裝配式建筑施工模擬與工程應(yīng)用*

游長城 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使用通用模具加工后，使用特定的運輸車運送到施工現(xiàn)場，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度，縮短施工時間，提高施工人員的工作效率，減少建筑工程的整個周期的成本，更重要的是它還具有防止灰塵污染、減少施工過程噪音污染的優(yōu)點[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程中，有很多事前制作的預(yù)制構(gòu)件被運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，為了避免在施工現(xiàn)場發(fā)生沖突、碰撞、混亂，提高施工效率，減少項目成本，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)件進行施工動畫模擬及安裝施工流程的預(yù)演，即可以提前預(yù)知工程進度安排的合理性；也能讓安裝和施工管理人員直觀形象地獲知裝配式建筑的安裝過程，提高施工效率；還能進行碰撞檢測分析，及時糾正“錯漏碰缺”。

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)用于場地布置和塔吊布置，在做平臺的同時開發(fā)專業(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、3D動畫編輯技術(shù)和游戲級引擎技術(shù)。這款軟件比較突出的功能是它支持自定義動畫、實時渲染輸出，使系統(tǒng)更具專業(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，運用Bentley軟件對其進行施工場地布置和塔吊布置；運用BIM-FILM軟件對其進行預(yù)制外墻吊裝、疊合板吊裝和整戶型施工模擬。

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)項目住宅樓，位于北京市房山區(qū)長陽鎮(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（標準層如圖1所示）采用預(yù)制構(gòu)件，頂層為現(xiàn)澆，結(jié)構(gòu)類型為裝配式整體剪力墻結(jié)構(gòu)。設(shè)計使用年限為50年、抗震設(shè)防烈度為8度，建筑耐火等級為一級。

圖1 建筑標準層平面圖

2.2 施工場地布置

運用Bentley進行施工場地布置，可以生動形象地展現(xiàn)出施工現(xiàn)場的材料、工具及器具的布置情況和布置場地是否合理，對于施工現(xiàn)場管理具有較大的參考價值。本項目施工場地設(shè)有三處門，每道門都設(shè)有自動清洗設(shè)備和人臉識別設(shè)備，大門設(shè)置在擬建建筑西面，辦公樓緊靠大門布置，擬建建筑周圍有兩棟相似建筑，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，將模板，鋼筋，腳手板，預(yù)制構(gòu)件和加工機械等合理布置在塔吊可視及吊裝范圍內(nèi)，避免了二次搬運等問題，運動場可供工人休閑娛樂和安全教育使用；擬建建筑南面空地布有砂、骨料、水泥堆場和現(xiàn)澆混凝土攪拌站，停放施工車輛；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；擬建建筑周圍布置合理，符合施工環(huán)境場地布置規(guī)范（如圖2所示）。

圖2 施工場地布置平面圖

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)格不符合要求等問題的出現(xiàn)。本項目建筑結(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，布置位置遠離擬建建筑大于0.6m，塔吊手臂覆蓋于整個擬建建筑物上，避免二次搬運（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)件庫中選擇已有的預(yù)制外墻進行預(yù)制外墻吊裝模擬，具體的施工步驟如下：

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

2.4.2 檢查構(gòu)件并確認好編號，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、長度、垂直度和表面是否清理干凈；檢查墻板構(gòu)件編號及外觀質(zhì)量有無破損和裂縫；檢查墻板支撐規(guī)格型號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)要求在樓板面已畫的墻板位置兩端部提前安放標高調(diào)整墊片，安放高度為20mm，然后將外防護架組裝在預(yù)制板外頁板上；在內(nèi)頁墻板相應(yīng)位置彈出控制線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)吊點設(shè)置位置在吊裝梁上采用合適的吊點。用吊裝連接件將鋼絲繩與墻板預(yù)埋件吊點連接；構(gòu)件起吊至距離地面約500mm處時靜停，檢查構(gòu)件狀態(tài)并確認吊繩、吊具安裝連接無誤后方可繼續(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，應(yīng)由施工人員輔助輕推構(gòu)件（如圖4所示），根據(jù)定位線初步定位，另外一名施工人員使用鏡子觀察樓地面預(yù)留插筋與構(gòu)件灌漿套筒應(yīng)逐根對準，待插筋全部準確插入套筒后緩慢降下構(gòu)件。墻板就位后，通過500mm標高線檢查墻板標高及水平度。

圖4 預(yù)制外墻吊裝

2.4.6 標高滿足設(shè)計要求后施工人員應(yīng)及時安裝預(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)整斜支撐的長度并仔細調(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為準進行檢查；垂直度通過靠尺進行檢查。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)件自定義動畫屬性，就可進行疊合板施工模擬，疊合板施工步驟如下：

2.5.1 定位放線，確定支撐桿位置，獨立支撐應(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、獨支撐、支撐頭和橫梁，當(dāng)疊合板跨度不大于4.8m時，在跨內(nèi)設(shè)置一道支撐即可。

2.5.2 支撐桿通過三腳架提供側(cè)向支撐，立穩(wěn)后進行立桿標高抄平，根據(jù)疊合板標高調(diào)節(jié)高度并彈豎向垂直定位線。

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，避免點支撐，檢查疊合板構(gòu)件外觀質(zhì)量有無裂痕和破損。

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

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

2.5.6 吊裝過程中，在工作層高500mm處靜停（如圖5所示），根據(jù)疊合板位置調(diào)整疊合板進行定位，吊裝過程中，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，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，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 確認支撐受力均無松動，樓面施工員向塔吊司機發(fā)出下勾指令，取出吊鉤。繼續(xù)本段其他疊合樓板安裝，洞口可用防止滑動的蓋板進行覆蓋。

2.5.10 樓板完裝施工完畢后，項目部質(zhì)檢員對樓面標高，相鄰板面高差擱置長度和拼縫嚴整度進行全面檢查。

2.6 整戶型施工模擬

項目住宅樓整棟戶型施工步驟如下：

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

2.6.2 進行本段預(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 整戶型施工動畫

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，混凝土達到一定強度后，拆除墻體模板。

2.6.4 安裝疊合板獨立支撐，調(diào)節(jié)龍骨標高至合適標高，測量并彈出相應(yīng)周邊控制線，依次進行疊合板吊裝作業(yè)。

2.6.5 安裝陽臺板獨立支撐，調(diào)節(jié)龍骨標高至合適標高，測量并彈出相應(yīng)周邊控制線，依次進行陽臺板吊作業(yè)。

2.6.6 安裝空調(diào)板獨立支撐，調(diào)節(jié)龍骨標高至合適標高，測量并彈出相應(yīng)周邊控制線，依次進行空調(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，水電管線預(yù)埋安裝，板面鋼筋綁扎，混凝土澆筑。

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

3 結(jié)束語

通過本文對裝配式建筑工程動畫的模擬，可以得出以下結(jié)論：

可以預(yù)測本工程的施工安排是否平衡，整體的計劃、場所的配置是否合理、工程是否正確，并能及時優(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，保證按計劃進行。

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

通過施工模擬，對復(fù)雜節(jié)點或部位進行事先彩排，提高勞動者對施工環(huán)境和施工措施的熟悉度，提高施工效率。