基于BIM 技術(shù)的二次結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)造柱施工工藝研究

羅海平，張?zhí)熨n，朱春暉，曾楠，王笑

（1 江西中煤建設(shè)集團有限公司，江西南昌 330001；2 贛州建筑工業(yè)化有限公司，江西南昌 341000）

0 引言

當前建筑行業(yè)中，填充墻砌體得到廣泛應(yīng)用。為了增強砌體墻的抗裂性和抗震性能，應(yīng)按設(shè)計要求設(shè)置構(gòu)造柱[1-2]。作為一種空間架構(gòu)，構(gòu)造柱具有加強建筑物的整體性和穩(wěn)定性，防止墻體倒塌的作用[3-4]，因此其施工質(zhì)量對建筑質(zhì)量至關(guān)重要。

傳統(tǒng)二次結(jié)構(gòu)中構(gòu)造柱施工工序復(fù)雜，澆筑成型質(zhì)量難以控制，常出現(xiàn)蜂窩麻面等質(zhì)量問題。針對這些問題，建筑施工中涌現(xiàn)了不同的改進方法，現(xiàn)有的改進技術(shù)主要有半預(yù)制半現(xiàn)澆構(gòu)造柱施工工藝[5]，用于構(gòu)造柱和圈梁的U 形預(yù)制空腔模殼砌塊施工技術(shù)[6]等。本文為改進構(gòu)造柱施工，結(jié)合裝配式建筑施工特點，將傳統(tǒng)現(xiàn)澆構(gòu)造柱改為預(yù)制，預(yù)制構(gòu)造柱上下部通過焊接方式與主體結(jié)構(gòu)連接形成一個整體。利用BIM 技術(shù)這一手段，通過填充墻排磚優(yōu)化并減少構(gòu)造柱種類規(guī)格[7]，精準定位水平拉結(jié)筋和豎向鋼筋點位。該技術(shù)不僅簡化了構(gòu)造柱施工工序，有效提高了構(gòu)造柱質(zhì)量，解決了傳統(tǒng)現(xiàn)澆構(gòu)造柱蜂窩麻面等質(zhì)量問題，而且避免了后期返工修補，降低了施工成本，縮短了施工工期，提高了工程施工質(zhì)量和安全性，符合建筑發(fā)展趨勢和綠色施工理念，具有推廣和應(yīng)用前景。

1 工藝原理

結(jié)合裝配式建筑施工特點，將現(xiàn)澆構(gòu)造柱改為工廠預(yù)制。通過BIM 數(shù)字化技術(shù)對構(gòu)造柱模型創(chuàng)建和設(shè)計深化。結(jié)合項目砌塊規(guī)格，優(yōu)化調(diào)整構(gòu)造柱馬牙槎尺寸，使預(yù)制構(gòu)造柱水平拉結(jié)筋在后期砌筑時能夠精準砌筑到填充墻水平灰縫內(nèi)。結(jié)合構(gòu)造柱模型，精準定位主體結(jié)構(gòu)植筋點，焊接鋼筋中心線間距≤d+3mm（d 為鋼筋直徑），保證后期鋼筋焊接順利施工。根據(jù)優(yōu)化數(shù)字模型導(dǎo)出構(gòu)造柱深化設(shè)計圖紙，進行工廠化預(yù)制生產(chǎn)，有效控制預(yù)制構(gòu)造柱質(zhì)量。預(yù)制構(gòu)造柱上下部通過鋼筋焊接方式與主體結(jié)構(gòu)連接形成一個整體。工藝原理及工藝連接如圖1、圖2 所示。

圖1 工藝原理示意圖

圖2 工藝連接示意圖

2 工藝流程及操作要點

2.1 工藝流程

預(yù)制構(gòu)造柱施工工藝流程見圖3。

圖3 工藝流程圖

2.2 操作要點

2.2.1 BIM 技術(shù)應(yīng)用

項目前期采用BIM 技術(shù)依據(jù)設(shè)計圖紙創(chuàng)建構(gòu)造柱模型，保證模型與圖紙一致。根據(jù)項目砌塊規(guī)格，進行BIM排磚，合理調(diào)整構(gòu)造柱馬牙槎尺寸，減少構(gòu)造柱規(guī)格種類。同時，精準定位構(gòu)造柱縱筋點位和水平拉結(jié)筋位置，保證后期砌筑水平拉結(jié)筋在填充墻水平灰縫位置，如圖4 所示。焊接鋼筋中心線間距控制在d+3mm 內(nèi)，確保后期焊接鋼筋緊密接觸，保證焊接質(zhì)量，如圖5 所示。

圖4 精準定位預(yù)制構(gòu)造柱水平拉結(jié)筋位置

圖5 精準定位鋼筋

通過BIM 模型優(yōu)化調(diào)整后，根據(jù)模型進行深化設(shè)計出圖，如圖6 所示。

圖6 根據(jù)優(yōu)化后BIM 模型出圖

2.2.2 基層處理

施工前清掃樓層地面，將樓層內(nèi)澆筑灑落的混凝土、浮漿及其他建筑垃圾雜物清理干凈。

2.2.3 測量放線

根據(jù)最新的建筑工程相關(guān)測量標準，使用測量儀器放出軸線和控制線，彈出墻柱位置線、墻柱輔助控制線、預(yù)制構(gòu)造柱位置線和植筋點位。測量完成后進行再次復(fù)核，確保測量放線準確無誤。

2.2.4 主體結(jié)構(gòu)植筋/主體預(yù)留鋼筋

根據(jù)項目圖紙和實際施工情況，鋼筋施工可分為主體結(jié)構(gòu)植筋和主體預(yù)留鋼筋兩種情況。

（1）主體結(jié)構(gòu)植筋

根據(jù)BIM 模型確定下來的預(yù)制構(gòu)造柱縱筋點位進行主體結(jié)構(gòu)植筋，鋼筋植筋施工工藝應(yīng)嚴格按照既定植筋方案和植筋規(guī)范要求執(zhí)行。待膠體達到固化期后，由專業(yè)檢測機構(gòu)進行拉拔試驗檢測，檢測合格后方可進行下一工序。

（2）主體預(yù)留鋼筋

當項目圖紙齊全且不會發(fā)生建筑功能和結(jié)構(gòu)較大改變時，在預(yù)制構(gòu)造柱安裝層樓板澆筑時，根據(jù)BIM 模型中精準確定下來的縱筋點位進行鋼筋預(yù)留，鋼筋固定應(yīng)牢固，避免混凝土澆筑時發(fā)生偏位，影響預(yù)制構(gòu)造柱焊接連接。

2.2.5 預(yù)制構(gòu)造柱安裝

（1）對預(yù)制構(gòu)造柱進行進場驗收，驗收無誤方可使用，施工時使用小車將預(yù)制構(gòu)造柱運輸至安裝樓層。

（2）安裝前對預(yù)制構(gòu)造柱位置進行鑿毛粗糙面處理，并清掃干凈，灑水濕潤。

（3）安裝前對預(yù)制構(gòu)造柱預(yù)留外伸鋼筋和主體植筋進行校正調(diào)整并清除鋼筋表面銹跡和雜物，確保后期焊接連接質(zhì)量。

（4）構(gòu)造柱安裝位置鋪設(shè)座漿料，預(yù)制構(gòu)造柱相鄰兩側(cè)采用斜支撐安裝固定，使用測量儀器檢測預(yù)制構(gòu)造柱垂直度和平整度，并通過斜支撐進行調(diào)整。

（5）安裝時,需調(diào)整預(yù)制構(gòu)造柱上下部外伸鋼筋，使其與主體結(jié)構(gòu)植筋緊密接觸，將構(gòu)件運輸中彎曲的預(yù)制構(gòu)造水平外伸筋校正調(diào)直，以便后期施工順利進行。

2.2.6 測量復(fù)核

安裝完成后再次測量復(fù)核構(gòu)造柱垂直度和平整度，確保構(gòu)造柱安裝符合施工要求。

2.2.7 鋼筋焊接

（1）鋼筋焊接前，制作現(xiàn)場同條件下的焊接連接件并送第三方專業(yè)檢測機構(gòu)檢測，檢測合格方可投入使用。

（2）鋼筋焊接前，應(yīng)將焊接部位鋼筋表面銹斑、油污、雜物等清除干凈并保持干燥。

（3）施焊前，焊條應(yīng)根據(jù)焊條說明書的要求烘干并保持干燥，焊條藥皮應(yīng)無裂縫、氣孔、凹凸不平等質(zhì)量缺陷。

（4）焊接時應(yīng)確保鋼筋緊密接觸，先焊定位點再施焊，主焊縫與定位焊縫應(yīng)結(jié)合良好，避免出現(xiàn)氣孔夾渣和燒傷缺陷，防止出現(xiàn)裂縫。

（5）焊接完成后進行成品保護，避免鋼筋受到擾動，造成焊縫出現(xiàn)裂縫，24h 后拆除預(yù)制構(gòu)造柱斜支撐。

2.2.8 預(yù)制構(gòu)造柱焊接位置澆筑

由木工對鋼筋焊接部位支模并留設(shè)喇叭口，使用細石混凝土澆筑并振搗密實。

2.2.9 填充墻砌筑

（1）砌筑前進行基層處理，清除墻體砌筑位置雜物并灑水濕潤。填充墻砌筑使用的頁巖多孔磚應(yīng)在使用前澆水濕潤。

（2）在砌筑部位立皮數(shù)桿，并相對砌塊上邊線拉準線，砌筑時以準線砌筑。每砌筑一匹，準線向上移動一次。

（3）廚衛(wèi)以外的填充墻砌筑應(yīng)砌筑三皮磚，高度一般為150 ～180mm，砌塊上下皮之間應(yīng)錯縫搭砌，搭砌長度應(yīng)為砌塊的1/2，且不得小于砌塊高度的1/3。

（4）砌塊灰縫厚度為8 ～12mm，取值10mm，灰縫應(yīng)飽滿、橫平豎直、薄厚均勻，灰縫水平飽滿度≥90%，灰縫垂直飽滿度≥80%。砌筑時將構(gòu)造柱水平拉結(jié)筋砌筑到水平灰縫內(nèi)，砌筑完成后對灰縫邊砌筑邊勾縫，保證灰縫光滑密實。

（5）砌塊砌至接近梁、板底時，根據(jù)項目使用砌塊規(guī)格留置合理斜砌高度，待填充墻砌筑完并間隔14 天后，再采用實心磚斜砌，斜砌必須牢固可靠。

3 效益分析

將該技術(shù)應(yīng)用在項目實際施工中，從成本、工期、質(zhì)量及社會等四個方面進行效益分析。

3.1 經(jīng)濟效益

以江西省贛州市某項目為例，按照《江西省房屋建筑與裝飾工程消耗量定額及統(tǒng)一基價表》（2017）和《江西省裝配式建筑工程消耗量定額及統(tǒng)一基價表》（試行）計算分析，與傳統(tǒng)現(xiàn)澆構(gòu)造柱對比，每1m3預(yù)制構(gòu)造柱成本節(jié)約2.98%。具體數(shù)據(jù)分析見表1。

表1 每立方米現(xiàn)澆構(gòu)造柱和預(yù)制構(gòu)造柱經(jīng)濟效益對比分析表

3.2 工期效益

將傳統(tǒng)現(xiàn)澆構(gòu)造柱進行裝配式預(yù)制生產(chǎn)，根據(jù)BIM 模型對構(gòu)造柱進行深化設(shè)計，可減少構(gòu)造柱規(guī)格種類，最大程度提高模具周轉(zhuǎn)使用率，工廠模具可以大批量預(yù)制生產(chǎn)構(gòu)件，效率高。該技術(shù)簡化了構(gòu)造柱施工工序，施工操作方便，提高了施工效率，加快了現(xiàn)場的施工進度，大大縮短了工期。

3.3 質(zhì)量效益

將傳統(tǒng)現(xiàn)澆構(gòu)造柱在工廠統(tǒng)一預(yù)制生產(chǎn)，減少了傳統(tǒng)現(xiàn)場澆筑可能出現(xiàn)的蜂窩、麻面、露筋等質(zhì)量問題，可有效控制預(yù)制構(gòu)造柱質(zhì)量，保證工程質(zhì)量。

3.4 社會效益

該技術(shù)在節(jié)省材料、提高施工質(zhì)量、提高工效等方面效果顯著，贏得了業(yè)主和監(jiān)理單位的一致好評，符合建筑行業(yè)未來發(fā)展趨勢和綠色施工理念，可作為裝配式建筑配套技術(shù)使用。該工法的應(yīng)用，為類似工程積累了經(jīng)驗，進一步提高了企業(yè)知名度，社會效益顯著，具有推廣和應(yīng)用前景。

4 結(jié)語

二次結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)造柱施工工藝施工工序簡單，通過應(yīng)用BIM 技術(shù)手段優(yōu)化構(gòu)造柱深化設(shè)計，指導(dǎo)安裝施工，在成本、進度、質(zhì)量等方面效益顯著。

（1）二次結(jié)構(gòu)構(gòu)造柱改為工廠預(yù)制，減少了現(xiàn)場模板加工安裝、鋼筋綁扎和混凝土澆筑作業(yè)，簡化了施工工序。

（2）通過BIM 技術(shù)排磚和構(gòu)造柱模型優(yōu)化調(diào)整，可減少構(gòu)造柱規(guī)格種類，最大程度提高模具周轉(zhuǎn)使用率。同時，預(yù)制構(gòu)造柱質(zhì)量良好，可減少返工。

（3）工廠化預(yù)制生產(chǎn)構(gòu)造柱，最大程度降低了對環(huán)境的負面影響。裝配式施工安裝，可減少現(xiàn)場濕作業(yè)，減少建筑垃圾的產(chǎn)生。模具采用的鋁合金模板為可再生材料，符合建筑項目節(jié)能、環(huán)保、低碳、減排的要求。