裝配式建筑施工模擬與工程應(yīng)用*

游長(zhǎng)城 涂木蘭

成都師范學(xué)院/物理與工程技術(shù)學(xué)院 四川 成都 611130

引言

裝配式建筑是指將建筑工程的一部分或全部部件在工廠(chǎng)使用通用模具加工后，使用特定的運(yùn)輸車(chē)運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)，以可靠的連接方式組裝的建筑物。它是一種綠色環(huán)保的新型建造方式，并且能形成具有使用功能的建筑結(jié)構(gòu)。裝配式建筑與現(xiàn)行的現(xiàn)澆混凝土建筑相比，可以有效減少施工人員的工作強(qiáng)度，縮短施工時(shí)間，提高施工人員的工作效率，減少建筑工程的整個(gè)周期的成本，更重要的是它還具有防止灰塵污染、減少施工過(guò)程噪音污染的優(yōu)點(diǎn)[1]。在綠色建筑理念下，裝配式建筑的發(fā)展?jié)摿艽骩2]。

1 裝配式建筑的施工模擬

在裝配式建筑施工過(guò)程中，有很多事前制作的預(yù)制構(gòu)件被運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，為了避免在施工現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生沖突、碰撞、混亂，提高施工效率，減少項(xiàng)目成本，縮短施工工期，前期的施工模擬工作是必不可少的[3]。將裝配式建筑主要構(gòu)件進(jìn)行施工動(dòng)畫(huà)模擬及安裝施工流程的預(yù)演，即可以提前預(yù)知工程進(jìn)度安排的合理性；也能讓安裝和施工管理人員直觀(guān)形象地獲知裝配式建筑的安裝過(guò)程，提高施工效率；還能進(jìn)行碰撞檢測(cè)分析，及時(shí)糾正“錯(cuò)漏碰缺”。

目前常用的裝配式建筑施工模擬軟件有：Bentley軟件，它主要應(yīng)用于場(chǎng)地布置和塔吊布置，在做平臺(tái)的同時(shí)開(kāi)發(fā)專(zhuān)業(yè)工具軟件，并將軟件整合到Microstation中；BIM-FILM軟件則是作為BIM行業(yè)中第一款國(guó)產(chǎn)可視化軟件，它基于BIM+仿真與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合了工程施工技術(shù)特點(diǎn)、3D動(dòng)畫(huà)編輯技術(shù)和游戲級(jí)引擎技術(shù)。這款軟件比較突出的功能是它支持自定義動(dòng)畫(huà)、實(shí)時(shí)渲染輸出，使系統(tǒng)更具專(zhuān)業(yè)性、易學(xué)性、多樣性[4]。

本文結(jié)合北京市某小區(qū)裝配式住宅樓，運(yùn)用Bentley軟件對(duì)其進(jìn)行施工場(chǎng)地布置和塔吊布置；運(yùn)用BIM-FILM軟件對(duì)其進(jìn)行預(yù)制外墻吊裝、疊合板吊裝和整戶(hù)型施工模擬。

2 裝配式建筑施工模擬在工程中的應(yīng)用

2.1 工程概況

本工程為某小區(qū)項(xiàng)目住宅樓，位于北京市房山區(qū)長(zhǎng)陽(yáng)鎮(zhèn)，建筑總面積：10819.63m2。建筑高度：68.7 m，地上22層（主體結(jié)構(gòu)），其中1-4層為現(xiàn)澆，5-21層（標(biāo)準(zhǔn)層如圖1所示）采用預(yù)制構(gòu)件，頂層為現(xiàn)澆，結(jié)構(gòu)類(lèi)型為裝配式整體剪力墻結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)使用年限為50年、抗震設(shè)防烈度為8度，建筑耐火等級(jí)為一級(jí)。

圖1 建筑標(biāo)準(zhǔn)層平面圖

2.2 施工場(chǎng)地布置

運(yùn)用Bentley進(jìn)行施工場(chǎng)地布置，可以生動(dòng)形象地展現(xiàn)出施工現(xiàn)場(chǎng)的材料、工具及器具的布置情況和布置場(chǎng)地是否合理，對(duì)于施工現(xiàn)場(chǎng)管理具有較大的參考價(jià)值。本項(xiàng)目施工場(chǎng)地設(shè)有三處門(mén)，每道門(mén)都設(shè)有自動(dòng)清洗設(shè)備和人臉識(shí)別設(shè)備，大門(mén)設(shè)置在擬建建筑西面，辦公樓緊靠大門(mén)布置，擬建建筑周?chē)袃蓷澫嗨平ㄖ?，材料、工具及器具放置空間充裕，擬建建筑東面布置有塔吊和籃球場(chǎng)，將模板，鋼筋，腳手板，預(yù)制構(gòu)件和加工機(jī)械等合理布置在塔吊可視及吊裝范圍內(nèi)，避免了二次搬運(yùn)等問(wèn)題，運(yùn)動(dòng)場(chǎng)可供工人休閑娛樂(lè)和安全教育使用；擬建建筑南面空地布有砂、骨料、水泥堆場(chǎng)和現(xiàn)澆混凝土攪拌站，停放施工車(chē)輛；擬建建筑西面布置的是施工安全教育設(shè)施；擬建建筑南面布有供電設(shè)備、消防設(shè)施、安全通道、員工宿舍等；擬建建筑周?chē)贾煤侠恚鲜┕きh(huán)境場(chǎng)地布置規(guī)范（如圖2所示）。

圖2 施工場(chǎng)地布置平面圖

2.3 塔吊布置

根據(jù)建筑高度和建筑面積，通過(guò)Bentley軟件，合理選擇塔吊規(guī)格與塔吊布置位置，避免塔吊布置不合理和選擇塔吊規(guī)格不符合要求等問(wèn)題的出現(xiàn)。本項(xiàng)目建筑結(jié)構(gòu)總高68.7m，根據(jù)塔吊選擇規(guī)范，故選用高度80m的塔吊，布置位置遠(yuǎn)離擬建建筑大于0.6m，塔吊手臂覆蓋于整個(gè)擬建建筑物上，避免二次搬運(yùn)（如圖3所示）。

圖3 塔吊布置圖

2.4 預(yù)制外墻吊裝模擬

將設(shè)計(jì)好的預(yù)制外墻模型導(dǎo)入到BIM-FILM軟件中或直接從構(gòu)件庫(kù)中選擇已有的預(yù)制外墻進(jìn)行預(yù)制外墻吊裝模擬，具體的施工步驟如下：

2.4.1 定位放線(xiàn)，預(yù)制墻板安裝控制定位放線(xiàn)，在樓面板上，根據(jù)定位軸線(xiàn)放出預(yù)制外墻定位邊線(xiàn)，并校核樓板預(yù)埋螺栓位置。

2.4.2 檢查構(gòu)件并確認(rèn)好編號(hào)，再施工前施工操作人員清理施工樓層地面，檢查連接鋼筋位置、長(zhǎng)度、垂直度和表面是否清理干凈；檢查墻板構(gòu)件編號(hào)及外觀(guān)質(zhì)量有無(wú)破損和裂縫；檢查墻板支撐規(guī)格型號(hào)和輔助材料是否做正確及完整。

2.4.3 做好吊裝前相關(guān)準(zhǔn)備工作，在預(yù)制外墻底部粘貼橡塑棉條，根據(jù)相關(guān)要求在樓板面已畫(huà)的墻板位置兩端部提前安放標(biāo)高調(diào)整墊片，安放高度為20mm，然后將外防護(hù)架組裝在預(yù)制板外頁(yè)板上；在內(nèi)頁(yè)墻板相應(yīng)位置彈出控制線(xiàn)50mm。

2.4.4 起吊預(yù)制外墻墻體，墻板構(gòu)件吊裝應(yīng)根據(jù)吊點(diǎn)設(shè)置位置在吊裝梁上采用合適的吊點(diǎn)。用吊裝連接件將鋼絲繩與墻板預(yù)埋件吊點(diǎn)連接；構(gòu)件起吊至距離地面約500mm處時(shí)靜停，檢查構(gòu)件狀態(tài)并確認(rèn)吊繩、吊具安裝連接無(wú)誤后方可繼續(xù)起吊，起吊要求緩慢勻速。

2.4.5 將預(yù)制外墻吊裝就位，構(gòu)件距離安裝面約1000mm時(shí)懸停，保持構(gòu)件靜止，2名施工人員手扶外墻緩速降落至安裝位置，當(dāng)構(gòu)件距離樓地面約300mm時(shí)，應(yīng)由施工人員輔助輕推構(gòu)件（如圖4所示），根據(jù)定位線(xiàn)初步定位，另外一名施工人員使用鏡子觀(guān)察樓地面預(yù)留插筋與構(gòu)件灌漿套筒應(yīng)逐根對(duì)準(zhǔn)，待插筋全部準(zhǔn)確插入套筒后緩慢降下構(gòu)件。墻板就位后，通過(guò)500mm標(biāo)高線(xiàn)檢查墻板標(biāo)高及水平度。

圖4 預(yù)制外墻吊裝

2.4.6 標(biāo)高滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求后施工人員應(yīng)及時(shí)安裝預(yù)制外墻板斜支撐。將支撐桿與墻板上預(yù)先安裝的連接件連接；墻板穩(wěn)固后，可摘除吊鉤。

2.4.7 調(diào)整斜支撐的長(zhǎng)度并仔細(xì)調(diào)整墻板的水平位置及垂直度。水平位置以樓板上彈出的墻板水平位置定位線(xiàn)為準(zhǔn)進(jìn)行檢查；垂直度通過(guò)靠尺進(jìn)行檢查。墻板位置精確調(diào)整后，緊固斜支撐連接，完成預(yù)制外墻吊裝。

2.5 疊合板吊裝模擬

將模型導(dǎo)入到軟件中，設(shè)置相關(guān)構(gòu)件自定義動(dòng)畫(huà)屬性，就可進(jìn)行疊合板施工模擬，疊合板施工步驟如下：

2.5.1 定位放線(xiàn)，確定支撐桿位置，獨(dú)立支撐應(yīng)距離疊合板端500mm處設(shè)置，作為施工階段疊合板端支座，分別安裝三腳架、獨(dú)支撐、支撐頭和橫梁，當(dāng)疊合板跨度不大于4.8m時(shí)，在跨內(nèi)設(shè)置一道支撐即可。

2.5.2 支撐桿通過(guò)三腳架提供側(cè)向支撐，立穩(wěn)后進(jìn)行立桿標(biāo)高抄平，根據(jù)疊合板標(biāo)高調(diào)節(jié)高度并彈豎向垂直定位線(xiàn)。

2.5.3 疊合板吊裝前，施工人員應(yīng)將支座基礎(chǔ)面及樓板面清理平凈，避免點(diǎn)支撐，檢查疊合板構(gòu)件外觀(guān)質(zhì)量有無(wú)裂痕和破損。

2.5.4 疊合板吊裝應(yīng)嚴(yán)格按照?qǐng)D紙要求順序依次吊裝并嚴(yán)格檢查編號(hào)，根據(jù)施工圖選擇合適的吊點(diǎn)，便于受力均勻。

2.5.5 在安裝吊具時(shí)，應(yīng)根據(jù)構(gòu)件形狀和重量選擇合適鋼絲繩及吊具，起吊前確認(rèn)吊具與吊釘掛點(diǎn)是否緊密連接。

2.5.6 吊裝過(guò)程中，在工作層高500mm處?kù)o停（如圖5所示），根據(jù)疊合板位置調(diào)整疊合板進(jìn)行定位，吊裝過(guò)程中，注意避免疊合板上的預(yù)留鋼筋與墻體鋼筋碰撞，參照墻頂控制線(xiàn)，引導(dǎo)疊合板緩慢降落至橫梁上。

圖5 疊合板吊裝圖

2.5.7 疊合板校正時(shí)，采用契形體塊調(diào)整，不得直接使用撬棍調(diào)整，檢查樓板兩端支撐于墻或梁上支撐長(zhǎng)度，以及相鄰疊合板拼縫寬度。

2.5.8 樓板鋪設(shè)完畢后，板的邊緣不應(yīng)出現(xiàn)高低不平的情況，也不應(yīng)該出現(xiàn)縫隙，無(wú)法避免的空隙應(yīng)做封堵處理，支撐桿可做適當(dāng)調(diào)整，使板的層面保持平整，不留縫隙。

2.5.9 確認(rèn)支撐受力均無(wú)松動(dòng)，樓面施工員向塔吊司機(jī)發(fā)出下勾指令，取出吊鉤。繼續(xù)本段其他疊合樓板安裝，洞口可用防止滑動(dòng)的蓋板進(jìn)行覆蓋。

2.5.10 樓板完裝施工完畢后，項(xiàng)目部質(zhì)檢員對(duì)樓面標(biāo)高，相鄰板面高差擱置長(zhǎng)度和拼縫嚴(yán)整度進(jìn)行全面檢查。

2.6 整戶(hù)型施工模擬

項(xiàng)目住宅樓整棟戶(hù)型施工步驟如下：

2.6.1 測(cè)量放線(xiàn)，依次進(jìn)行本段預(yù)制外墻吊裝，安裝調(diào)節(jié)斜支撐。

2.6.2 進(jìn)行本段預(yù)制內(nèi)墻吊裝（如圖6所示），安裝調(diào)節(jié)斜支撐，并做好塞縫罐漿。

圖6 整戶(hù)型施工動(dòng)畫(huà)

2.6.3 豎向結(jié)構(gòu)鋼筋綁扎固定，模板安裝并加固墻體，使用混凝土一次澆筑完成，混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，拆除墻體模板。

2.6.4 安裝疊合板獨(dú)立支撐，調(diào)節(jié)龍骨標(biāo)高至合適標(biāo)高，測(cè)量并彈出相應(yīng)周邊控制線(xiàn)，依次進(jìn)行疊合板吊裝作業(yè)。

2.6.5 安裝陽(yáng)臺(tái)板獨(dú)立支撐，調(diào)節(jié)龍骨標(biāo)高至合適標(biāo)高，測(cè)量并彈出相應(yīng)周邊控制線(xiàn)，依次進(jìn)行陽(yáng)臺(tái)板吊作業(yè)。

2.6.6 安裝空調(diào)板獨(dú)立支撐，調(diào)節(jié)龍骨標(biāo)高至合適標(biāo)高，測(cè)量并彈出相應(yīng)周邊控制線(xiàn)，依次進(jìn)行空調(diào)吊板作業(yè)。

2.6.7 水平構(gòu)件腳手架與模板支撐并固定，現(xiàn)澆板底部鋼筋綁扎，水電管線(xiàn)預(yù)埋安裝，板面鋼筋綁扎，混凝土澆筑。

2.6.8 放線(xiàn)，砂漿找平，樓梯吊裝，注漿固定，成品保護(hù)，然后依次完成其他樓層吊裝。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本文對(duì)裝配式建筑工程動(dòng)畫(huà)的模擬，可以得出以下結(jié)論：

可以預(yù)測(cè)本工程的施工安排是否平衡，整體的計(jì)劃、場(chǎng)所的配置是否合理、工程是否正確，并能及時(shí)優(yōu)化。

可以非常清楚地知道裝配式建筑的組裝構(gòu)成，避免二維圖紙的理解偏差，保證按計(jì)劃進(jìn)行。

碰撞檢測(cè)分析可以收集和修改傳統(tǒng)二維模式中難以感知的“錯(cuò)誤和缺陷”。

通過(guò)施工模擬，對(duì)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)或部位進(jìn)行事先彩排，提高勞動(dòng)者對(duì)施工環(huán)境和施工措施的熟悉度，提高施工效率。