BIM在裝配式結構施工全周期中的應用探討

薛瑞凱 徐崗 袁果 高德鑫 余苗

【摘要】文章介紹了成都天府國際機場國航基地工程（生產輔助設施一期），依靠 Revit平臺及相關深化設計插件，驅動自適應族構件，建立預制疊合板構件深化設計模型。同時根據參數化的模型族，在保證模型滿足深化設計精度的同時，實現構件間的數據互通，保證了建模效率和對統一的深化設計技術措施的修改和調整，BIM技術的深度應用，不僅提高了施工效率，還獲得了較好的社會效益和經濟效益。

【關鍵詞】 BIM建模;深化設計;施工模擬;拉桿式懸挑架

【中圖分類號】 TU741.2【文獻標志碼】 A

隨著我國建筑行業快速發展，綠色建筑、智慧工地越來越受到重視，傳統設計成果均由二維呈現，無法準確表達節點做法，而且無法獲得施工碰撞檢查，受限于設計人員的經驗與責任心，往往無法精準指導施工。BIM技術具有模型可視化、參數化、可交互性、全生命周期性等特點，模型能夠以可視化的方式呈現給設計人員、施工人員，方便查看、修改和優化，大量構件及族的應用賦予了模型活力，可隨時根據現場實際施工動態調整，再接入信息化平臺，反饋給相應的負責人，得到正反饋，實現信息共享[4]。

裝配式結構實施過程中遇到的問題，利用 BIM模擬施工工序，優中選優，避免在施工過程中出現工序混亂的問題，使經過深化設計的圖紙及方案更具可實施性。

1工程概況

成都天府國際機場國航基地一期工程場地位于機場進場高速公路東側，共分為保障區、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。項目總建筑面積約為17.16萬 m2，其中北區建筑面積約16.11萬 m2（其中地上建筑面積約10.32萬 m2，主要用途為辦公、公寓、多功能活動中心及食堂;地下一層，建筑面積約5.79萬 m2），南區建筑面積約1.05萬 m2。

本工程預制構件采用析架鋼筋混凝土疊合板，預制樓板均為雙向板，應用范圍為辦公樓、公寓樓共7棟單體工程正負零以上樓板（包含1#、2#樓除種植屋面外屋面層），大部分樓板設計厚度為120 mm，部分樓板區域為150 mm，其中下部60 mm厚度為工廠預制，上部60 mm、90 mm厚度為施工現場現澆。經統計，裝配式疊合板數量共5590塊，構件面積約32028 m2，構件體積約1922 m3，總重約4512.3 t。

2構建BlM模型

結合建設方下發的施工藍圖，首先使用 sketch up 構建項目模型，作為項目結構與建筑模型構建基礎依據（圖1）。

項目用的 BIM核心模型為結構模型和機電模型。結構模型為創建裝配式疊合板使用，機電模型為的是提取各專業與結構交叉位置，預留洞口。由于結構施工圖不能滿足裝配式疊合板生產加工需求，裝配式結構模型基于結構模型，結構模型基于結構施工圖（圖2）。

3 BlM施工應用

3.1深化設計

裝配式混凝土結構的深化設計主要包括預制構件生產、安裝、質安措施等進行服務，其中生產方面深化設計的內容主要包括鋼筋深化設計、預埋預留深化設計、構件連接節點深化設計;安裝方面的深化設計包括安裝施工模擬;質安措施方面包括支模系統、支撐系統深化。

3.2鋼筋及節點深化

創建通用裝配式疊合板模型，將疊合板板寬、板跨、板高等構件數據參數化。利用已建成的結構模型，根據設計圖紙布設構件鋼筋[3]。

首先梳理結構圖，將結構板拆分為適合的板尺寸，考慮加工和施工的便利性。同時整理需要的鋼筋類型及節點，提前將各類型鋼筋及節點錄入族，導入結構模型中。按規范及結構通用設計要求放置鋼筋，調整鋼筋的錨固節點及鋼筋長度，在三維視圖中觀察復核結構模型是否滿足要求。

疊合板布置5根析架鋼筋，間距500-520 mm，上、下弦筋均為8，腹桿筋小6，在梁柱連接位置布置加強筋。另外在吊點兩側相鄰波谷處布置附加鋼筋8，吊點附加筋位于析架下弦鋼筋上部[5]。布置完成鋼筋后，檢查鋼筋之間是否互相沖突，有無交叉。如有，及時調整。

裝配式構件是在工廠內澆筑完成，成型后調整困難，且為保證裝配式構件在工廠內加工效率，需要模具盡量統一。所以深化過程中，盡量減少各種裝配式疊合板的異形結構（圖3）。

3.3預留預埋與碰撞檢查

裝配式結構模型創建過程最重要的一環就是預留預埋洞口的預設，預埋設置的正確性直接影響疊合板的施工準確度。根據圖紙創建機電模型，重點集中在變標高及穿樓板、墻等位置。

記錄機電模型穿樓板位置，考慮暖通、給排水、通風、消防等各專業穿樓板需求，穿孔為方洞還是圓洞，是否需要布置套管或者預埋線盒等（圖5）。根據 BIM管道模型，原設計施工圖管道井內立管排布凌亂，導致管道井外水平壓力管道與重力流管道穿插排布，不利于支吊架設置及施工，為便于管道施工，達到整齊美觀的效果，優化管井內壓力管道與重力流管道分類排布。

在Fuzor軟件中檢測預留預埋洞口與鋼筋是否碰撞，分析各類型結構構件是否存在相互干擾碰撞情況，亮顯沖突構件，查閱設計圖是否為模型構件問題，如發現模型無誤，構件確實存在碰撞，則通知設計單位修改變更，修改意見反饋后再反映至模型。

通過 Dynamo插件完成對配筋、板重、析架高度等影響現場安全及結構施工的主控項目進行校核[2]。校核完成后用 Revit批量生成圖紙，同時生成項目相關數據，為生產線排產、商務結算提供依據，生成"構件身份證"，提升現場施工信息化水平。工廠生產、現場施工均可通過掃描二維碼獲取疊合板參數信息[7]，優化疊合板分類堆碼，避免造成疊合板浪費。如發現疊合板質量存在缺陷，能夠及時追蹤設計深化、工廠生產信息，大大推動了信息化平臺建設（圖6）。

3.4施工流程

3.4.1支模架系統

在下層樓板澆筑完成后，由測量人員根據預制疊合板板寬放出支撐定位線，并搭設滿堂架，同時根據疊合板分布圖及軸網，放樣出梁柱定位線，根據梁柱定位線支設梁模板，并在梁模板上放樣出疊合板定位線，板縫定位線允許誤差±10 mm[6]。通過架體搭設模擬動畫來輔助確認方案的可操作性，可視化施工交底更有針對性。

在剪力墻鋼筋、柱鋼筋上彈出1 m水平線、墻頂彈出板安放位置線，并作出明顯標志，以控制疊合板安裝標高和平面位置，同時對控制線進行復核。檢查疊合板構件類型，確定安裝位置，并對疊合板吊裝順序進行編號和方向標識;除機電、水電預埋孔位置，其余大部分疊合板區域可以使用非整塊模板拼接使用，節約材料，避免浪費（圖7）。

3.4.2疊合板安裝

安裝就位時，注意按箭頭方向落位同時觀察樓板預留孔洞與水電圖紙的相對位置，疊合板安裝時伸人梁、剪力墻上10 mm。根據控制線以及標高精確調整構件的水平位置、標高、垂直度，使誤差控制在允許范圍內，疊合樓板吊裝完后全數檢查支撐架的受力情況，以及板與板拼縫處的高差（此處高差應在3 mm以內），調整板位置時，要墊小木塊，不要直接使用撬棍，以避免損壞板邊角。

預埋水電管線、綁扎面筋。柱插筋的定位必須設置定位鋼筋[1]，利用疊合板析架鋼筋作為上鋼筋的馬凳，確保上鋼筋的保護層厚度（圖8）。

3.4.3現澆層施工

疊合板混凝土澆筑時，為了保證疊合板及支撐受力均勻，混凝土澆筑采取從中間向兩邊澆筑，連續施工，一次完成。同時使用平板振動器振搗，確保混凝土振搗密實。根據樓板標高控制線，控制板厚;澆筑時采用2 m刮杠將混凝土刮平，隨即進行混凝土收面及收面后拉毛處理?；炷翝仓戤吅罅⒓催M行養護，用薄膜覆蓋養護時間不得少于7天。

3.5質安措施

3.5.1拉桿式懸挑腳手架系統

拉桿式懸挑架主要由4部分組成：預埋件、懸挑工字鋼、斜拉桿、腳手架體系。懸挑支撐梁采用16#工字鋼，用2個8.8級 M24承壓型連接高強螺栓與建筑結構固定，工字鋼下部焊接一塊厚度為12 mm的加勁板。型鋼懸挑梁外端采用斜拉桿與結構拉結，斜拉桿為小20 mm長螺栓桿，中間配有內部攻絲的小32 x3無縫鋼管。

預埋件由固定板、鋼套管、內置螺紋鑄鋼構件、預緊螺釘組成，鋼套管進場后進行密閉性試驗：將預緊螺釘擰至安裝狀態，往鋼套管內加水，檢查是否漏水。

斜拉桿安裝需在上層結構施工完成后安裝，斜拉桿安裝前，外腳手架搭設高度不應超過2層，且下部宜用落地腳手架進行臨時支撐。在懸挑層的上一層結構混凝土澆筑前，需要預埋斜拉桿上部與結構拉結的高強螺栓預埋套管（圖9）。

3.5.2錯臺防治

裝配式疊合板進場時注意檢查疊合板的質量，吊裝過程中注意避免疊合板上的預留鋼筋與疊合梁箍筋碰撞，疊合板吊裝平穩慢放，以免吊裝時沖擊力過大導致板面損壞。

裝配式疊合板根據水平控制線及豎向板縫定位線，校核疊合板水平位置及豎向標高情況，調節豎向獨立支撐，確保疊合板滿足設計標高要求，允許誤差為土5 mm;通過撬棍（撬棍配合墊木使用，避免損壞板邊角）調節疊合板水平位移，確保疊合板滿足設計圖紙水平分布要求（預制疊合板與墻體搭接10 mm），允許誤差為5 mm，疊合板平整度誤差為3 mm，相鄰疊合板平整度誤差為土3 mm。

4經驗總結

BIM技術對于裝配式疊合板的施工效率及質量提升是明顯的。傳統的裝配式結構深化只能在圖紙上完成，圖紙的審核及加工時都有困難，且深化時預留預埋的洞口、管道、線盒在二維上反映，不方便檢查，施工過程也較難復核，預制構件與現澆梁、柱等的碰撞問題不能直觀表達，安裝時發現問題將影響施工節奏，導致工期滯后。使用 BIM技術后，裝配式混凝土結構深化設計的可視化、參數化、平臺化等優勢可解決傳統深化設計所面臨的問題，進一步降低設計誤差，提高設計的準確率，為后續混凝土預制件的生產及裝配式建筑施工提供質量保障。

但 BIM技術也不是全能的，現階段對 BIM技術的應用仍然處于初級階段，需要進一步的探索與發展，進一步提升建筑施工的標準化管理水平。

參考文獻

[1]李燕華.BIM技術在裝配式 PC預制疊合板優化設計中的應用[J].廣東水利電力職業技術學院學報，2022，20（1）：11-14.

[2]全振.基于 Dynamo-Python 的裝配式建筑 BIM參數化建模與應用研究[D].江蘇：中國礦業大學，2021.

[3]李偉，程琳，何曉宇.BIM技術在裝配式混凝土結構深化設計中的應用[J].土木建筑工程信息技術，2020，12（4）：85-91.

[4]李健.基于 BIM的裝配式框架結構深化設計應用研究[D].安徽：安徽建筑大學，2020.

[5]王正凱.基于 BIM 的裝配式建筑預制構件設計加工技術研發[D].北京：中國建筑科學研究院，2018.

[6]杜康.BIM技術在裝配式建筑虛擬施工中的應用研究[D].聊城：聊城大學，2017.

[7]艾新.BIM技術在裝配式混凝土住宅設計中的應用研究[D].沈陽：沈陽建筑大學，2016.