張 瑋
上海浦興路橋建設(shè)工程有限公司 上海 201206
上海市濟(jì)陽路快速化改建工程全線采用預(yù)制拼裝工藝施工,相對于現(xiàn)澆施工而言,不僅節(jié)約了工期,提高了施工質(zhì)量,也大大減少了施工對周邊交通的影響,該工藝非常適合用于城市中心區(qū)域復(fù)雜工況下的施工。
濟(jì)陽路快速化改建工程道路斷面形式為“主線高架+地面輔路”,工程內(nèi)容包括主線高架、新建匝道、老橋拆除、頂升改建、地面道路、排水工程等。本項目包括下部結(jié)構(gòu)在內(nèi),全線采用預(yù)制拼裝工藝施工,最大預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量240 t,預(yù)制構(gòu)件施工工藝精度要求控制在±2 mm[1]范圍內(nèi)。由于構(gòu)件體型大、質(zhì)量大,在生產(chǎn)、運輸、吊裝每個環(huán)節(jié)都需要確保施工準(zhǔn)確無誤,施工難度非常大。
利用BIM技術(shù)進(jìn)行建模、碰撞檢查,避免構(gòu)件生產(chǎn)返工所導(dǎo)致的損失。預(yù)制構(gòu)件廠內(nèi)利用預(yù)制構(gòu)件數(shù)字化信息管理系統(tǒng),實現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件線上管理、數(shù)字化生產(chǎn)?,F(xiàn)場使用機器人自動測量放樣,并指導(dǎo)校準(zhǔn)預(yù)制構(gòu)件安裝位置。最后利用三維激光掃描儀對工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行實體掃描,獲取空間實體點云模型,并將其與三維BIM模型進(jìn)行比對,驗證立柱吊裝精度。通過BIM建模、虛擬試拼、數(shù)字化加工、機器人自動測量、吊裝后三維掃描驗證,通過預(yù)制構(gòu)件施工事前、事中、事后三管齊下的模式,能有效提高預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量,提高現(xiàn)場安裝精度。
BIM建模碰撞檢查→三維拼裝→預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)→預(yù)制構(gòu)件吊裝→三維掃描復(fù)核驗收
2.3.1 BIM建模范圍
本項目BIM建模范圍包括承臺、承臺預(yù)埋插筋籠、預(yù)制立柱、預(yù)埋灌漿套筒、立柱鋼筋、立柱鋼模板及其他施工輔助設(shè)施等。
2.3.2 碰撞檢查
1)對預(yù)制立柱、承臺連接部位進(jìn)行重點檢查,主要檢查承臺預(yù)留鋼筋與立柱灌漿套管之間是否碰撞、立柱主筋與灌漿套管是否沖突、承臺預(yù)留插筋籠與承臺鋼筋是否匹配。項目一階段施工過程中,預(yù)制蓋梁立柱拼接部位在BIM模型碰撞檢查中發(fā)現(xiàn)問題,提前將灌漿套筒型號進(jìn)行了調(diào)整,即將灌漿口位置向下調(diào)整3 cm,避免了預(yù)埋套筒采購后又無法使用所造成的材料浪費及成本損失。
2)利用BIM模型與周邊環(huán)境模型進(jìn)行碰撞檢查,主要針對本項目與地下管線,軌道交通6、7、8、11號線,龍耀路隧道,打浦路隧道交叉范圍內(nèi)施工區(qū)域進(jìn)行模擬檢測。由于預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量達(dá)百噸,對地下構(gòu)筑物影響大,必須確保施工機具與地下構(gòu)筑物保持安全警戒距離。以盾構(gòu)邊線兩側(cè)各50 m為地鐵盾構(gòu)保護(hù)區(qū),沿保護(hù)區(qū)布設(shè)智能監(jiān)控攝像頭,實時監(jiān)測大型設(shè)備活動范圍,當(dāng)大型設(shè)備觸碰到保護(hù)警戒邊線時隨即發(fā)出警示,保證預(yù)制構(gòu)件吊裝安全、有序。
3)BIM工程師參與圖紙會審,并將碰撞檢查問題反饋至設(shè)計,進(jìn)行圖紙修正工作。修正過程中,同步進(jìn)行模型更新工作,并再次進(jìn)行碰撞檢查,直至碰撞全部消除。
2.3.3 三維打印試拼
在本項目中,選取了濟(jì)陽路高架橋標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段進(jìn)行三維高精度打印,預(yù)埋件、預(yù)留鋼筋、預(yù)留孔等均按照施工圖要求設(shè)置,打印得到實體模型后進(jìn)行模擬試拼,確定拼裝無誤后,利用模型指導(dǎo)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)及現(xiàn)場施工。這種可視化、可操作的方式能輔助施工人員更為直觀地理解方案內(nèi)容,提前解決圖紙問題,減少預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)返工的問題。
2.4.1 預(yù)制構(gòu)件管理系統(tǒng)
利用基于BIM技術(shù)的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)管理系統(tǒng),進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件協(xié)同管理,從構(gòu)件深化、下訂單、生產(chǎn)、倉儲、運輸、安裝等方面實現(xiàn)全面管理,實現(xiàn)數(shù)據(jù)可追溯及共享調(diào)用,提升構(gòu)件廠質(zhì)量管理。
2.4.2 預(yù)制立柱模板設(shè)計與數(shù)字化下料
1)鋼模板設(shè)計。立柱側(cè)模板根據(jù)立柱的高差變化及便于模板裝拆的原則,進(jìn)行分片分段制造。側(cè)模由圓弧段和直線段兩部分組成。側(cè)模鋼模面板由厚10 mm鋼板組成,背部法蘭連接板及圓弧筋板均為厚20 mm鋼板,橫向骨架為16#雙拼槽鋼,豎向骨架為16#工字鋼。接縫高低差為零,順直度允許偏差為±1 mm,平整度允許偏差為±1 mm。立柱底座:底模上面板和下底板均為厚20 mm鋼板,筋板為厚12 mm鋼板。拉桿分為橫向和豎向2種規(guī)格,一組拉桿由1根φ25 mm精軋螺紋鋼及2個精軋螺母組成。鋼模板采用龍門吊在地面專用臺架上進(jìn)行拼裝,每塊鋼模與鋼模的拼縫之間墊厚5 mm的海綿條,以防漏漿。拼裝好的鋼模板與預(yù)埋底座通過螺栓進(jìn)行緊固,確保立柱的施工安全。拼裝完成后通過專用翻轉(zhuǎn)架進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。
2)針對預(yù)制立柱鋼模板進(jìn)行BIM三維設(shè)計,利用BIM模型導(dǎo)出每塊鋼板的尺寸信息,轉(zhuǎn)換形成數(shù)控文件后導(dǎo)入數(shù)控生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行立柱鋼模板數(shù)字化下料。采用數(shù)字化方式,利用BIM物料清單智能輸出套料圖,替代人工排版,提高鋼材使用率,也有效避免了因人工下料時的誤差所導(dǎo)致的尺寸不準(zhǔn)、質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等問題,在減少人工工作量的同時,提高了生產(chǎn)效率 。
2.4.3 立柱吊裝施工
1)可視化交底。本項目利用BIM技術(shù)對基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、承臺模板、鋼筋定位架、立柱、蓋梁、插筋籠以及其他各種預(yù)埋件進(jìn)行了精確建模,并按工序流程在施工前對施工人員進(jìn)行了三維可視化技術(shù)交底,避免了平面圖紙表達(dá)不清可能導(dǎo)致的施工錯誤。通過可視化技術(shù)交底,提高了交底的質(zhì)量,使施工現(xiàn)場施工更加規(guī)范,進(jìn)一步提升工程實體施工質(zhì)量。
2)施工測量。為盡量減少施工測量誤差造成的吊裝偏位,本項目基于三維BIM模型,快速提取構(gòu)件的坐標(biāo)、高程、尺寸等數(shù)據(jù),直接用于現(xiàn)場測量、放樣、監(jiān)測等工作。減少過程中的人為干預(yù),保證測量數(shù)據(jù)來源的唯一性,進(jìn)而保證測量的精準(zhǔn)度,具體步驟如下:在BIM軟件中設(shè)置放樣點,提取其空間坐標(biāo),再導(dǎo)入手持式終端,現(xiàn)場使用BIM三維模型數(shù)據(jù)進(jìn)行放線作業(yè),放樣機器人可以自動捕捉棱鏡,指揮機器人發(fā)射紅外激光自動照準(zhǔn)現(xiàn)實點位,然后在激光指示位置進(jìn)行標(biāo)記,從而將BIM模型數(shù)據(jù)精確地反映到施工現(xiàn)場。由于采用自動化測量方式,因此在吊裝過程中可進(jìn)行不間斷地連續(xù)測量,實現(xiàn)全過程定位控制,相比傳統(tǒng)測量方法,BIM放樣機器人施工范圍更廣,可操作性比較強,技術(shù)門檻比較低,大大提高了作業(yè)效率和精度。
3)預(yù)制立柱就位與校正工藝。
① 立柱翻轉(zhuǎn)時,底部鋪設(shè)橡膠輪胎保護(hù)后進(jìn)行翻身。立柱豎立后,吊機回轉(zhuǎn)至承臺位置,使立柱套筒對準(zhǔn)承臺插筋,將立柱緩緩下落、吊裝就位[2]。
② 清理承臺頂面,在承臺頂面做臨時四邊形擋漿板,用于鋪設(shè)墊層砂漿,按立柱的底面面積,各邊預(yù)留1.5 cm縫隙。在拼接面中心位置下部安放20 cm×20 cm橡膠支座,根據(jù)測量標(biāo)高,橡膠支座上方放置不同厚度的20 cm×20 cm鋼板。墊層砂漿攪拌好后倒入擋漿板區(qū)域內(nèi),人工找平。墊層砂漿的厚度略低于中心墊塊高度。
③ 墊層砂漿澆筑完成后,把套筒底部止?jié){環(huán)穿入承臺預(yù)留鋼筋。起吊立柱至承臺上方,調(diào)整立柱方位,使得立柱底面的套筒孔口與承臺頂面預(yù)埋鋼筋一一對齊,結(jié)合預(yù)先標(biāo)記的控制軸線緩慢下放立柱就位。立柱吊裝就位完成后,測量上口平面坐標(biāo),如允許誤差值超出設(shè)計及規(guī)范要求,則采用千斤頂對立柱垂直度進(jìn)行微調(diào),確保立柱上口平面坐標(biāo)精度要求。
④ 相對位置調(diào)整到位,緩慢下放立柱后,方可連接套筒灌漿。灌漿前應(yīng)采用空壓機對灌漿孔進(jìn)行清孔,灌漿時從底部注漿口進(jìn)行壓漿,直到頂部出漿口冒出漿液為止。灌漿后應(yīng)及時對灌漿設(shè)備進(jìn)行清洗,再移動至下一工作面進(jìn)行灌漿。當(dāng)檢驗的灌漿料1 d強度大于35 MPa后,可拆卸校正千斤頂,拆除擋漿模板及其他臨時設(shè)施,至此立柱安裝完畢[3]。
2.4.4 三維掃描復(fù)核驗收
本項目在施工階段,通過三維激光掃描技術(shù)記錄施工現(xiàn)場的信息,并生成高架橋點云模型。利用該點云模型和三維BIM模型進(jìn)行對比查看和擬合。對比數(shù)據(jù)如超出閾值,系統(tǒng)會自動生成檢測報告,及時發(fā)現(xiàn)問題并指導(dǎo)進(jìn)行糾偏,減少質(zhì)量問題和后期的返工。
通過對本項目多根立柱進(jìn)行三維掃描復(fù)測、數(shù)據(jù)對比分析,由實驗數(shù)據(jù)得出立柱及承臺施工誤差值均控制在±2 mm以內(nèi),符合施工標(biāo)準(zhǔn)要求。
另外,本項目在施工期間每間隔一段時間對高架橋進(jìn)行掃描,通過前后2次掃描對比能夠判斷橋梁的沉降、變形是否在合理范圍內(nèi)。通過這種方式,對比傳統(tǒng)的測量方式(水準(zhǔn)儀、全站儀、GPS等)或預(yù)埋傳感器等方式去檢測橋梁使用狀態(tài),可快速、準(zhǔn)確地反映出高架橋總體變形趨勢和局部變形情況,為高架橋全生命周期使用和養(yǎng)護(hù)提供更多的數(shù)據(jù)支持。
隨著城市的發(fā)展和施工技術(shù)的提高,標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化的裝配式建筑發(fā)展也會不斷擴(kuò)大,采用上述安裝方法輔助預(yù)制拼裝施工,可以為項目施工提供更精確的數(shù)據(jù)信息,確保預(yù)制構(gòu)件安裝精度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。
本文主要介紹的是預(yù)制裝配式高架橋下部結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)安裝方法,上部結(jié)構(gòu)施工同樣也可以參考本方法進(jìn)行,本項目將會在后續(xù)施工過程中不斷優(yōu)化該安裝方法,深入研究BIM技術(shù)在市政工程施工中的應(yīng)用,為更多項目提供參考經(jīng)驗。