BIM在曲面現(xiàn)澆鋼筋混凝土屋面中的應(yīng)用

薛瑞凱 徐崗 袁果 高德鑫 余苗

【摘要】文章介紹成都天府國際機(jī)場(chǎng)國航基地工程（生產(chǎn)輔助設(shè)施一期）項(xiàng)目食堂為曲面屋面，采用 BIM技術(shù)精準(zhǔn)建模，基于 BIM三維定位功能選擇部分關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的固定點(diǎn)位，利用軟件確定坐標(biāo)及標(biāo)高，使用 GPs 及全站儀、水準(zhǔn)儀根據(jù)從 BIM上導(dǎo)出的數(shù)據(jù)定位，搭設(shè)支模架，加固模板，澆筑混凝土，壓面收光后拆模養(yǎng)護(hù)，保證曲面屋面的結(jié)構(gòu)質(zhì)量符合要求，取得較好的外觀效果。對(duì)比傳統(tǒng)定位放線施工，曲面成型效果好。

【關(guān)鍵詞】 BIM建模;曲面屋面;三維定位;成型養(yǎng)護(hù)

【中圖分類號(hào)】 TU755【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】 A

1工程概況

成都天府國際機(jī)場(chǎng)國航基地工程（生產(chǎn)輔助設(shè)施一期）項(xiàng)目位于成都市東南方向簡(jiǎn)陽市蘆葭鎮(zhèn)，分為保障區(qū)、地服區(qū)和機(jī)務(wù)區(qū)3個(gè)組成部分。保障區(qū)與地服區(qū)為生產(chǎn)輔助設(shè)施地塊，位于東西聯(lián)絡(luò)干道的南區(qū)和北區(qū)，用地都較為方正：機(jī)務(wù)區(qū)為國航機(jī)務(wù)維修地塊，緊鄰地服區(qū)南側(cè)，北臨為東西聯(lián)絡(luò)干道。一期項(xiàng)目包括辦公樓、公寓樓、多功能活動(dòng)中心及食堂，其中食堂屋面為種植屋面，造型由異形曲面屋面與平屋面組成，曲面屋面共分為4個(gè)區(qū)域，呈東西向?qū)ΨQ分布，南北兩側(cè)曲面屋面弧線及曲率相同，僅板面布置略有不同。單個(gè)曲面屋面由正反兩個(gè)弧形組成，標(biāo)高由地下室頂板標(biāo)高-0.05 m曲面延伸至屋面層標(biāo)高10.75 m，途經(jīng)食堂2層梁板及2層夾層結(jié)構(gòu)，每個(gè)坡屋面長約32 m，寬約6m。食堂屋面為曲面種植屋面，要求外觀成型效果好。將曲面分解為若干控制線再分解為若干控制點(diǎn)，通過 BIM采集控制點(diǎn)數(shù)據(jù)信息，精準(zhǔn)定位，搭設(shè)支模架，澆筑混凝土，確保異形曲面造型。

2 BlM技術(shù)應(yīng)用

2.1施工前準(zhǔn)備

項(xiàng)目施工前，項(xiàng)目部成立 BIM工作小組，組織項(xiàng)目工程技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn)學(xué)習(xí)，配備了必要的軟硬件，只定了 BIM 工作實(shí)施計(jì)劃及工作任務(wù)分工。BIM軟件涉及 Revit2018、廣聯(lián)達(dá) BIM場(chǎng)布、Fuzor、Tekla等軟件，能夠滿足工作需求。

由于食堂雙曲面屋面的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，項(xiàng)目采用軟件中曲線放樣的方式完成混凝土結(jié)構(gòu)曲面模型構(gòu)建，期間利用 Revit 軟件復(fù)核標(biāo)高及曲率，在模型的基礎(chǔ)上確定分區(qū)，隨后分析架體搭設(shè)模型的可行性，再根據(jù)選擇方案確定模板支設(shè)方案，架體、模板、混凝土均以分區(qū)確定施工順序。架體搭設(shè)前深化設(shè)計(jì)架體排布，以達(dá)到最佳曲率，模擬架體排布確定方案的可操作性，模板支設(shè)時(shí)分區(qū)完成斜面支設(shè)，減小弧線誤差，最后通過細(xì)致收面達(dá)到曲面效果，最后完善曲面擋土措施滿足種植屋面覆土的要求，保證屋面施工質(zhì)量。

2.2建模

屋面建模前先分析結(jié)構(gòu)與建筑設(shè)計(jì)圖，形成基本的空間思維，掌握屋面節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，合理安排施工過程。屋面建模需基于食堂整體結(jié)構(gòu)及造型，導(dǎo)入 CAD圖紙后，依次構(gòu)建每層的柱、梁、板結(jié)構(gòu)，在完成屋面以下結(jié)構(gòu)后，重點(diǎn)在導(dǎo)入屋面相應(yīng)截面的剖面圖創(chuàng)建拉伸屋面，屋面梁構(gòu)建時(shí)以最低處作為梁頂標(biāo)高，再根據(jù)拉伸屋面中選取直線的功能[6]，創(chuàng)建與原圖等弧的曲線，直接避免了因曲率差別導(dǎo)致的誤差（圖1）。

模型的創(chuàng)建不僅要求各構(gòu)件的精準(zhǔn)，還需要通過基準(zhǔn)坐標(biāo)調(diào)整模型坐標(biāo)，使得 AB坐標(biāo)一一對(duì)應(yīng)匹配到建設(shè)方下發(fā)的總圖坐標(biāo)，并復(fù)核確保無誤（圖2）。施工的工藝流程：BIM 建?！娼Y(jié)構(gòu)分區(qū)—架體搭設(shè)—模板支設(shè)—鋼筋綁扎—混凝土澆筑—收面—養(yǎng)護(hù)—拆模。

2.3曲面分區(qū)

若使用傳統(tǒng)施工方式，異形構(gòu)件的位置及標(biāo)高采集較為困難。為此，決定采用由點(diǎn)及線再到面的方式選擇控制點(diǎn)位。曲面分區(qū)目的是在整體模型的基礎(chǔ)上，將小區(qū)域曲面細(xì)化[2]，提高放線精準(zhǔn)度。曲面混凝土分區(qū)定位、分區(qū)澆筑，避免了過高混凝土澆筑面導(dǎo)致的不安全性。自下而上曲面分段澆筑，降低每次澆筑工作面，避免過高的曲面工作面導(dǎo)致工人沒有著力點(diǎn)造成的安全事故（圖3）。

為便于放線定位、提高弧度精確度、模板施工，但不影響施工進(jìn)度，在每2道次梁之間分區(qū)，以次梁間間距中點(diǎn)劃分為2個(gè)區(qū)段。即曲面現(xiàn)澆屋面在2道次梁間劃分2個(gè)區(qū)段，分區(qū)區(qū)段范圍內(nèi)弧形底面直板支設(shè)。

2.4分區(qū)定位

不論任何情況，涉及到弧線也就意味著測(cè)量放線精準(zhǔn)度較難把控，創(chuàng)建模型的意義就在于減小測(cè)量放線的誤差，利用 Revit軟件精準(zhǔn)定位任何點(diǎn)位的坐標(biāo)及標(biāo)高，不僅可以用來放線定位，還可以在澆筑及養(yǎng)護(hù)混凝土過程中提高混凝土成型效果（圖4）。

分區(qū)之后將細(xì)化的曲面現(xiàn)澆屋面各點(diǎn)位定位，使用 Re- vit工具在 BIM結(jié)構(gòu)模型分區(qū)交接位置點(diǎn)，即次梁及中間位置標(biāo)注出坡面高程點(diǎn)標(biāo)高及坐標(biāo)，命名點(diǎn)位編號(hào)（坐標(biāo) x、坐標(biāo) y、標(biāo)高 h）[1]，標(biāo)注匯總投影點(diǎn)的數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，將點(diǎn)位編號(hào)數(shù)據(jù)編入 GPs 定位儀，確定點(diǎn)位。

后續(xù)工序根據(jù)點(diǎn)位數(shù)據(jù)調(diào)整，綁扎鋼筋后再次復(fù)核。

2.5架體及模板支設(shè)

根據(jù)分區(qū)及采集坐標(biāo)點(diǎn)使用 GPs 坐標(biāo)儀確定點(diǎn)位，根據(jù)點(diǎn)位在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)底板上畫出網(wǎng)格控制線，準(zhǔn)確找到梁板柱節(jié)點(diǎn)及曲率變化位置，在交叉點(diǎn)搭設(shè)支模架，搭設(shè)高度根據(jù)采集點(diǎn)的標(biāo)高減去板厚、木枋厚、模板厚、頂托長調(diào)整，根據(jù)分區(qū)定立桿縱向位置，橫向間距1.0 m，步距1.5 m。木枋垂直于斜率方向，在鋼管支撐架上滿鋪墊底，同時(shí)木枋切割出坡度，滿足曲率要求[3]（圖5）。

搭設(shè)立桿后，根據(jù) BIM結(jié)構(gòu)模型中得到的點(diǎn)位編號(hào)（坐標(biāo) x、坐標(biāo) y、標(biāo)高 h），模板頂標(biāo)高為標(biāo)高 h 減板厚，保證各分區(qū)曲面結(jié)構(gòu)的外觀效果。

鋼筋上綁扎與屋面相同強(qiáng)度的混凝土墊塊以保證混凝土保護(hù)層厚度。模板選擇整塊新模板，涂刷脫模劑，拼縫位置外側(cè)貼雙面膠封閉，模板短邊沿弧線方向鋪設(shè)。模板支設(shè)時(shí)在次梁位置分區(qū)，分區(qū)線處調(diào)整坡屋面曲面效果。木枋采用切割找坡，為形成曲面效果模板之間會(huì)產(chǎn)生縫隙，對(duì)于這些縫隙，采用零散木枋貼雙面膠封堵避免漏漿（圖6）。

根據(jù)曲面屋面的曲率半徑，在結(jié)構(gòu)模型中隨機(jī)選擇部分點(diǎn)位，得到坐標(biāo)及標(biāo)高，同時(shí)用全站儀復(fù)核點(diǎn)位及標(biāo)高復(fù)核調(diào)整模板坡度，以保證混凝土澆筑效果符合要求。模板控制偏差見表1。

2.6鋼筋綁扎及混凝土澆筑

板面鋼筋雙向 C10@200，板厚130 mm，種植屋面有防水涂料與防水卷材兩層防水，取環(huán)境類別為一級(jí)，混凝土保護(hù)層15 mm，鋼筋綁扎過程中，時(shí)刻注意控制鋼筋間距與保護(hù)層厚度，馬凳筋設(shè)置為工字，菱形分布間距1.0 m，高度固定，焊接在底筋上。

因場(chǎng)地限制混凝土澆筑使用柴油泵，布料機(jī)架設(shè)在每層夾層板位置，覆蓋面積滿足整個(gè)曲面屋面結(jié)構(gòu)。從屋面正負(fù)零開始澆筑，按照分區(qū)逐層澆筑，既保證安全又保證混凝土澆筑質(zhì)量。每一個(gè)分區(qū)澆筑完成后，再進(jìn)行下一個(gè)分區(qū)混凝土澆筑，并充分振搗，以保證整體混凝土質(zhì)量。

屋面曲率和混凝土的流動(dòng)性極有可能導(dǎo)致支模架和模板的變形、混凝土屋面平整度和曲率不達(dá)標(biāo)，為此需在布料機(jī)架設(shè)完成后組織復(fù)查架體及模板標(biāo)高，同時(shí)混凝土澆筑過程均勻?qū)ΨQ，以此保證架體受壓均衡。澆筑時(shí)采用10 mmx 10 mm孔目的鋼絲網(wǎng)分區(qū)攔截，分塊澆筑。

澆筑過程中，全程旁站監(jiān)督，并根據(jù)需要及時(shí)復(fù)核點(diǎn)位標(biāo)高，根據(jù)統(tǒng)計(jì)出的三維數(shù)據(jù)調(diào)整混凝土澆筑高度，控制曲面收光及最終成型效果。澆筑屋面時(shí)，使用小型振動(dòng)棒按序插振，防止漏振;振搗宜自下向上進(jìn)行，且不宜過快過久，一般應(yīng)振搗2～3遍，多點(diǎn)快振[5]。

2.7養(yǎng)護(hù)

坡屋面蓄水能力差，養(yǎng)護(hù)時(shí)使用一體化噴霧系統(tǒng)沿屋面次梁布置管線，通水養(yǎng)護(hù)，防止水分蒸發(fā)過快致使混凝土面層出現(xiàn)裂縫，在屋面混凝土表面采用覆蓋保鮮膜，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為14天。

當(dāng)混凝土達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后，即可拆除模板。拆模板時(shí)，需按方案規(guī)定的步驟進(jìn)行，不能隨意施工，特別需注意對(duì)混凝土表面的成品保護(hù)，嚴(yán)禁使用撬棍用力撬除模板。清理模板垃圾并涂刷隔離劑，清理模板時(shí)避免損壞表面。

2.8覆土

由于食堂屋面建筑做法為種植屋面，需覆土300 mm高，特使用440 x4 mm角鋼，焊接250 mm高，8mm厚鋼板作為擋土板。屋面上擋土板平面間距按每2道軸線之間5道為準(zhǔn)，每個(gè)弧形屋面上共設(shè)置14道擋土板，每2道擋土板中間用角鋼焊接拉結(jié)分散荷載[4]。

覆土?xí)r使用汽車吊吊裝運(yùn)土，人工翻土找坡，同時(shí)用全站儀監(jiān)測(cè)控制誤差范圍。

3經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

模型的創(chuàng)建務(wù)必精準(zhǔn)，對(duì)結(jié)構(gòu)圖平面和節(jié)點(diǎn)剖面圖理解透徹，凡是發(fā)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)沖突及時(shí)解決。成功繪制結(jié)構(gòu)信息模型后，安排針對(duì)性技術(shù)交底，三維圖像更加生動(dòng)形象，便于施工現(xiàn)場(chǎng)工人與管理人員塑造立體造型感，在施工過程中支模架搭設(shè)、混凝土澆筑過程把握誤差與精度，及時(shí)更正偏差。

放線定位是曲面屋面施工最重要的一環(huán)，是曲面能否成功的基石。GPs 放線定位有一定誤差，建議在放線過程中多次復(fù)核點(diǎn)位坐標(biāo)及高程，重要的框架柱與框架梁等節(jié)點(diǎn)使用全站儀復(fù)核以消除 GPs 定位造成的誤差。

支模架搭設(shè)過程木枋的使用是模板能否形成曲面的因素，木枋要提前根據(jù)要求切割，在每道次梁連接的弧線范圍內(nèi)取立桿方向加垂直于屋面方向2個(gè)支撐點(diǎn)，每個(gè)支撐點(diǎn)位置鋪設(shè)平行于次梁的木枋，通過頂托與木枋調(diào)整標(biāo)高與弧度。澆筑過程中混凝土輸送泵泵管不得直接擱置在模板上，必須另搭設(shè)固定支架;也不允許將泵管支架與模板支架合用。以防混凝土輸送時(shí)，泵管的振動(dòng)破壞模板及支撐的剛度及穩(wěn)定性，造成模板幾何尺寸不準(zhǔn)確。

所有接縫處粘海綿條，拆下的模板輕輕吊離墻體，如發(fā)現(xiàn)邊角損壞，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)膠修理。

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