基于BIM的預制梁體鋼筋模塊化裝配式安裝工法

摘要：文章介紹了一種新型預制箱梁鋼筋施工工法，在一次驗收合格率以及施工安裝效率上較傳統(tǒng)的兩次成型法有所提高。該工法通過BIM技術把梁片鋼筋合理地分成若干個模塊，每個模塊集中加工成半成品，再進行二次組裝，實現(xiàn)預制箱梁鋼筋施工的平行作業(yè)。經(jīng)工程驗證，該工法加快了施工進度，節(jié)約了施工成本，提高了同類橋梁工程預制箱梁的施工效率。

關鍵詞：工法；BIM；模塊化；預制裝配

中圖分類號：U445.47? ?文獻標識碼：A

文章編號：1673-4874（2024）04-0M9-03

0 引言

現(xiàn)代橋梁工程施工中預制箱梁鋼筋施工采用兩次成型法：分別在頂板鋼筋組裝臺架、底腹板鋼筋組裝臺架上綁扎組裝半成品鋼筋，使得梁體頂板和底腹板鋼筋整體骨架成型［1］；利用龍門吊將鋼筋整體骨架吊裝入模板內組裝成型（圖1）。鋼筋施工兩次成型法施工提高了施工位置的準確性，減少了一部分施工時間，但是在一次驗收合格率以及施工安裝效率上有很大的提升空間。本文提出的工法有別于傳統(tǒng)工藝，通過BIM技術把梁片鋼筋合理的分成若干個模塊，每個模塊集中加工成半成品，再進行二次組裝，能實現(xiàn)預制箱梁鋼筋施工的平行作業(yè)，加快施工進度，同時能在一定程度上節(jié)約施工成本，提高同類橋梁工程預制箱梁的施工效率［2］。

1 本工法的特點和適用范圍

本工法特點包括模塊化、平行施工、無尺化、波紋管預定位、負彎矩鋼筋預成型、防撞墻鋼筋預定位、胎模架制作。鋼筋間距保證率高，質量控制好。適用于公路工程、市政工程、鐵路工程等橋梁結構的空心板、箱梁、T梁預制施工。

2 工藝原理

2.1 利用BIM技術對所預制箱梁的鋼筋進行模塊化劃分

依次進行鋼筋建模、模塊化分解、模塊間鋼筋對碰分析以及制圖設計各個模塊元件臺架。根據(jù)預制梁BIM模型、鋼筋間距對模塊元件臺架進行精準加工，使臺架的凹槽應與箱梁模塊元件鋼筋相吻合，確保臺架實現(xiàn)無尺化加工。

2.2 針對箱梁鋼筋的施工特點以及BIM分析，對箱梁鋼筋進行劃分模塊

（1）防撞護欄鋼筋分段的模塊：簡化防撞墻預埋鋼筋在鋼筋入模后的單根調整、焊接時間。

（2）負彎矩張拉槽鋼筋整體模塊：負彎矩鋼筋由不同尺寸的鋼筋組成，整體為異形結構，將半成品鋼筋在頂板組裝臺架上綁扎的方式，優(yōu)化成鋼筋整體安裝，減少施工難度、時間等。

（3）波紋管預定位的腹板鋼筋模塊：通過波紋管位置預定位，簡化傳統(tǒng)工藝中在底腹板組裝臺架上人工量取波紋管高度、定位的工序。

2.3 同步改進頂板鋼筋組裝臺架、底腹板鋼筋組裝臺架

利用BIM技術進行模塊元件拼裝模擬，使預制梁體鋼筋模塊安裝實現(xiàn)裝配式施工。分別對頂板鋼筋組裝臺架、底腹板鋼筋組裝臺架進行改進：增設負彎矩張拉槽鋼筋整體裝配的托槽、對波紋管預定位的腹板鋼筋編號進行標識。

2.4 形成標準化、平行作業(yè)的施工工藝

半成品鋼筋在對應的模塊臺架上進行二次加工，將模塊元件在頂板鋼筋、底腹板鋼筋組裝臺架上拼裝成鋼筋整體，整個工藝優(yōu)化出多個平行的作業(yè)流程，顯著提高施工效率，形成新標準化的平行施工工藝（圖2）。

本工法的各模塊臺架使預制梁場實現(xiàn)從“場”到“廠”的跨越性轉變?？墒诡A制箱梁鋼筋模塊化加工、整體鋼筋骨架無尺化整合綁扎、多道工序平行流水作業(yè)加快臺座周轉。綁扎完成后采用多點起吊整體入模，各工序之間實現(xiàn)無縫銜接。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 工藝流程圖（圖3）

3.2 施工操作要點

3.2.1 采用BIM技術進行分解模塊并制作模塊臺架

在BIM計算分析中，針對預制箱梁鋼筋安裝施工工藝組成中的防撞護欄鋼筋分段的模塊、負彎矩張拉槽鋼筋整體模塊、波紋管預定位的腹板鋼筋模塊，進行鋼筋建模、模塊化分解、模塊間鋼筋對碰分析，依次制作防撞護欄鋼筋座槽式成型臺架、負彎矩鋼筋綁扎吊掛式成型臺架以及波紋管預定位固定式臺架，同時改進頂板鋼筋組裝臺架、底腹板鋼筋組裝臺架（圖4～6）。

使用BIM模擬軟件，根據(jù)設計圖紙進行三維建模，建模效果見圖7～9。

3.2.2 半成品編號管理

由于鋼筋模塊化劃分后，半成品鋼筋相對較多，對于后續(xù)組織成整體鋼筋骨架便利的同時，半成品的存放需進行編號統(tǒng)一管理，其中主要是負彎矩綁扎前鋼筋和波紋管定位后腹板鋼筋。

3.2.3 半成品鋼筋加工、運輸

（1）鋼筋去污、調直：加工前將鋼筋表面清除干凈。目前主要采用人工進行，今后擬研發(fā)自動除銹裝備，用鋼絲刷刷除鐵銹等污垢。銹蝕損傷的鋼筋作降級處理，嚴重的直接報廢回收。對于粗鋼筋局部彎折可自制“F”形撬棍矯正，對于細鋼筋或彎曲的粗鋼筋用專用多輪調直機滾直。

（2）鋼筋下料：根據(jù)箱梁鋼筋設計圖，箱梁鋼筋在鋼筋切斷機下料，下料時鋼筋和切斷機刀口要成垂線，切口應整齊。設備和人員應符合操作規(guī)程的要求，確保安全。

（3）鋼筋彎曲成型：根據(jù)箱梁鋼筋圖，用石筆在預備彎鉤位置劃出，然后在鋼筋彎曲機上制作成型。

（4）鋼筋接長：根據(jù)下料實際情況，可以將短節(jié)鋼筋接長使用。箱梁鋼筋采用閃光對焊、搭接焊接長。同一截面內的鋼筋，其接頭數(shù)量和面積均不得超過總數(shù)的50%。接頭按照要求進行抽檢，經(jīng)檢驗合格方可焊接。

（5）成型鋼筋堆放：鋼筋應按照設計圖紙的尺寸和規(guī)格加工，然后分類堆放。鋼筋下面墊枕木，設置標識牌，杜絕鋼筋混用，采取措施避免鋼筋長時間日曬雨淋銹蝕和遭受污染。

（6）鋼筋運輸：工程項目的運輸條件受限，在運輸過程中注意鋼筋的固定，防止產(chǎn)生較大變形。

3.2.4 鋼筋綁扎、預應力束安裝

（1）底板底層鋼筋綁扎：鋼筋綁扎前按照設計間距擺放橫向鋼筋，再在橫向鋼筋兩端和中間各擺放1根縱向鋼筋，并在縱向鋼筋上按照設計橫向鋼筋間距用石筆作標識，然后綁扎縱橫向鋼筋交叉處，綁扎完成后按照縱向5 m間距在橫向鋼筋上標識縱向鋼筋間距，擺放縱向鋼筋并按照梅花形綁扎，最后以50 cm×50 cm間距支墊梅花形混凝土墊塊，要求縱橫向成直線，腹板位置安40 cm間距布置墊塊。

（2）底板頂層鋼筋綁扎：通過底板預應力束鋼筋定位架支撐，先擺放底板頂層縱向鋼筋，再擺放底板頂層橫向鋼筋，最后按照設計鋼筋間距綁扎鋼筋，同時要綁扎底板齒塊鋼筋。

（3）腹板鋼筋綁扎：腹板鋼筋綁扎時，按照設計間距并選用設置好波紋管預定的箍筋進行擺放，先在箍筋頂穿入1根縱向鋼筋綁扎定位，箍筋定位后穿入縱向鋼筋并綁扎。如有施工接縫需在施工縫位置預留5 m左右腹板鋼筋暫時不施工，但需要將箍筋先擺好，待腹板預應力束安裝完成后再施工。

（4）腹板預應力束安裝：從腹板箍筋中已定位好的波紋管位置穿入塑料波紋管，然后按照直線段100 cm間距、曲線段50 cm間距加密固定，最后人工穿入鋼絞線。鋼絞線掛在連接器的齒口上，并用鐵絲將P錨頭幫扎在連接器上，然后再將保護罩安裝好，將管道外的縫隙封堵。

3.2.5 頂板、底腹板鋼筋整體的整體吊裝

根據(jù)工法工藝流程，鋼筋模塊分兩段式安裝，即第一段在頂板鋼筋胎膜架上完成頂板鋼筋整體綁扎，在底腹板鋼筋胎膜架上完成底腹板鋼筋整體的綁扎；第二段為分別對底腹板鋼筋整體、頂板鋼筋整體進行吊裝并入模安裝成整體［3］。

采用起吊桁架進行吊裝，充分消除起吊時因鋼筋整體的自重，產(chǎn)生下?lián)?、扭轉等導致鋼筋整體變形，預防鋼筋整體散架。起吊桁架應進行應力計算。

4 質量保證措施

技術工藝管理：編制《實施性的施工組織設計》時要制定《分項施工方案》，充分做好開工前的技術準備和交底工作，推廣應用施工新技術；依靠科技進步提高工程質量，加快施工進度。

現(xiàn)場管理：施工員堅持全程到各施工點進行監(jiān)督管理，確保嚴格按操作規(guī)程施工；應持證上崗的人員，必須具備上崗資格；做好日志和各種施工原始記錄。對管理過程、生產(chǎn)過程、質量保證資料等要做到可查閱、可溯源。

工程質量檢驗：施工中嚴格執(zhí)行檢驗制度，按技術規(guī)范要求，及時完成各種試驗，為工程施工提供科學依據(jù)。分項工程完工后，按工程質量檢驗評定標準的要求進行自檢評定；積極配合監(jiān)理工程師對工程質量進行的抽檢和聯(lián)檢。特別是隱蔽工程，在覆蓋前必須驗收合格，即在合模前、澆筑前一定要對上一道工序認真驗收。

鋼筋綁扎前調整橫向外露鋼筋長度、水平等，檢查綁扎的可靠性，確保鋼筋綁扎成型后緊固。

鋼筋整體吊裝必須采用起吊桁架，確保成型的鋼筋整體出現(xiàn)失穩(wěn)、變形等。

5 工程應用案例

（1）融水至河池高速公路五分部是廣西新恒通高速公路有限公司建設項目位于廣西河池市宜州區(qū)境內，項目路線全長17.108 km，于2018-01-01開工，2020-11-28正式建成通車，融水至河池高速公路五分部全線共18座橋梁的箱梁施工任務，共完成預制1 395片箱梁。分部在1 395片預制箱梁施工中，應用了本工法，實現(xiàn)了箱梁預制的流水線生產(chǎn)，極大地提高了鋼筋安裝效率和箱梁預制效率，成為融河高速品質攻關任務打造的重要組成部分，得到了社會各界的一致好評。該工法在同類型預制箱梁施工中，形成新的、標準化的平行施工工藝，具有一定的先進性。

（2）賀州至巴馬高速公路（象州至來賓段）一分部項目位于廣西來賓市象州縣境內，路線全長23.54 km，于2020-04-02開工，合同工期36個月。分部的2#預制梁場承擔了1 434片預制箱梁的施工任務，其中20 m箱梁228片，30 m箱梁384片，40 m箱梁822片，預制梁施工中應用了本工法，優(yōu)化和改進傳統(tǒng)的箱梁預制鋼筋加工施工工藝，具有速度快、質量好的特點。在保證安全質量的前提下，極大地加快了箱梁預制速度，節(jié)約了時間和成本。同時，因采用標準化的管理，大大減少了污染，安全、質量、環(huán)保和進度效益顯著，對有大型預制場的公路建設，特別是對工期緊的項目施工極具推廣應用。

6 結語

本文提出的工法實現(xiàn)了箱梁預制的流水線生產(chǎn)，極大地提高了鋼筋安裝效率和箱梁預制效率，是品質攻關任務打造的重要組成部分，得到了社會各界的一致好評。該工法在同類型預制箱梁施工中，形成新的、標準化的平行施工工藝，具有一定的先進性。應用該工法，大大提高了施工效率，節(jié)約了大量人工費，避免了工期延誤，同時取得了較好的經(jīng)濟效益。

參考文獻

［1］熊建輝.秦沈客運專線箱梁制造與架設施工技術及施工管理［D］.成都：西南交通大學，2002.

［2］蔣昌盛.橋梁防撞墻預埋鋼筋焊接定位架［P］.中國：ZL 2019 2 1858087.0，2019-10-31.

［3］趙振波.合蚌高鐵簡支箱梁快速制梁施工技術［J］.鐵路技術創(chuàng)新，2013（3）：27-30.

作者簡介：劉海林（1976—），高級工程師，主要從事路橋工程施工、企業(yè)生產(chǎn)標準化管理工作。