繆建宏 趙 譽(yù) 張漢榮 趙 勇

建筑工業(yè)化是實(shí)現(xiàn)我國傳統(tǒng)手工粗放式建筑業(yè)向現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變的超車?yán)?，也是可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。要想實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化，就要實(shí)現(xiàn)建筑部品預(yù)制化、建筑施工裝配化。發(fā)展適宜于工業(yè)化發(fā)展的裝配式建筑已成為我國建筑業(yè)的全新發(fā)展方向。發(fā)展裝配式結(jié)構(gòu)是推進(jìn)建筑業(yè)結(jié)構(gòu)性改革和轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要舉措，也是我國“十四五”時(shí)期建筑領(lǐng)域明確鼓勵(lì)的發(fā)展方向。

樓板作為裝配式結(jié)構(gòu)體系中的極其重要的水平受力部品構(gòu)件，不但要將其上荷載傳遞給豎向承重構(gòu)件，而且還與豎向承重結(jié)構(gòu)一起形成建筑物的空間承重骨架，共同抵抗各種荷載作用，而廣泛應(yīng)用于各類裝配式結(jié)構(gòu)體系中。裝配式結(jié)構(gòu)體系中的樓板一般主要采用裝配整體式樓板。另外，與普通現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)施工不同，裝配式建筑項(xiàng)目的完成需要在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工等各環(huán)節(jié)信息數(shù)據(jù)更密切的配合協(xié)作，而這些信息數(shù)據(jù)的采集與存儲(chǔ)是一項(xiàng)非常繁重而浩大的任務(wù)，借助BIM 技術(shù)能保證信息在項(xiàng)目全過程中各參與方進(jìn)行更好的有效傳遞。

本文首先針對(duì)裝配整體式樓板，系統(tǒng)梳理了目前國內(nèi)外常見的構(gòu)造形式，在此基礎(chǔ)上，針對(duì)BIM 技術(shù)在裝配整體式樓板設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工等各環(huán)節(jié)的作用進(jìn)行了歸納，為推動(dòng)我國建筑工業(yè)化建設(shè)提供有利參考。

1 裝配整體式樓板的主要類型

裝配整體式混凝土樓板是將預(yù)制和現(xiàn)澆工藝相結(jié)合，在預(yù)制底板上部澆筑一層混凝土而形成的一種裝配整體式水平受力構(gòu)件。該類樓板不僅可用于各類裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系中，亦可用于裝配式鋼結(jié)構(gòu)等其他結(jié)構(gòu)體系中。裝配整體式混凝土樓板按其所組成的材料及構(gòu)造形式的不同，可以分為疊合板及樓承板兩大主要類型。

2 疊合板研究進(jìn)展

預(yù)制底板既在施工階段充當(dāng)施工底模，承擔(dān)自重及其上施工荷載，又在使用階段作為構(gòu)件的一部分，發(fā)揮其結(jié)構(gòu)承載力。后澆混凝土疊合層在施工階段現(xiàn)場澆筑，與預(yù)制底板一起形成結(jié)構(gòu)樓板。同時(shí)，對(duì)于裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，尤其是裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)，后澆混凝土疊合層應(yīng)用尤其重要，其發(fā)揮著類似于磚混結(jié)構(gòu)中“圈梁”的作用，各預(yù)制結(jié)構(gòu)構(gòu)件在水平方向上通過后澆混凝土疊合層連接，進(jìn)一步確保裝配式混凝土結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的整體性。

鋼筋混凝土疊合板是由預(yù)制底板及后澆混凝土疊合層兩階段制作形成的構(gòu)件。按其受力性能可以分為“一次受力疊合板”和“二次受力疊合板”兩類。

按照國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010）中的第9.5.1 條的描述，當(dāng)疊合板在施工過程中有可靠支撐時(shí)，其底板在施工階段充當(dāng)模板所產(chǎn)生的變形很小，認(rèn)為其對(duì)結(jié)構(gòu)成型后的內(nèi)力和變形影響可以忽略，因此，可以按整體受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算，即“一次受力疊合板”；當(dāng)疊合板在施工過程中無可靠支撐時(shí)，其底板在施工階段將產(chǎn)生較大的變形，會(huì)影響結(jié)構(gòu)成型后截面應(yīng)力分布及變形，此時(shí)應(yīng)按兩階段進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，即“二次受力疊合板”。由于對(duì)疊合板的變形控制要求較為嚴(yán)格，且對(duì)作為永久模板的預(yù)制底板在施工階段的變形有嚴(yán)格要求，因此，一般將疊合板視為“一次受力疊合構(gòu)件”。

疊合板按計(jì)算跨度的大小又可分為普通跨度疊合板和大跨度疊合板。實(shí)現(xiàn)大跨度疊合板的方式目前主要可以采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，利用先張法工藝，將預(yù)制底板做成預(yù)應(yīng)力混凝土底板，實(shí)現(xiàn)適用于大跨度的平板型疊合板、鋼筋桁架疊合板、帶肋型疊合板及組合型疊合板等；或采用夾芯技術(shù)制造出夾芯疊合板，由于其可有效減輕板件自重，亦可實(shí)現(xiàn)較大的跨度。

2.1 平板型預(yù)制底板疊合板

平板型預(yù)制底板疊合板是早期的疊合板形式，其預(yù)制底板采用普通混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土制作而成。該類疊合的優(yōu)點(diǎn)是預(yù)制底板制作方便，便于后期電氣管線鋪設(shè)。但為保證預(yù)制底板與后澆混凝土疊合層所形成的疊合面的整體性，在生產(chǎn)預(yù)制底板時(shí)往往在預(yù)制底板的上表面采用人工或機(jī)械拉毛的方式進(jìn)行疊合面粗糙處理?，F(xiàn)行的國家混凝土《結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50204―2015）也要求：“預(yù)制板表面應(yīng)做成凹凸差不小于4 mm 的粗糙面，且粗糙面的面積不宜小于結(jié)合面的80%”以確保結(jié)構(gòu)連接構(gòu)造的整體性設(shè)計(jì)要求。

2.2 鋼筋桁架制預(yù)制底板疊合板

鋼筋桁架預(yù)制底板疊合板是指在生產(chǎn)預(yù)制底板時(shí)，將鋼筋桁架放入其內(nèi)。該類疊合板最大的特點(diǎn)是在兩疊合層之間設(shè)置了鋼筋桁架，對(duì)其疊合面的抗剪切性能有了較大提高，增加了疊合板的整體工作性能。該類疊合板是目前我國裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中最常見的一種疊合板，與平板型預(yù)制底板疊合板相比，桁架鋼筋的引入增大了預(yù)制構(gòu)件的剛度，在吊裝和施工階段，可減少預(yù)制疊合底板的變形，并增強(qiáng)承受施工荷載的能力，也減少了板底部豎向支撐的數(shù)量。因具有一定的技術(shù)優(yōu)勢，該技術(shù)被納入《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ1―2014），并制定了配套的國家標(biāo)準(zhǔn)圖集。

在實(shí)際施工過程中，由于鋼筋桁架不適宜大跨度結(jié)構(gòu)，且易開裂，劉文政[1]提出一種灌漿鋼管桁架疊合板，該結(jié)構(gòu)將傳統(tǒng)的鋼筋桁架疊合板上弦桿改為鋼管，在鋼管內(nèi)部灌高強(qiáng)砂漿以提高其抗彎剛度和承載力。通過實(shí)驗(yàn)表明，鋼管桁架樓承板的開裂荷載明顯高于平板構(gòu)件，具有較好的延性。

2.3 帶肋型預(yù)制底板疊合板

帶肋型預(yù)制底板疊合板是指下部采用由實(shí)心平板與設(shè)有板肋（可為實(shí)心肋或預(yù)留孔洞的肋）組成的預(yù)制底板，上部采用現(xiàn)場后澆混凝土的疊合板。依據(jù)預(yù)制底板所采用的的材料可分為預(yù)制預(yù)應(yīng)力帶肋底板疊合板、預(yù)制非預(yù)應(yīng)力帶肋底板疊合板兩大類。

針對(duì)預(yù)制非預(yù)應(yīng)力帶肋底板方面：劉漢朝等[2]提出一種倒“T”型預(yù)制底板疊合板，通過試驗(yàn)研究表明，當(dāng)?shù)埂癟”型預(yù)制底板的上表面采用滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求的粗糙面處理方式情況下，該類板的疊合面均具有足夠的粘結(jié)抗剪能力，能夠保證疊合板的整體受力工作性能；同時(shí)指出，后澆層的二次配筋可有效提高疊合板的受彎承載力及彎曲延性；侯和濤等[3]提出一種預(yù)應(yīng)力混凝土鋼肋預(yù)制底板疊合板，并通過受彎試驗(yàn)研究表明，該類板具有較好的延性及彎曲剛度。

針對(duì)預(yù)制預(yù)應(yīng)力帶肋底板疊合板方面：黃海林等[4]提出一種PK 預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板，該類疊合板中的預(yù)制底板采用先張法工藝的預(yù)應(yīng)技術(shù)，后澆疊合層采用普通混凝土。黃海林等通過試驗(yàn)、數(shù)值及理論分析建立了該類板的設(shè)計(jì)計(jì)算公式，并編制了相應(yīng)的指導(dǎo)設(shè)計(jì)施工規(guī)程《預(yù)制帶肋底板混凝土疊合樓板技術(shù)規(guī)程》。

2.4 空心或夾芯型預(yù)制底板疊合板

空心型（夾芯型）預(yù)制底板疊合板是指通過采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，或利用內(nèi)置輕質(zhì)芯材在樓板中性軸附近彎曲應(yīng)力較小的部位形成空心（空腔）的預(yù)制空心（夾芯）底板，上部采用現(xiàn)場后澆混凝土的疊合板。目前對(duì)于空心型（夾芯型）預(yù)制底板常用的芯材主要有：以聚苯乙烯為主的輕質(zhì)泡沫類材料，或以GBF、GRC 為主的輕質(zhì)高強(qiáng)纖維復(fù)合材料等。

吳方伯等[5]提出一種內(nèi)置筒芯內(nèi)模的預(yù)應(yīng)力疊合板，該類疊合板的內(nèi)置芯材采用EPS 等輕質(zhì)材料填充。吳方伯等通過試驗(yàn)研究與理論分析相結(jié)合的研究手段，提出了該類疊合板受剪承載力計(jì)算方法；張宇峰等[6]提出一種夾芯疊合板（內(nèi)置蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土），并對(duì)該類板的彎曲性能開展了多維研究；成莞莞等[7]提出一種CS 夾芯疊合板，并通過理論推導(dǎo)及精細(xì)化計(jì)算模型分析，建立該類疊合板彎曲性能計(jì)算方法。

3 鋼筋桁架樓承板研究進(jìn)展

鋼筋桁架樓承板是指由鋼筋桁架與底模連接組合而成的承重板，依據(jù)其生產(chǎn)及施工工藝可分為：焊接式鋼筋桁架樓承板、可拆卸底模桁架樓承板和免拆卸底模桁架樓承板3 類。

3.1 鋼筋桁架樓承板

鋼筋桁架樓承板預(yù)制底板由鋼筋桁架及底部鍍鋅鋼板組成，預(yù)制底板在工廠加工完成后運(yùn)至施工現(xiàn)場進(jìn)行安裝，最后澆筑混凝土并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，施工階段的荷載由鋼筋桁架來承擔(dān)，鍍鋅鋼板兼做模板，使用階段鋼筋桁架與混凝土共同受力。胡憲鑫[8]通過研究鋼筋桁架樓承板單向板和雙向板受力性能，得出了鋼筋桁架樓承板的剛度計(jì)算公式。楊超群[9]對(duì)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)了鋼筋桁架樓承板在設(shè)計(jì)、施工、經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 可拆卸底模桁架樓承板

可拆卸底模桁架樓承板是指鋼筋桁架與可拆卸底模通過專用連接件連接成整體，待吊裝到指定位置后，在其上綁扎鋼筋并澆筑混凝土，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后底?？刹鸪囊活愌b配整體式板，簡稱可拆式桁架樓承板?？刹鸬啄０ㄤ摪濉X合金模板、竹（木）膠合板及其他材質(zhì)板。

賈斌等[10]提出一種木模板樓承板，并通過理論分析證明該類板力學(xué)性能等同現(xiàn)澆。后續(xù)的研究人員進(jìn)一步通過有限元分析，分析木模板不同構(gòu)造形式的結(jié)構(gòu)性能，為工程實(shí)踐提供參考價(jià)值。針對(duì)可拆卸式鋼-UHPC組合板，也探究了鋼-UHPC 與NPR板協(xié)同工作性能。

3.3 免拆卸底模桁架樓承板

免拆底模鋼筋桁架樓承板是在壓型鋼板底模樓承板、可拆底模樓承板基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它是指鋼筋桁架與免拆底模通過專用連接件等連接成整體的組合承重板，簡稱免拆卸式桁架樓承板。其底?？刹捎茫豪w維水泥板、硅酸鈣板、UHPC 板等非金屬板。

在該類樓板的研究方面，研究人員給出了免拆底模板的樓承板相關(guān)計(jì)算方法，總結(jié)了其設(shè)計(jì)流程；提出用纖維水泥板來替代傳統(tǒng)的底模形成免拆底模鋼筋桁架樓承板，通過數(shù)值與理論分析驗(yàn)證了其可行性。

4 疊合板及樓承板研究展望

裝配整體式樓板的應(yīng)用越來越廣泛，一批新型的樓板體系也被學(xué)者們相繼被提出。

結(jié)合現(xiàn)有裝配整體式樓板在工程中的使用情況，以下方面需要完善：第1，疊合方面：材料應(yīng)用目前大多數(shù)為普通混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土，可再生材料應(yīng)用較少，對(duì)于輕質(zhì)預(yù)制底板研發(fā)不足；目前疊合板的預(yù)制底板無論采用何種構(gòu)造形式，預(yù)制底板厚度普遍在60 mm，而在實(shí)際工程中由于需要預(yù)埋線管，導(dǎo)致疊合板普遍在澆筑完疊合層后厚度較大，普遍在130 mm 以上，所以如何減少預(yù)制底板厚度亦是需要亟待解決的問題。第2，鋼筋桁架樓承板方面：可（免）拆卸底模桁架樓承板，普遍需要采用固定連接件來固定桁架鋼筋，而目前的固定件基本均為專用連接件，如何研發(fā)通用可靠的連接件是可（免）拆卸底模桁架樓承板亟待解決的問題。目前該類樓板的桁架鋼筋僅可單向布置，而該類樓承板最終形成的樓板多為雙向受力板，如何解決僅單方向布置桁架鋼筋問題亦要深入研究。

5 BIM 技術(shù)在裝配整體式樓板中的應(yīng)用

BIM 技術(shù)可在全過程中收集整合信息、可視化程度高，已成為裝配式建造過程不可或缺的技術(shù)，貫穿于裝配式建筑全壽命周期。以下重點(diǎn)從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工3 個(gè)方面對(duì)其在疊合板中的應(yīng)用進(jìn)行介紹。

5.1 BIM 技術(shù)在疊合板設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用分析

BIM 技術(shù)在設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用主要有標(biāo)準(zhǔn)化BIM 疊合板構(gòu)件庫的建立、BIM 可視化設(shè)計(jì)、BIM 構(gòu)件拆分以及優(yōu)化設(shè)計(jì)、BIM 協(xié)同設(shè)計(jì)，具體為：第1，根據(jù)不同的疊合板布置方式，建立相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化深化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件。通過構(gòu)件庫里系列標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件進(jìn)行組拼組合，快速建模，按照裝配式建筑特性進(jìn)行“組裝”設(shè)計(jì)，保證疊合板的系列標(biāo)準(zhǔn)化，且各個(gè)構(gòu)件滿足工廠規(guī)?；⒆詣?dòng)化加工和現(xiàn)場的高效施工。第2，采用BIM 的設(shè)計(jì)方法，讓各專業(yè)設(shè)計(jì)師通過三維模型更為直觀地表達(dá)，有效避免二維圖紙理解有誤的弊病。第3，針對(duì)構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)加工工藝、開關(guān)插座細(xì)節(jié)深化。第4，基于統(tǒng)一模型，實(shí)現(xiàn)全專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)及優(yōu)化。

5.2 BIM技術(shù)在疊合板生產(chǎn)階段的應(yīng)用分析

設(shè)計(jì)院根據(jù)構(gòu)件信息和拆分條件進(jìn)行構(gòu)件工藝設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上再根據(jù)構(gòu)件詳圖，裝配條件和制造條件進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)以及制造方案設(shè)計(jì)，制訂出相應(yīng)的吊裝方案、排產(chǎn)方案以及配送方案以提高其生產(chǎn)的效率。將BIM與CAM 技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)基于BIM 的裝配式智慧工廠管理平臺(tái)，將基于BIM 模型的加工數(shù)據(jù)與基于施工進(jìn)度的排產(chǎn)導(dǎo)入生產(chǎn)管理系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)基于供應(yīng)鏈的優(yōu)化排產(chǎn)。

5.3 BIM技術(shù)在疊合板施工階段的應(yīng)用分析

在裝配式建筑施工階段，BIM 技術(shù)可以進(jìn)行裝配式構(gòu)件生產(chǎn)指導(dǎo)，并通過CAM 實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件的數(shù)字化制造，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場組織及工序模擬，施工安裝，模擬碰撞檢測和復(fù)雜節(jié)點(diǎn)模擬施工以提高裝配式建筑施工的質(zhì)量和效率。

6 結(jié)語

我國近年來對(duì)裝配式建筑推廣力度的不斷加大，并經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，裝配整體式樓板因整體性好、施工便捷等優(yōu)點(diǎn)，得到快速發(fā)展和應(yīng)用。因此，開展疊合板的研究，可以進(jìn)一步優(yōu)化疊合板相關(guān)性能，拓寬疊合板應(yīng)用范圍，推動(dòng)其在裝配式建筑中的應(yīng)用，有利于加速推進(jìn)建筑工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程。

此外，在疊合板設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及施工全過程中，運(yùn)用BIM 技術(shù)可有效提升項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)效。積極運(yùn)用BIM 技術(shù)，有效運(yùn)用該技術(shù)在數(shù)據(jù)集成方面的功能，已成為包括疊合板在內(nèi)的裝配式建造全過程的大方向。