BIM 用于垃圾垂直運輸系統(tǒng)設(shè)計上的技術(shù)研究

汪益民，陳 雄，盧 盛

（1.上饒市建設(shè)業(yè)安全生產(chǎn)監(jiān)督管理站，江西 上饒 334000；2.宏盛建業(yè)投資集團(tuán)有限公司，江西 上饒 334000）

0 引 言

綠色施工是指整個建筑施工過程中，在工程質(zhì)量和安全保障措施不變的前提下，通過各種管理和技術(shù)手段組織施工，注重環(huán)境保護(hù)、節(jié)約能源、降低污染、降低能耗，從而有效地降低施工對環(huán)境的負(fù)面影響，減少施工中不必要的資源浪費，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一種管理模式。

工地施工現(xiàn)場的揚塵控制屬于綠色施工中的一項重要指標(biāo)，也是政府部門極其關(guān)心的一項環(huán)保內(nèi)容。多年來，通過分析現(xiàn)場施工情況，針對揚塵產(chǎn)生原因進(jìn)行研究得出，工地?fù)P塵主要來源有三個方面：一是在工程基礎(chǔ)施工階段，整體土方施工造成的揚塵；二是工程車輛輪胎上附著的泥土在行駛過程中濺散的揚塵；三是在作業(yè)面施工過程中，清運作業(yè)面垃圾時濺起的揚塵。

目前，大多工程能很好地控制住土方工程造成的揚塵，如在工地圍擋、塔吊等處布置噴淋，在工地大門設(shè)置沖洗平臺用以限制工程車輛行駛造成的揚塵等。但是針對作業(yè)面揚塵的控制措施很少，控制效果不明顯。所以，設(shè)計一款經(jīng)濟(jì)、實用的限制作業(yè)面揚塵的系統(tǒng)，是非常有必要的。

1 垃圾垂直運輸系統(tǒng)的設(shè)計

為了有效地解決作業(yè)面的揚塵問題，通過對國內(nèi)外已提出的方法進(jìn)行分析，并針對上饒地區(qū)工程項目施工現(xiàn)場狀況進(jìn)行調(diào)研，認(rèn)為造成作業(yè)面揚塵的主要原因是作業(yè)面垃圾清運。

目前，高層建筑樓宇的施工建筑垃圾運輸方式主要有兩種：一是利用塔吊、施工電梯或者依靠人力運輸至一定區(qū)域，此區(qū)域主要為露天狀態(tài)，一方面極易造成異味、污水外溢，嚴(yán)重影響施工現(xiàn)場衛(wèi)生，導(dǎo)致施工場地不整潔，另一方面建筑垃圾還極易產(chǎn)生揚塵污染，影響施工環(huán)境，同時在運輸過程中還存在安全隱患；二是利用垂直管道直接向下傾倒建筑垃圾，此類垂直運輸通道在使用的過程中通常需克服較高的落差，而在相對高的落差運輸過程中，由于建筑垃圾自身存在重力，進(jìn)而對運輸通道的內(nèi)壁沖擊過大，將嚴(yán)重影響高層建筑垃圾垂直運輸通道，降低高層建筑垃圾垂直運輸通道的壽命，增加施工成本。

所以，從“實用、經(jīng)濟(jì)、綠色、美觀、安全”的角度進(jìn)行分析，參考其他先進(jìn)地區(qū)的措施后，利用 BIM 技術(shù)設(shè)計出了一款垃圾垂直運輸系統(tǒng)［1］。

1.1 設(shè)計構(gòu)思

1.1.1 尺寸設(shè)計

考慮到拆裝應(yīng)方便，最好不占用額外的空間，所以系統(tǒng)在現(xiàn)場設(shè)置于電梯井內(nèi)和或者建筑物外邊緣，整體尺寸不宜大于電梯井門寬度。一般的電梯井門是 1～1.2 m 寬，所以，系統(tǒng)的寬度控制在 0.9 m，從而可以安裝在電梯井內(nèi)。

1.1.2 材料選擇

在作業(yè)面施工時，作業(yè)面垃圾和雜物一般包括模板拆除后的廢棄邊角料、混凝土澆搗完后多余的廢料、支撐架拆除后的扣件及其他一些塵土或輔件。大部分垃圾和雜物材料質(zhì)地較硬，所以系統(tǒng)使用材料的材質(zhì)必須經(jīng)久耐用，不宜被沖擊破化。因此，系統(tǒng)使用 3 mm 厚鋼板作為主要材料。

1.1.3 使用安全

當(dāng)建筑施工至高層后，若從頂層作業(yè)面向系統(tǒng)中傾倒垃圾，垃圾從高處做垂直落體至底層，會帶來很大的沖擊力，不僅容易對設(shè)備造成損壞，還容易對人員造成傷害，存在極大的的安全風(fēng)險，同時也會濺起大量的揚塵。所以，經(jīng)過思考，認(rèn)為在系統(tǒng)中必須設(shè)置一種緩沖機(jī)制，緩沖垃圾墜落時的巨大沖擊力［2］。

1.1.4 拆裝方便

從綠色施工的節(jié)材指標(biāo)角度出發(fā)考慮，系統(tǒng)應(yīng)拆裝方便，能夠多次周轉(zhuǎn)使用；所以，系統(tǒng)應(yīng)可以拆解成若干個構(gòu)件，且每個構(gòu)件應(yīng)能再分解成部件。因此，將系統(tǒng)設(shè)計成多個切割成相應(yīng)尺寸的鋼板部件，再通過角鋼以螺栓形式連接，在工地現(xiàn)場組裝成構(gòu)件，再進(jìn)行安裝。在項目結(jié)束，將系統(tǒng)拆解多個構(gòu)件，再拔出螺栓解構(gòu)成鋼板和角鋼，再運到其他項目使用，從而達(dá)到重復(fù)周轉(zhuǎn)、節(jié)材利用的目的。

1.1.5 揚塵控制

在倒入垃圾和清運垃圾時，也會激起揚塵。所以，在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)計使用水霧噴淋，當(dāng)?shù)谷肜颓謇砝臅r候，可開啟噴淋，限制住濺起的揚塵。

1.1.6 節(jié)省材料

鋼板在工程切割時，產(chǎn)生的余料不能過多，造成材料浪費。所以在設(shè)計時，應(yīng)充分考慮整塊鋼板的切割，使用 BIM 技術(shù)模擬鋼板切割排版，做到從平面鋼板到立體組合，盡量減少加工產(chǎn)生的邊角料。

1.2 利用 BIM 技術(shù)進(jìn)行設(shè)計

1.2.1 建立部件族

系統(tǒng)設(shè)計時考慮是由角鋼和鋼板以螺栓形式連接，所以先查閱標(biāo)準(zhǔn)圖集，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格建立 3 mm 鋼板、50 mm×50 mm×5 mm 角鋼的族。共建立了 60 余個部件組，包括了各拼裝部位的鋼板、不同位置的連接角鋼、螺栓、噴淋水管、PVC 管道等，如圖1 所示。

圖1 鋼板和角鋼的族模型

1.2.2 建立構(gòu)件族

系統(tǒng)可分解成 4 個構(gòu)件，分別是垃圾入口、轉(zhuǎn)子、垃圾箱和垃圾管道。

1）建立各構(gòu)件的模型。將鋼板和角鋼的族導(dǎo)入構(gòu)件模型中，編輯各塊鋼板的尺寸和角鋼的長度，在鋼板上切割好連接垃圾管道的洞口、螺栓安裝預(yù)留孔和水管預(yù)留孔，在角鋼上切割好連接鋼板的螺栓安裝預(yù)留孔；最后用螺栓連接，形成各構(gòu)件的族。在建族的過程中，不斷地優(yōu)化鋼板、角鋼和螺栓的空間關(guān)系，消除各部件間的碰撞點，如圖2 所示。

圖2 垃圾入口、轉(zhuǎn)子、垃圾箱模型

2）設(shè)計了一款用于緩沖垃圾墜落時的巨大沖擊力的構(gòu)件——轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子構(gòu)件中包括兩組轉(zhuǎn)葉組與一根轉(zhuǎn)軸，兩組轉(zhuǎn)葉組設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上；每組轉(zhuǎn)葉組包括 2～6 片轉(zhuǎn)葉，相鄰轉(zhuǎn)葉之間呈 30°～120°夾角；轉(zhuǎn)葉由鐵質(zhì)鋼架外套彈性材料制成。當(dāng)高處有垃圾墜下時，會撞擊轉(zhuǎn)葉；轉(zhuǎn)葉通過旋轉(zhuǎn)，起到緩沖沖擊的作用。通過設(shè)置垃圾緩沖限塵裝置有效降低較高落差對運輸通道內(nèi)壁的沖擊，提高垂直運輸通道的壽命，降低施工成本［3］，如圖3 所示。

圖3 轉(zhuǎn)子中的轉(zhuǎn)葉

3）在垃圾箱和垃圾入口的門處還布置了水霧噴淋，可以在倒入和清運垃圾時開啟噴淋，有效地限制住濺起的揚塵。

1.2.3 建立系統(tǒng)模型

將構(gòu)件族導(dǎo)入系統(tǒng)模型中，通過垃圾管道將各構(gòu)件連接，形成完整的垃圾垂直運輸系統(tǒng)。再利用 BIM 模擬和漫游，模擬試驗垃圾在管道中的墜落情況，如圖4 所示。

1.2.4 優(yōu)化鋼板切割方案

在生產(chǎn)時，利用 BIM 拼模技術(shù)，輸入整塊鋼板尺寸和需切割成形的鋼板尺寸，導(dǎo)出經(jīng)過優(yōu)化的整塊鋼板的切割圖，最大限度地減少加工產(chǎn)生的邊角料，如圖5 所示。

圖4 垃圾垂直運輸系統(tǒng)

圖5 整塊鋼板的切割圖

2 主要案例和取得的成果

2.1 案例概況

中國（上饒）建筑科技產(chǎn)業(yè)園項目是上饒市的重點工程，是市委和市政府重點關(guān)注的項目。項目位于江西省上饒市站前大道東側(cè)及鳳凰大道南側(cè)地塊。工程包括 2-1 組團(tuán)、2-2 組團(tuán)、2-3 組團(tuán)和 2-4 組團(tuán) 4 個單位工程，其中 2-1 組團(tuán)和 2-2 組團(tuán)地上共 5～6 層，2-3 組團(tuán)和 2-4 組團(tuán)地上共 23 層，整體地下一層地下室，總建筑面積約 15 萬m2。項目施工管理目標(biāo)明確為要在施工過程中做到綠色施工，力創(chuàng)魯班獎。

2.2 主要成果

為實踐利用 BIM 設(shè)計的垃圾垂直運輸系統(tǒng)的技術(shù)可行性，首先將系統(tǒng)的 BIM 模型導(dǎo)入建筑模型中，并利用 BIM 漫游和模擬功能進(jìn)行試驗；試驗完成后，再在工程實體中的電梯井位置布置一套系統(tǒng)，如圖6 所示。

圖6 系統(tǒng)模型導(dǎo)入建筑模型

在現(xiàn)場使用時，施工人員打開垃圾入口門并開啟噴淋，倒入建筑垃圾；進(jìn)行噴淋限塵后的建筑垃圾由垃圾運輸管進(jìn)入轉(zhuǎn)子箱體，經(jīng)轉(zhuǎn)葉緩沖后繼續(xù)下落至下一樓層；經(jīng)過多層緩沖最終進(jìn)入底層垃圾箱內(nèi)。待垃圾箱內(nèi)裝滿建筑垃圾，施工人員開啟垃圾箱的噴淋限塵，打開垃圾箱門，將建筑垃圾運出施工現(xiàn)場（見圖7）。

通過現(xiàn)場使用垃圾垂直運輸系統(tǒng)，建筑垃圾清運方便，省人省力，且能有效地控制揚塵及噪聲，更高效、環(huán)保；也杜絕了高空拋模板、扣件的現(xiàn)象，保障了施工安全，美化了施工環(huán)境。

圖7 現(xiàn)場使用效果

3 結(jié) 語

通過實踐，不僅證明垃圾垂直運輸系統(tǒng)是行之有效的，還說明 BIM 技術(shù)運用在產(chǎn)品設(shè)計過程中，比如設(shè)計構(gòu)件，優(yōu)化空間，消除碰撞，加工排布、節(jié)省材料等方面，都有非常明顯的效果。Q