周 彬

（廣東省水利水電第三工程局有限公司 廣東 東莞 523710）

0 前言

國內(nèi)裝配式建筑正處于起步階段，裝配式相關技術的研究有利于提升企業(yè)綜合競爭力［1］。國內(nèi)采用裝配式與BIM 技術相結合的實例較少，經(jīng)驗缺乏。沒有對BIM 的系統(tǒng)性實施對策及論證方法。預制件的族及建模標準不完善，針對裝配式BIM 的管理體系還不成熟。

1 工程概況

天悅家園項目占地29 130.93 m2，總建筑面積111 655.48 m2。地上部分包含3 棟28層商業(yè)住宅樓，1棟26層商業(yè)住宅樓以及1 棟3層幼兒園。本項目4棟商業(yè)住宅樓3層及以上均采用裝配式施工，采用疊合梁、疊合板、預制樓梯等構件。

2 總體思路

2.1 通過Revit等建模軟件進行裝配式構件1∶1 建模還原［2］，利用BIM 相關平臺實現(xiàn)建模階段的建筑、結構與機電專業(yè)之間的協(xié)同。通過模型進行碰撞分析，對預制件節(jié)點進行優(yōu)化，進行管線綜合布置，在最短時間內(nèi)建立完整施工模型并能指導施工［3］。

2.2 通過Navisworks等軟件實現(xiàn)漫游、管線碰撞實驗，并進行4D 模擬吊裝施工和制作演示動畫。

3 模型建立

3.1 選取模擬吊裝對象及擬定模擬施工順序：以1號樓標準層作為模擬吊裝對象，解析該標準層的裝配式圖紙，確定建模思路及整體模擬施工順序。具體順序為：⑴剪力墻現(xiàn)澆段施工；⑵疊合梁吊裝（見圖1a）；⑶疊合板吊裝（見圖1b）；⑷預制沉箱吊裝（見圖1c）；⑸梁板現(xiàn)澆部分施工；⑹預制樓梯吊裝（見圖1d）。

圖1 構件模型Fig.1 Component Model

3.2 確定預制構件建模方式：考慮疊合梁板的規(guī)格較多，無法用統(tǒng)一的族來表達單個個體的全部特征，決定采用每一個預制構件對應一個族的方式來建模［4］。通過此種方式建模，能在發(fā)現(xiàn)存在問題后，直接對有問題的構件進行參數(shù)修改，而不會影響其他構件。而同類構件中存在型態(tài)上的共性，可以通過特定類型進行修改生成想要的構件形狀，能節(jié)省建模時間。

3.3 疊合梁構建要點［5］：

⑴錨固鋼筋長度、形狀及數(shù)量（用于分析不同預制件之間的鋼筋碰撞）；

⑵預制面凹槽形狀（構建凹槽形狀用于分析疊合梁板的連接節(jié)點）；

⑶主次梁連續(xù)節(jié)點處的牛擔板定位（構建牛擔板定位用于分析主次梁搭接位置的準確性，并確定梁吊裝的正反面順序）。

3.4 疊合板、預制衛(wèi)生間沉箱構建要點：

⑴錨固鋼筋方向及長度（構建鋼筋方向能快速確定板的吊裝方向，起定位作用）；

⑵板邊形狀及尺寸（板邊設計具有不同的形狀，構建還原能分析板四邊的連接情況）；

⑶洞口位置及板厚（通過洞口位置的構建來校對預留洞口在預制件定位是否準確，分析不同板厚處的節(jié)點連接大樣）。

3.5 預制樓梯構建要點：

⑴梯段尺寸（用于分析吊裝定位的空間位置及搭接尺寸）；

⑵預留洞口的定位（核對準備建模預留洞口的定位，為現(xiàn)場現(xiàn)澆梁的預埋件定位提供指導）。

4 預制構件碰撞分析［6］

所有預制構件構建完成后，通過原設計圖紙的軸線及標高將預制構件就位，通過軟件的三維模擬進行碰撞檢查。檢查思路為：⑴檢查預制梁與預制梁之間的鋼筋碰撞，在存在相交的節(jié)點分析其鋼筋避讓、錨固長度是否合理，如果存在碰撞情況，上調鋼筋高度30～50 mm 或者用直錨變彎錨的形式進行避讓［7］；⑵檢查預制梁與預制板的就位情況，確保擱置尺寸正確，擱置位置平整無空隙；重點分析降板及存在不同板厚節(jié)點處的連接（如陽臺降板50 mm）［8］。通過圖2進行簡要介紹。

圖2a 節(jié)點處，因存在多條預制梁在剪力墻處交叉錨固，此時應在保證錨固長度的前提下進行鋼筋合理避讓，類似其它節(jié)點的位置較多，需具體分析每處的鋼筋長度及高度［9］；圖2b 節(jié)點處，可明顯看到兩塊板與預制疊合梁的搭接出錯，右邊板與梁邊連續(xù)存在空隙，而左邊板與梁邊發(fā)生了碰撞，經(jīng)核實設計圖紙此處為梁上邊凹口形狀錯誤，應進行鏡像對調才能滿足要求。通過模型的3D 可視能力，能提前發(fā)現(xiàn)此類問題，避免在后期現(xiàn)場吊裝時再發(fā)現(xiàn)而造成工期拖延。

圖2 模型圖Fig.2 Model Diagram

5 吊裝順序模擬

吊裝順序模擬是在正式吊裝前確定具體順序，及通過軟件的模擬能力尋找出吊裝過程中可能不合理或者應改善的細節(jié)。同時還應考慮構件的堆放順序及裝車順序。本分析過程更注重提高吊裝的功效，減少起吊過程的構件周轉，為現(xiàn)場吊裝進行交底并提供技術指導［10］。具體分析及考慮要素如下：

5.1 吊裝區(qū)域劃分

以1號樓標準層作吊裝模擬，吊裝區(qū)域劃分為分單元吊裝。1號樓共有兩個單元，先吊裝一單元樓棟，后吊裝二單元樓棟。

5.2 吊裝戶型劃分

一單元共有4 個戶型，1 電梯前室；經(jīng)研究決定，先吊裝A1 戶型后吊裝電梯前室區(qū)域，再一起吊裝A2及 A2′戶型，最后吊裝 A1′戶型。

5.3 確定預制構件吊裝順序

先綁扎剪力墻鋼筋，安裝鋁模支撐系統(tǒng)后澆筑剪力墻至2.4 m 高。然后吊裝疊合梁、疊合板，再吊裝預制沉箱。吊裝完成后綁扎現(xiàn)澆層鋼筋然后整體現(xiàn)澆，最后吊裝預制樓梯。

5.4 同類構件的吊裝順序

疊合梁吊裝順序需考慮主次梁的連接關系，先吊裝主梁后吊裝次梁；疊合板需考慮構件間的疊放關系，因各疊合板尺寸差異較大，需根據(jù)具體戶型考慮偏小的構件放上層，尺寸大的構件放底層。

完成分析和吊裝模擬后，將成果轉化為CAD 圖紙和構件圖紙，使施工人員更直觀地掌握吊裝順序及構件形態(tài)，有效提升施工質量和相關人員的溝通協(xié)作效率［11］。

6 構件堆放模擬

在完成吊裝順序模擬后，根據(jù)確定的順序來推算構件堆放順序，并考慮以下三個主要因素［12］：

6.1 堆放區(qū)域劃分

堆放區(qū)域分單元堆放，同一單元樓棟的構件統(tǒng)一堆放在同一區(qū)域；另細分疊合板堆放區(qū)與疊合梁堆放區(qū)、預制樓梯及預制沉箱堆放區(qū)。

6.2 構件疊放

疊合梁由于占地面積較小，可采用平放的方式。疊合板占地面積較大，采用疊放的方式，原則上不超過6層一堆。預制沉箱采用2層一堆的疊放方式，構件堆放之間需考慮工作面寬度。

6.3 同類構件堆放順序

疊合梁（見圖3）的堆放將同一戶型的梁歸類的同一位置，方便吊裝人員快速識別構件，并在構件上標記編號及吊裝方向；疊合板（見圖4）疊放同樣按同一戶型進行編號歸類，面積由大到小逐層往下到上進行疊放，同樣需標注好編號及吊裝方向。

圖3 預制疊合梁堆放模擬Fig.3 Prefabricated Stacked Beams

圖4 預制疊合板及沉箱堆放模擬Fig.4 Prefabricated Laminated Plywood and Caisson Stacking Simulation

7 研究實施總結

裝配式建筑作為一種行業(yè)新工藝，有別于傳統(tǒng)現(xiàn)澆做法。目前在建筑住宅領域的推行還不夠廣泛，存在施工經(jīng)驗不足，缺乏本專業(yè)工藝作業(yè)人員，并且預制構件在預制廠生產(chǎn)完成后運送至施工現(xiàn)場，如果構件出錯需返廠重做，需花費較長時間等待，造成窩工和拖延工期。故運用BIM 技術3D 可視化技術，能夠提前進行施工工藝問題排除及現(xiàn)場人員技術交底，有利于項目順利開展。

而本次BIM 工作主要通過上述預制構件族創(chuàng)建、構件碰撞分析、吊裝模擬、構件堆放模擬等四大部分進行研究，提供基于BIM 在裝配式建筑安裝施工的技術研究方法［13］。本技術核心在于預制構件族的創(chuàng)建方式，若使用傳統(tǒng)現(xiàn)澆梁板柱的Revit 原生族，疊合梁板的一些特性無法在模型里體現(xiàn)。原建模過程是采用混凝土與鋼筋分開創(chuàng)建，在研究過程中，為更好的還原預制構件形態(tài)，決定與實際預制構件一樣，構件族里包含鋼筋、企口、凹槽面等具體細節(jié)［11］。通過此創(chuàng)建族的方法，能為后續(xù)的碰撞分析提供更高的精度和準確性，此也為本研究的重點?；诟哌€原族的創(chuàng)建進行構件碰撞分析，將問題節(jié)點優(yōu)化，并反饋至設計院及預制廠，提前解決構件的設計不合理及錯誤之處。

吊裝及堆放是裝配式施工的要點，合理的順序安排能大大提升施工速度和效率，本次BIM 運用研究也總結了吊裝及堆放分析的要點［14］。通過本次BIM 技術的實際運用，為現(xiàn)場施工提供了可靠的指導，也對BIM 在裝配式建筑安裝的應用有了系統(tǒng)性的總結方法和手段。從時間和經(jīng)濟成本控制的角度，為項目開展節(jié)省了工期和成本，為后續(xù)企業(yè)在裝配式施工中積累經(jīng)驗，有重大的戰(zhàn)略意義。