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(guó)務(wù)院辦公廳下發(fā)并實(shí)施《國(guó)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(jiàn)》（國(guó)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(mén)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(jiàn)》（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(zhuān)業(yè)化、規(guī)?；⑿畔⒒a(chǎn)體系。因此發(fā)展裝配式建筑在國(guó)內(nèi)已成為必然趨勢(shì)。在裝配式建筑施工過(guò)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(lèi)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(lèi)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(wèn)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(lèi)型，國(guó)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(lèi)疊合板類(lèi)型可如表 1 所示。

表1 疊合板類(lèi)型［1］

由表 1 可見(jiàn)為了實(shí)現(xiàn)更高裝配率，同時(shí)滿(mǎn)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(lèi)，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(lái)了許多問(wèn)題，這些問(wèn)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(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)裝配式精確吊裝方法展開(kāi)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(guò)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(guò)程。這種施工過(guò)程的精確控制同樣可以運(yùn)用于疊合板的吊運(yùn)過(guò)程，申景濤［3］通過(guò)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(kāi)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(jué)等技術(shù)的普及，國(guó)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(guò)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(guò)數(shù)字孿生以及機(jī)器視覺(jué)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(guó)裝配式建筑持續(xù)發(fā)展，但也產(chǎn)生了各種各樣的問(wèn)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(guò)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(jué)技術(shù)等也逐漸運(yùn)用到裝配式建筑吊裝過(guò)程中來(lái)。筆者通過(guò)探討裝配式疊合板施工過(guò)程中存在的問(wèn)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(guò)程有著較大的差異。裝配式施工過(guò)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(wèn)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(kāi)始前進(jìn)行施工準(zhǔn)備，在疊合板安裝位置進(jìn)行測(cè)量與標(biāo)高，支模體系驗(yàn)收完成后預(yù)制疊合板進(jìn)場(chǎng)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(guò)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(guò)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(wèn)題分析

3.2.1 疊合板吊裝主要問(wèn)題及影響

裝配式疊合板吊裝施工過(guò)程中受到周?chē)蛩赜绊懸约笆┕T操作不當(dāng)或吊裝不夠精確會(huì)導(dǎo)致許多質(zhì)量問(wèn)題。這些質(zhì)量問(wèn)題可以分為四大類(lèi)：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(guò)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(lèi)比較常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)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(wèn)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(méi)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(wèn)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(guó)內(nèi)發(fā)展較為緩慢，許多問(wèn)題都有待解決。如關(guān)于斜屋面疊合板的吊裝過(guò)程中，就不僅僅局限于上文提到的問(wèn)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(guò)程就需要結(jié)合具體施工過(guò)程和注意事項(xiàng)進(jìn)行調(diào)整來(lái)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(guò)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(wèn)題進(jìn)行細(xì)化，對(duì)疊合板吊裝過(guò)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(guò)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(lèi)較為常見(jiàn)且對(duì)裝配式建筑成型質(zhì)量影響較大的問(wèn)題。在現(xiàn)階段施工過(guò)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(kāi)，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(wèn)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(jiàn)圖 2）。可以采用 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(guò)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(kāi)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(chǎng)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(guò)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(guò)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(chǎng)驗(yàn)收可以輔以機(jī)器視覺(jué)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(guò)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(kāi)裂等嚴(yán)重質(zhì)量問(wèn)題。為解決該問(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程中是施工員進(jìn)行人工調(diào)整位置進(jìn)行安裝（見(jiàn)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(guò)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(lái)說(shuō)，操作的穩(wěn)定性更高，同時(shí)具備機(jī)器視覺(jué)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(jué)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(jué)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)構(gòu)件連接部位的校準(zhǔn)情況，通過(guò)機(jī)器視覺(jué)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(guò)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(lái)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(guò)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(lèi)較為常見(jiàn)的問(wèn)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(wèn)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(wèn)題導(dǎo)致位置出現(xiàn)偏差、拼縫處搭接不夠緊湊等。

國(guó)內(nèi)學(xué)者研究?jī)?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(lái)防止漏漿等現(xiàn)象發(fā)生，或通過(guò)改變支模方式來(lái)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(yǔ)

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(lái)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(wèn)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