陶佳能，龔旭成，唐源野，孫志崗

（1.重慶建筑工程職業(yè)學(xué)院，重慶 400072；2.中海建筑有限公司，廣東 深圳 518051）

0 引言

目前，我國(guó)房屋建筑產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位日益增強(qiáng)，但其建造模式仍以現(xiàn)場(chǎng)澆筑的傳統(tǒng)建造方式為主，存在建造效率低、資源能耗高、工業(yè)化水平低等問(wèn)題[1-2]，已不符合我國(guó)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展階段的歷史要求。建筑工業(yè)化和信息化是我國(guó)建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必經(jīng)之路，也是節(jié)能減排的有效途徑。在歐美、日本、韓國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家中，廣泛采用“預(yù)制裝配化施工技術(shù)”，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)規(guī)模化、智能機(jī)械化以及管理信息化，成為新興的建筑模式。相比之下，我國(guó)的預(yù)制裝配式建筑仍處于起步階段，在信息化方面的研究有待突破[3]。

相比于傳統(tǒng)的現(xiàn)澆模式，預(yù)制裝配化建筑構(gòu)件種類多、數(shù)量多，安裝精確度要求高，施工過(guò)程中要有更為嚴(yán)密的預(yù)制構(gòu)件施工信息動(dòng)態(tài)管理?；诩葿IM 工程數(shù)據(jù)模型，可將施工過(guò)程信息與模型對(duì)象相關(guān)聯(lián)，形成具有多維度的BIM 模型，促進(jìn)工程生產(chǎn)的高效運(yùn)行，工程進(jìn)度可視化，有效緩解工期偏差[4-5]。BIM 的信息共享機(jī)制可有效避免工程溝通和工程管理過(guò)程中存在的信息冗余和信息失真問(wèn)題，進(jìn)而提高管理效率，降低施工誤差，實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量和施工安全目標(biāo)[6]。憑借終端設(shè)備和PC端設(shè)備相結(jié)合的BIM 云平臺(tái)，施工技術(shù)人員可以遠(yuǎn)程監(jiān)控施工進(jìn)度和指導(dǎo)施工，實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程、施工管理的信息化和智能化[7]。

本文基于重慶建筑工程職業(yè)學(xué)院遷建工程（三期）建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化實(shí)訓(xùn)基地項(xiàng)目，建立三維EBIM 協(xié)同平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)施工階段中豎向構(gòu)件套筒灌漿質(zhì)量控制、預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量控制以及預(yù)制構(gòu)件吊裝安全管理，研究成果可為預(yù)制裝配式建筑的施工提供更全面的判斷和決策。

1 工程概況

重慶建筑工程職業(yè)學(xué)院遷建工程（三期）建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化實(shí)訓(xùn)基地位于重慶南岸區(qū)梨花大道857號(hào)重慶建筑工程職業(yè)學(xué)院內(nèi)，如圖1 所示，總規(guī)劃用地面積8915.83m2，新建建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化實(shí)訓(xùn)基地 建 筑10660.37m2，建 筑 占 地 面 積3419.03m2，建筑層數(shù)為地上5層，地下2層，地上建筑高度為22.9m，結(jié)構(gòu)形式為裝配整體式框架結(jié)構(gòu)和裝配式鋼結(jié)構(gòu)。該項(xiàng)目為重慶市裝配式建筑綜合示范項(xiàng)目，預(yù)制率為40.2%，裝配率高達(dá)71.32%。

圖1 擬建項(xiàng)目區(qū)位平面圖

2 項(xiàng)目施工階段安全與質(zhì)量控制要點(diǎn)

2.1 豎向構(gòu)件套筒灌漿質(zhì)量控制

套筒灌漿是裝配式建筑豎向構(gòu)件連接的主要方法，灌漿質(zhì)量直接影響建筑物的整體性和安全性，施工階段需要對(duì)灌漿質(zhì)量極其重視，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。依據(jù)套筒灌漿施工工藝要求，其施作順序一般為準(zhǔn)備工作、作漿料封堵、灌漿料備注、壓力灌漿和質(zhì)量檢驗(yàn)。

在人員、壓力灌漿設(shè)備、灌漿材料準(zhǔn)備完成后，將預(yù)制柱吊裝到位，立即用坐漿料將預(yù)制柱與樓面板形成的2cm 的縫隙進(jìn)行塞填，不可漏塞，形成密封艙，避免漿液從縫隙中跑出，其中坐漿料侵入接觸面不應(yīng)大于1cm；待坐漿料封堵24h 后，開始制備灌漿料進(jìn)行套筒灌漿，灌漿料制備時(shí)，嚴(yán)格按照產(chǎn)品說(shuō)明書要求的配合比配置灌漿料，使用電子秤計(jì)量各材料用量；將注漿管對(duì)準(zhǔn)預(yù)制柱下部任意一個(gè)注漿孔開始進(jìn)行壓力注漿，注漿壓力保持在0.2MPa～0.3MPa，待注漿孔上部的出漿孔穩(wěn)定溢漿（呈股狀流出）后用橡膠塞封堵出漿口，待溢漿孔穩(wěn)定出漿并用橡膠塞封堵后，需穩(wěn)壓30s，保證灌漿孔全部密實(shí)，灌漿料應(yīng)在30min 內(nèi)使用完畢；灌漿24h 后，拔開橡膠塞觀察出漿孔和溢漿孔的灌漿料是否密實(shí)飽滿；灌漿過(guò)程中全程錄像并存檔，作為質(zhì)量追溯的資料，專業(yè)監(jiān)理和質(zhì)檢員全程在場(chǎng)監(jiān)督檢查，確保灌漿質(zhì)量。具體的現(xiàn)場(chǎng)灌漿過(guò)程如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)灌漿過(guò)程

2.2 預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量控制

本項(xiàng)目混凝土結(jié)構(gòu)部分預(yù)制構(gòu)件主要有預(yù)制疊合板、預(yù)制疊合梁、預(yù)制樓梯、預(yù)制空調(diào)板。預(yù)制疊合板拆分規(guī)格化、標(biāo)準(zhǔn)化。預(yù)制疊合板現(xiàn)澆層厚70mm（觀景平臺(tái)處厚100mm，密拼板處厚80mm），預(yù)制板厚60mm，疊合板后澆段寬度不小于300mm。預(yù)制板擱置梁柱構(gòu)件10mm，預(yù)制板板邊出鋼長(zhǎng)度至梁中線且不小于5d，梁板、板與板之間的構(gòu)造按照《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ1-2014）的規(guī)定，保證其連接效果等同現(xiàn)澆。

預(yù)制主框架梁疊合現(xiàn)澆層厚度為150mm，次梁為140mm，預(yù)制梁與后澆混凝土疊合層之間的結(jié)合面設(shè)置粗糙面；預(yù)制梁端面設(shè)置鍵槽,且設(shè)置了粗糙面，粗糙面凹凸深度為6mm。

預(yù)制樓梯下端采用滑動(dòng)鉸接連接，上端采用固定鉸接連接，預(yù)制樓梯計(jì)算嚴(yán)格按連接做法取樓梯計(jì)算跨度，樓梯欄桿埋件先行預(yù)埋。為做到經(jīng)濟(jì)合理，樓梯標(biāo)準(zhǔn)化拆分，第一跑樓梯不拆分采用傳統(tǒng)現(xiàn)澆，預(yù)制的樓梯梯段跨度及高度均相同，全樓預(yù)制樓梯構(gòu)件種類為1類。

2.3 預(yù)制構(gòu)件吊裝安全管理

項(xiàng)目共有11 種構(gòu)件，每種構(gòu)件吊裝特點(diǎn)不同，需按照審批通過(guò)后的吊裝方案進(jìn)行。吊裝重點(diǎn)為構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收、吊具安全性、支撐體系可靠性、吊裝順序、構(gòu)件定位精準(zhǔn)度等，尤其注意吊裝安全，構(gòu)件吊裝時(shí)管理人員必須全程跟蹤，首次預(yù)制柱吊裝時(shí)，項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人、專職安全員、現(xiàn)場(chǎng)施工員、測(cè)量員必須到場(chǎng)全程管理，發(fā)現(xiàn)安全隱患及時(shí)整改。

由于項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件種類多，最重的為預(yù)制樓梯，重達(dá)5.2t，這就對(duì)塔吊的選型和布置提出較大要求。經(jīng)過(guò)多方考察和認(rèn)真研究，項(xiàng)目部布置一臺(tái)QTZ300（CF7035）塔式起重機(jī)，臂長(zhǎng)60m，最大起吊重量為8t，最遠(yuǎn)端吊重為4.53t，覆蓋范圍和起吊重量均滿足要求。

在編制專項(xiàng)施工方案前，項(xiàng)目技術(shù)人員、現(xiàn)場(chǎng)管理人員和吊裝作業(yè)人員對(duì)施工圖進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的研究，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)向設(shè)計(jì)單位反饋，弄清設(shè)計(jì)意圖和施工安全質(zhì)量要求。根據(jù)已經(jīng)獲批的吊裝方案，嚴(yán)格按照“三級(jí)交底”制度進(jìn)行安全技術(shù)交底，由項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人向各部分負(fù)責(zé)人和主要技術(shù)人員進(jìn)行方案交底，然后由技術(shù)人員向現(xiàn)場(chǎng)管理人員和班組長(zhǎng)交底，最后由現(xiàn)場(chǎng)主管工程師向全體作業(yè)人員交底。每一級(jí)交底都必須有針對(duì)性，把技術(shù)要點(diǎn)和施工重難點(diǎn)講清楚、講透徹，讓項(xiàng)目全體技術(shù)和管理人員都掌握預(yù)制構(gòu)件吊裝。

3 BIM技術(shù)的應(yīng)用

3.1 可視化BIM模型的建立

基于全過(guò)程全建筑BIM 技術(shù)，進(jìn)行構(gòu)件生產(chǎn)和施工指導(dǎo)，為準(zhǔn)確反映圖紙信息，直觀形象展示，運(yùn)用BIM 技術(shù)建立三維模型，反映設(shè)計(jì)意圖。以BIM 三維信息模型作為集成平臺(tái)，將虛擬數(shù)字模型與工程實(shí)際模型相關(guān)聯(lián)，并將集成大量資料數(shù)據(jù)的數(shù)值模型上傳至BIM云平臺(tái)，項(xiàng)目參與各方可基于BIM 云平臺(tái)共享和管理數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)信息溝通的高效率、信息傳遞的高保真、多方合作的協(xié)同化和實(shí)時(shí)化。建立的三維可視化BIM模型如圖3所示。

圖3 項(xiàng)目BIM三維模型

3.2 基于BIM技術(shù)的施工過(guò)程質(zhì)量控制

傳統(tǒng)裝配式建筑設(shè)計(jì)的施工圖紙，是基于過(guò)程的設(shè)計(jì)表達(dá)方式，對(duì)于一個(gè)預(yù)制構(gòu)件的表達(dá)是通過(guò)點(diǎn)、線表示的，前后并無(wú)關(guān)聯(lián)性，而基于BIM 的裝配式建筑的模型建立，是在組件設(shè)計(jì)的概念基礎(chǔ)上，面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方式，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方式是模塊化的，每個(gè)組件將承載整個(gè)生命周期的工程數(shù)據(jù)信息。

BIM 信息模型具有可全方位展示裝配式建筑模型結(jié)構(gòu)構(gòu)造細(xì)節(jié)的功能，通過(guò)模型瀏覽，可以獲取每一個(gè)構(gòu)造的精細(xì)信息，也可從模型中選取復(fù)雜部位和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行吊裝工序模擬，以可視化的預(yù)建造漫游，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員和施工工人的技術(shù)交底，增強(qiáng)其對(duì)施工工藝、施工環(huán)境的認(rèn)識(shí)，提高施工質(zhì)量和裝配式構(gòu)件安裝效率，達(dá)到BIM 模型指導(dǎo)施工的目的，如圖4 所示。施工階段，采用BIM 模型對(duì)施工計(jì)劃和施工方案進(jìn)行分析模擬，充分利用場(chǎng)地條件及資源，得出最優(yōu)的施工計(jì)劃和施工方案。本項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件種類多，節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，利用BIM參數(shù)化和可視化的優(yōu)越性，對(duì)吊裝順序、節(jié)點(diǎn)交叉施工、土建與機(jī)電管線施工、配套臨時(shí)支撐措施等進(jìn)行分析模擬，可以根據(jù)模擬結(jié)果進(jìn)一步改進(jìn)施工方案，達(dá)到安全、快速、高效、降低成本、減少碰撞、減少資源浪費(fèi)的結(jié)果。

圖4 基于BIM三維模型施工過(guò)程模擬

3.3 基于BIM技術(shù)的施工過(guò)程安全管理

在施工方案進(jìn)行比選時(shí)，運(yùn)用BIM技術(shù)創(chuàng)建相應(yīng)的安全信息模型對(duì)不同的施工方案進(jìn)行三維模擬，在施工前仿真模擬出預(yù)制構(gòu)件從進(jìn)場(chǎng)到安裝的全過(guò)程，并重點(diǎn)反復(fù)進(jìn)行碰撞監(jiān)測(cè)分析，使安全隱患在施工模擬中徹底暴露，為施工方案的優(yōu)化比選提供依據(jù)，并根據(jù)系統(tǒng)出具的分析報(bào)告，不斷深化改進(jìn)預(yù)制構(gòu)件的吊裝、安裝、運(yùn)輸、堆放、設(shè)計(jì)等方案，使最終的裝配式建筑施工方案達(dá)到最優(yōu)的安全施工效果。

以BIM 三維信息模型作為集成平臺(tái)，對(duì)預(yù)制構(gòu)件吊裝、灌漿等關(guān)鍵工序方案提前進(jìn)行模擬預(yù)演。在實(shí)際施工前，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，對(duì)施工區(qū)域的危險(xiǎn)源進(jìn)行危險(xiǎn)源識(shí)別、特種設(shè)備管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)等?；贐IM 安全信息模型及時(shí)反饋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并分析對(duì)比其與臨界值的差異，判斷測(cè)點(diǎn)的安全狀態(tài)是否完整，結(jié)合實(shí)際情況劃分施工區(qū)域的危險(xiǎn)等級(jí)，并給予合理的安全指導(dǎo)，確保施工過(guò)程的安全開展。

BIM 安全管理模型將項(xiàng)目進(jìn)度、設(shè)計(jì)變更信息同步輸入，使安全設(shè)計(jì)驗(yàn)證與安全規(guī)則檢查能夠伴隨項(xiàng)目進(jìn)展變化同步完成，并對(duì)危險(xiǎn)源問(wèn)題及時(shí)標(biāo)注提醒，提高安全檢查的時(shí)效性、準(zhǔn)確性。利用BIM 建立施工防護(hù)功能，根據(jù)BIM 模型提供施工需要防護(hù)功能的部位，比如對(duì)需預(yù)先進(jìn)行防護(hù)的“四口”和“五臨邊”等事故高發(fā)區(qū)進(jìn)行精準(zhǔn)定位，以防現(xiàn)場(chǎng)工作人員誤入危險(xiǎn)區(qū)發(fā)生危險(xiǎn)，利用BIM 還可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)防護(hù)設(shè)施設(shè)置合理性及防護(hù)效果進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的模擬檢查。另外，BIM 模型連接VR 體驗(yàn)設(shè)備，為作業(yè)人員創(chuàng)造出逼真的施工現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)環(huán)境，作業(yè)人員通過(guò)穿戴VR設(shè)備如控制手柄等，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的三維虛擬漫游模擬，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境及其中的安全禁區(qū)提前熟悉和生動(dòng)地體驗(yàn)，增強(qiáng)了作業(yè)人員的安全生產(chǎn)感性認(rèn)識(shí)，如圖5所示。

圖5 基于BIM三維模型施工過(guò)程安全培訓(xùn)模擬

4 結(jié)論

與傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)建造方式相比，預(yù)制裝配式建筑其具有較好的綜合社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。將BIM 技術(shù)應(yīng)用到預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的施工中，可有效利用BIM模型中詳細(xì)而精細(xì)的建筑信息，指導(dǎo)預(yù)制構(gòu)件的施工過(guò)程管理。

依托基于重慶建筑工程職業(yè)學(xué)院遷建工程（三期）建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化實(shí)訓(xùn)基地項(xiàng)目，建立了裝配式整體框架結(jié)構(gòu)多專業(yè)的BIM 協(xié)同平臺(tái)，有效地加強(qiáng)了各參建方的數(shù)據(jù)傳輸及協(xié)同共享，避免傳統(tǒng)工作方式的信息不對(duì)稱、信息孤島現(xiàn)象，為各參與方提供一個(gè)高效率信息溝通和協(xié)同工作的平臺(tái)；BIM 技術(shù)在預(yù)制裝配式房建項(xiàng)目中可實(shí)現(xiàn)安全管理的動(dòng)態(tài)糾偏和質(zhì)量管理的精細(xì)化，為預(yù)制裝配式建筑的施工提供更全面的判斷和決策。