有粘結(jié)豎向預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)BIM技術(shù)仿真分析

朱 勇

(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714000)

傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力施工工程設(shè)計主要借助二維CAD圖紙進行呈現(xiàn)，這種設(shè)計模式存在設(shè)計程序缺失、設(shè)計深化不達標(biāo)等問題，增加內(nèi)部結(jié)構(gòu)碰撞風(fēng)險；而BIM技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用可以很好地解決這一問題，通過利用該技術(shù)，開展有粘結(jié)豎向預(yù)應(yīng)力施工工作，不僅可以實現(xiàn)對圖紙會審程度的深化，還能有效地提高施工的可靠性、安全性和精確性。因此，在BIM技術(shù)的應(yīng)用背景下，如何科學(xué)地仿真有粘結(jié)豎向預(yù)應(yīng)力施工過程是施工人員必須思考和解決的問題。

1 工程概況

某市文化廣場工程概況：該工程總用地面積和總建筑面積分別為50、18.28萬m。該工程地下層數(shù)為2層，地上建筑結(jié)構(gòu)主要包含6棟主樓。這些主樓所建設(shè)的豎向核心筒區(qū)主要使用了預(yù)應(yīng)力型鋼結(jié)構(gòu)；同時，主樓9層所構(gòu)建的框架梁所使用的混凝土梁屬于有粘結(jié)豎向預(yù)應(yīng)力型結(jié)構(gòu)，此外，鋼筋樓板結(jié)構(gòu)在具體的設(shè)計中，綜合運用了預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)。同時，對于剪力墻而言，沿著縱向，其豎向預(yù)應(yīng)力可以劃分為以下2段，分別是無粘結(jié)豎向預(yù)應(yīng)力筋和有粘結(jié)豎向預(yù)應(yīng)力筋；其中，有粘結(jié)豎向預(yù)應(yīng)力筋是本文重點討論對象，對于有粘結(jié)豎向預(yù)應(yīng)力筋而言，每束預(yù)應(yīng)力筋至少包含7根，所采用的施工方法主要以穿法施工為主。

2 工作準(zhǔn)備

2.1 材料準(zhǔn)備

預(yù)應(yīng)力施工所用到的材料主要包含以下幾種：(1)鋼絞線。鋼絞線在實際選購期間，要優(yōu)先選用強度等級為1 965 MPa的預(yù)應(yīng)力鋼絞線；(2)固定端錨固系統(tǒng)。該系統(tǒng)在選購期間，要確保所選用的系統(tǒng)含有以下2種體系：一種是張拉端錨固體系，另一種是固定端錨固體系；(3)專用壓漿料。在選購專用壓漿料期間，要優(yōu)先選用孔道灌漿料，該漿料主要適用于有粘結(jié)豎向預(yù)應(yīng)力筋施工。

2.2 主要機械設(shè)備

在本次施工中，所用到的機械設(shè)備主要包含以下幾種：(1)油泵：型號為ZB4-500型，數(shù)量為6臺；(2)穿心式千斤頂設(shè)備：型號為YCQ-150型，數(shù)量為6臺；(3)灌漿機及附屬設(shè)備：型號為BW-200A，數(shù)量為2臺。

3 有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工工藝

為了確保BIM技術(shù)科學(xué)應(yīng)用于有粘結(jié)豎向預(yù)應(yīng)力施工中，提高和加快該工程預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量和施工進度，設(shè)計出如圖1所示的施工工藝流程。

圖1 有粘結(jié)豎向預(yù)應(yīng)力施工工藝流程Fig.1 Process flow of bonded verticalprestress construction

3.1 預(yù)應(yīng)力孔道鋪設(shè)

為了提高預(yù)應(yīng)力孔道鋪設(shè)操作的規(guī)范性和合理性，施工人員要利用BIM技術(shù)，完成對預(yù)應(yīng)力施工圖紙的設(shè)計；然后，嚴(yán)格按照施工圖紙所設(shè)計的尺寸，落實好以下幾個環(huán)節(jié)：(1)通過利用無縫鋼管，對有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋進行鉆孔設(shè)置，從而形成大小不同的預(yù)應(yīng)力孔道；同時，還要將7根有粘結(jié)能力的鋼絞線穿入到預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)，并使用波紋管對各個加腋區(qū)進行有效連接。(2)嚴(yán)格按照混凝土澆筑相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求 ，對基礎(chǔ)混凝土進行規(guī)范化澆筑；同時，還要將建筑物鋼管的長度設(shè)置為6 m，還要結(jié)合現(xiàn)場施工情況，為施工人員配置相應(yīng)的套絲機，然后，根據(jù)實際施工需求，對鋼管進行截斷加工處理。(3)在對預(yù)應(yīng)力管道進行正式鋪設(shè)之前，要做好對無縫鋼管、金屬波紋管質(zhì)量的檢查工作，確保2個管道質(zhì)量達標(biāo)；一旦發(fā)現(xiàn)某管道出現(xiàn)損壞現(xiàn)象，要在第一時間內(nèi)快速將其換掉。(4)按照所設(shè)置好的施工圖紙，將管道固定在合適位置，避免因管道固定位置不合理，導(dǎo)致鋼筋在綁扎期間出現(xiàn)偏移現(xiàn)象；同時，還要做好對鋼筋支架的安裝和固定。(5)為了提高混凝土澆筑操作水平，施工人員要采用分層施工的方式，對預(yù)應(yīng)力管道進行規(guī)范化安裝，還要對每段管道的端頭高度進行科學(xué)控制，確保其高度超過澆筑面的0.2 m；還要使用蓋子，對孔道封閉處理，避免因孔道被落入大量的石子、木塊等雜物而出現(xiàn)嚴(yán)重堵塞現(xiàn)象。此外，當(dāng)混凝土澆筑一層后，需要使用實心鐵球檢驗孔道是否出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象；如果出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，施工人員要在第一時間內(nèi)對其進行疏通處理。

3.2 埋件安裝

對于剪力墻而言，當(dāng)綁扎工作結(jié)束后，需要進入到管道安裝固定環(huán)節(jié)，以實現(xiàn)對埋件的科學(xué)安裝。還要根據(jù)施工圖紙，確定出合適的錨墊板安裝位置，同時，還要借助短鋼筋架，將非預(yù)應(yīng)力筋固定在合適的位置；還要采用螺旋調(diào)整的方式，確保錨墊板與墊板兩者之間處于緊貼狀態(tài)，以達到提高錨墊板局部承壓效果。在此基礎(chǔ)上，還要調(diào)整和設(shè)置各個預(yù)應(yīng)力管道之間的縫隙，并使用棉絲對其進行填實處理，避免在進行混凝土澆筑施工期間，波紋管內(nèi)被落入大量的水泥漿。

3.3 灌漿孔設(shè)置

常見的夾片群錨主要包含以下2部分組成：分別是預(yù)應(yīng)力筋張拉端和固定端。(1)這2個組成部分均自帶灌漿孔，無需對其進行重新設(shè)置，通過使用無縫鋼管，對其進行引出即可。(2)對于豎向管道而言，其上灌漿的最小間距和最大間距分別為20、60 m；豎向管道垂直距離為63 m，為確保灌漿操作的規(guī)范性和安全性，將備用灌漿孔設(shè)置在建筑物5～6層。該備用灌漿孔在實際設(shè)計期間，需要在上管道與下管道之間安裝相應(yīng)的三通設(shè)備，并沿著水平方向，使用金屬管，引出灌漿；同時，還要做好對上閥門的安裝和固定。(3)灌漿孔除了可以用于排氣孔外，還能用于泌水孔。(4)所使用的灌漿設(shè)備主要以BW-200A型灌漿泵為主。

3.4 預(yù)應(yīng)力穿筋

待頂層結(jié)平澆筑完成后，可進行有粘結(jié)鋼絞線穿束工作。參考國內(nèi)相關(guān)電視塔豎向預(yù)應(yīng)力筋穿束經(jīng)驗，本工程采取自上而下，單根穿束。在地面將成盤鋼絞線開盤后下料，確保鋼絞線能夠完全伸直，在穿束時不發(fā)生旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象；然后再卷成盤吊至頂層。

4 施工中遇到的關(guān)鍵問題

該工程在實際施工期間，通常會遇到以下關(guān)鍵性問題：(1)要根據(jù)所設(shè)置好的預(yù)應(yīng)力筋位置，并對該鋼筋進行科學(xué)調(diào)整和設(shè)置，確保預(yù)應(yīng)力孔道位置確定的科學(xué)性和合理性。(2)在正式進入施工前，利用BIM技術(shù)，對施工圖紙科學(xué)設(shè)計，為施工工作有效開展提供相應(yīng)的參考依據(jù)。(3)普通鋼筋布局密集，通常會出現(xiàn)碰撞現(xiàn)象，因此，施工人員在發(fā)生碰撞的部位，將普通鋼筋進行截斷處理，確保預(yù)應(yīng)力孔道能夠過渡得更加平緩。(4)將預(yù)應(yīng)力束綁扎安排在鋼管孔道安裝工作完成后，同時，在對預(yù)應(yīng)力束進行綁扎期間，禁止隨意改變預(yù)應(yīng)力筋的位置。

5 BIM技術(shù)仿真應(yīng)用

BIM技術(shù)作為一種常用的建筑信息模型，充分利用了虛擬化現(xiàn)實技術(shù)，將工程項目的施工方、設(shè)計方、監(jiān)理方等集合到統(tǒng)一的平臺，該平臺屬于三維可視化平臺。通過利用該平臺，不僅可以實現(xiàn)信息的快速傳輸、共享和分析，還能將信息模型應(yīng)用始終貫穿于整個施工周期中。在BIM技術(shù)的應(yīng)用背景下，預(yù)應(yīng)力施工波紋管碰撞和普通鋼筋碰撞問題解決流程如圖2所示。

圖2 預(yù)應(yīng)力施工波紋管碰撞和普通鋼筋碰撞問題解決流程Fig.2 Process of solving the problem of collision ofprestressed construction bellows and collision of ordinary steel bars

5.1 建模階段

按照所設(shè)置好的設(shè)計圖紙，通過利用和發(fā)揮BIM技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢 ，開展三維建模工作，從而實現(xiàn)對鋼骨架、普通鋼筋的構(gòu)建。此外，采用立體分析法，對預(yù)埋件進行全面化分析，從而實現(xiàn)對預(yù)埋件的精確化、高效化定位和追蹤，在此基礎(chǔ)上，還要確定出預(yù)埋件安裝位置，并對預(yù)埋件的穩(wěn)定狀態(tài)進行全面化分析。另外，還要采用碰撞分析的方式 ，向碰撞檢查工具內(nèi)導(dǎo)入相應(yīng)的模型，然后，對各個構(gòu)件進行全面化檢查，檢查各個構(gòu)件之間是否出現(xiàn)碰撞現(xiàn)象。此外，還要結(jié)合最終分析結(jié)果，對預(yù)埋件布置流程進行不斷地優(yōu)化和完善，并采用現(xiàn)場指導(dǎo)的方式，對無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋進行規(guī)范化管束處理。一旦發(fā)現(xiàn)鋼骨架與預(yù)應(yīng)力管束兩者位置出現(xiàn)沖突問題時，要科學(xué)地調(diào)整和控制 預(yù)應(yīng)力管束位置。在此基礎(chǔ)上，還要對型鋼立柱進行開孔處理，使得整個混凝土表現(xiàn)出較高的流通性；同時，還要將混凝土流通孔設(shè)置在型鋼立柱腹板上，并將其直徑設(shè)置為90 mm。在建模階段，所使用BIM技術(shù)主要利用了Revit軟件，然后，參考施工設(shè)計圖上的相關(guān)參數(shù)，完成對三維模型的構(gòu)建。根據(jù)預(yù)應(yīng)力波紋管的碰撞問題以及普通鋼筋的碰撞問題，構(gòu)建出如圖3、圖4所示的預(yù)應(yīng)力波紋管結(jié)構(gòu)模型和普通鋼筋結(jié)構(gòu)模型。

圖3 預(yù)應(yīng)力波紋管結(jié)構(gòu)模型Fig.3 Structural model of prestressed bellows

圖4 普通鋼筋結(jié)構(gòu)模型Fig.4 Common steel structure model

5.2 模擬施工過程

為滿足自密實混凝土溫度控制及模板穩(wěn)定性要求，通過利用BIM技術(shù) ，對有粘結(jié)豎向預(yù)應(yīng)力施工過程進行模擬，劃分施工段,優(yōu)化施工方案。只有這樣，才能最大限度地提高工程整體施工質(zhì)量和效率。

5.3 碰撞檢查階段

當(dāng)施工過程模擬結(jié)束后，需要向Navisworks軟件內(nèi)直接導(dǎo)入相應(yīng)的文件，然后，對其碰撞問題進行檢查。同時，還要利用Navisworks軟件對所構(gòu)建好的模型進行轉(zhuǎn)換處理，并借助數(shù)據(jù)接口，對所讀取的模型數(shù)據(jù)進行拓展，之后，對碰撞過程進行模擬和檢查。預(yù)應(yīng)力施工所遇到的碰撞問題主要包含以下4種類型：(1)硬碰撞。硬碰撞主要是指2個不同的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)部分零件交叉現(xiàn)象；(2)軟碰撞。軟碰撞主要是指2個不同的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)彼此交叉現(xiàn)象，但是，其交叉范圍比較低，僅僅恰好處于所設(shè)定好的碰撞范圍內(nèi)；(3)間隙碰撞。間隙碰撞主要是指2個不同結(jié)構(gòu)在沒有出現(xiàn)重合現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，其相互之間的距離遠遠低于所設(shè)定好的允許值，由于不符合預(yù)定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)而被視為碰撞的一種現(xiàn)象；(4)重復(fù)碰撞。重復(fù)碰撞主要是指2個不同結(jié)構(gòu)在所構(gòu)建好的掃尾空間系內(nèi)出現(xiàn)完全重合現(xiàn)象。預(yù)應(yīng)力波紋管和普通鋼筋所遇到的碰撞問題主要集中硬碰撞、軟碰撞、間隙碰撞3大類，現(xiàn)針對以上3類碰撞特點，其檢查數(shù)量呈現(xiàn)出不斷上升的趨勢。對于普通鋼筋模塊而言，碰撞公差通常被設(shè)置為0.01 m，然后，對普通鋼筋所對應(yīng)的 運行狀態(tài)進行全方位檢測和分析。

5.4 生成碰撞報告

當(dāng)碰撞檢查操作結(jié)束后，Navisworks軟件會自動生成相應(yīng)的碰撞報告，報告內(nèi)容呈現(xiàn)方式主要以表格形式為主。該報告將所有碰撞點全部羅列出來，硬碰撞、軟碰撞、間隙碰撞數(shù)量分別為24處、1 887處、2 399處。普通鋼筋不同，所對應(yīng)的碰撞位置和碰撞程度也存在一定的差異 ，因此，設(shè)計人員要根據(jù)這一特點，科學(xué)調(diào)整和控制以下2種參數(shù)：一種是 預(yù)應(yīng)力波紋管的坐標(biāo)；另一種是普通鋼筋位置。對有粘結(jié)豎向預(yù)應(yīng)力施工圖進行重新設(shè)計和優(yōu)化，確保碰撞數(shù)量降到最低，為后期現(xiàn)場施工工作的有效開展打下堅實的基礎(chǔ) 。

5.5 三維可視化技術(shù)交底

采用三維可視化技術(shù)交底,使施工人員更加直觀清楚地掌握施工要點,確保施工質(zhì)量和進度。

6 結(jié)語

通過將BIM技術(shù)科學(xué)應(yīng)用于有粘結(jié)豎向預(yù)應(yīng)力施工，不僅可以實現(xiàn)對預(yù)應(yīng)力施工過程的真實化仿真與模擬，還能提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計圖紙出現(xiàn)的異常問題，并在施工之前，全面地分析和處理這些圖紙問題，避免對后期頻繁變更圖紙，延誤施工工期，為最大限度地提高有粘接豎向預(yù)應(yīng)力的施工質(zhì)量和施工進度提供重要的技術(shù)支持。此外，通過利用BIM技術(shù)，可以將直觀、形象地呈現(xiàn)施工中存在的問題，便于施工方與設(shè)計方進行有效地對接和溝通，為保證施工工作的開展，縮短施工成本打下堅實的基礎(chǔ)。由此可見，BIM技術(shù)具有非常高的應(yīng)用價值和應(yīng)用前景，值得進一步推廣和應(yīng)用。