhì)量和吊環(huán)連接，確認(rèn)無誤后方可繼續(xù)起吊。起吊前需要在預(yù)制外墻下側(cè)安裝500 mm寬的通長(zhǎng)多層板，起吊時(shí)要緩慢勻速，避免損壞預(yù)制外墻邊緣。當(dāng)外墻被吊至作業(yè)層上方約600 mm 時(shí)，用溜繩拉住墻板，使其緩慢下降[5]。到達(dá)指定位置后，要快速利用控制線和撬桿等進(jìn)行定位，并將墻板兩側(cè)斜支撐的螺栓插入預(yù)留的套筒中，然后緩慢落下墻板，安裝完成后方可脫鉤。

所有塔樓預(yù)制外墻均需設(shè)置斜支撐，以確保其穩(wěn)固性和安裝精度。斜支撐的材料為螺桿，螺桿與水平方向的夾角為60°，斜撐角度為45°～60°。斜支撐的一側(cè)與預(yù)制外墻預(yù)埋套筒連接，另一側(cè)通過金屬預(yù)埋件與樓板連接。預(yù)制外墻吊裝需要使用小型千斤頂和長(zhǎng)斜撐調(diào)節(jié)桿等設(shè)備。在吊裝過程中，要校正預(yù)制構(gòu)件的位置和垂直度。吊裝完成后，將斜撐安裝在樓板上。斜支撐上端與水平面成45°～60°夾角，下端與水平面成30°～45°夾角，斜支撐螺桿可調(diào)節(jié)的長(zhǎng)度范圍為±100 mm。所有的預(yù)制外墻構(gòu)件均需要留出閉口箍，以便與現(xiàn)澆區(qū)域連接[6]。

2.2.3 預(yù)制構(gòu)件拼縫施工工藝

在安裝預(yù)制構(gòu)件疊合板前，需要根據(jù)定位線貼好雙面膠，安裝時(shí)將疊合板按照?qǐng)D紙要求錨入梁內(nèi)10 mm，以達(dá)到良好的錨固效果。預(yù)制豎向構(gòu)件拼縫包括二道防水、內(nèi)側(cè)、外側(cè)以及平臺(tái)拼縫打膠，并在下部嵌入聚乙烯塑料（Polyethylene，PE）棒。

拼縫施工工藝要求如下：第1，施膠前需要將縫隙表面清理干凈，去除浮沙、銹斑和油灰，并用高壓噴氣槍除去灰塵。第2，用Φ30 mm 的PE棒填塞縫隙，并嚴(yán)格控制嵌入深度，嵌入深度不應(yīng)小于縫寬的1/2。第3，在打膠前應(yīng)涂刷1 道底涂劑，打膠時(shí)膠槍的膠嘴應(yīng)盡量伸入接口底部，確保密封膠填滿縫隙[7]。第4，對(duì)于“十”字或“T”字接口，應(yīng)先在接口處擠入足夠的密封膠，再分別向其他方向牽引施膠，以確保膠接頭連接效果滿足要求。打膠后48 h 內(nèi)不得觸摸密封膠，并在縫隙兩側(cè)覆蓋塑料薄膜進(jìn)行保護(hù)。第5，室內(nèi)和室外拼縫施工工序?yàn)椋呵謇韷p—塞入Φ30 mm 的PE 棒—打密封膠。

2.3 預(yù)制構(gòu)件吊裝施工原則

預(yù)制構(gòu)件的吊裝工藝要求較高，在施工中必須遵循安全性、協(xié)同性和科學(xué)性的原則，具體為：

1）安全性原則。按照《建筑施工高處作業(yè)安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 80―2016）、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 3―2010）、《裝配式建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51129―2017）、《建筑施工安全檢查標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 59―2011）等標(biāo)準(zhǔn)的要求，結(jié)合企業(yè)的安全施工制度和規(guī)定，優(yōu)化施工安全管理措施，確保施工流程安全推進(jìn)[8]。

2）協(xié)同性原則。相較于傳統(tǒng)的施工方式，裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件吊裝對(duì)各個(gè)崗位的協(xié)同度要求更高。只有堆場(chǎng)管理、吊裝設(shè)備操作和調(diào)整作業(yè)等人員協(xié)同配合，才能有效確保吊裝安全，提高吊裝效率，保證吊裝質(zhì)量。

3）科學(xué)性原則?？茖W(xué)性原則是指在施工中要應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，精確計(jì)算滑輪組荷載、吊臂長(zhǎng)度、構(gòu)件重量及設(shè)備載荷等參數(shù)，還可以利用三維建模和四維仿真等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)吊裝施工工藝的細(xì)化管理。

3 基于BIM 技術(shù)的吊裝施工安全管理優(yōu)化

3.1 布置吊裝場(chǎng)地

裝配式建筑構(gòu)件吊裝工序較多，工序間交叉頻繁，施工過程中容易因時(shí)間和空間的沖突發(fā)生安全事故。在施工過程中使用BIM 技術(shù)，可以模擬吊裝作業(yè)的時(shí)間和空間需求，合理規(guī)劃吊裝路線，明確臨時(shí)水電和配套要求，合理設(shè)置構(gòu)件堆放位置和機(jī)械位置以及合理安排臨時(shí)設(shè)施[9]。利用3D模型模擬和優(yōu)化吊裝方案，能夠有效消除現(xiàn)場(chǎng)安全隱患。

3.2 動(dòng)態(tài)吊裝模擬

施工作業(yè)前，可以利用Fuzor 軟件動(dòng)態(tài)模擬吊裝過程，并利用Revit 軟件精準(zhǔn)分析潛在沖突[10]。在具體應(yīng)用中，要先將BIM 模型導(dǎo)入Revit 軟件，再利用碰撞檢查功能檢查各環(huán)節(jié)可能存在的危險(xiǎn)源，最后，由技術(shù)人員提出技術(shù)優(yōu)化方法，由管理人員提出優(yōu)化方案，以此實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)源的預(yù)防和管理，做到最優(yōu)結(jié)果。

3.3 塔式起重機(jī)安全管理

裝配式建筑構(gòu)件類型復(fù)雜，質(zhì)量較大，而且塔式起重機(jī)的作業(yè)環(huán)境較為復(fù)雜，部分項(xiàng)目甚至需要多臺(tái)塔式起重機(jī)同時(shí)吊裝。因此，施工現(xiàn)場(chǎng)潛在危險(xiǎn)源復(fù)雜，安全管理難度較大。

在施工作業(yè)前，可以利用BIM 軟件進(jìn)行塔式起重機(jī)的起重驗(yàn)算和運(yùn)行模擬，根據(jù)結(jié)果提前優(yōu)化起重機(jī)管理方案。起重驗(yàn)算是指結(jié)合BIM 模型中的構(gòu)件參數(shù)，檢驗(yàn)起重機(jī)是否能夠滿足預(yù)制構(gòu)件的吊裝要求。運(yùn)行模擬是指在模型中模擬起重機(jī)的回轉(zhuǎn)半徑和行徑區(qū)域，測(cè)試起重機(jī)擺動(dòng)臂可以達(dá)到的范圍。綜上所述，利用BIM 軟件可以確保塔式起重機(jī)的安裝位置、高度、回轉(zhuǎn)半徑、作業(yè)區(qū)域以及承載力均能滿足施工要求，進(jìn)而有效避免起重機(jī)碰撞事故發(fā)生。

3.4 危險(xiǎn)源監(jiān)測(cè)和預(yù)警

在精細(xì)化施工管理的發(fā)展方向下，利用BIM 技術(shù)可以進(jìn)行危險(xiǎn)源管理，進(jìn)而有效提升安全管理水平。在吊裝過程中，利用射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)、超寬帶（Ultra Wide Band，UWB）定位技術(shù)和無線視頻監(jiān)控技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)獲取現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員、材料和機(jī)械等信息。利用這些信息構(gòu)建BIM 可視化模型，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)危險(xiǎn)因素，若危險(xiǎn)源超出安全范圍會(huì)第一時(shí)間報(bào)警，便于及時(shí)采取處理措施。

3.5 安全教育培訓(xùn)

安全教育培訓(xùn)是有效規(guī)避事故發(fā)生的關(guān)鍵措施。以BIM 模型為基礎(chǔ)生成吊裝過程的動(dòng)態(tài)模擬過程，再利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)VR 技術(shù)將其轉(zhuǎn)化為三維漫游場(chǎng)景，可以使施工人員更加直觀地了解施工流程和工藝。利用BIM+VR 開展安全教育，可以提高吊裝作業(yè)人員的安全意識(shí)，有效規(guī)避不安全行為，進(jìn)而避免安全事故發(fā)生。

從管理層面出發(fā)，構(gòu)建裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝施工安全評(píng)價(jià)體系，將安全因素分解為人員素質(zhì)、大型施工設(shè)備、施工工藝及關(guān)鍵技術(shù)、安全管理、環(huán)境因素等方面，在每一施工階段進(jìn)行系統(tǒng)性評(píng)估，以定性和定量相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)危險(xiǎn)源的精準(zhǔn)評(píng)估，以此為施工工藝應(yīng)用提供安全保障，有效提升施工安全管理水平，保障項(xiàng)目的安全進(jìn)行，更好地推動(dòng)工程項(xiàng)目建設(shè)效益不斷提升。

4 結(jié)語

裝配式建筑構(gòu)件吊裝施工工藝的優(yōu)化，需要在把握施工工藝要求的基礎(chǔ)上科學(xué)合理的應(yīng)用技術(shù)手段，在確保施工質(zhì)量的同時(shí)，提高安全管理水平和施工效率。通過優(yōu)化施工工藝，能夠提高施工管理水平，為項(xiàng)目效益的實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。