范全全

（廣西建工第一建筑工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530001）

0 引言

隨著我國(guó)裝配式建筑業(yè)的高速發(fā)展，催生出了多種結(jié)構(gòu)形式的裝配式建筑，其中鋼管混凝土束結(jié)構(gòu)相對(duì)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有很大的優(yōu)勢(shì)，施工工藝較為新穎[1]。因其結(jié)構(gòu)特殊，在設(shè)計(jì)階段就要對(duì)轉(zhuǎn)換層、柱腳及鋼防火等進(jìn)行重點(diǎn)設(shè)計(jì)[2]。在施工階段，鋼結(jié)構(gòu)定位安裝、鋼筋桁架樓承板安裝等工序要重點(diǎn)策劃[3]。鋼管束剪力墻進(jìn)行自密實(shí)外包混凝土的施工，針對(duì)其多種形狀要精確定位、拼裝及加固[4]。塔吊在鋼管束體系中存在局限性和風(fēng)險(xiǎn)性，需對(duì)其進(jìn)行附著錨固[5]。為克服鋼管束結(jié)構(gòu)施工中的困難，本文通過(guò)對(duì)該種結(jié)構(gòu)高層住宅工程中所遇到的重難點(diǎn)結(jié)合BIM 技術(shù)進(jìn)行描述，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況分析該結(jié)構(gòu)體系與BIM 結(jié)合時(shí)的工藝流程改進(jìn)。

1 BIM 與鋼管束結(jié)構(gòu)體系概述

鋼管束結(jié)構(gòu)體系主要是將多根標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的鋼管連接，形成一個(gè)鋼管線的整體，再在其中澆筑混凝土形成管束，作為主要的抗側(cè)力構(gòu)件和主要承重構(gòu)件。由于其特殊性，針對(duì)鋼管束剪力墻、樓承板、陽(yáng)臺(tái)鋁模等各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件預(yù)先建立BIM 模型，通過(guò)模型模擬分析，從而優(yōu)化施工工序、提高管理水平。

2 工程概況

軌道·壹號(hào)城3 號(hào)樓、5 號(hào)樓及地下室工程位于廣西南寧市青秀區(qū)高坡嶺佛子嶺路口。本工程2 個(gè)單體工程，建筑高度99.8m，總建筑面積53 016.29m2，是廣西首個(gè)采用鋼管束體系的裝配式建筑，主體結(jié)構(gòu)裝配的預(yù)制構(gòu)件包括鋼管束組合剪力墻、矩形鋼柱、H 型鋼梁、鋼筋桁架樓承板，裝配率為49%。

3 BIM 技術(shù)應(yīng)用

3.1 深化設(shè)計(jì)階段

本工程采用無(wú)外架體系，因此生活陽(yáng)臺(tái)與綠化陽(yáng)臺(tái)施工難度大，支模困難。項(xiàng)目利用BIM 技術(shù)建模研制出一種裝拆快捷、澆筑一次成型的陽(yáng)臺(tái)異型現(xiàn)澆裝飾線條成品鋁模如圖1 所示。陽(yáng)臺(tái)鋁模由立桿、斜撐拉桿、橫桿、支撐立桿、角腿等組成，通過(guò)1mm 厚不銹鋼板、L3*3 角鋼及L4*4 角鋼、φ12 螺紋鋼焊接而成。解決了支模困難問(wèn)題，提高陽(yáng)臺(tái)結(jié)構(gòu)施工效率，成型效果良好。

圖1 陽(yáng)臺(tái)鋁模模型

鋼管混凝土束組合結(jié)構(gòu)不具備外架施工及拉結(jié)條件，傳統(tǒng)的臨邊防護(hù)不適用裝配式鋼管束建筑。項(xiàng)目部利用BIM 技術(shù)設(shè)計(jì)研制出一種適合鋼管束建筑的新型防護(hù)欄桿，該新型防護(hù)欄桿根據(jù)不同的臨邊長(zhǎng)度專門(mén)定制，實(shí)用性強(qiáng)，裝拆方便，可在樓板未澆筑混凝土之前使用，且不影響其他工序施工，為項(xiàng)目安全保駕護(hù)航。鋼管束構(gòu)件（鋼管束組合剪力墻/鋼柱/鋼梁）等構(gòu)件吊裝安裝施工時(shí)，無(wú)須外立面安全防護(hù)，只需采用安全爬梯、生命線或安全帶等作為施工人員的安全防護(hù)措施即可施工。本工程兩棟主樓每層各有飄窗13 個(gè)，陽(yáng)臺(tái)8 個(gè)，為現(xiàn)澆混凝土構(gòu)件，模板安裝和混凝土澆筑施工時(shí)，外立面必須有安全防護(hù)構(gòu)件才能保證施工安全。

本工程5 號(hào)樓，3 號(hào)樓標(biāo)準(zhǔn)層每層各有飄窗13 個(gè)，共26個(gè)。定型化防護(hù)及懸挑水平兜網(wǎng)無(wú)法為飄窗施工提供有效的外部防護(hù)。在廠家定制租用懸挑防護(hù)罩成本高，故項(xiàng)目部利用BIM 技術(shù)自行設(shè)計(jì)了一種懸挑施工防護(hù)罩如圖2 所示，節(jié)省了防護(hù)成本。

圖2 外防護(hù)罩模型

鋼管束體系與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同，由于剪力墻尺寸較大、戶型設(shè)計(jì)可能限制地下室的布局導(dǎo)致車位等空間較為狹小。機(jī)電管線及支吊架不能后期隨意開(kāi)洞，對(duì)施工造成影響，利用BIM 對(duì)機(jī)電管道進(jìn)行優(yōu)化排布精確指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)如圖3 所示，發(fā)現(xiàn)并解決了碰撞問(wèn)題200 余處，對(duì)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)建立了參數(shù)化組合支吊架模型并進(jìn)行了受力分析，確保了安全性。

3.2 施工階段

鋼管束結(jié)構(gòu)澆筑混凝土過(guò)程中，當(dāng)使用塔吊料斗與第一代漏斗進(jìn)行澆筑，由于料斗需要在鋼管束剪力墻中來(lái)回移動(dòng)，容易造成漏漿現(xiàn)象，澆筑一節(jié)鋼管束約需要40h，進(jìn)度緩慢。針對(duì)鋼管束體系結(jié)構(gòu)封閉式、澆筑混凝土?xí)r無(wú)法振搗，靠混凝土自己流平自己密實(shí)，對(duì)混凝土的骨料粒徑及數(shù)量、和易性及流動(dòng)性等工作性能要求很高的特點(diǎn)，項(xiàng)目自主研發(fā)了自密實(shí)混凝土。建立BIM 模型指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)下料制作項(xiàng)目第二代混凝土澆筑斗，澆筑一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層的時(shí)間，比用常規(guī)料斗直接澆筑的方式縮短10h。建立BIM 模型指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)下料制作項(xiàng)目第三代混凝土澆筑斗，澆筑一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層的時(shí)間，比用第一代料斗的澆筑方式縮短5h。

鋼管束結(jié)構(gòu)樓承板原來(lái)的施工方法包括鉚釘間距20cm，高低側(cè)縫是采用發(fā)泡膠封閉，邊縫采用15mm 膠合板+豎向短方木支撐在鋼梁下翼緣進(jìn)行回頂?shù)龋? 號(hào)樓四層樓板拆模后發(fā)現(xiàn)了部分問(wèn)題。其中鉚釘間距20cm，出現(xiàn)樓承板搭接縫處樓面混凝土高低錯(cuò)縫嚴(yán)重問(wèn)題，約5～6mm，影響樓板的平整度。樓承板橫向搭接拉鉚釘間距調(diào)整為10cm 以內(nèi)，加密鉚釘，間距控制在70mm 左右（兩個(gè)扣子之間三等分位置）。在樓承板跨中范圍在回頂區(qū)域范圍內(nèi)，拆除一排卡扣，回頂在卡扣位置，回頂寬度由20cm 增加至30cm，該問(wèn)題有了明顯改善。高低側(cè)縫采用發(fā)泡膠封閉，鋼梁上因標(biāo)高而存在的高低錯(cuò)縫采用泡沫膠堵塞，在澆筑時(shí)容易脫落并導(dǎo)致漏漿。根據(jù)BIM 模型計(jì)算出的洞口封堵材料尺寸進(jìn)行精準(zhǔn)下料，確保封堵嚴(yán)密。邊縫采用6mm 五合板+方木+立桿頂托回頂，相關(guān)問(wèn)題得到良好改善。為保證上層人員施工時(shí)的安全性并加快施工進(jìn)度，宜使用從下至上的鋪設(shè)方式。利用BIM 技術(shù)進(jìn)行鋼筋預(yù)排布，確定鋼管束穿孔位置，工廠提前開(kāi)孔，減少現(xiàn)場(chǎng)樓承板安裝工序。同時(shí)將模型用于工藝交底，提高交底效率。

鋼管束擁有T 形、L 形、U 形、Z 形等多種形式，模板通過(guò)內(nèi)支撐鋼筋及螺桿進(jìn)行加固，模板應(yīng)拼裝準(zhǔn)確，最后用串筒或溜槽引流分層澆筑。模板設(shè)置未考慮鋼管束墻兩側(cè)混凝土施工，若按原方案對(duì)模板進(jìn)行開(kāi)孔定位會(huì)導(dǎo)致模板無(wú)法正確安裝，最終安裝模型重新對(duì)模板進(jìn)行開(kāi)孔定位。外包100mm 厚混凝土施工中使用的特制七字型螺桿原設(shè)計(jì)螺桿與鋼筋為140mm 單面焊，過(guò)長(zhǎng)的焊接長(zhǎng)度會(huì)導(dǎo)致無(wú)法將混凝土厚度控制在100mm，使用BIM 技術(shù)建立模型經(jīng)討論后決定將螺桿與鋼筋的焊接改為100mm 雙面焊。通過(guò)模型提取鋼筋、模板、螺栓、鋼管、混凝土、鋼管束等構(gòu)件的工程量信息，形成未來(lái)一定時(shí)間內(nèi)的材料需求計(jì)劃表，并編制勞動(dòng)力和機(jī)械設(shè)備使用計(jì)劃，為項(xiàng)目施工準(zhǔn)備提供依據(jù)；此外，施工過(guò)程中向系統(tǒng)錄入實(shí)際人、機(jī)、材料用量與實(shí)際進(jìn)度，進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析并與計(jì)劃進(jìn)行對(duì)比，輔助項(xiàng)目找到生產(chǎn)管理中出現(xiàn)問(wèn)題的原因，并對(duì)未來(lái)可能出現(xiàn)的問(wèn)題發(fā)出預(yù)警。

5 號(hào)樓，3 號(hào)樓標(biāo)準(zhǔn)層每層各有飄窗13 個(gè)，共26 個(gè)，由于飄窗為懸挑構(gòu)件，并且作為二次構(gòu)件進(jìn)行混凝土澆筑，項(xiàng)目迫切需要一種能夠在懸挑構(gòu)件施工時(shí)提供有效外部防護(hù)的構(gòu)件。經(jīng)過(guò)BIM 建模及測(cè)算，外立面施工采用傳統(tǒng)外架方案，搭設(shè)、拆除及租用成本較高，而采用新型懸挑構(gòu)件施工外防護(hù)罩+吊籃施工方案僅需不到一半的成本，可節(jié)約一半的成本費(fèi)用。原外墻做法為鍍鋅方通龍骨外安裝采用輕鋼龍骨+巖棉+CCA 板或巖棉薄抹灰的做法，達(dá)到防火、保溫及裝飾效果。經(jīng)過(guò)模型+實(shí)體樣板+實(shí)地考察的方法，認(rèn)為此種工藝施工復(fù)雜，難度大，且存在質(zhì)量隱患，故需尋求新型施工工藝，通過(guò)BIM 建模創(chuàng)新性研發(fā)10 道工藝組合而成的新工藝如圖4 所示。

圖4 鋼管束外墻保溫節(jié)點(diǎn)模型

建筑四周各建筑都在施工中，導(dǎo)致沒(méi)有空閑的場(chǎng)地堆放材料；且建筑基礎(chǔ)標(biāo)高在負(fù)十幾米，四周都存在斷崖式護(hù)樁，現(xiàn)場(chǎng)只有唯一條進(jìn)場(chǎng)路線，因此部分區(qū)域無(wú)法行車，項(xiàng)目處于兩個(gè)項(xiàng)目的中間，施工場(chǎng)地狹小。項(xiàng)目利用三維場(chǎng)地布置模型判斷出重型鋼構(gòu)件的材料堆場(chǎng)位置和大小，并以此為依據(jù)，搭設(shè)獨(dú)立回頂支架模型，將澆筑地下室頂板后拆除的架體與回頂支架分開(kāi)搭設(shè)，避免回頂支架誤拆及回頂定位不準(zhǔn)的問(wèn)題，減少回頂施工工序，節(jié)約人工成本，提高拆模施工效率。

本工程梁為鋼梁，塔吊附墻預(yù)埋件無(wú)法固定在鋼梁位置，塔吊附墻需穿鋼管束混凝土墻附著。在鋼管束墻體留洞，若施工精度不足易偏位從而需要擴(kuò)孔等問(wèn)題，同時(shí)擴(kuò)孔后封堵易發(fā)生滲漏現(xiàn)象，具有一定的隱患風(fēng)險(xiǎn)。由于鋼管束剪力墻之間間距較小，4 根塔吊附墻排放位置十分有限。采用BIM 三維可視化模擬，反復(fù)調(diào)整塔吊放置角度和附墻安裝位置，同時(shí)在高度方向避開(kāi)鋼梁位置。進(jìn)一步對(duì)塔吊附墻穿鋼管束混凝土墻深化，研究穿墻連接體系。經(jīng)過(guò)多次模擬，決定在鋼管束剪力墻上預(yù)留4 個(gè)孔徑為φ28 的孔洞，將兩塊6mm 厚的穿墻螺栓墊板放置在墻體兩側(cè)，采用長(zhǎng)360mm 的全牙穿墻螺栓配雙螺母進(jìn)行固定，深化完成后導(dǎo)出施工圖指導(dǎo)施工。項(xiàng)目與其他標(biāo)段多個(gè)塔吊施工范圍有重疊，為避免碰撞影響作業(yè)安全，開(kāi)工前項(xiàng)目部就通過(guò)BIM 技術(shù)模擬群塔作業(yè)。鋼管柱數(shù)量300 根，最大構(gòu)件重量為7.8t，材質(zhì)Q345B，鋼管束剪力墻800 片，最大構(gòu)件重量為5.8t，H 型鋼梁擁有7 800 根，根據(jù)吊裝范圍和最大起重量（要求塔吊40m 處吊裝重量達(dá)3.5t）在BIM 軟件中模擬確定塔吊型號(hào)。

根據(jù)鋼柱分布及重量，通過(guò)BIM 模型測(cè)量可知最遠(yuǎn)鋼柱大約有50m，重量為3.8t，再考慮吊鉤1.2t 左右，50m 作業(yè)半徑吊裝重量為5t 經(jīng)計(jì)算查詢，使用100t 吊機(jī)可滿足吊裝需求，且為了減少吊車租賃費(fèi)用，遠(yuǎn)距離鋼柱吊裝完成后，更換50t中型吊車進(jìn)行中距離鋼柱的吊裝，最后的近距離吊裝時(shí)采用25T 吊車進(jìn)行吊裝。鋼管束構(gòu)件體積大數(shù)量多，為合理利用空間及時(shí)間，對(duì)吊點(diǎn)及吊裝順序在軟件中進(jìn)行模擬，以確保吊裝安全及在施工過(guò)程中加快進(jìn)度。

針對(duì)該工程的特殊性及結(jié)構(gòu)新穎性，采用多種BIM 智慧建造技術(shù)進(jìn)行全方位把控。其中每月通過(guò)平臺(tái)對(duì)于項(xiàng)目發(fā)生問(wèn)題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，累計(jì)形成質(zhì)量問(wèn)題157 項(xiàng)，及時(shí)整改率達(dá)92.99%。對(duì)工地環(huán)境PM2.5、PM10、溫度、濕度、風(fēng)速、雨量、噪聲等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)相應(yīng)參數(shù)達(dá)到預(yù)警值時(shí)，平臺(tái)可以向管理人員推送報(bào)警信息，提醒揚(yáng)塵治理。通過(guò)工人佩戴裝載智能芯片的安全帽，實(shí)現(xiàn)實(shí)名登記、無(wú)感考勤、作業(yè)面人員分布、人員定位、人員軌跡、語(yǔ)音警示、滯留提醒等。并與高校合作開(kāi)發(fā)，共同研究指南安全帽在項(xiàng)目上的應(yīng)用。識(shí)別現(xiàn)場(chǎng)不規(guī)范的行為，通過(guò)信息化的手段實(shí)時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管。利用AI 技術(shù)進(jìn)行鋼筋材料的自動(dòng)點(diǎn)驗(yàn)，減輕工人清點(diǎn)鋼筋數(shù)的工作量。當(dāng)有異常人員出入時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警，同時(shí)將報(bào)警數(shù)據(jù)推送至智慧工地系統(tǒng)。智能臨邊防護(hù)網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)檢測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)臨邊防護(hù)網(wǎng)狀態(tài)，當(dāng)防護(hù)網(wǎng)遭到破壞時(shí)可實(shí)時(shí)報(bào)警通過(guò)智慧工地系統(tǒng)顯示臨邊破壞位置，快速定位追溯相關(guān)責(zé)任人。管理人員通過(guò)設(shè)備監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控，實(shí)時(shí)、直觀地掌握項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)情況。通過(guò)煙感探測(cè)器實(shí)時(shí)檢測(cè)施工區(qū)的日常消防安全情況，一旦工人違規(guī)行為產(chǎn)生大量煙霧，探測(cè)器立即報(bào)警，避免引發(fā)火災(zāi)。

4 結(jié)論

本文通過(guò)BIM 技術(shù)與鋼管束結(jié)構(gòu)體系有效結(jié)合，明確了自密實(shí)鋼管束混凝土澆筑方式、鋼管束外包自密實(shí)混凝土、新型鋼管束定型化欄桿、陽(yáng)臺(tái)異型現(xiàn)澆裝飾線條成品鋁模等施工工藝流程的控制要點(diǎn)，應(yīng)用結(jié)果表明該類技術(shù)可節(jié)約材料使用量，提高了構(gòu)件施工精度，縮短了施工時(shí)間，避免了不確定性造成的質(zhì)量及安全隱患，為鋼管束結(jié)構(gòu)體系裝配式住宅施工積累了經(jīng)驗(yàn)。