QC理念在超高異形混凝土索塔模板體系研發(fā)中的應(yīng)用

彭強(qiáng) 王群清 潘建國 吳晨晨 楊慧椋

中國建筑第八工程局有限公司 上海 200092

1 工程概況

援柬埔寨體育場項(xiàng)目位于柬埔寨首都金邊市東北郊規(guī)劃的體育中心內(nèi)，距市中心約15公里，項(xiàng)目總建筑面積82400㎡，設(shè)觀眾座席6萬座。包括運(yùn)動(dòng)場地、看臺、功能用房、體育智能化系統(tǒng)及體育場相關(guān)附屬設(shè)施。

2 選擇課題

2.1 需求分析

①索塔作為斜拉索桁架柔性罩棚體系的主要錨固承力點(diǎn)，索塔的成型精度控制直接影響到后續(xù)索結(jié)構(gòu)張拉以及屋蓋罩棚體系整體成型效果，對索塔造型控制質(zhì)量要求高。②索塔造型復(fù)雜，人字形空間變曲面索塔結(jié)構(gòu)，屬世界首例。索塔的左右兩個(gè)塔肢均由A、B、C、D、E五個(gè)自由雙曲面組成，其中A、B、C三面由直線旋轉(zhuǎn)向上形成，D、E兩面由不同半徑圓弧旋轉(zhuǎn)向上形成。③索塔截面的圓弧段隨高度上升不僅弧長發(fā)生變化，圓弧半徑也同樣變化了28次，給配模放樣帶來了極大難度，傳統(tǒng)的“主次龍骨＋面板”的模板體系，難以實(shí)現(xiàn)索塔造型。通過上述分析，確定QC小組的需求為“保證索塔復(fù)雜結(jié)構(gòu)的成型質(zhì)量”。

2.2 確定方向

針對上述問題，活動(dòng)小組在國內(nèi)國外市場進(jìn)行充分調(diào)研并多次召開專題會(huì)討論并，提出了鋼模板技術(shù)創(chuàng)新、塑料模板技術(shù)創(chuàng)新、木模體系技術(shù)創(chuàng)新三大研究方向，并進(jìn)行對比分析：

鋼模板和塑料模板加工工藝復(fù)雜，且均需從國內(nèi)定做后運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場；周轉(zhuǎn)利用率方面，因索塔4肢兩兩對稱，兩兩相同，鋼模板和塑料模板僅可周轉(zhuǎn)2次，而木模體系除面板之外的其他結(jié)構(gòu)均可多次周轉(zhuǎn)；在經(jīng)濟(jì)性方面，木模體系預(yù)計(jì)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益700余萬元。且因木模體系可以在現(xiàn)場加工，屬地化程度更高。最終確定木模體系為本QC小組研究方向。

3 設(shè)定目標(biāo)及目標(biāo)可行性分析

設(shè)定目標(biāo)：研發(fā)一種可以實(shí)現(xiàn)空間變曲面索塔結(jié)構(gòu)的木模板體系。

目標(biāo)值：索塔三維空間坐標(biāo)復(fù)核后，各控制點(diǎn)偏差≤8mm，合格率≥94%。①目標(biāo)可行性分析，首先將借鑒內(nèi)容與目標(biāo)進(jìn)行對比分析，雖然以上兩種方法均無法直接滿足需求，但是均有其獨(dú)特性和可借鑒性，若將兩種方法進(jìn)行組合，充分利用借鑒點(diǎn)，并對既有方法進(jìn)行再創(chuàng)新、再改造，便能完成活動(dòng)目標(biāo)。②小組擁有資源和能力分析。針對海外欠發(fā)達(dá)地區(qū)，資源必須考率：通過選擇木模板體系，大大提高了屬地化程度，物資資源有保障。

能力方面：本QC小組在以往QC活動(dòng)中取得過優(yōu)異成績，QC活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)豐富；小組幾位成員是專業(yè)BIM工程師，具有較高BIM水平，項(xiàng)目作為股份公司的科研立項(xiàng)課題之一，技術(shù)資源有保障。

綜上所述：目標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)。

4 對策實(shí)施

4.1 對策一：造型木質(zhì)量控制

我們利用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)出圖，通過以下三維建模等八個(gè)步驟，可精確設(shè)計(jì)出造型木加工圖。

造型木的加工使用原材為50mm厚實(shí)木跳板，材料廉價(jià)且易于尋找。為了保證加工精度，造型木裁切使用專用細(xì)木工帶鋸進(jìn)行加工。

效果驗(yàn)證：措施實(shí)施后，小組成員對造型木曲線定位點(diǎn)進(jìn)行了復(fù)核，與圖紙偏差均可控制在±3mm以內(nèi)，達(dá)到目標(biāo)要求。

4.2 對策二：雙槽鋼主龍骨安裝

優(yōu)選質(zhì)量合格12#槽鋼作為主龍骨材料，依據(jù)索塔傾斜角度并考慮單塊模板安裝便捷性設(shè)計(jì)出每根槽鋼長度及布置圖；最后通過放置地面控制線來精確布置槽鋼主龍骨。小組成員對雙槽鋼主龍骨平面內(nèi)位置及上表面標(biāo)高均進(jìn)行了復(fù)核，達(dá)到目標(biāo)要求。

4.3 對策三：工字木梁安裝固定

采用型號為H20的工字木梁作為次龍骨；根據(jù)槽鋼主龍骨布設(shè)位置，設(shè)計(jì)出工字木梁安裝位置圖，精確布置每一根工字木梁位置；最后利用新型可旋轉(zhuǎn)抓件對工字木梁與槽鋼進(jìn)行連接。效果驗(yàn)證：工字木梁安裝位置精確且與槽鋼連接牢固性，目標(biāo)達(dá)到。

4.4 對策四：安裝固定造型木并鋪裝面板

造型木安裝固定時(shí)：因每一塊造型木形狀都不相同，需根據(jù)造型木編號，將每塊造型木精確布置于工字木梁特定位置。面板鋪裝必須保證面板與造型木貼合嚴(yán)密。

效果驗(yàn)證：面板鋪裝完成后單塊模板即全部加工完成，通過測量定位點(diǎn)位置與三維激光掃描兩種方式對模板完成面進(jìn)行復(fù)核，偏差均控制在±5mm以內(nèi)，目標(biāo)達(dá)到。

4.5 對策五：模板整體拼裝

通過建立三維測量控制網(wǎng)精確定位各塊模板位置；利用多角度陽角拉桿固定裝置對結(jié)構(gòu)陽角相鄰模板進(jìn)行連接固定。

效果驗(yàn)證：措施實(shí)施后，小組成員對模板整體支設(shè)加固情況進(jìn)行檢查復(fù)核，模板位置滿足要求，且澆筑混凝土后未發(fā)生脹模現(xiàn)象，目標(biāo)達(dá)到。且未造成安全、質(zhì)量等方面的負(fù)面影響。

4.6 對策六：樣板實(shí)施驗(yàn)證

通過制作標(biāo)高6.9-9.1m實(shí)體樣板檢驗(yàn)該模板體系各對策可實(shí)施性。樣板完成情況良好，達(dá)到目標(biāo)要求，且未造成安全、質(zhì)量等方面的負(fù)面影響。以上各對策可行。

5 標(biāo)準(zhǔn)化

通過本次QC活動(dòng)，研發(fā)了一種空間變曲面索塔木模板體系，該模板體系使用BIM技術(shù)進(jìn)行造型木設(shè)計(jì)出圖，利用槽鋼背楞及工字木梁作為主次龍骨進(jìn)行固定，尺寸精確，拼縫無錯(cuò)臺，表面平整，加工精度好，滿足了復(fù)雜異形混凝土結(jié)構(gòu)的造型要求。應(yīng)用本課題的模板體系，高質(zhì)量完成項(xiàng)目索塔結(jié)構(gòu)建造，達(dá)到預(yù)期試驗(yàn)效果，形成施工作業(yè)指導(dǎo)書，存檔并建立實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)?？偨Y(jié)科技成果，形成成套圖紙，模型，指導(dǎo)類似空間異形混凝土結(jié)構(gòu)施工作業(yè)。