大跨預(yù)應(yīng)力拱形板施工新技術(shù)與BIM技術(shù)應(yīng)用

逄迪 潘征 袁鵬 劉喆

1.項(xiàng)目概述

預(yù)應(yīng)力拱形板是工業(yè)建筑領(lǐng)域較常見的結(jié)構(gòu)之一，主要承受軸向壓力且保持平衡的曲面構(gòu)件。預(yù)應(yīng)力拱形板可用于無柱大跨，在水廠等大型工建建設(shè)方面，其既兼顧了良好的受力作用，也起到了一定的美觀性。因此，長(zhǎng)春市西部污水處理廠提標(biāo)擴(kuò)建工程為提高施工效率，采用預(yù)制+現(xiàn)澆的施工。在加工面完成澆筑，施工現(xiàn)場(chǎng)快速吊裝，完成后進(jìn)行二次澆筑與保溫處理[1]。

長(zhǎng)春市西部污水處理廠提標(biāo)擴(kuò)建工程中的臭氧催化高級(jí)氧化池及排水泵池、MBR 膜池膜設(shè)備間、臭氧制備車間、細(xì)格柵曝氣沉砂池及膜格柵間、一期深度處理擴(kuò)建濾池間及擴(kuò)建工程加藥間屋面，均采取該方法進(jìn)行屋面構(gòu)件的生產(chǎn)制作。本工程項(xiàng)目屋面預(yù)應(yīng)力拱板構(gòu)件共計(jì)118 塊，預(yù)應(yīng)力拱板構(gòu)件起吊最大重量約為28.1t。

為保證施工效率以及施工質(zhì)量，本項(xiàng)目對(duì)預(yù)應(yīng)力拱形板的生產(chǎn)、吊裝工藝提出了非常高的要求。本文以此工程為例，利用BIM技術(shù)從試驗(yàn)、生產(chǎn)、吊裝角度出發(fā)，對(duì)預(yù)應(yīng)力拱形板的施工關(guān)鍵技術(shù)展開研究和探討。

2.BIM技術(shù)解決施工關(guān)鍵問題

2.1 吊裝、滑移施工工藝

2.1.1 平移滑車、千斤頂支架鋼構(gòu)件的準(zhǔn)備

通過BIM技術(shù)模擬現(xiàn)場(chǎng)施工人員所用設(shè)備構(gòu)件，解決現(xiàn)場(chǎng)人員施工前期由于對(duì)施工構(gòu)件理解偏差導(dǎo)致的問題。在模型構(gòu)建建模過程中，對(duì)千斤頂支架鋼構(gòu)件進(jìn)行了二次優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過受力計(jì)算找到最優(yōu)的鋼構(gòu)件焊接方式，保證施工現(xiàn)場(chǎng)吊裝過程中不會(huì)由于條件不足導(dǎo)致構(gòu)件無法使用。

2.1.2 預(yù)應(yīng)力拱形板運(yùn)輸

項(xiàng)目由于現(xiàn)場(chǎng)施工條件有限，所有預(yù)應(yīng)力拱形板采取場(chǎng)外加工，在運(yùn)輸過程中，利用BIM技術(shù)模擬現(xiàn)場(chǎng)可能出現(xiàn)的各類安全隱患，幫助現(xiàn)場(chǎng)安裝人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，盡早規(guī)避。在運(yùn)輸過程中除考慮運(yùn)輸本身安全隱患以外，還需結(jié)合BIM 模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，考慮運(yùn)輸過程中預(yù)應(yīng)力拱形板受到外力影響造成的損毀。通過BIM 模擬后，決定采取鋼絲繩對(duì)拱板進(jìn)行捆綁固定，并增加橡膠墊進(jìn)行防護(hù)，便于運(yùn)輸[2]。

2.1.3 預(yù)應(yīng)力拱形板吊裝、滑移

采取同型號(hào)、同規(guī)格、同廠家、同性能的2 臺(tái)100t 吊車雙機(jī)抬吊卸車，雙機(jī)抬吊時(shí)，同一端的2 根吊繩應(yīng)長(zhǎng)度相等，以保證預(yù)應(yīng)力拱形板橫向不傾斜，縱向不傾斜。吊機(jī)從運(yùn)輸車上將構(gòu)件吊起后，吊至計(jì)算起吊高度（安裝高度+安全高度），再進(jìn)行回轉(zhuǎn)（腳手架高度不得超過屋面梁高度）。回轉(zhuǎn)時(shí)用φ20mm 白棕繩與預(yù)應(yīng)力拱形板進(jìn)行連接并人工拉拽白棕繩控制預(yù)應(yīng)力拱形板的方向。預(yù)應(yīng)力拱形板吊運(yùn)至與滑車平行時(shí)，采用人工方式對(duì)預(yù)應(yīng)力拱形板進(jìn)行微調(diào)并緩慢放勾，將預(yù)應(yīng)力拱形板安放至滑車上，預(yù)應(yīng)力拱形板放置滑車穩(wěn)定后，方可拆卸鋼絲繩。再使用同型號(hào)、同規(guī)格、同廠家、同性能的低速卷揚(yáng)機(jī)同步將滑車及預(yù)應(yīng)力拱形板運(yùn)送至預(yù)應(yīng)力拱形板設(shè)計(jì)位置（為提高預(yù)應(yīng)力拱形板滑行安裝的安全和效益，積極采用先進(jìn)的施工技術(shù)，低速卷揚(yáng)機(jī)采用同步停機(jī)聯(lián)動(dòng)電氣控制線路，并且設(shè)置電氣參數(shù)，采用“差異互感比對(duì)式”同步停機(jī)控制系統(tǒng)，并在板端設(shè)置滑行速度，同步控制自動(dòng)調(diào)整器，避免預(yù)應(yīng)力拱形板滑行偏位）。

滑行預(yù)應(yīng)力拱形板到達(dá)安裝部位時(shí)，嚴(yán)格按彈線標(biāo)識(shí)就位進(jìn)行找正、定位，并用測(cè)量?jī)x器校核標(biāo)高、軸線，如有不平，則加設(shè)鋼墊板直至達(dá)到標(biāo)高要求，再進(jìn)行點(diǎn)焊臨時(shí)固定。達(dá)到標(biāo)高要求后，采用千斤頂及專用卸載工具將其放置在屋面梁上部并支撐起拱板，當(dāng)預(yù)應(yīng)力拱形板由千斤頂及專用卸載工具支撐起后，拆除預(yù)應(yīng)力拱形板部位滑車及滑車軌道，并控制千斤頂降下預(yù)應(yīng)力拱形板，微調(diào)預(yù)應(yīng)力拱形板位置，微調(diào)完畢后，需進(jìn)行再次測(cè)量，以確保垂直度準(zhǔn)確無誤。安裝尺寸、標(biāo)高、線形等經(jīng)監(jiān)理工程師核準(zhǔn)后方可進(jìn)行的施焊工作，在鋼墊板縫隙處或其他縫隙處灌注膨脹水泥素漿，循環(huán)往復(fù)，直至預(yù)應(yīng)力拱形板全部吊裝完畢。

2.2 二次施工工藝

拱板在屋面吊裝就位后，按圖紙要求，做拱板與屋面梁間的焊接連接、拱板與拱板之間的連接。所有連接做完后，進(jìn)行拱板板縫灌縫、二次保溫層和找平層施工。

2.2.1 板縫灌縫

拱板的板與板間灌縫施工分兩步，第一步是下板縫混凝土澆筑，即在拱板最下邊的邊梁間灌縫；第二步是上板帶混凝土澆筑，即后澆帶施工，后澆板帶位置與拱板拋物線頂板的位置（標(biāo)高）相同。板縫下表面涂刷聚脲防水防腐，涂料厚度為2mm，寬度為200mm，板縫下表面也要涂防水防腐涂料[3]。

2.2.2 拱板表面防水涂料施工

拱板下表面涂刷RJ 氟改性防霉防水涂料，拱板下表面刮涂專用防水膩?zhàn)?，處理后的基層先涂刷一遍底涂，待底涂干燥后，噴涂或涂刷二遍面涂，厚度約300um。

2.2.3 二次保溫層、找平層施工

拱板構(gòu)件在地面預(yù)制時(shí)，距離兩個(gè)板端一定范圍內(nèi)的保溫層是變化的（根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，2.0m～2.5m 不等），越靠近板端部的保溫層越薄。因此，吊裝至屋面后，需補(bǔ)足保溫層厚度，即做二次保溫層。同時(shí)，在二次保溫層上做砂漿找平層。砂漿找平層可作為防水層的基層，灌縫施工與二次保溫層、二次找平層施工協(xié)同進(jìn)行，二次保溫施工完成后及時(shí)做好防水層施工，防止雨水侵入板間連接處。

2.2.4 拱板上表面防水涂料

拱板上表面涂刷VRA 防水涂料，厚度2mm，涂刷部位為拱板端部上表面至拱形板面上1m 處。

3.BIM技術(shù)應(yīng)用

3.1 預(yù)應(yīng)力拱形板模型的創(chuàng)建

根據(jù)圖紙信息、材料參數(shù)屬性信息、荷載條件、專項(xiàng)施工方案及現(xiàn)場(chǎng)施工條件等信息，利用BIM 軟件建立預(yù)應(yīng)力拱形板的三維模型，模型建立要遵守設(shè)計(jì)基礎(chǔ)信息和實(shí)踐條件下的深化設(shè)計(jì)，幫助現(xiàn)場(chǎng)施工人員精準(zhǔn)了解構(gòu)件的詳細(xì)信息，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)吊裝安裝與工序，便于各參與方全面掌握現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。

3.2 基于BIM-FILM 的工藝模擬

BIM技術(shù)除了可以全方位的展示項(xiàng)目模型信息以外，最大的價(jià)值在于幫助現(xiàn)場(chǎng)施工人員以動(dòng)態(tài)視頻形式了解各構(gòu)造節(jié)點(diǎn)的施工工序與工藝，解決因現(xiàn)場(chǎng)人員信息交流不對(duì)稱而導(dǎo)致的施工技術(shù)交底交流障礙等溫恩提。本項(xiàng)目通過利用BIM-FILM 施工工藝技術(shù)交底動(dòng)畫，全面展示預(yù)應(yīng)力拱形板從生產(chǎn)加工、起吊、運(yùn)輸、吊裝、滑移、定位、二次澆筑等各工藝環(huán)節(jié)的技術(shù)難點(diǎn)。現(xiàn)場(chǎng)施工工藝技術(shù)交底如圖1 所示。

圖1 預(yù)應(yīng)力拱形板施工工藝模擬

3.3 平臺(tái)輕量化BIM技術(shù)交底

配合BIM-FILM 所做工藝視頻交底動(dòng)畫，打破傳統(tǒng)技術(shù)交底設(shè)計(jì)施工不對(duì)等的問題。利用輕量化平臺(tái)軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)交底。從建筑功能、重難點(diǎn)以及施工過程中的注意事項(xiàng)，全方位幫助現(xiàn)場(chǎng)施工人員掌握施工過程中的問題和容易犯錯(cuò)的部位以及施工手法，最終形成模型情況化平臺(tái)。

4.結(jié)語

基于BIM技術(shù)的預(yù)應(yīng)力拱形板施工在國(guó)內(nèi)各類工建項(xiàng)目中極少見，前期工法工藝經(jīng)驗(yàn)積累薄弱。本項(xiàng)目采用BIM技術(shù)信息化模擬，基于BIM技術(shù)進(jìn)行荷載與靜載試驗(yàn)、關(guān)鍵施工機(jī)具模型準(zhǔn)備、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸與吊裝三維化模擬、三維施工工藝技術(shù)交底、輕量化平臺(tái)交付等工作，優(yōu)化了預(yù)應(yīng)力拱形板全過程的施工技術(shù)，形成信息完整的信息化預(yù)應(yīng)力拱形板施工方法，在施工現(xiàn)場(chǎng)做到數(shù)字傳遞相關(guān)技術(shù)難點(diǎn)、工藝工法注意事項(xiàng)、安全施工等內(nèi)容。精準(zhǔn)施工，安全高效，減少交流溝通中出現(xiàn)的問題。為下階段類似項(xiàng)目采用預(yù)應(yīng)力拱形板提供完整的技術(shù)支持與數(shù)據(jù)保障。