盧 杰，范浩威，馬定球

(廣東省水利水電第三工程局有限公司，廣東 東莞 523710)

流道是水工建筑物進出水系統(tǒng)的重要組成部分，為水工建筑物提供良好的進出水流態(tài)，對充分發(fā)揮效率和水力性能有著重要的作用。按流道形狀可以分為蝸殼形、肘形、鐘形、簸箕形、箱涵式、斜式等，流道在正向進水或側(cè)向進水方式下，都容易發(fā)生偏流、脫壁回流、旋渦等不良水流現(xiàn)象，從而影響到水流流態(tài)。由于異形流道模板制作難度大，若采用傳統(tǒng)的施工工藝靠經(jīng)驗一邊拼裝一邊下料法，不但施工進度慢，材料浪費多，施工成本高，而且質(zhì)量難以控制。為解決上述問題,通過在佛山市禪城區(qū)奇槎泵站等工程的探索應(yīng)用，形成了一套基于建筑信息模型(Building Information Modeling，以下簡稱BIM)的流道模板施工技術(shù)，可為各種異型流道模板的制造提供借鑒。

1 工程概況

佛山市禪城區(qū)奇槎泵站工程任務(wù)是拆除舊奇槎水閘后新建奇槎排澇泵站、自排涵閘及引水站，同時對站前內(nèi)涌、外江排洪渠及站區(qū)環(huán)境進行綜合整治和綠化提升。奇槎排澇泵站設(shè)計排水流量為48.0 m3/s，引水閘門設(shè)計引水流量為10 m3/s，總裝機容量為7 400 kW，安裝4臺1 800ZXB12-4.8型斜式軸流泵。泵站進口流道進口為矩形，進口底板高程為-3.80 m，頂部高程為-0.05 m，寬度為5.5 m，為方轉(zhuǎn)圓水工曲面。泵站出水流道出口為圓形，出口底部高程為-1.507 m，頂部高程為1.293 m，寬度為2.8 m，為圓轉(zhuǎn)方水工曲面。流道剖面示意見圖1。

圖1 流道剖面示意(單位：高程m)

2 技術(shù)原理

2.1 基本原理

利用BIM技術(shù)，形成流道模板三維空間實體模型，利用可視化界面，獲取加工構(gòu)件詳圖，在工廠采用數(shù)控機床進行機械化切割配模；通過三維模擬技術(shù)交底，直觀地顯示流道模板的制作過程，提高工地現(xiàn)場拼裝速度。

2.2 理論基礎(chǔ)

利用Autodesk Revit及Computer Aided Design建立三維模型，利用Unigraphics NX進行有限元分析，利用徠卡測量儀器進行三維表面測量。

2.3 主要過程

2.3.1建模

按照進出水流道設(shè)計的尺寸及有關(guān)數(shù)據(jù)，利用BIM軟件建立三維模型，對模板支撐系統(tǒng)受力情況進行有限元分析，直觀顯示模型在施工過程中的應(yīng)力應(yīng)變分布情況，達到模板骨架支撐系統(tǒng)設(shè)計最優(yōu)化的目的。

2.3.2虛擬切割與拼裝

模型按照不同受力面結(jié)合龍骨間距合理切割劃分網(wǎng)格，創(chuàng)建模板材料導(dǎo)入模型模擬拼裝成實體圖，直觀顯示出拼裝的誤差，對各塊模板進行編碼處理，提取明細表，以方便查找和定位，提高了后期拼裝的效率。

2.3.3模板制作與安裝

工廠采用數(shù)控機床根據(jù)模型圖數(shù)據(jù)進行機械化切割配模，結(jié)合受力計算及經(jīng)濟考慮，選擇好面板、圓弧帶、內(nèi)支撐骨架模板尺寸。由于每個骨架的直線段及轉(zhuǎn)角圓弧半徑均不同，故根據(jù)每個骨架尺寸和受力情況分別進行設(shè)計制作加工，制作好各種骨架后運送至工地現(xiàn)場進行拼裝，模板面板按照上下左右循環(huán)順序?qū)ΨQ均衡拼裝以消除累積誤差。

取干燥的具塞試管3支，分別編號為1、2、3，在1號試管（對照組）中加入5 mL乙醛（40%），2號試管中加入5 mL乙醛（40%）、0.1 g乙醛脫氫酶，3號試管中加入5 mL乙醛（40%）、0.1 g乙醛脫氫酶和1.0 g余甘果果肉，混勻蓋緊塞子，37℃放置10 h，然后測定乙醛含量。每組實驗均做3組平行實驗。

2.3.4吊裝及現(xiàn)場加固

采用吊車加平板運輸車對制造好的流道進行吊裝運輸，將流道模板安裝在預(yù)埋定位筋和預(yù)埋鋼筋上，焊結(jié)鋼筋配合法蘭螺絲緊固以防止在混凝土澆筑的過程流道模板發(fā)生位移，從而確保流道的安全性和穩(wěn)固性。

2.3.5模板驗收及混凝土澆筑

流道模板驗收合格后進行混凝土澆筑。

3 施工流程及操作要點

3.1 施工流程

施工準備→BIM建?！芰Ψ治觥摂M切割及編碼→數(shù)控制造→骨架及面板拼裝→吊裝運輸→現(xiàn)場安裝加固→聯(lián)合驗收→混凝土澆筑→混凝土養(yǎng)護→拆模驗收。

3.2 操作要點

3.2.1運用BIM技術(shù)建模

1) 流道模型建摸

利用軟件建立三維模型圖，設(shè)計支撐系統(tǒng)，復(fù)核計算支撐系統(tǒng)受力情況；在滿足施工要求前提下，結(jié)合經(jīng)濟因素及受力分析，最終確定裝訂面板、圓弧帶以及支撐骨架。進水流道模型示意見圖2。

圖2 進水流道模型示意

模型導(dǎo)進UG軟件，進入高級仿真模塊，基于當(dāng)前部件新建FEM和仿真進行3D四面體網(wǎng)格劃分，指派材料輸入木材，進水流道模型指派材料示意見圖3；對模型進行約束，進水流道模型固定約束示意見圖4；輸入荷載，進水流道模型輸入受力示意見圖5；計算求解，導(dǎo)出結(jié)果報告查看變形圖及數(shù)值，進水流道模型變形示意見圖6。

圖3 進水流道模型指派材料示意

圖4 進水流道模型固定約束示意

圖5 進水流道模型輸入受力示意

圖6 進水流道模型變形示意

2) 流道模型分解

BIM軟件revit新建公制體量，根據(jù)各個斷面尺寸創(chuàng)建二維草圖，選取各個草圖放樣融合成實體模型，進水流道斷面數(shù)據(jù)見表1；進水流道斷面示意見圖7；進水流道實體示意見圖8。

表1 進水流道斷面數(shù)據(jù) mm

圖7 進水流道斷面示意

圖8 進水流道實體示意

3.2.2虛擬切割與編碼

1) 概述

虛擬切割流道模板為重要關(guān)鍵技術(shù)，模板表面曲線弧度較大，表面面板能否彎曲成型，計算分割每1塊拼板的安裝尺寸，每塊拼板之間的預(yù)留縫細，直接影響了整個流道質(zhì)量的好壞。

2) 模板切割提取數(shù)據(jù)

在模型體量中，依據(jù)結(jié)構(gòu)受力分析結(jié)果，確定模板龍骨間距及面板板條尺寸，形成實體圖，給所有嵌板1個獨立標記，提取明細表。進水流道模型切割示意見圖9；進水流道骨架示意見圖10。

圖9 進水流道模型切割示意

圖10 進水流道骨架示意

3.2.3模板制造與安裝

根據(jù)模擬切割提取的數(shù)據(jù)，通過數(shù)控機床進行骨架及面板的加工，接著在操作平臺上進行骨架及面板拼裝，模板面板按照上下左右循環(huán)順序?qū)ΨQ均衡拼裝。流道現(xiàn)場放樣測量示意見圖11；流道骨架面板裝訂示意見圖12。

圖11 流道現(xiàn)場放樣測量示意

圖12 流道骨架面板裝訂

4 質(zhì)量控制措施

4.1 建模

根據(jù)施工藍圖尺寸繪制流道模板三維骨架圖，與原設(shè)計圖進行對比復(fù)核；合理分布龍骨間距，通過UG軟件進行有限元法分析，保證龍骨穩(wěn)定性。

4.2 制造與拼裝

數(shù)控機床下料時重復(fù)核對數(shù)據(jù)正確后進行加工，制作好的流道模板統(tǒng)一編碼、分類堆放保管，面板拼裝時，保證面板材料兩端擱放在龍骨骨架上，模板面板按照上下左右循環(huán)順序?qū)ΨQ均衡拼裝以消除累積誤差，保證誤差值在1.5mm以內(nèi)。

4.3 現(xiàn)場安裝

流道模板現(xiàn)場安裝時，通過測量儀器進行流道軸線放樣，尺寸復(fù)核無誤后進行流道安裝。流道質(zhì)量標準應(yīng)符合《水工混凝土施工規(guī)范》(SL 677—2014)的規(guī)定。

5 效益

5.1 經(jīng)濟效益

與邊拼裝邊下料的傳統(tǒng)施工方法比較，基于BIM的流道施工技術(shù)不但縮短施工工期，節(jié)省材料，而且改善了施工作業(yè)環(huán)境，保障了作業(yè)人員安全，杜絕事故發(fā)生。經(jīng)驗法與信息化施工技術(shù)效益分析比較見表2。

表2 效益分析比較

5.2 社會效益

解決了流道的施工難題，使得水泵運行時，水流流態(tài)平穩(wěn)，不發(fā)生偏流等不良水流現(xiàn)象。流道模板的提前完工，意味著建筑物整體提前發(fā)揮效益，讓當(dāng)?shù)匕傩帐芤?，有利于社會可持續(xù)發(fā)展。

6 結(jié)語

此施工技術(shù)適用于異形混凝土結(jié)構(gòu)木模板施工，在水利工程異形流道木模板施工中具有更好的效益，根據(jù)其可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性、先進性及科學(xué)性等特點，結(jié)合異形流道模板的制造安裝進行成本、精度和進度控制。與傳統(tǒng)施工方法相比，基于BIM的流道模板施工技術(shù)形成的實體外觀質(zhì)量好，結(jié)構(gòu)安全可靠，為同類流道的施工積累了一定施工經(jīng)驗，值得推廣。