砌體結構配電箱體及進出線管免剔鑿施工技術研究

張鑫全

(中鐵城建集團有限公司總承包分公司 湖南長沙 410208)

1 引言

建筑室內配電箱體及上下進出線管多且集中，大部分住宅、酒店、公寓、辦公場所等建筑，配電箱體處多為砌體結構[1]，進出配電箱體的線管及箱體位置多數項目仍按在墻體砌筑完成后進行開洞、開槽、剔鑿、配管、封堵、掛網抹灰的傳統施工方法[2]。此方法存在施工工序多、工期長，剔鑿砌體安箱配管不但影響砌體結構的整體穩定性[3]，且產生大量建筑垃圾，造成人工、材料浪費較大，線管集中處封堵不易密實，且穿線時易松動抹灰層或造成抹灰層開裂[4]，交工后投訴、維修較多等缺陷[5]。

為提升建筑產品質量，實現綠色建造，急需對一些傳統的施工工序、工藝方法進行改進、優化和創新，本文依托人工智能科技園安居工程項目，研究了一種砌體結構配電箱體及進出線管處墻體免剔鑿施工技術，此技術包含基于BIM的二次結構排磚技術、建筑固廢回收制造U型砌塊技術和U型砌塊裝配式施工技術；運用此技術，解決了傳統工藝的諸多缺陷，提升了工程質量，減少了施工工序，節省了施工工期，減少了建筑固廢的產生，實現綠色建造，獲得了較好的社會效益和經濟效益。

2 工程概況

人工智能科技園安居工程項目位于湖南省長沙市岳麓區，南臨長韶婁高速，東臨玉赤路，西臨智達路，總建筑面積317 998.43 m2，由18棟高層住宅、3棟商業樓、1棟幼兒園、2棟垃圾用房和1個整體地下室組成，共有2 300余戶居民、55間商鋪，所涉及室內配電箱體多，且均設置于砌體結構墻體中。

3 基于BIM的二次結構排磚技術

3.1 技術重難點

在傳統二次結構砌體施工中，管理較好的項目部采用CAD軟件繪制排磚圖[6]以指導施工，此方式存在二維圖紙不直觀，理解相對困難[7]，排磚需逐墻、逐磚排布，耗費時間長[8]等缺陷。管理不到位的項目部，墻體砌筑作業人員隨意排布、切割砌塊[9]，材料損耗大，產生的建筑垃圾多。應用BIM技術實現自動排磚，自動生成三維排磚模型，導出二維砌體排布圖，生成砌體材料需求表，指導現場采購和施工，是本技術重點解決內容。

3.2 關鍵技術

應用BIM技術對所需砌筑墻體進行建模，生成對應砌體排布圖，便于施工作業人員直觀了解墻體組砌方式、材料規格、尺寸和完成效果，同時，BIM系統自動導出砌體材料需求表。項目部根據非標砌塊規格尺寸、數量及工期要求，進行生產廠家定尺加工和現場人工集中加工方案比選，精確控制非標砌塊用量，減少材料浪費，節約施工成本，提高施工質量，縮短施工時間。

3.3 操作要點

(1)模型建立與集成:項目部根據施工圖紙和技術標準，應用Revit等軟件建立建筑、結構、機電等全專業BIM模型，各專業對模型進行漫游檢查、調整后集成至BIM系統(見圖1)，再次漫游、碰撞檢查，完善專業間的沖突與不合理性；技術人員直觀了解二次結構砌筑部位及與結構、機電的位置關系和布局。

圖1 各專業模型BIM系統集成效果

(2)二次結構深化設計:根據二次結構砌筑墻體部位及水暖電專業管線、管洞、箱體等位置，建立二次結構墻體深化模型圖。設置砌塊、構造柱、過梁、配電箱、灰縫、圈梁等詳細位置和參數，進行系統檢查、調整、生成三維墻體排布。通過三維模型，即可將砌體與構造柱、配電箱等位置、規格尺寸及組砌方式直觀展示(見圖2，墻體及配電箱體線管集中區域U型砌塊排布模型)。

圖2 墻體及兩種規格U型砌塊的BIM排磚模型

(3)材料需求表:結合優化后的模型，可自動生成砌體材料明細清單，包括不同類型材料的數量、規格和尺寸，為后續的材料采購、加工和施工提供依據(見表1，某道墻體砌體材料需求量)。

表1 砌體材料需求

(4)三維技術交底與施工圖紙導出:開展砌筑作業前，利用BIM技術進行三維可視化交底，直觀地展現施工工藝流程；對砌體模型進行進一步處理后，可導出磚體平面布置圖，作業人員根據砌體平面布置排磚圖進行施工作業，提高施工效率和工程質量。項目管理人員根據排磚圖紙驗收現場砌體施工質量(見圖3)。

圖3 兩種規格U型砌塊及砌體CAD排磚圖(單位:mm)

4 建筑固廢回收制造U型砌塊技術

4.1 技術重難點

U型砌塊人工制作工序多、效率低、人工和材料成本較高、成品質量參差不齊[10]。如何提高U型砌塊制作效率、提升質量、降低成本、綠色環保[11]，采用建筑固廢回收再利用、定型模具批量生產或機械制造是解決本技術的重難點。

4.2 關鍵技術

(1)配電箱體背部U型砌塊:根據配電箱尺寸，制作箱體等高、厚度為墻寬減去箱體厚度的U型砌塊，用于箱體背部。使用BIM技術建立配電箱體U型砌塊模型，根據模型制作或加工定制模具利用原生料或再生料制作成U型砌塊。

(2)配電箱上下進出線管區域U型砌塊:采用與墻體砌塊同寬等高或同機具模數高度、長度模數為其1/2的U型砌塊；使用BIM技術建立精細的U型砌塊模型，并根據模型定制U型砌塊模具和生產設備；利用建筑回收料再生技術，制作U型砌塊，經檢驗合格投入使用。

4.3 操作要點

(1)施工準備

配電箱體背部U型砌塊:根據配電箱箱體的尺寸大小及安裝位置，應用BIM技術建立U型砌塊模型并確定U型砌塊加工尺寸，如圖4所示。

圖4 U型砌塊模型及預制尺寸(單位:mm)

配電箱上下進出線管區域U型砌塊:根據砌體規格、排磚圖、線管數量、大小等設計U型砌塊，應用BIM技術建立線管集中區域U型砌塊模型(見圖5)，并根據模型定制U型砌塊模具和生產設備。

圖5 預埋線管區域U型砌塊(單位:mm)

(2)建筑固廢收集與分選

安排專人回收主體結構、二次結構加工和砌筑過程中產生的廢棄混凝土、磚塊邊角料及落地砂漿等廢料，統一運輸至回收利用點分類集中堆放。通過人工揀選、水選及泡洗等多工藝組合綜合分選，對建筑固廢中的有機雜物有效分離。

(3)U型砌塊制作

建筑固廢采用人工裝入錘式破碎機進行破碎，破碎后的原材料根據配合比事先設置的重量通過履帶傳送至攪拌機[12]，與水泥、水進行混合攪拌，攪拌均勻后的混合料通過履帶輸送至料斗，料斗內的混合料通過人工控制進行入模，入模后的原料通過振動、擠壓、振動成型、出模等一系列操作制成U型砌塊，通過養護強度達到20 MPa以上，并經試驗合格后方可使用(見圖6)。

圖6 U型砌塊預制設備與配電箱背部U型砌塊

5 U型砌塊裝配式施工技術

5.1 關鍵施工技術

根據設計圖紙，在砌體砌筑前將線管提前配置到位，應用紅外線水平儀確定箱體位置[13]。利用BIM排磚技術[14]，將配電箱體背部U型砌塊和線管區域U型砌塊隨砌體一次性施工完成。

5.2 施工操作要點

(1)安裝線管及箱體定位:根據設計圖紙，在砌體砌筑前，將線管配置到位；根據BIM排磚圖及規范要求，應用紅外線水平儀確定箱體位置。

(2)U型塊砌筑:在墻體砌筑前，應用BIM排磚圖對砌筑工人進行交底，砌筑過程巡視檢查，確保U型砌塊與墻體同時、正確組砌，如圖7所示。

圖7 兩種配電箱體及進出線管區域U型砌塊砌筑效果(單位:mm)

6 應用效果

人工智能安居工程項目于2020年6月至2021年5月應用砌體結構配電箱體及進出線管處墻體免剔鑿施工技術，通過配電箱體背部及上下端U型預制塊的使用，免去傳統安裝時墻體開洞、開槽及封堵施工工序，有效解決傳統施工工序質量缺陷，且節能環保、節約成本，獲得了較好的社會效益和經濟效益。

6.1 社會效益

采用砌體結構配電箱體及進出線管處墻體免剔鑿施工技術，無開洞、開槽粉塵產生，無施工噪聲，降低了砌體材料的損耗，減少建筑垃圾的產生[15]，保證了墻體質量，建筑固廢回收再利用技術，節約資源，實現綠色施工，符合綠色建造的發展理念。此項目多次迎接湖南省質監總站、長沙市質安站和地區市質安站及全省建筑企業觀摩，并獲得湖南省安全質量標準化示范觀摩工程。

6.2 經濟效益

運用砌體結構配電箱體及進出線管區域墻體免剔鑿施工技術，免去了后期墻體鑿洞、開槽、剔鑿及修補等步驟，節省了工序和材料，加快了施工進度，減少建筑固廢外運和資源化利用，降低了施工成本。節約費用約90萬元。

7 結束語

(1)利用BIM技術輔助砌體排布，建立合理準確的三維模型，能夠有效彌補二維平面圖紙不直觀、耗時長等缺陷，能夠提高砌體排布的直觀性和準確性，BIM系統自動準確計算砌體需求量，大幅縮減技術人員的工作量。運用BIM技術，提前規劃砌體材料進場時間和堆放場地，以免二次搬運，降低人工成本。

(2)相對于傳統的施工工序、工藝方法，建筑固廢回收制造U型砌塊技術實現了較大的改進、優化和創新，提高了工作效率，既節約了成品磚的采購成本，又節約了建筑固廢外運的費用，還將建筑固廢進行了資源化利用，做到了綠色、節能、環保。

(3)經過項目實施，U型砌塊裝配式施工技術避免了戶內配電箱箱體位置砌體切割、剔鑿或留洞二次封堵，進而規避了剔鑿墻體處封堵不易密實，抹灰層松動或開裂；配電箱墻體剔槽不均勻、安裝不方正或不牢固等問題。較好地解決了諸多傳統工藝的缺陷，提高了工程質量，減少了建筑固廢產生，節能環保、節約施工成本。同時，該技術無噪聲、無粉塵，減少對人體傷害，實現綠色文明施工。