BIM技術(shù)在壓型鋼板鋼筋混凝土夾層樓蓋施工中的應(yīng)用

宋博，李因旭，朱傳英，劉翠蘭，辛斌，張璐，李瑜玉

（華通建設(shè)發(fā)展集團(tuán)有限公司，山東 泰安 271000）

1 引言

在建筑施工的過(guò)程中，對(duì)于室內(nèi)樓蓋施工工法一般以鋼筋混凝土澆注的水泥板為主，而現(xiàn)有水泥板主要成型為在模具中安裝鋼筋，然后將混凝土灌入至其中，當(dāng)混凝土灌入成型后，使用傳統(tǒng)的水泥板對(duì)樓蓋進(jìn)行搭建。傳統(tǒng)樓蓋的施工水泥板制備后體積、質(zhì)量大，在樓蓋施工操作難度也較大。并且傳統(tǒng)的水泥材質(zhì)的樓蓋只是通過(guò)內(nèi)部的鋼筋保證強(qiáng)度，其強(qiáng)度與穩(wěn)定性不高，且沒(méi)有多余的利用空間，安裝后降噪隔音的效果也不好。為此，針對(duì)上述出現(xiàn)的問(wèn)題，本文針對(duì)BIM 技術(shù)在壓型鋼板鋼筋混凝土夾層樓蓋施工中的應(yīng)用進(jìn)行探索和研究。

此前很多學(xué)者對(duì)BIM 技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了研究，練俊江和李蔚興[1]利用SATWE 軟件研究了鋼筋混凝土夾層的增加對(duì)原工程結(jié)構(gòu)的影響程度，同時(shí)對(duì)相應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行了驗(yàn)算分析；張建鋒[2]對(duì)以往的傳統(tǒng)凍結(jié)井壁結(jié)構(gòu)在使用中的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，并運(yùn)用新技術(shù)、新材料、新工藝等進(jìn)行改進(jìn)，取得了明顯的效果；闕榮[3]對(duì)BIM 技術(shù)具有的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)進(jìn)行了探討，并將BIM 技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑施工現(xiàn)場(chǎng)，得到該技術(shù)對(duì)工作效率提高、成本控制等產(chǎn)生積極影響；盛龍飛[4]運(yùn)用ANSYS 軟件對(duì)三向網(wǎng)格和正六邊形蜂窩型空腹夾層樓蓋的承載力進(jìn)行了研究分析；張植偉等[5]以某大劇院項(xiàng)目為依托，利用BlM 技術(shù)協(xié)同作業(yè)機(jī)制，推動(dòng)施工數(shù)字信息一體化，加強(qiáng)信息溝通；董武俊[6]分析了BIM 技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用情況，并對(duì)裝配式項(xiàng)目進(jìn)行針對(duì)性研究；陶佳能等[7]通過(guò)建立三維BIM 協(xié)同平臺(tái)，并依托于實(shí)際工程項(xiàng)目對(duì)裝配式建筑在施工階段的安全質(zhì)量控制進(jìn)行了分析與研究；毛蜀軍[8]利用BIM 技術(shù)對(duì)BDF 空心樓蓋從建模設(shè)計(jì)到實(shí)際施工過(guò)程進(jìn)行了全面分析，并對(duì)整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行精細(xì)化管理。

隨著技術(shù)施工的逐步發(fā)展，越來(lái)越多的技術(shù)人員會(huì)在施工前使用BIM 技術(shù)，操控模擬建設(shè)模型，以模擬建筑施工的方式進(jìn)一步地完善施工流程。

2 工程概況

泰安市文化產(chǎn)業(yè)中等專(zhuān)業(yè)學(xué)校綜合實(shí)訓(xùn)樓建設(shè)項(xiàng)目一標(biāo)段（如圖1）位于泰安市泰山區(qū)五馬街以北、溫泉路以西，學(xué)校院內(nèi)結(jié)構(gòu)形式為鋼結(jié)構(gòu)框架體系，建筑面積為4336.29m2，本工程應(yīng)用本技術(shù)面積約3700m2。核電封頭、壓力容器、齒弦管及GF300 方矩管智能制造建設(shè)項(xiàng)目（如圖2）位于泰安市岱岳區(qū)大汶口工業(yè)園迎駕路以東、南留大街以南，結(jié)構(gòu)形式為鋼結(jié)構(gòu)形式，建筑面積5588.6 6m2，獨(dú)立基礎(chǔ)，1#車(chē)間和2#車(chē)間建筑高度分別24.20m、16.20m，為本工程應(yīng)用本技術(shù)的兩層夾層面積約520m2。

圖1 泰安市文化產(chǎn)業(yè)中等專(zhuān)業(yè)學(xué)校綜合實(shí)訓(xùn)樓建設(shè)項(xiàng)目一標(biāo)

圖2 核電封頭、壓力容器、齒弦管及GF300方矩管智能制造建設(shè)項(xiàng)目（車(chē)間一、車(chē)間二）

3 工藝原理

BIM 技術(shù)在壓型鋼板鋼筋混凝土夾層樓蓋施工中的應(yīng)用，包括鋼板基架鋼板基架采用合金鋼制備而成，鋼板基架制備時(shí)可根據(jù)施工的場(chǎng)所及施工的要求制備，控制其制備的大小及強(qiáng)度，具體構(gòu)造結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 壓型鋼板基架構(gòu)造圖

六邊形基架，六邊形基架安裝在所述鋼板基架的內(nèi)側(cè)，且六邊形基架相互拼接安裝在一起；基礎(chǔ)肋板，基礎(chǔ)肋板安裝在鋼板基架的四處夾角處，且鋼板基架與六邊形基架連接處對(duì)應(yīng)鋼板基架四處夾角處留有預(yù)制空間；支撐骨架（見(jiàn)圖4），支撐骨架安裝在所述鋼板基架的底部，且支撐骨架安裝在基礎(chǔ)肋板的正下方；底板，底板安裝在支撐骨架的底部，且底板的大小形狀與鋼板基架相同，如圖5所示。

圖4 支撐骨架結(jié)構(gòu)圖

圖5 底板安裝結(jié)構(gòu)圖

圖6 施工流程圖

4 基于BIM技術(shù)的施工工藝流程及要點(diǎn)

4.1 施工工藝流程

4.2 施工操作要點(diǎn)

4.2.1 壓型鋼板鋼筋混凝土夾層樓蓋設(shè)計(jì)步驟

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)考察校核圖紙，按照校核正確后的圖紙，使用Envisioneer 軟件建立BIM 三維模型。在建設(shè)模型時(shí)，需要對(duì)后期裝飾及施工時(shí)所用的樓蓋位置進(jìn)行特殊標(biāo)記，對(duì)建筑整體進(jìn)行三維模型的建設(shè)后，將樓蓋的模型單獨(dú)拉出。

根據(jù)施工的建筑圖紙，將樓蓋參數(shù)化，并導(dǎo)出樓蓋的配料清單，隨后按照導(dǎo)出的配料清單制造樓蓋。

制造的樓蓋成型后，對(duì)樓蓋整體進(jìn)行測(cè)量，保證樓蓋的長(zhǎng)寬高符合建筑施工及圖紙要求。當(dāng)樓蓋的設(shè)計(jì)滿足要求后，制備加工即可。

4.2.2 鋼板基架

采用合金鋼板，鋼板材料選用鋼坯與鋼的Al-RE 合金稀士變質(zhì)劑，對(duì)鋼坯進(jìn)行冶煉，然后在鋼液中注入RE合金稀上變質(zhì)劑并澆注成型，成型后經(jīng)過(guò)后處理即可得到合金鋼板。

4.2.3 制備六邊形基架

六邊形基架采用陶粒泡沫水泥的材料制備，制備原料為水、粉煤灰水泥、泡沭劑、陶粒，配對(duì)比為粉煤灰水泥∶水∶泡沫劑∶陶粒=1∶0.4∶0.05∶1。制備時(shí)將水泥與粉煤灰水泥混合攪拌，攪拌90s 后倒入陶粒并繼續(xù)攪拌，隨后倒入泡沫劑調(diào)整整體的密度，最后倒入成型的冷卻模具中即可，六邊形基架拼接安裝模擬圖如圖7所示。

圖7 六邊形基架拼接安裝效果圖

4.2.4 基礎(chǔ)連接

將成型后的六邊形基架取出，然后將多組六邊形基架拼接固定在一起，拼接固定時(shí)，在相鄰的六邊形基架的相對(duì)端面連接上鋼筋連接桿與固定柱，從而加強(qiáng)固定的強(qiáng)度，然后將六邊形基架安裝在鋼板基架的內(nèi)壁中，如圖8所示。

圖8 基礎(chǔ)肋板結(jié)構(gòu)效果圖

4.2.5 灌裝混凝土

鋼板基架與底板外側(cè)板安裝有側(cè)立擋板，形成密封空間。將六邊形基架安裝在鋼板基架的內(nèi)側(cè)中，并將鋼筋限位安裝在預(yù)制空間中，隨后灌裝C25 混凝土，待混凝土成型冷卻后抗壓強(qiáng)度達(dá)到25MPa以上即可。

4.2.6 底板安裝膨脹螺栓

最后底板的底部留有內(nèi)螺紋簡(jiǎn)開(kāi)口端，可通過(guò)內(nèi)螺紋簡(jiǎn)安裝M8×100 膨脹螺栓，使膨脹螺栓深入連接在混凝土樓蓋中，則可在樓蓋的底部方便安裝裝飾。

4.2.7 成型

樓蓋基礎(chǔ)成型后，在鋼板基架與六邊形基架的外側(cè)包覆層外裹材料（包括水泥、草木灰、泡沫劑與氧化鎂），并通過(guò)外裹材料對(duì)六邊形基架進(jìn)行封頂。

外裹材料制備工藝。使用水泥、草木灰、泡沫劑與氧化鎂，取水泥∶草木灰∶發(fā)泡劑∶氧化鎂=0.3∶0.07∶0.2∶0.5，將取料充分混合在一起，并將混合后的漿料填充在六邊形基架2 的頂部并涂刷在鋼板基架1的外側(cè)，然后冷凝成型。

4.2.8 成品養(yǎng)護(hù)

預(yù)制構(gòu)件在澆筑完畢后的12h 以?xún)?nèi)，應(yīng)對(duì)其加以覆蓋并保濕養(yǎng)護(hù)。同時(shí)應(yīng)保證混凝土澆水養(yǎng)護(hù)的時(shí)間、養(yǎng)護(hù)的方式及溫度控制等。

4.2.9 運(yùn)輸

混凝土構(gòu)件已經(jīng)采用了儲(chǔ)存運(yùn)輸一體化的方式。該方式把從流水線上生產(chǎn)出的構(gòu)件逐一碼放在貨架上，貨架在工廠內(nèi)也是儲(chǔ)存架，貨架配合構(gòu)件專(zhuān)用運(yùn)輸車(chē)使用，直接將構(gòu)件運(yùn)往工地指定位置，極大地減少了構(gòu)件多次裝卸過(guò)程中的損壞，如圖9所示。

圖9 預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸圖

4.2.1 0堆場(chǎng)

堆放場(chǎng)地地面必須平整堅(jiān)實(shí)，排水良好，并有排水措施。當(dāng)預(yù)制構(gòu)件運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)存放時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，按規(guī)格、品種、所在部位、構(gòu)件定位編號(hào)、吊裝順序分別設(shè)置堆場(chǎng)，并將構(gòu)件吊運(yùn)到指定進(jìn)行位置，如圖10所示。

圖10 預(yù)制構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)堆放圖

4.2.1 1成品保護(hù)

本項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件在運(yùn)輸、堆放和吊裝的過(guò)程必須要注意成品保護(hù)措施。應(yīng)從出廠吊裝、運(yùn)輸、運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)、現(xiàn)場(chǎng)安裝等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行防護(hù)，并制定緊急情況處理預(yù)案，全面考慮預(yù)制構(gòu)件的成品保護(hù)。

4.2.1 2吊裝準(zhǔn)備

施工現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制構(gòu)件的安裝工作，應(yīng)嚴(yán)格按照施工前編制審批后的專(zhuān)項(xiàng)施工方案來(lái)實(shí)施，并在施工前對(duì)施工人員進(jìn)行技術(shù)交底及安全交底。同時(shí)對(duì)具體流程進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)技術(shù)交底培訓(xùn)，確保構(gòu)件安裝工作安全順利，防止構(gòu)件發(fā)生損壞，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

4.2.1 3現(xiàn)場(chǎng)安裝

目前，常用的有“內(nèi)控法”和“外控法”高層建筑物軸線的豎向投測(cè)，根據(jù)控制軸線依次放出建筑物的所有軸線、墻板兩側(cè)邊線和端線、墻柱邊線、節(jié)點(diǎn)線、門(mén)洞口位置線以及模板控制線，然后依據(jù)施工方案實(shí)施具體的安裝程序。預(yù)制構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)施工安裝如圖11所示。

圖11 預(yù)制構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)施工安裝

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述研究表明，BIM 技術(shù)在壓型鋼板鋼筋混凝土夾層樓蓋施工中的應(yīng)用取得了理想的效果，通過(guò)該工藝的應(yīng)用，上述工程在技術(shù)、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等方面均取得了良好的效益，具體成果如下。

經(jīng)濟(jì)效益：通過(guò)應(yīng)用本工藝，最大限度地減少因施工不合格造成的人工及材料的浪費(fèi)，同時(shí)也大大減少了工程后期的維修投入；減少了施工工序、返工，提高了施工效率，節(jié)約投資5.9 萬(wàn)元，節(jié)約勞動(dòng)力、設(shè)備租賃費(fèi)用10.4 萬(wàn)元；避免了因裂紋缺陷維修、建筑垃圾清理產(chǎn)生的費(fèi)用2.6萬(wàn)元；合計(jì)節(jié)約18.9萬(wàn)元。

社會(huì)效益：通過(guò)開(kāi)展BIM 技術(shù)在壓型鋼板鋼筋混凝土夾層樓蓋施工中的應(yīng)用活動(dòng)，培養(yǎng)了一批精干的技術(shù)、管理人才和施工隊(duì)伍，在后續(xù)的建筑施工過(guò)程中發(fā)揮了積極的作用，為工程整體創(chuàng)優(yōu)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。