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        基于 BIM的大跨度空間管析架施工技術(shù)研究

        2022-11-10 15:32:19薛瑞凱徐崗袁果高德鑫余苗
        四川建筑 2022年7期
        關(guān)鍵詞:汽車吊胎架吊裝

        薛瑞凱 徐崗 袁果 高德鑫 余苗

        【摘要】成都天府國際機(jī)場國航基地工程(生產(chǎn)輔助設(shè)施一期)項(xiàng)目包括辦公樓、公寓樓、多功能活動(dòng)中心及食堂,其中活動(dòng)中心由大跨度管析架組成,通過 Revit2018軟件創(chuàng)建主體結(jié)構(gòu)模型,Tekla軟件創(chuàng)建管析架模型,融合多專業(yè)模型,強(qiáng)化應(yīng)用,導(dǎo)入整體模型進(jìn)行施工方案過程模擬,深入研究"地面拼裝、整體吊裝、空中對接"的施工方案,科學(xué)論證施工部署的可行性,解決了高空吊裝安全問題。

        【關(guān)鍵詞】 BIM建模; Tekla; Fuzor;4D模擬;無人機(jī)監(jiān)控

        【中圖分類號】 TU758.15?????????? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】 A

        1工程概況

        成都天府國際機(jī)場國航基地項(xiàng)工程(生產(chǎn)輔助設(shè)施一期)項(xiàng)目活動(dòng)中心屋蓋主要由八福倒三角形管析架及周邊 H 型鋼梁組成,管析架上弦桿小299×14 mm、下弦桿小299×14 mm、腹桿小159×6 mm,管析架呈弧形分布,每福析架梁兩端用銷軸固定在鋼筋混凝土柱頭較座上,柱頂標(biāo)高+6.021 m、+5.787 m、+5.773 m、+7.281 m、+8.262 m、+8.753 m呈兩側(cè)對稱分布,最外側(cè)兩根柱頂為 H型鋼梁。管析架最大跨度45 m,高寬約2.5 m,梁頂最大頂標(biāo)高+10.189 m,基礎(chǔ)頂標(biāo)高-5.75 m,故梁頂最大凈空約15.939 m。食堂南側(cè)與食堂底板、頂板相連,施工場地較為寬廣,但管析架跨度大、重量大,故施工較為困難。

        管析架安裝方式,采取"地面拼裝、整體吊裝、空中對接"的原則,地面拼裝可以同時(shí)多福析架同時(shí)拼裝作業(yè),節(jié)省時(shí)間,提升效率,較傳統(tǒng)的高空散件拼裝僅允許單福拼裝,節(jié)省了大量拼裝時(shí)間,還節(jié)省了滿堂架搭設(shè)時(shí)間,在安裝效率上得到了明顯改善。

        2構(gòu)建模型

        首先結(jié)合建設(shè)方下發(fā)的施工圖,使用 Revit2018軟件將活動(dòng)中心主體結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建完成,大型場館內(nèi)主體結(jié)構(gòu)施工較為簡易,重難點(diǎn)集中在鋼結(jié)構(gòu)上,故主體結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建完成后復(fù)核主體結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)連接處節(jié)點(diǎn)與標(biāo)高等細(xì)節(jié)。

        根據(jù)施工圖管析架及 H型鋼次梁組成的屋蓋體系的結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系原點(diǎn),分析管析架節(jié)點(diǎn)詳圖、節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)表、桿件截面表、鋼構(gòu)件材料表,在 Tekla軟件中構(gòu)建管析架與 H型鋼梁等結(jié)構(gòu)模型,連接處節(jié)點(diǎn)嚴(yán)格按照節(jié)點(diǎn)大樣處理,并使用節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)表復(fù)核標(biāo)高。因?yàn)楣芪黾軐儆诔L結(jié)構(gòu),考慮到運(yùn)輸路線與車輛選擇,將管析架分為2~3段加工,通過模型導(dǎo)出加工圖紙,經(jīng)設(shè)計(jì)單位審核確認(rèn)無誤后,可按加工圖生產(chǎn)管析架。

        Revit構(gòu)建的主體結(jié)構(gòu)模型與 Tekla構(gòu)建的鋼結(jié)構(gòu)模型兩者結(jié)合才能完成整體模型,做法通過 Tekla模型導(dǎo)出為 CAD版本的3D模型,再將該3D模型導(dǎo)入 Revit軟件中,調(diào)整兩模型的坐標(biāo)原點(diǎn),使用建筑圖紙中坐標(biāo)復(fù)核模型精確度,再確認(rèn)無誤后保存模型(圖1)。

        3施工應(yīng)用

        總體施工部署為:工廠分段加工,分段運(yùn)送至現(xiàn)場,按施工平面布置要求進(jìn)場,現(xiàn)場使用 M20地腳螺栓將拼裝胎架固定在地下室底板上,使用25 t吊車吊裝分段一管析架至胎架上拼裝固定,吊裝前使用塔機(jī)將與第一福管析架連接的2道次梁安裝完成,待次梁安裝、管析架拼裝完成,使用100 t吊車整體吊裝至相應(yīng)柱頂固定,每一福管析架吊裝完后,拆除胎架,再為下一福管析架安裝固定胎架,依次類推。因場地限制,前兩福管析架在拼裝時(shí)擺放位置調(diào)整至與第三、四福位置相同,故該部分胎架可以暫時(shí)不移動(dòng),直至第三福管吊裝完成,再移動(dòng)第三福管析架固定胎架至第五福管析架胎架位置。第三福起吊時(shí)先升至正負(fù)零,旋轉(zhuǎn)一定角度,起升至柱頂再次旋轉(zhuǎn),滿足安裝要求后落鉤,后續(xù)管析架吊裝方式同第三福。

        3.1施工模擬

        編制專項(xiàng)施工方案要考慮到鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)場、胎架的擺放位置、管析架拼裝方式、起吊流程及注意事項(xiàng)等。使用Fuzor制作4D施工模擬時(shí)重點(diǎn)關(guān)注汽車吊進(jìn)場路線、管析架擺放及起吊路線、吊裝時(shí)管析架旋轉(zhuǎn)方向及角度、汽車吊旋轉(zhuǎn)半徑[4]。

        首先設(shè)置汽車吊構(gòu)建屬性的車輛信息,隨后增加汽車吊關(guān)鍵幀,以符合方案中汽車吊進(jìn)場路線,增加汽車吊支撐、調(diào)節(jié)起重臂的關(guān)鍵幀,并鎖定起重臂起吊角度、旋轉(zhuǎn)半徑及起吊高度,只改變旋轉(zhuǎn)角度,避免在吊裝過程中導(dǎo)致管析架失衡。將吊鉤落下后,選擇管析架平衡位置起吊,緩慢收鉤至柱頂標(biāo)高以上,旋轉(zhuǎn)起重臂,同時(shí)旋轉(zhuǎn)管析架,不沖突結(jié)構(gòu)柱與塔吊的情況下,記錄管析架起吊高度最低值,實(shí)際操作時(shí)不得低于該值。

        管析架旋轉(zhuǎn)至柱頂后,汽車吊不再旋轉(zhuǎn)移動(dòng),緩慢調(diào)整吊鉤高度,將管析架下落至柱頂,固定完成后汽車吊收鉤,再吊裝第二組管析架。

        施工動(dòng)畫模擬不僅能針對方案查缺補(bǔ)漏,還能夠形象地反映施工過程,交底的可視化也讓吊裝過程的管理及監(jiān)控有據(jù)可依,施工人員的職責(zé)更明晰,確保施工過程的規(guī)范化。

        3.2管析架安裝

        管析架安裝過程中,使用全站儀和線錘對鋼架的軸線位置進(jìn)行精確校核。管析架對接時(shí),胎架根據(jù)管析架軸線及對接位置進(jìn)行布置。在管析架端扣焊接定位耳板,作為對接時(shí)臨時(shí)固定措施,對接后將耳板割除磨平。水平方向使用手拉葫蘆微調(diào),垂直方向使用千斤頂微調(diào),管析架主弦管在完成對口檢查,滿足設(shè)計(jì)要求后,焊接固定主弦管[2]。

        胎架不僅需要滿足整體穩(wěn)定性,還需要滿足管析架擺放在胎架上的局部穩(wěn)定性、胎架剛度、抗彎要求。胎架進(jìn)場后加工焊接拼裝,在安裝時(shí)首先定位放線,確定方向及胎架位置,鉆孔釘人鋼筋定位,使用吊車轉(zhuǎn)運(yùn)至定位鋼筋內(nèi),使用水平尺調(diào)整胎架垂直度后用膨脹螺絲固定緊實(shí)(圖2)。

        3.3管析架吊裝

        在測站點(diǎn)上架設(shè)全站儀,將每福管析架的軸線定位線投影的位置線預(yù)先放樣在拼裝平臺,使用全站儀對管析架上、下弦管的軸線進(jìn)行定位,確保管件的軸線偏差在容許誤差之內(nèi)。為保證管析架按3%起拱的拼裝精度,需用全站儀對所有上、下弦管每個(gè)對接口、端口位置的中心軸線標(biāo)高、位置精確測,然后進(jìn)行焊接加固(圖3),并在吊裝之前對拼裝完成的管析架進(jìn)行復(fù)測[3]。

        管析架安裝遵循從從左至右安裝的原則,單福管析架梁在地面拼裝從一端開始,先安裝首端段管析架梁兩端胎架,吊裝首段橫管析架梁安裝在固定胎架上,確保首段梁不發(fā)生縱、橫向移位。在首段梁與二段梁接頭部位放置好臨時(shí)支撐架,準(zhǔn)備第二段吊裝(圖4)。

        地上拼裝時(shí),單福梁組對好后,按照規(guī)范要求調(diào)整好拱度、水平度、彎曲度,使梁的安裝達(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)范要求,檢查合格后,將接頭部位焊接牢固。當(dāng)單福梁焊接完成后,將其周邊梁、桿安裝到位,確保管析架梁不會偏移。

        拼裝完成后吊裝整福管析架,管析架單根最大重量14.886 t,吊裝最大高度15.939 m,長45 m,采用四點(diǎn)吊裝,管析架中間與兩端使用手拉葫蘆與鋼鏈連接,在試吊時(shí)檢查平直度,有必要時(shí)使用手拉葫蘆調(diào)整。起吊前應(yīng)在管析架兩端綁扎纜風(fēng)繩,起吊后拉緊,使析架吊起后不發(fā)生大的搖擺,保持其正確位置。

        為保證吊裝安全,將施工模擬的模型及吊點(diǎn)設(shè)置通過 MIDAs 建模計(jì)算,因吊裝時(shí)只有吊點(diǎn)受力,故在吊點(diǎn)處增加3個(gè)方向的位移約束,荷載取自重荷載(模型內(nèi)材料總重13.75 t,實(shí)際為14.86 t,故自重系數(shù)取1.1),結(jié)果輸出時(shí)取1.2荷載系數(shù)。最終計(jì)算得知該變形處于可控范圍內(nèi),最大組合應(yīng)力桿件、最大軸向力滿足要求(圖5)[1]。

        將管析架從拼裝位置起吊到距地面200~300 mm高度,檢查各鋼絲繩受力是否均勻,持續(xù)5 min后,再看管析架有變形、桿件有無彎曲等現(xiàn)象,如情況良好,可正式起吊。如有不影響結(jié)構(gòu)安裝的變形量,使用手拉葫蘆調(diào)整至誤差內(nèi)。

        起吊時(shí)將管析架提升超過建筑物結(jié)構(gòu)最高安裝位置約300~500 mm,然后通過吊車轉(zhuǎn)臂,纜風(fēng)繩調(diào)整角度將管析架轉(zhuǎn)至吊裝位置上方,最后將管析架緩慢降至安裝位置進(jìn)行對位,安裝對位應(yīng)以建筑物的定位軸線為準(zhǔn)。因此在管析架吊裝前,應(yīng)用經(jīng)緯儀或其它工具在門架、結(jié)構(gòu)安裝位置上放出定位軸線。如截面中線與定位軸線偏差過大時(shí),應(yīng)調(diào)整糾正。

        管析架起吊過程中應(yīng)注意防護(hù)措施是否滑落。當(dāng)管析架逐漸落到安裝位置上時(shí)應(yīng)特別小心,防止損壞預(yù)埋板的承力面,此時(shí)可以察看管析架支座底板的中心線與預(yù)埋件的中心線是否吻合,并在管析架懸吊狀態(tài)下進(jìn)行調(diào)整。

        緩慢下落至預(yù)埋錨板上后,汽車吊司機(jī)持續(xù)關(guān)注儀表盤數(shù)據(jù),荷載開始減輕,證明支座開始受力,安裝入員觀察管管析架是否存在變形,如無意外,再進(jìn)行后續(xù)安裝作業(yè)(圖6)。

        3.4工程監(jiān)控

        起吊過程吊車司機(jī)及安全旁站監(jiān)督員時(shí)刻監(jiān)控儀表盤,保證作業(yè)半徑在限制范圍內(nèi),各項(xiàng)數(shù)值安全可靠。另將無人機(jī)起飛,在空中監(jiān)控吊裝過程,全程錄像,保證吊裝過程與施工模擬同步,確保施工安全和方案的落實(shí)。

        陸空結(jié)合的施工監(jiān)控系統(tǒng),讓危險(xiǎn)無處遁行,一旦出現(xiàn)汽車吊各項(xiàng)指標(biāo)超出監(jiān)控值,或者空中無人機(jī)發(fā)現(xiàn)有操作人員未按要求施工,立即通報(bào)施工指揮,發(fā)出預(yù)警,停止吊裝過程,整改后才允許繼續(xù)(圖7)。

        3.5效益分析

        根據(jù)場地大小選擇同時(shí)拼裝多福管析架,節(jié)省時(shí)間,提升效率,一福管析架吊裝后在安裝過程中另外一福拼裝焊接,同時(shí)胎架周轉(zhuǎn)至下一福,等待管析架進(jìn)場卸車,不同作業(yè)面同時(shí)作業(yè)使得鋼結(jié)構(gòu)安裝效率最大化。胎架的重復(fù)利用減少了前期準(zhǔn)備工作,避免大量生產(chǎn)專用胎架。

        項(xiàng)目關(guān)鍵線路工期節(jié)約至少10天以上,不僅提前完成節(jié)點(diǎn)任務(wù),而且大大節(jié)約了機(jī)械設(shè)備及周轉(zhuǎn)架料的投入,同時(shí)規(guī)避了工期風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

        4經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

        正是 BIM全方位的應(yīng)用使重大危險(xiǎn)源的施工過程監(jiān)控更有據(jù)可依,提前預(yù)知施工過程的站位、鋼構(gòu)件的移動(dòng)路徑等。施工交底不再拘泥于紙上,視頻動(dòng)畫更加直觀可靠,可視化的交底讓所有現(xiàn)場施工人員都能了解每一步的流程,流程背后的含義以及存在的危險(xiǎn),這是過去的交底無法做到的。

        傳統(tǒng)施工只能通過圖紙和經(jīng)驗(yàn)來確認(rèn)方案的可行性,具有一定的局限性,容易考慮不周全,在現(xiàn)場施工時(shí)出現(xiàn)不可控因素,如結(jié)構(gòu)沖突、場地限制、機(jī)械性能等,對人力和工期都會產(chǎn)生極大的負(fù)面影響。

        動(dòng)畫模擬后不僅對施工起到了指導(dǎo)的作用,還更有利于對比分析,調(diào)整后續(xù)的施工部署,讓施工管理更加符合"智慧施工"的理念。

        管析架模型創(chuàng)建,吊裝模擬是施工成功的重點(diǎn),施工方案的編制缺失可行性的驗(yàn)證,僅代表了理論上可以實(shí)施,通過 BIM各類型軟件模擬了吊裝過程后,立即得到大家的認(rèn)同,方案實(shí)操可行,在現(xiàn)場施工過程中重點(diǎn)關(guān)注安全及質(zhì)量把控即可。

        參考文獻(xiàn)

        [1]張明亮,劉維,曾治國.滑移施工技術(shù)在超大跨度拱形管析架中的應(yīng)用[J].施工技術(shù),2021,50(14):74-76.

        [2]陳川函.大跨度管析架結(jié)構(gòu)施工技術(shù)應(yīng)用—以湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院遷建項(xiàng)目體育館工程為例[J].福建建材,2021(10):16-40.

        [3]吳博,陳小晶,劉成,等.三亞亞特蘭蒂斯水上樂園大跨度鋼結(jié)構(gòu)管梢架施工技術(shù)[J].陜西建筑,2020,10(304):37-40.

        [4]雀邯龍,肖超,王松.BIM技術(shù)在某大跨度管析架工程中的應(yīng)用[J].鋼結(jié)構(gòu),2019,34(8):100-104.

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