BIM在曲面現澆鋼筋混凝土屋面中的應用

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場國航基地工程（生產輔助設施一期）項目食堂為曲面屋面，采用 BIM技術精準建模，基于 BIM三維定位功能選擇部分關鍵節點的固定點位，利用軟件確定坐標及標高，使用 GPs 及全站儀、水準儀根據從 BIM上導出的數據定位，搭設支模架，加固模板，澆筑混凝土，壓面收光后拆模養護，保證曲面屋面的結構質量符合要求，取得較好的外觀效果。對比傳統定位放線施工，曲面成型效果好。

【關鍵詞】 BIM建模;曲面屋面;三維定位;成型養護

【中圖分類號】 TU755【文獻標志碼】 A

1工程概況

成都天府國際機場國航基地工程（生產輔助設施一期）項目位于成都市東南方向簡陽市蘆葭鎮，分為保障區、地服區和機務區3個組成部分。保障區與地服區為生產輔助設施地塊，位于東西聯絡干道的南區和北區，用地都較為方正：機務區為國航機務維修地塊，緊鄰地服區南側，北臨為東西聯絡干道。一期項目包括辦公樓、公寓樓、多功能活動中心及食堂，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個區域，呈東西向對稱分布，南北兩側曲面屋面弧線及曲率相同，僅板面布置略有不同。單個曲面屋面由正反兩個弧形組成，標高由地下室頂板標高-0.05 m曲面延伸至屋面層標高10.75 m，途經食堂2層梁板及2層夾層結構，每個坡屋面長約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，通過 BIM采集控制點數據信息，精準定位，搭設支模架，澆筑混凝土，確保異形曲面造型。

2 BlM技術應用

2.1施工前準備

項目施工前，項目部成立 BIM工作小組，組織項目工程技術人員進行培訓學習，配備了必要的軟硬件，只定了 BIM 工作實施計劃及工作任務分工。BIM軟件涉及 Revit2018、廣聯達 BIM場布、Fuzor、Tekla等軟件，能夠滿足工作需求。

由于食堂雙曲面屋面的復雜結構，項目采用軟件中曲線放樣的方式完成混凝土結構曲面模型構建，期間利用 Revit 軟件復核標高及曲率，在模型的基礎上確定分區，隨后分析架體搭設模型的可行性，再根據選擇方案確定模板支設方案，架體、模板、混凝土均以分區確定施工順序。架體搭設前深化設計架體排布，以達到最佳曲率，模擬架體排布確定方案的可操作性，模板支設時分區完成斜面支設，減小弧線誤差，最后通過細致收面達到曲面效果，最后完善曲面擋土措施滿足種植屋面覆土的要求，保證屋面施工質量。

2.2建模

屋面建模前先分析結構與建筑設計圖，形成基本的空間思維，掌握屋面節點構造，合理安排施工過程。屋面建模需基于食堂整體結構及造型，導入 CAD圖紙后，依次構建每層的柱、梁、板結構，在完成屋面以下結構后，重點在導入屋面相應截面的剖面圖創建拉伸屋面，屋面梁構建時以最低處作為梁頂標高，再根據拉伸屋面中選取直線的功能[6]，創建與原圖等弧的曲線，直接避免了因曲率差別導致的誤差（圖1）。

模型的創建不僅要求各構件的精準，還需要通過基準坐標調整模型坐標，使得 AB坐標一一對應匹配到建設方下發的總圖坐標，并復核確保無誤（圖2）。施工的工藝流程：BIM 建模—曲面結構分區—架體搭設—模板支設—鋼筋綁扎—混凝土澆筑—收面—養護—拆模。

2.3曲面分區

若使用傳統施工方式，異形構件的位置及標高采集較為困難。為此，決定采用由點及線再到面的方式選擇控制點位。曲面分區目的是在整體模型的基礎上，將小區域曲面細化[2]，提高放線精準度。曲面混凝土分區定位、分區澆筑，避免了過高混凝土澆筑面導致的不安全性。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致工人沒有著力點造成的安全事故（圖3）。

為便于放線定位、提高弧度精確度、模板施工，但不影響施工進度，在每2道次梁之間分區，以次梁間間距中點劃分為2個區段。即曲面現澆屋面在2道次梁間劃分2個區段，分區區段范圍內弧形底面直板支設。

2.4分區定位

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

分區之后將細化的曲面現澆屋面各點位定位，使用 Re- vit工具在 BIM結構模型分區交接位置點，即次梁及中間位置標注出坡面高程點標高及坐標，命名點位編號（坐標 x、坐標 y、標高 h）[1]，標注匯總投影點的數據，現場施工時，將點位編號數據編入 GPs 定位儀，確定點位。

后續工序根據點位數據調整，綁扎鋼筋后再次復核。

2.5架體及模板支設

根據分區及采集坐標點使用 GPs 坐標儀確定點位，根據點位在基礎結構底板上畫出網格控制線，準確找到梁板柱節點及曲率變化位置，在交叉點搭設支模架，搭設高度根據采集點的標高減去板厚、木枋厚、模板厚、頂托長調整，根據分區定立桿縱向位置，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，同時木枋切割出坡度，滿足曲率要求[3]（圖5）。

搭設立桿后，根據 BIM結構模型中得到的點位編號（坐標 x、坐標 y、標高 h），模板頂標高為標高 h 減板厚，保證各分區曲面結構的外觀效果。

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

根據曲面屋面的曲率半徑，在結構模型中隨機選擇部分點位，得到坐標及標高，同時用全站儀復核點位及標高復核調整模板坡度，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，取環境類別為一級，混凝土保護層15 mm，鋼筋綁扎過程中，時刻注意控制鋼筋間距與保護層厚度，馬凳筋設置為工字，菱形分布間距1.0 m，高度固定，焊接在底筋上。

因場地限制混凝土澆筑使用柴油泵，布料機架設在每層夾層板位置，覆蓋面積滿足整個曲面屋面結構。從屋面正負零開始澆筑，按照分區逐層澆筑，既保證安全又保證混凝土澆筑質量。每一個分區澆筑完成后，再進行下一個分區混凝土澆筑，并充分振搗，以保證整體混凝土質量。

屋面曲率和混凝土的流動性極有可能導致支模架和模板的變形、混凝土屋面平整度和曲率不達標，為此需在布料機架設完成后組織復查架體及模板標高，同時混凝土澆筑過程均勻對稱，以此保證架體受壓均衡。澆筑時采用10 mmx 10 mm孔目的鋼絲網分區攔截，分塊澆筑。

澆筑過程中，全程旁站監督，并根據需要及時復核點位標高，根據統計出的三維數據調整混凝土澆筑高度，控制曲面收光及最終成型效果。澆筑屋面時，使用小型振動棒按序插振，防止漏振;振搗宜自下向上進行，且不宜過快過久，一般應振搗2～3遍，多點快振[5]。

2.7養護

坡屋面蓄水能力差，養護時使用一體化噴霧系統沿屋面次梁布置管線，通水養護，防止水分蒸發過快致使混凝土面層出現裂縫，在屋面混凝土表面采用覆蓋保鮮膜，養護時間為14天。

當混凝土達到規定強度后，即可拆除模板。拆模板時，需按方案規定的步驟進行，不能隨意施工，特別需注意對混凝土表面的成品保護，嚴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，每個弧形屋面上共設置14道擋土板，每2道擋土板中間用角鋼焊接拉結分散荷載[4]。

覆土時使用汽車吊吊裝運土，人工翻土找坡，同時用全站儀監測控制誤差范圍。

3經驗總結

模型的創建務必精準，對結構圖平面和節點剖面圖理解透徹，凡是發現有結構沖突及時解決。成功繪制結構信息模型后，安排針對性技術交底，三維圖像更加生動形象，便于施工現場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、混凝土澆筑過程把握誤差與精度，及時更正偏差。

放線定位是曲面屋面施工最重要的一環，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核點位坐標及高程，重要的框架柱與框架梁等節點使用全站儀復核以消除 GPs 定位造成的誤差。

支模架搭設過程木枋的使用是模板能否形成曲面的因素，木枋要提前根據要求切割，在每道次梁連接的弧線范圍內取立桿方向加垂直于屋面方向2個支撐點，每個支撐點位置鋪設平行于次梁的木枋，通過頂托與木枋調整標高與弧度。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，泵管的振動破壞模板及支撐的剛度及穩定性，造成模板幾何尺寸不準確。

所有接縫處粘海綿條，拆下的模板輕輕吊離墻體，如發現邊角損壞，應及時補膠修理。

參考文獻

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[3]馬秀玲，蔡小云，王榮華，等.大坡度斜曲屋面施工技術[J].建筑技術，2019，50（10）：1246-1248.

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