張 兵

1. 上海市機械施工集團有限公司 上海 200072；

2. 上海面向典型建筑應(yīng)用機器人工程技術(shù)研究中心 上海 200072

在新型建筑工業(yè)化發(fā)展不斷加速的大背景下，大力發(fā)展和推廣鋼結(jié)構(gòu)、裝配式混凝土建筑，依托新發(fā)展理念，以新型建筑工業(yè)化帶動建筑業(yè)全面轉(zhuǎn)型升級，是建筑行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級新的發(fā)展方向[1]。

1 裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅施工一體化概述

目前我國裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅仍處于推廣普及的起步階段，還存在各種各樣的問題有待解決。工程界面眾多是其中主要因素之一，涉及混凝土預(yù)制構(gòu)件、鋼結(jié)構(gòu)、機電、精裝等多個專業(yè)。單一專業(yè)單位“按圖施工”的傳統(tǒng)施工工藝和管理模式，已經(jīng)無法滿足快速、高效、高精度、高質(zhì)量的裝配結(jié)構(gòu)施工需求。

借助BIM技術(shù)的數(shù)據(jù)化和信息化優(yōu)勢，多專業(yè)融合、一體化聯(lián)動，整合鋼結(jié)構(gòu)、預(yù)制混凝土構(gòu)件、機電等工程理論模型，解決空間碰撞、連接節(jié)點細(xì)化設(shè)計和專業(yè)界面劃分問題。隨后通過設(shè)計→加工→安裝產(chǎn)業(yè)鏈過程中的數(shù)據(jù)反饋，調(diào)整實測模型，確保構(gòu)件加工和安裝精度，解決前后道工序搭接的主要矛盾。

通過跨專業(yè)的協(xié)同聯(lián)合，形成一個系統(tǒng)化的施工聯(lián)合體，上下游延伸，提高施工效率，從而打造鋼結(jié)構(gòu)住宅精品工程[2-4]。

2 工程概況

作為裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅工程的典型案例，位于上海市浦東新區(qū)惠南新市鎮(zhèn)25號單元（宣橋）05-02地塊的鋼結(jié)構(gòu)住宅工程是一體化綜合建造的示范項目。工程建筑面積約5 950 m2，建筑高度為43.6 m，為14層小高層住宅。

主體結(jié)構(gòu)形式為鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)。混凝土預(yù)制構(gòu)件分為疊合樓板、預(yù)制樓梯、外墻板、陽臺。預(yù)制外墻板采用夾心保溫板的形式，主要規(guī)格為厚160 mm（60 mm混凝土＋40 mm保溫層＋60 mm混凝土），與鋼梁通過調(diào)節(jié)螺栓連接。

疊合樓板連接方式為樓板搭接至鋼梁上翼緣20 mm，綁扎鋼筋后現(xiàn)澆混凝土。樓梯、陽臺等混凝土預(yù)制構(gòu)件為直接擱置于鋼梁上翼緣位置。

3 施工路線分析

基于裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的特點，本工程有待解決和希望突破的壁壘主要有以下幾點：

1）在裝配式建筑更加適合引入BIM技術(shù)的前提下，需要對傳統(tǒng)設(shè)計施工的產(chǎn)業(yè)鏈進行升級改造，打通耗能環(huán)節(jié)，提高協(xié)同效率。

2）施工階段需要依據(jù)裝配式工程建造的特性，建立新形式的施工模式和技術(shù)路線，既要確保施工高效性，又要一體化協(xié)調(diào)各專業(yè)工序搭接，消除施工節(jié)點矛盾。

3）外墻施工精度和防水施工是工程的關(guān)鍵，具體精度調(diào)整措施和方法決定裝配式鋼結(jié)構(gòu)工程的成敗。

4 基于BIM的設(shè)計施工一體化

一體化建造模式要求設(shè)計階段主動向下游延伸，綜合考慮施工過程中主體結(jié)構(gòu)承載力和結(jié)構(gòu)變形，來調(diào)整外墻板方案。同時，憑借BIM合模，從外向內(nèi)，逐步穩(wěn)定外墻板結(jié)構(gòu)形式和分塊布置、轉(zhuǎn)接系統(tǒng)設(shè)計、框架結(jié)構(gòu)體系設(shè)計、后續(xù)多專業(yè)工程合模與模擬計算分析，最終確定最優(yōu)方案，大大減少施工階段反復(fù)設(shè)計調(diào)整的工作量，提高建造效率。

現(xiàn)場裝配施工階段，以精度控制為主控方向。由內(nèi)而外，主體結(jié)構(gòu)安裝考慮后道工序，在滿足規(guī)范精度要求的基礎(chǔ)上，統(tǒng)一向內(nèi)側(cè)負(fù)偏差，且總體垂直度偏差小于2 cm。轉(zhuǎn)接件分上下節(jié)點，通過板內(nèi)預(yù)埋件與框架梁上支座連接；板塊平整及精度控制均由轉(zhuǎn)接件調(diào)節(jié)余量完成（圖1）。

圖1 外墻板連接節(jié)點

此外，基于BIM合模對多專業(yè)施工內(nèi)容的整合能力優(yōu)勢，機電模型與鋼結(jié)構(gòu)模型的合模，可以確定電管、水管等管線的走向及規(guī)格，在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計階段完成開洞工作。同時也可以在設(shè)計階段優(yōu)化室內(nèi)裝修方案，提前完成軟碰撞及硬碰撞檢查。

5 一體化施工管理

裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅在施工過程中的最大優(yōu)勢體現(xiàn)在快速化建造工藝。鋼結(jié)構(gòu)及混凝土預(yù)制構(gòu)件數(shù)量較多，且鋼結(jié)構(gòu)連接多以焊接為主。以一體化施工管理為主導(dǎo)思想，多專業(yè)聯(lián)動，從工序搭接和工藝流程細(xì)化角度提高建造效率，避免多工序集中、等工、扯皮等問題。

首先，鋼結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件分段應(yīng)匹配其他工序施工節(jié)奏，避免領(lǐng)先過多或過少等問題出現(xiàn)。

其次，采取豎向流水搭接施工，通過不同類型構(gòu)件的連接形式，對整體的施工流程進一步細(xì)化并緊密搭接。利用鋼結(jié)構(gòu)焊接時間完成預(yù)制疊合樓板、預(yù)制樓梯等樓層結(jié)構(gòu)的安裝工作，鋼結(jié)構(gòu)安裝始終領(lǐng)先疊合樓板以及預(yù)制樓梯1層。

最后，預(yù)制外墻板采用外掛形式，無需跟隨主體結(jié)構(gòu)層層施工，可在主體結(jié)構(gòu)施工數(shù)層后，通過鋼結(jié)構(gòu)焊接所產(chǎn)生的時間差及增設(shè)輔助吊裝機械完成安裝。采取穿插施工，合理分配勞動力，實行精細(xì)化進度管理，最終達到減少人工和優(yōu)化總工期的效果。

6 外墻精度控制關(guān)鍵技術(shù)

一體化建造的最后一道工序為外墻板安裝及防水施工，這也是裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅最為關(guān)鍵的一道工序。在結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)接件提供足夠調(diào)節(jié)余量的前提下，外墻板安裝精度的控制就需要更加精確和細(xì)致。

根據(jù)外墻板連接節(jié)點的特點及形式，主要分為以下幾個步驟對板塊x、y、z軸向精度進行調(diào)整（圖2）。

圖2 外墻板垂直度調(diào)節(jié)

1）外墻板吊裝至安裝位置后，通過下節(jié)點調(diào)節(jié)螺栓，調(diào)整豎向標(biāo)高。

2）上節(jié)點完全固定后，外墻板基本處于豎直狀態(tài)，可使用手拉葫蘆對外墻板垂直度進行微調(diào)。

3）在標(biāo)高、垂直度均調(diào)整完畢的情況下，以下節(jié)點外露埋件、鋼柱、栓釘作為受力點，利用千斤頂對外墻板進行面內(nèi)水平向微調(diào)。

在安裝下一層墻板前，需在已安裝墻板上表面安裝橡膠條，待全部墻板均安裝完畢后，開始進行外墻板外縫的處理工作。外縫采用PE棒加密封膠的形式，打密封耐候膠的目的是防水、防塵、保溫及確保外墻面的整體效果。

7 結(jié)語

本工程鋼結(jié)構(gòu)和混凝土預(yù)制構(gòu)件作為一個有機整體，突破傳統(tǒng)施工理念，設(shè)計跨后綜合考慮施工需求，施工超前協(xié)助完善設(shè)計方案，鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計和施工兼顧后續(xù)施工搭接。通過各方協(xié)同互補，一體化融合，使得建造過程更加高效和整體，確保了工程進度、質(zhì)量和安全。

通過合理的流水搭接和工序劃分，充分發(fā)揮人工和機械效率，使建造過程始終處于高效狀態(tài)。借助設(shè)計和深化階段BIM合模的提前介入，從源頭解決后續(xù)的機電安裝、室內(nèi)裝修等工作過程中的碰撞問題，進一步確保施工的順利開展。建筑工業(yè)化、綠色建筑和建筑一體化信息管理已經(jīng)成為我國建筑行業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級的三大重要戰(zhàn)略方向。隨著產(chǎn)業(yè)化在政策、市場、效益驅(qū)動下的不斷發(fā)展，作為產(chǎn)業(yè)化的最終產(chǎn)品，鋼結(jié)構(gòu)建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備和裝修的一體化、集成化建造必將在建筑市場中得到廣泛的使用并承擔(dān)更大的社會責(zé)任，引領(lǐng)建筑市場向綠色、節(jié)約型方向穩(wěn)步邁進。