肖燕武,陳 敏,何 柱

(1.廣州城市職業(yè)學(xué)院,廣東 廣州 510405; 2.廣東省第四建筑工程有限公司,廣東 廣州 510100)

0 引言

預(yù)制裝配式建筑的應(yīng)用,一方面有助于進(jìn)一步提高建筑業(yè)整體工程質(zhì)量和施工效率,另一方面還能推進(jìn)建筑業(yè)的節(jié)能減排,促進(jìn)建筑業(yè)信息化建設(shè)[1-11]。本文基于實(shí)際工程案例,詳細(xì)闡述了BIM技術(shù)在裝配式預(yù)制飄窗節(jié)點(diǎn)優(yōu)化及其施工技術(shù)方面的應(yīng)用[12-14],對(duì)同類型項(xiàng)目具有借鑒和指導(dǎo)意義。

1 工程概況

佛山某裝配式租賃住宅項(xiàng)目建筑面積約11.6萬m2,其中裝配式建筑4棟,總裝配式建筑面積為55 226.5m2。裝配率為54%,包括預(yù)制飄窗、預(yù)制梁、預(yù)制疊合板和預(yù)制樓梯,其中預(yù)制飄窗長(zhǎng)1 740mm、 寬600mm、高 2 880mm, 單個(gè)構(gòu)件重1.854t,飄窗總數(shù)量為 1 440 個(gè)。

2 預(yù)制飄窗構(gòu)件設(shè)計(jì)

2.1 飄窗節(jié)能改造建議

建筑設(shè)計(jì)師可不考慮單獨(dú)設(shè)計(jì)空調(diào)板,可將上、下飄窗間的空間設(shè)置成空調(diào)機(jī)位,這樣有利于住宅外立面干凈整潔,還能增強(qiáng)房間的進(jìn)深感,擴(kuò)大房間的使用面積。但飄窗面積越大,對(duì)建筑節(jié)能越不利,不僅構(gòu)造措施復(fù)雜還存在漏水及滲水隱患。建議采用內(nèi)遮陽(yáng)和外遮陽(yáng)相結(jié)合的方式來改善飄窗結(jié)構(gòu)的節(jié)能性能,即采用Low-E玻璃,在東西向窗外增加300mm高遮陽(yáng)百葉。

2.2 設(shè)計(jì)圖紙深化建議

本工程項(xiàng)目為EPC管理工程項(xiàng)目,在建設(shè)項(xiàng)目開始施工前,發(fā)揮EPC總承包管理模式的優(yōu)點(diǎn),以實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)人員在項(xiàng)目整體施工流程中的主導(dǎo)作用,并有效解決了設(shè)計(jì)、施工和構(gòu)件制造之間互相制約和彼此脫節(jié)的問題。本文中針對(duì)預(yù)制飄窗進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

1)建議1 針對(duì)該飄窗施工完成后窗框與預(yù)制結(jié)構(gòu)連接處易發(fā)生滲水的質(zhì)量問題,建議將窗框及外部位做成“內(nèi)高外低”的凹式防水企口壓槽,如圖1所示,優(yōu)化后飄窗單個(gè)構(gòu)件重1.714t。

圖1 優(yōu)化后的預(yù)制飄窗大樣Fig.1 Detailed drawing of optimized prefabricated bay window

2)建議2 將窗框與預(yù)制飄窗分開制作,預(yù)制飄窗吊裝完成后再進(jìn)行窗框安裝,這樣能有效避免預(yù)制飄窗在運(yùn)輸、安裝過程中出現(xiàn)窗框損壞的現(xiàn)象,能有效解決預(yù)制飄窗因安裝導(dǎo)致的鋁型材損壞問題,降低鋁窗副框成本及工期損失。

3)建議3 針對(duì)窗框傳熱系數(shù)原理和窗熱工性能計(jì)算與分析,建議對(duì)窗框構(gòu)造進(jìn)一步優(yōu)化,改善組成窗框節(jié)點(diǎn)的隔熱型材,減少建筑物外表面積,加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫,以減小傳熱耗熱量,進(jìn)而提升窗的隔熱節(jié)能和保溫性能,達(dá)到最佳節(jié)能效果。

2.3 BIM技術(shù)的應(yīng)用

本項(xiàng)目按照不同樓層、不同專業(yè)對(duì)項(xiàng)目模型進(jìn)行拆分,通過BIM技術(shù)將建筑專業(yè)與結(jié)構(gòu)、機(jī)電各專業(yè)結(jié)合,建立BIM三維綜合模型(見圖2),對(duì)不同專業(yè)之間和不同構(gòu)件之間的錯(cuò)漏碰缺問題進(jìn)行核對(duì)。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)層三維模型Fig.2 Standard layer 3D model

2.3.1正向設(shè)計(jì)與整體溝通

拿到CAD圖紙后再進(jìn)行BIM翻模,不僅工作量大,還可能在翻模過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤,影響整體出圖效果。本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)時(shí)直接采用BIM技術(shù)作為信息平臺(tái),一開始就將項(xiàng)目各方面信息輸入模型及BIM信息平臺(tái)中,項(xiàng)目參建各方通過信息平臺(tái)針對(duì)相應(yīng)問題優(yōu)化模型,能大大減少參建單位對(duì)項(xiàng)目信息的重復(fù)收集與分析,縮短解決問題的時(shí)間。

2.3.2深化設(shè)計(jì)

在原設(shè)計(jì)單位提供的BIM模型的基礎(chǔ)上,鋁模深化單位可對(duì)鋁模板預(yù)留洞口位置、鋁模組裝形式等進(jìn)行優(yōu)化,預(yù)制構(gòu)件廠也可對(duì)預(yù)埋件、線盒位置及線管走向進(jìn)行優(yōu)化,將構(gòu)件做到標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化,減少構(gòu)件數(shù)量和種類,降低施工成本。

BIM三維模型信息越詳細(xì)準(zhǔn)確,越有助于促進(jìn)預(yù)制構(gòu)件工廠的流水線加工生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)配套產(chǎn)業(yè)化,有助于提升預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)進(jìn)度,滿足施工進(jìn)度要求,有助于提高預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸效率,使倉(cāng)儲(chǔ)量達(dá)到最優(yōu)。BIM 技術(shù)提高了信息資源利用率,實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)單位、預(yù)制構(gòu)件廠、鋁模深化廠之間的信息共享。BIM 技術(shù)是鋁模深化廠實(shí)現(xiàn)鋁制模板高精準(zhǔn)加工制作的前提,也是預(yù)制構(gòu)件廠實(shí)現(xiàn)加工生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化的重要信息化技術(shù)手段[15]。

3 施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 快速完善施工詳圖設(shè)計(jì)和節(jié)點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)

鋁模板因其組裝方便、單件自重小,擺脫了機(jī)械限制,人工拼裝效率高,正常情況下熟練工人每人每天可拼裝20～30m2;鋁模板周轉(zhuǎn)速度快,正常情況下標(biāo)準(zhǔn)層5～6天周轉(zhuǎn)1層,能明顯加快施工進(jìn)度,降低施工單位綜合管理成本。本工程采用裝配式結(jié)構(gòu),墻柱梁現(xiàn)澆,樓板采用疊合式樓板,樓梯、飄窗等采用預(yù)制構(gòu)件,現(xiàn)澆部位采用高精度鋁模板。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求,通過窗框傳熱計(jì)算原理,對(duì)窗熱工性能進(jìn)行計(jì)算與優(yōu)化分析[16-17]。計(jì)算模型如圖3,4所示。

圖3 框傳熱系數(shù)計(jì)算模型Fig.3 Frame heat transfer coefficient calculation model

圖4 框與面板接縫傳熱系數(shù)計(jì)算模型Fig.4 Heat transfer coefficient calculation model for frame and panel joints

朝東向門窗單元的傳熱系數(shù)為2.532W/(m2·K),遮陽(yáng)系數(shù)為0.374,可見光透射比為0.227。

選取4個(gè)優(yōu)化后節(jié)點(diǎn)進(jìn)行二維框傳熱計(jì)算,并生成節(jié)點(diǎn)溫度線和溫度場(chǎng),如圖5,6和表1所示。進(jìn)而分析重力方向、太陽(yáng)光總透射比、框投影長(zhǎng)度、傳熱系數(shù)與線傳熱系數(shù)。

表1 窗框節(jié)點(diǎn)二維傳熱計(jì)算分析Table 1 Two-dimensional heat transfer calculation and analysis of window frame nodes

圖5 溫度線Fig.5 Temperature line

圖6 溫度場(chǎng)Fig.6 Temperature field

3.2 預(yù)制飄窗模具的制作

本項(xiàng)目預(yù)制飄窗數(shù)量為1 440個(gè),進(jìn)行飄窗模具的設(shè)計(jì)制作時(shí),要充分考慮模具的可重復(fù)使用性、便于拆分性、易于加工性及節(jié)約材料的特性,還要考慮飄窗模具套數(shù),保證生產(chǎn)量能滿足項(xiàng)目工期要求[18]。預(yù)制飄窗模具的設(shè)計(jì)及制作應(yīng)有足夠的承載力、剛度及穩(wěn)定性,并應(yīng)滿足預(yù)制構(gòu)件的外觀尺寸、質(zhì)量及相關(guān)預(yù)留孔洞和預(yù)埋件的定位。

3.3 預(yù)制飄窗生產(chǎn)

1)廠家根據(jù)優(yōu)化改良后的深化圖制作好飄窗鋼模具,根據(jù)圖紙先進(jìn)行模具的整體預(yù)拼裝,然后復(fù)核模具的尺寸、預(yù)埋件、預(yù)留孔等準(zhǔn)確無誤后,進(jìn)行鋼筋的下料綁扎及各類預(yù)埋件的施工工作。為避免在吊裝及存儲(chǔ)運(yùn)輸過程中出現(xiàn)裂縫,須在飄窗窗框邊設(shè)置加強(qiáng)筋。

2)飄窗單個(gè)構(gòu)件重1.714t,質(zhì)量大、外形尺寸大,為防止模具放置不平或因場(chǎng)地沉降不均勻?qū)е聵?gòu)件澆筑質(zhì)量不合格,須在重型平臺(tái)上進(jìn)行飄窗模具拼裝及鋼筋綁扎等工作,進(jìn)行鋼筋綁扎及預(yù)埋件的埋設(shè)時(shí)要保證預(yù)埋件與模板連接牢固。

3)混凝土澆筑前在模具內(nèi)表面涂刷脫模劑,澆筑完成后要嚴(yán)格控制拆模時(shí)間,一般混凝土澆筑12h左右可進(jìn)行側(cè)模板拆除,待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%以上,方可拆除底模板。飄窗構(gòu)件脫模時(shí)須確保固定螺絲全部拆除后才可起模,避免造成構(gòu)件損壞和出現(xiàn)裂縫。

4)為便于構(gòu)件安裝和裝車運(yùn)輸時(shí)快速找到構(gòu)件,利于質(zhì)量追溯,明確各環(huán)節(jié)的質(zhì)量責(zé)任,方便生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理,本工程預(yù)制構(gòu)件100%設(shè)置完整的明顯標(biāo)識(shí)。標(biāo)識(shí)內(nèi)容包括:項(xiàng)目名稱、應(yīng)用樓棟、構(gòu)件類別和編號(hào)、生產(chǎn)日期、檢測(cè)人、構(gòu)件自重和“檢測(cè)合格”字樣。構(gòu)件標(biāo)識(shí)使用水性環(huán)保漆或塑料貼膜等可清除材料。

3.4 預(yù)制飄窗構(gòu)件的質(zhì)量控制

按設(shè)計(jì)圖紙對(duì)鋼筋進(jìn)行加工及預(yù)留預(yù)埋,混凝土配合比應(yīng)充分考慮混凝土早強(qiáng)要求,合理選用外加劑。根據(jù)每罐混凝土的應(yīng)摻量,提前將外加劑定量分裝在小塑料袋內(nèi),由專人負(fù)責(zé)添加,保證外加劑摻量的準(zhǔn)確性。預(yù)制構(gòu)件應(yīng)在顯眼位置將項(xiàng)目名稱、構(gòu)件型號(hào)、生產(chǎn)單位、生產(chǎn)日期和質(zhì)量合格標(biāo)志標(biāo)注清楚[19]。

3.5 預(yù)制飄窗運(yùn)輸及吊裝

1)裝車前先檢查預(yù)制構(gòu)件型號(hào)、外觀等基本信息是否準(zhǔn)確,構(gòu)件是否達(dá)到吊裝條件,根據(jù)構(gòu)件類型,選擇配套的吊具及墊塊,再根據(jù)施工吊裝先后順序,后吊裝的構(gòu)件先裝車。采用汽車式起重機(jī)起吊時(shí),構(gòu)件起吊后,吊裝人員應(yīng)遠(yuǎn)離構(gòu)件,并禁止任何人在起吊構(gòu)件下方走動(dòng);采用行吊吊裝時(shí),保持構(gòu)件吊運(yùn)的平穩(wěn)性,構(gòu)件起吊后距地面的距離保持在人手可扶的高度(即1m左右)。構(gòu)件吊至板車時(shí),應(yīng)保持勻速,緩慢將構(gòu)件降低到人員可接觸高度,由吊裝工扶住構(gòu)件,保持構(gòu)件平穩(wěn);在落點(diǎn)位置放置墊木,構(gòu)件放置時(shí),高度降低到離墊木約5cm處,吊裝工通過觀察隨時(shí)調(diào)整構(gòu)件落點(diǎn)位置,保證構(gòu)件放置平穩(wěn)。

2)預(yù)制構(gòu)件運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)后,用塔式起重機(jī)將預(yù)制構(gòu)件按施工吊裝先后順序吊至專用堆放場(chǎng)地內(nèi),按樓層、形狀和大小分類堆放,并做好防傾覆措施。在塔式起重機(jī)吊重的作業(yè)半徑內(nèi)設(shè)置臨時(shí)堆場(chǎng),臨時(shí)堆放場(chǎng)地須經(jīng)過硬化或夯實(shí)處理,滿足100kN/m2的承載要求。

3)應(yīng)用信息跟蹤技術(shù),從構(gòu)件出廠、運(yùn)輸及到場(chǎng)安裝對(duì)每批次每個(gè)構(gòu)件實(shí)施全過程跟蹤,并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度做好構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)計(jì)劃,盡量做到零堆放或最少堆放,一方面降低二次轉(zhuǎn)運(yùn)成本,另一方面能減少現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地占用面積,更好地體現(xiàn)企業(yè)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)文明施工管理工作[16]。

4)預(yù)制飄窗進(jìn)場(chǎng)后進(jìn)行驗(yàn)收,核對(duì)型號(hào)、規(guī)格、數(shù)量、構(gòu)件外觀質(zhì)量、外露錨固鋼筋數(shù)量及長(zhǎng)度。

5)預(yù)制飄窗吊裝前,需根據(jù)專項(xiàng)施工方案設(shè)置支撐體系,并根據(jù)樓內(nèi)標(biāo)高線調(diào)節(jié)支撐體系標(biāo)高。吊裝飄窗需4～6個(gè)吊點(diǎn),吊點(diǎn)沿板受力方向?qū)ΨQ位置,保持重心平衡,使預(yù)制飄窗在吊裝過程中受力均勻,不被破壞。起吊時(shí)應(yīng)進(jìn)行試吊,先吊起距地50cm停止,檢查鋼絲繩、吊鉤的受力情況,使飄窗保持水平,然后吊至作業(yè)層上空30cm高度位置。預(yù)制飄窗就位時(shí),吊裝工人手扶預(yù)制飄窗調(diào)整方向,注意避免預(yù)制飄窗上的預(yù)留鋼筋與樓面鋼筋形成沖突,放下時(shí)要停頓慢放,嚴(yán)禁快速猛放。預(yù)制飄窗就位后,再檢查板底標(biāo)高,若有偏差達(dá)到±3mm,需調(diào)節(jié)板下的支撐。預(yù)制飄窗安裝如圖7所示。

圖7 預(yù)制飄窗安裝Fig.7 Prefabricated bay window installation

6)飄窗吊裝好后,綁扎剪力墻鋼筋。待剪力墻鋼筋綁扎完成并驗(yàn)收合格后,安裝剪力墻鋁模板,固定好鋁模板與預(yù)制飄窗結(jié)構(gòu)(見圖8)。

圖8 鋁模安裝Fig.8 Aluminum mold installation

7)主體結(jié)構(gòu)完成后,將預(yù)制飄窗凹槽部位清理干凈,安裝鋁窗窗框,并在窗框四周打上密封膠。

4 結(jié)語

1)該項(xiàng)目應(yīng)用BIM技術(shù)結(jié)合建筑、水電及鋁模等專業(yè)圖紙及深化要求進(jìn)行前期優(yōu)化設(shè)計(jì),與傳統(tǒng)做法的預(yù)制飄窗對(duì)比,能有效避免預(yù)制飄窗運(yùn)輸、安裝過程中的窗框損壞,降低預(yù)制飄窗的損耗率,從而減少因預(yù)制飄窗的損壞而導(dǎo)致工期的損失,省工又可節(jié)約材料。

2)飄窗采用內(nèi)遮陽(yáng)和外遮陽(yáng)相結(jié)合的方式可大大改善飄窗結(jié)構(gòu)的節(jié)能性能。

3)結(jié)合窗框傳熱系數(shù)原理,通過對(duì)窗熱工性能計(jì)算與分析,改良組成窗框節(jié)點(diǎn)的隔熱型材,提升窗的隔熱節(jié)能和保溫性能,達(dá)到最佳節(jié)能效果。

4)該施工技術(shù)鋁窗型材少,施工簡(jiǎn)便,預(yù)制飄窗結(jié)構(gòu)吊裝過程中無鋁窗型材損壞的風(fēng)險(xiǎn),無需做鋁窗型材的保護(hù)工作,鋁窗能在裝修階段進(jìn)行安裝,有效提高施工效率,優(yōu)化了施工流程。

5)安裝改良后的預(yù)制飄窗,解決了預(yù)制飄窗因安裝導(dǎo)致的鋁型材損壞問題,降低了鋁窗副框成本、工期損失,從而降低了工程造價(jià)。

6)對(duì)裝配式預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行改良,將窗框及外部位做成凹槽,有效解決了窗框部位存在漏水的隱患。