譚渝龍，張 偉

（華中科技大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，湖北 武漢 430074）

0 引言

2016 年 9 月 27 日國務(wù)院辦公廳下發(fā)并實(shí)施《國務(wù)院辦公廳關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》（國辦發(fā)〔2016〕71 號(hào)），不斷提高裝配式建筑在新建建筑中的比例，堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理、智能化應(yīng)用，提高技術(shù)水平和工程質(zhì)量，促進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。2020 年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等部門發(fā)布《關(guān)于推動(dòng)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)意見》（建市〔2020〕60 號(hào)），其中提出：大力發(fā)展裝配式建筑，推動(dòng)建立以標(biāo)準(zhǔn)部品為基礎(chǔ)的專業(yè)化、規(guī)?；⑿畔⒒a(chǎn)體系。因此發(fā)展裝配式建筑在國內(nèi)已成為必然趨勢。在裝配式建筑施工過程中，預(yù)制構(gòu)件的施工吊裝是其中重要的一部分，這也是與傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工最大的不同，預(yù)制構(gòu)件能否進(jìn)行精確吊裝將直接影響到裝配式建筑的成型質(zhì)量。

1 預(yù)制疊合板類型及特點(diǎn)

在裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系中樓板是十分重要的構(gòu)件，一般分為裝配式樓板、現(xiàn)澆板和裝配整體式樓板三種類型。裝配式樓板是由預(yù)制樓板拼接而成的，這些預(yù)制板也就是早期現(xiàn)澆式施工建筑中所用到的樓板，但這種樓板的整體性不好，從而導(dǎo)致它的防水性能和抗震性能都不及現(xiàn)澆板。相應(yīng)的為了解決這些問題出現(xiàn)了裝配整體式樓板也就是預(yù)制疊合板這種樓板類型，國內(nèi)外學(xué)者也對(duì)裝配式疊合板進(jìn)行了許多研究，各類疊合板類型可如表 1 所示。

表1 疊合板類型［1］

由表 1 可見為了實(shí)現(xiàn)更高裝配率，同時(shí)滿足建筑樓板對(duì)防水性能以及抗震性能的要求，疊合板發(fā)展出了許多種類，但是這些疊合板為了保證裝配式建筑樓板的整體性，通常情況下預(yù)制疊合板都會(huì)具有較大的體積和重量，給疊合板的吊裝運(yùn)輸帶來了許多問題，這些問題也影響到了裝配式建筑的施工質(zhì)量。

2 預(yù)制疊合板吊裝研究現(xiàn)狀

目前，許多國內(nèi)學(xué)者對(duì)裝配式精確吊裝方法展開了研究。張文龍等［2］結(jié)合某高架路區(qū)段的施工，詳細(xì)研究了預(yù)制立柱的施工過程、柱構(gòu)件的預(yù)制和提升的精確控制，以及模塊化的施工過程。這種施工過程的精確控制同樣可以運(yùn)用于疊合板的吊運(yùn)過程，申景濤［3］通過優(yōu)化外墻板與疊合梁、現(xiàn)澆梁、沉箱等連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)和施工工藝，保證了房屋的整體和結(jié)構(gòu)受力性能，有效降低了裂縫、防水、隔音等方面的隱患。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，許多技術(shù)開始廣泛用于生產(chǎn)建造各個(gè)行業(yè)，例如隨著數(shù)字孿生技術(shù)（Digital twin）和機(jī)器視覺等技術(shù)的普及，國內(nèi)許多學(xué)者也探討了這些技術(shù)在裝配式建筑施工中的應(yīng)用。劉占省等［4］結(jié)合某裝配式建筑工程，應(yīng)用所提出的數(shù)字孿生建模方法，提高裝配式吊裝過程中信息化和智能化水平，其中便以預(yù)制疊合板吊裝舉例，詳細(xì)介紹了如何通過數(shù)字孿生以及機(jī)器視覺等技術(shù)實(shí)現(xiàn)預(yù)制疊合板的精確吊裝。

綜上所述，我國裝配式建筑持續(xù)發(fā)展，但也產(chǎn)生了各種各樣的問題，例如各種預(yù)制構(gòu)件連接處的穩(wěn)定性、裝配式建筑的防水、隔音效果、預(yù)制構(gòu)件在吊裝過程中存在的安全隱患和吊裝不夠準(zhǔn)確等。同時(shí)許多技術(shù)如主動(dòng) RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)、數(shù)字孿生技術(shù)、機(jī)器視覺技術(shù)等也逐漸運(yùn)用到裝配式建筑吊裝過程中來。筆者通過探討裝配式疊合板施工過程中存在的問題并加以分析，提出控制措施以實(shí)現(xiàn)疊合板精確吊裝。

3 預(yù)制疊合板吊裝分析

3.1 疊合板吊裝流程

裝配式疊合板施工與傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工的吊裝過程有著較大的差異。裝配式施工過程中，由于預(yù)制構(gòu)件一般體積較大，對(duì)構(gòu)件本身要求高（避免構(gòu)件有破損而導(dǎo)致質(zhì)量安全等方面問題），且塔吊完成垂直運(yùn)輸后就進(jìn)行組件安裝施工，因此裝配式疊合板吊裝流程與傳統(tǒng)塔吊起吊材料設(shè)備具有較大的不同。

吊裝開始前進(jìn)行施工準(zhǔn)備，在疊合板安裝位置進(jìn)行測量與標(biāo)高，支模體系驗(yàn)收完成后預(yù)制疊合板進(jìn)場進(jìn)行驗(yàn)收。完成施工準(zhǔn)備后進(jìn)行起吊定位，隨后根據(jù)建筑設(shè)計(jì)要求搭設(shè)支撐體系并調(diào)整頂部標(biāo)高，首先確定起吊方法和吊點(diǎn)位置以及安裝方向，吊運(yùn)過程應(yīng)該遵守慢起、穩(wěn)升、緩放的原則。疊合板的就位與校正是吊裝過程中極其重要的一環(huán)，就位前應(yīng)當(dāng)清理安裝部位表面，然后將疊合板吊運(yùn)至安裝部位的正上方，在吊運(yùn)設(shè)備控制下緩緩下放并進(jìn)行校正，校正后需保證疊合板的偏移發(fā)生在誤差范圍內(nèi)不影響后續(xù)施工。預(yù)制疊合板吊裝完成后埋設(shè)管線并綁扎鋼筋后進(jìn)行現(xiàn)澆，澆筑混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除支撐體系完成該工作面的疊合板吊裝施工，整個(gè)流程如圖 1 所示。

圖1 疊合板施工流程

3.2 疊合板吊裝問題分析

3.2.1 疊合板吊裝主要問題及影響

裝配式疊合板吊裝施工過程中受到周圍因素影響以及施工員操作不當(dāng)或吊裝不夠精確會(huì)導(dǎo)致許多質(zhì)量問題。這些質(zhì)量問題可以分為四大類：預(yù)制疊合板尺寸標(biāo)準(zhǔn)不符合或發(fā)生破損；預(yù)制疊合板安裝位置偏移過大或標(biāo)高存在誤差；預(yù)制疊合板之間拼接處成型質(zhì)量較差（漏漿、麻面等現(xiàn)象）；預(yù)制疊合板的預(yù)留錨筋與周邊墻體和梁的鋼筋發(fā)生沖突。

預(yù)制疊合板磕碰嚴(yán)重、缺棱掉角、斷裂是一類比較常見的質(zhì)量問題，以及構(gòu)件本身尺寸標(biāo)準(zhǔn)不符合要求如預(yù)留孔洞、預(yù)埋件缺失或位置出現(xiàn)偏差，這些問題不僅會(huì)很大程度上影響到后續(xù)的裝飾裝修工程，并且如果有些構(gòu)件發(fā)生較大破損甚至斷裂沒有及時(shí)處理會(huì)造成很大的安全隱患。預(yù)制疊合板若安裝出現(xiàn)較大偏移或標(biāo)高存在誤差，一方面會(huì)影響后續(xù)疊合板施工導(dǎo)致整體施工質(zhì)量較差；另一方面會(huì)使得疊合板預(yù)留鋼筋綁扎困難，發(fā)生鋼筋外露等影響整體結(jié)構(gòu)從而引發(fā)質(zhì)量安全問題。疊合板拼接處成型質(zhì)量差會(huì)導(dǎo)致接縫處發(fā)生漏漿等現(xiàn)象造成頂板平整度差，并影響后續(xù)裝飾裝修工程。預(yù)留錨筋與周邊墻體鋼筋及跨中框梁主筋發(fā)生沖突會(huì)影響疊合板的整體性，如疊合板預(yù)留錨筋不能按照設(shè)計(jì)要求位置進(jìn)行安放，會(huì)對(duì)構(gòu)件受力情況產(chǎn)生影響，對(duì)工程施工質(zhì)量以及結(jié)構(gòu)使用安全產(chǎn)生很大隱患［5］。

由于裝配式建筑施工在國內(nèi)發(fā)展較為緩慢，許多問題都有待解決。如關(guān)于斜屋面疊合板的吊裝過程中，就不僅僅局限于上文提到的問題，同時(shí)由于這些非常規(guī)施工相較于單一水平垂直施工對(duì)裝配式建筑施工建造會(huì)提出新的挑戰(zhàn)，例如疊合板斜向放置時(shí)會(huì)發(fā)生下滑或?qū)ο虏繎?yīng)力大而產(chǎn)生其他影響等。這些裝配式施工過程就需要結(jié)合具體施工過程和注意事項(xiàng)進(jìn)行調(diào)整來保證精確安裝。

3.2.2 疊合板吊裝影響因素

在裝配式疊合板施工過程中，影響疊合板施工成型質(zhì)量的因素有兩大方面，分別是構(gòu)件本身是否達(dá)到施工質(zhì)量要求以及疊合板吊運(yùn)及就位的精確程度。從這兩方面出發(fā)對(duì)吊裝問題進(jìn)行細(xì)化，對(duì)疊合板吊裝過程每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析可以得出影響疊合板精確吊裝的因素，如表 2 所示。

表2 疊合板吊裝影響因素

4 疊合板精確吊裝控制措施

4.1 深化設(shè)計(jì)

在裝配式施工過程中，預(yù)制構(gòu)件之間以及和墻梁鋼筋的沖突現(xiàn)象是一類較為常見且對(duì)裝配式建筑成型質(zhì)量影響較大的問題。在現(xiàn)階段施工過程中若發(fā)生鋼筋沖突現(xiàn)象，處理措施通常是工人對(duì)發(fā)生沖突的鋼筋進(jìn)行調(diào)整，將這些發(fā)生碰撞的鋼筋撬開，才能繼續(xù)進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件的安裝［6］。鋼筋沖突現(xiàn)象造成的直接影響就是疊合板板面標(biāo)高與設(shè)計(jì)要求不符，從而影響整個(gè)疊合樓板的成型質(zhì)量，同時(shí)也對(duì)現(xiàn)澆處的質(zhì)量和穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響。

該問題的本質(zhì)就是疊合板底筋或是其他構(gòu)件鋼筋排布不夠合理，因此需要對(duì)預(yù)制構(gòu)件的鋼筋進(jìn)行深化設(shè)計(jì)（見圖 2）?？梢圆捎?BIM（Building Information Modeling）技術(shù)以及使用 PKPM-PC 軟件（用于裝配式建筑的 PKPM 軟件）等進(jìn)行施工前模擬吊裝，在模擬過程中統(tǒng)計(jì)鋼筋沖突現(xiàn)象高發(fā)位置并分析原因，細(xì)化預(yù)制構(gòu)件的鋼筋排布，模擬完成后應(yīng)與生產(chǎn)廠家溝通調(diào)整預(yù)制疊合板的底筋排布，使得底筋與其他構(gòu)件鋼筋錯(cuò)開排布，避免鋼筋發(fā)生碰撞而影響疊合樓板的成型質(zhì)量，如圖 3 所示。

圖2 疊合板深化設(shè)計(jì)

圖3 疊合板底筋避讓

4.2 對(duì)疊合板預(yù)制構(gòu)件的嚴(yán)格把關(guān)

預(yù)制構(gòu)件從生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后進(jìn)行驗(yàn)收，然后進(jìn)行吊裝、拼接安裝。在這些環(huán)節(jié)中，裝配式施工可以在驗(yàn)收、起吊過程中對(duì)疊合板預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量和完整度進(jìn)行把關(guān)。

首先在驗(yàn)收階段，裝配式疊合板的驗(yàn)收主要通過建筑工人人工驗(yàn)收，驗(yàn)收結(jié)果主要依靠驗(yàn)收人員的經(jīng)驗(yàn)與細(xì)致程度，因此預(yù)制疊合板的驗(yàn)收質(zhì)量難以得到可靠的保障。對(duì)疊合板預(yù)制構(gòu)件的進(jìn)場驗(yàn)收可以輔以機(jī)器視覺技術(shù)與主動(dòng) RFID 相結(jié)合進(jìn)行驗(yàn)收。RFID 標(biāo)簽應(yīng)緊附在疊合板上，該標(biāo)簽作為該預(yù)制構(gòu)件的唯一編碼并收入 BIM 模型系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，通過掃描該標(biāo)簽可識(shí)別疊合板的唯一編號(hào)和疊合板的生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)地點(diǎn)、材料、尺寸等全部特征信息。同時(shí)該標(biāo)簽的位置可根據(jù)后續(xù)智能化施工具體布置，以便于對(duì)疊合板的精確定位。得知該疊合板全部特征信息后利用工業(yè)攝像頭進(jìn)行掃描并與該預(yù)制疊合板的標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行比較，對(duì)比較結(jié)果進(jìn)行分析并得出是否需要進(jìn)行處理或更換的決策。

起吊階段在布置吊點(diǎn)時(shí)，吊點(diǎn)布置方法及位置不對(duì)都有可能產(chǎn)生疊合板吊點(diǎn)破損，也就是吊點(diǎn)附近混凝土剝落、板的開裂等嚴(yán)重質(zhì)量問題。為解決該問題可以對(duì)吊點(diǎn)設(shè)計(jì)中最不利工況及脫模強(qiáng)度驗(yàn)算進(jìn)行討論和計(jì)算；從力學(xué)角度算出吊點(diǎn)距板邊距離理論值；梳理疊合板設(shè)計(jì)圖集中的吊點(diǎn)設(shè)置信息，結(jié)合理論值和實(shí)際值對(duì)吊點(diǎn)設(shè)置規(guī)則［7］。起吊過程中應(yīng)當(dāng)保證疊合板構(gòu)件的平穩(wěn)上升，避免起吊過程的磕碰對(duì)疊合板質(zhì)量產(chǎn)生影響，整個(gè)流程如圖 4 所示。

圖4 疊合板起吊前驗(yàn)收流程

4.3 支模體系以及疊合板的精確就位

支模體系的架設(shè)必須對(duì)支模高度嚴(yán)格控制，支模高度、支模之間的位置布局和水平距離不符合建筑設(shè)計(jì)要求會(huì)對(duì)疊合板的安裝產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此在支模體系架設(shè)完成后進(jìn)行驗(yàn)收過程中，可以利用激光雷達(dá)技術(shù)判斷支模高度是否符合要求從而減少人工驗(yàn)收誤差。

現(xiàn)階段疊合板的就位安裝都是塔吊先將疊合板構(gòu)件吊運(yùn)至安裝位置上方，然后緩慢下放，在此過程中是施工員進(jìn)行人工調(diào)整位置進(jìn)行安裝（見圖 5），這樣吊裝就位其效率較低而且需要較多操作員以及監(jiān)督員才能完成，且下放完成后精確度也略有不足。

圖5 現(xiàn)階段疊合板就位狀況

在吊裝過程中，利用機(jī)器設(shè)備或是機(jī)器人輔以吊裝不失為一種降低人力資源消耗、提升吊裝精確度的一種方法，機(jī)器人相較于人工來說，操作的穩(wěn)定性更高，同時(shí)具備機(jī)器視覺等技術(shù)的機(jī)器人對(duì)于預(yù)制疊合板位置的分析與調(diào)整也更為精確。參考一種基于機(jī)器視覺的建筑預(yù)制構(gòu)件精確就位機(jī)器人［8］，由工業(yè)攝像頭構(gòu)成的雙目視覺系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測構(gòu)件連接部位的校準(zhǔn)情況，通過機(jī)器視覺獲取的預(yù)制構(gòu)件與連接部位的位置圖像控制機(jī)械臂對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行位置調(diào)整，施工效率和安裝精確程度較人工校準(zhǔn)將有很大程度上的提高，如圖 6 所示。

圖6 機(jī)器人輔助吊裝就位示意圖

4.4 完善疊合板拼接處的處理措施

在裝配式施工過程中，將預(yù)制構(gòu)件安放拼接好后通常需要進(jìn)行現(xiàn)澆，來提高預(yù)制疊合板的整體性，并達(dá)到防水性能及抗震性能的要求。其中的主要難點(diǎn)就是預(yù)制疊合板之間的拼縫處，拼縫處為疊合板與支撐體系（支模）或者墻梁之間相互搭接的位置，這些位置在疊合板施工過程中待鋼筋綁扎完成后進(jìn)行現(xiàn)澆填充。拼縫處的處理不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致漏漿這類較為常見的問題影響后續(xù)裝飾裝修工程，嚴(yán)重情況甚至?xí)l(fā)生漏水等質(zhì)量問題。影響到拼縫處現(xiàn)澆質(zhì)量的因素有支模和疊合板的面平整度不夠較為粗糙、設(shè)計(jì)標(biāo)高的校核檢驗(yàn)出現(xiàn)問題導(dǎo)致位置出現(xiàn)偏差、拼縫處搭接不夠緊湊等。

國內(nèi)學(xué)者研究內(nèi)容中普遍采用對(duì)預(yù)制疊合板與支模拼縫處粘貼海綿條或聚乙烯棒（PE 棒）等措施來防止漏漿等現(xiàn)象發(fā)生，或通過改變支模方式來提高疊合板拼縫處的成型質(zhì)量［9］，如圖 7 所示。這樣的方式就是將疊合板拼縫處封閉住防止現(xiàn)澆時(shí)混凝土滲漏，從而解決漏漿現(xiàn)象。為了保證拼縫處成型質(zhì)量，應(yīng)該同時(shí)對(duì)支模體系以及疊合板的標(biāo)高進(jìn)行校核，及時(shí)調(diào)整位置標(biāo)高，并對(duì)搭接處進(jìn)行檢查，確保其平整度較好不會(huì)影響后續(xù)現(xiàn)澆。

圖7 粘貼海綿條防漏漿

5 結(jié)語

裝配式建筑施工以其綠色環(huán)保、標(biāo)準(zhǔn)化自動(dòng)化程度高，在建筑建造工業(yè)化的方向具有很好的前景。隨著技術(shù)科學(xué)的發(fā)展裝配式建筑施工在未來必將占有一席之地，實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)的工業(yè)化生產(chǎn)和制造。預(yù)制疊合板的吊裝是裝配式建筑施工環(huán)節(jié)中非常重要的一環(huán)，疊合板能否保證質(zhì)量并精確就位關(guān)系整個(gè)項(xiàng)目的施工質(zhì)量。本文從疊合板的整個(gè)吊裝流程出發(fā)，總結(jié)了疊合板吊裝易出現(xiàn)問題的位置與環(huán)節(jié)，分析影響因素，并根據(jù)這些影響因素提出控制措施，以實(shí)現(xiàn)裝配式疊合板的精確吊裝。Q