基于BIM的PC構件在施工中的應用
——以珠海某小區(qū)項目為例

陽勇波

(珠海經濟特區(qū)建設監(jiān)理有限公司，廣東 珠海 519000)

0 引言

裝配式建筑是綠色、環(huán)保、低碳、節(jié)能型建筑，用干式作業(yè)取代濕式作業(yè)，建筑垃圾大大減少[1]。裝配式建筑抗震性能好、耐火性強、隔音效果好，保溫隔熱材料置于墻體中間，能有效減少室內采暖能耗。目前，建筑行業(yè)的勞動力資源日益緊缺，集中進行工廠化施工可有效節(jié)約人力資源[2]。總之，大力發(fā)展裝配式建筑施工，有利于實現建造的產業(yè)化、標準集約化和清潔化。

本文依據珠海某小區(qū)項目PC構件設計施工實踐，重點介紹標準層采用預制疊合板、預制陽臺、預制凸窗及預制內隔墻的設計和吊裝施工[3]，建立BIM三維模型，模擬PC構件的安裝施工，為類似裝配式建筑PC構件設計施工提供參考。

1 項目介紹

1.1 項目概況

該項目位于珠海高欄港經濟區(qū)平沙新城起步區(qū)啟航路東側、銘恩路西北側，總占地面積49 999.96m2，總建筑面積179 983.35m2；地下1層，局部地下2層，地下建筑面積46 156.34m2；地上總建筑面積133 827.01m2，其中商業(yè)配套1棟、開關站及垃圾房1棟、住宅10棟， 1#、2#、8#、9#、10#樓為27層，3#、4#樓為13層，5#、6#、7#樓為24層。結構形式為框剪結構。項目總平面圖如圖1所示。

圖1 項目總平面圖

項目基礎為預制高強混凝土管樁基礎，抗?jié)B等級為P10，樁徑500mm、600mm。基坑1層地下室采用放坡結合前期軟基處理所采用的攪拌樁隔離墻的形式，2層地下室采用支護樁+可回收擴大頭錨索支護方式，樁外側設置水泥攪拌樁的整體止水的支護方案，1層地下室和2層地下室交接部位采用重力式水泥土擋土墻支護，墻體設置鋼管樁錨入1層底板。

該項目1#～10#住宅樓為裝配式建筑，使用了4種PC構件：預制疊合板、預制飄窗、預制內隔墻條板、預制陽臺，范圍為標準層；標準層全部采用鋁模的方式建造。經計算，1#～10#住宅樓標準層的預制率與裝配率均滿足珠海市裝配式建筑預制率≥20%、裝配率≥40%的要求。

1.2 工程水文地質條件

場地地形平坦，原始地貌單元為濱海平原地貌。各工程地質層的地層如下：

①-1素填土：主要由黏性土、砂及少量風化碎塊組成，未完成自重固結；①-2吹填砂：主要為石英砂和淤泥，飽和，流塑狀。填土時間短，未完成自重固結。

②-1淤泥：富含有機質，局部見腐木及少許石英粉細砂；②-2粉質黏土：可塑，黏性一般～較強，局部含少許石英砂礫，干強度中等，韌性中等。

②-3淤泥質土：富含有機質，偶見貝殼與耗殼碎屑，局部見腐木及少許石英粉細砂；②-4粗砂：飽和，稍密～中密；級配一般，砂成分多為石英。

③砂質黏性土：系花崗巖風化殘積形成，可塑～硬塑，含10%～15%中細砂，殘余原巖結構可見，干強度中等，韌性中等。

④-1全風化花崗巖：硬塑，巖芯呈土柱狀，局部呈砂土狀；④-2強風化花崗巖：裂隙極發(fā)育，巖芯呈砂土狀、塊狀、短柱狀。④-3中風化花崗巖：中粗粒結構，塊狀構造，巖芯呈碎塊、餅狀、短柱狀，巖芯破碎～較破碎，裂隙發(fā)育。

場地地下水主要分為上層滯水和潛水和基巖裂隙水。上層滯水主要賦存于部分人工填土中，富水性、透水性較好，水量一般；潛水主要賦存于砂層中，分布不均，富水性、透水性好，為場地主要含水層；基巖裂隙水賦存于強風化花崗巖及下伏基巖裂隙中，亦具承壓水性質。淤泥、粉質黏土為相對隔水層或弱透水層。場地地下水以側向徑流和地面蒸發(fā)形式排泄，以側向徑流補給、大氣降水的入滲補給為主。

1.3 工程周邊環(huán)境

該項目北側、東側為空地，無任何建構筑物和管線。用地西側為啟航路，距項目基坑邊線約6m，目前正在施工，靠近本場地有一地下通道。南側為銘恩路，距項目基坑邊線約10.8m，臨時變壓器位于地塊東南角。

本工程場地內地下水目前已進行排水，滿足施工條件要求。南側銘恩路已建成，雨水、污水和給水街坊井伸入本場地紅線內，可作為臨時施工用水接駁點；在銘恩路已有630kVA的變壓器。本工程通信情況良好，但無網絡光纖，需進行牽線安裝。

2 裝配式構件建筑設計方案

該項目采用裝配式設計和施工的10棟高層住宅，1#、2#、8#、9#、10#住宅建筑高度為79.83m，標準層樓層(3～26層)；3#、4#住宅建筑高度為39.23m，標準層樓層(3～12層)；5#、6#、7#住宅建筑高度為71.13m，標準層樓層(3～23層)；標準層全部實施裝配式建筑。從標準層2層開始采用混凝土預制PC構件，主要包括預制凸窗、預制陽臺、預制疊合板、ALC墻板等。

2.1 建筑設計方案

2.1.1 標準化設計

采用裝配式設計和施工的高層住宅戶型平面規(guī)整，統(tǒng)一模數協調尺寸，基本單元采用模數設計[4]；結構主要墻體規(guī)整對齊，結構合理，同時減少預制構件轉折。通過標準戶型的組合，形成標準層平。

預制構件設計進行標準化、系統(tǒng)化、簡單及易于施工操作[4]。預制飄窗、預制陽臺、疊合樓板的拆分符合模數化標準化設計原則，做到統(tǒng)一[4]。

本項目共設計了4種預制飄窗構件、4種預制陽臺構件、1種疊合樓板構件，構件模型如圖2所示，對應4種標準戶型，將模具的周轉次數做到最大。以設計占比最大的標準戶型A(圖3)為例，建立A戶型可視化模型(圖4)。

圖2 預制構件模型圖

圖3 住宅標準戶型A戶型平面圖

圖4 住宅標準戶型A戶型可視化模型圖

2.1.2 保溫節(jié)點設計

預制飄窗保溫設計，預制飄窗的接縫應滿足防水、防火、保溫、隔聲的要求。依據《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設計依據》(JGJ 75—2012)設計，采用內保溫，飄窗內置30mm厚復合保溫板[5]。

現澆混凝土外墻也需有設計保溫措施，在干區(qū)處理上，使用(25厚擠塑聚苯板+15厚石膏板)復合板+裝飾層；在濕區(qū)處理上，使用防水層+(23厚擠塑聚苯板+15厚水泥纖維板)復合板+裝飾層。

2.1.3 防水節(jié)點設計

防水節(jié)點最重要的是預制飄窗接縫，預制飄窗的接縫采用材料、結構2道防水相結合的設計方式，在最外側采用被上下層壓緊的膠條和建筑密封膠，中間部分為平縫物理空腔形成的減壓空間，內側為現澆混凝土自防水，防水效果好。

預制飄窗接縫所用的密封材料使用選取與混凝土的相容性、低溫柔性、最大伸縮變形量、剪切變形性、防霉性及耐水性等特性的材料。

2.2 結構設計方案

2.2.1 設防標準

項目抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10g，設計特征周期值為0.55s，高度未超過高規(guī)限值，無轉換結構，不超限，采用裝配式方式建造的10棟住宅的結構體系為剪力墻結構體系[5]。

整體結構上設計上由于構件均為工廠設計澆筑成型驗收后運輸現場，現場施工主要考慮構件的連接點處結構設計。

2.2.2 預制結構連接點設計

預制飄窗連接節(jié)點設計，預制飄窗按頂部懸掛于主體結構現澆梁的外側，飄窗兩側與靠墻剪力墻錨固鏈接。底部與現澆梁或反坎連接。計算結構主體時同時考慮樓板、外掛飄窗、構造混凝土三者對梁和主體結構剛度的影響。

預制陽臺的厚度為130mm。疊合樓板連接節(jié)點設計，疊合樓板的厚度為130mm，其中預制層60mm、現澆層70mm。在裝飾工程中，外圍部分采用現澆剪力墻+預制飄窗+內保溫(擠塑聚苯板)，外墻飾面為涂料，實現外圍護墻、外飾面、防水、保溫一體化設計。

2.3 BIM標準化整體模型建立

BIM提供了可視化的思路，可以進行設計模擬實驗，從而確定合理的施工方案指導施工；BIM技術能夠為工程帶來效益，在工程施工前，利用BIM進行建模，準確計算出工程所有的材料(鋼筋、混凝土等)的用量，再通過三維模型實現各專業(yè)之間的碰撞檢查，提高設計準確率，提高工程的經濟效益。

項目的預制構件種類繁多，交叉施工周期長，特別是砌筑體需要高品質的成型澆筑，安全運輸和高精度的安裝吊裝，建立項目的BIM施工模型有利于將項目建設與各專業(yè)三維模型整合一體，進行碰撞檢查，及時發(fā)現圖樣中存在的問題。施工階段主要是在此前BIM模型基礎上進行施工深化設計，并最終形成竣工模型，為建筑運維提供支持。

建立廣聯達BIM三維模型并進行分析，搭建標準層的預制飄窗、預制陽臺、預制疊板，標準層的BIM三維模型圖如圖5所示，標準樓棟BIM三維模型圖如圖6所示。

圖5 標準預制構件三維模型圖

圖6 標準樓棟BIM三維模型圖

3 裝配式構件的施工布置

預制構件的施工安裝主要由塔吊吊裝完成，場地四周塔吊范圍內無高層建筑物，無影響塔吊使用的不利因素。

3.1 預制構件整體施工方案

樓棟住宅樓預制飄窗、疊合樓板、預制陽臺從01編號開始，按照從底層到頂層的順序順時針完成所有構件的吊裝。

采用鋼扁擔作為起吊工具，保證吊點垂直。鋼扁擔采用吊點可調的形式，使其通用性更強。構件采用鋼扁擔方式吊裝，吊點應垂直受力，嚴禁直接采用三角方式吊裝，每個構件吊裝應保證有一根吊繩設置了手動葫蘆，以保證構件平衡[6]。

3.2 預制飄窗施工安裝

預制飄窗構件的吊裝時間是N-1層混凝土澆筑完成后的第2天，吊裝完成后進行墻柱鋼筋綁扎和鋁模封模。預制構件采用現場塔式起重機裝卸。

待飄窗下放至距樓面1m處，根據預先定位的導向架及控制線微調，微調完成后減緩下放。使用鏡面檢查連接鋼筋是否對孔。工作面上吊裝提前放出構件就位線和標高控制線及調整好預埋插筋位置，放置墊片并復核標高[6]。吊裝宜使用專用的型鋼扁擔，起吊時繩索與型鋼扁擔的水平夾角宜為550～650°。

3.3 預制疊合樓板施工安裝

吊裝時首先吊鋪邊緣窄板，然后按照順序吊裝剩余的板。用撬棍按圖樣要求的支座處擱置長度輕輕調整對線，預應力薄板吊裝應對準平彈線緩慢下降，必要時借助塔吊繃緊吊繩，確保板與梁、墻、柱之間及薄板之間的距離符合設計圖樣的要求，用人工用撬棍共同調整長度，且保證薄板與墻、柱、梁的凈間距大于鋼筋保護層。

3.4 預制陽臺施工安裝

預制陽臺的安裝時間為墻柱鋼筋綁扎、鋁模安裝完成后，樓板底筋開始綁扎前。吊裝工序為：放置好水平支撐并調至相應標高；采用專業(yè)吊具使構件處于正確姿態(tài)，構件吊至安裝位置上方30～50cm時，辨識鋼筋、邊線和控制線的位置；緩慢下落精確調整就位；待標準層其他陽臺吊裝就位后，統(tǒng)一綁扎板底部鋼筋；水電管線預留預埋，綁扎板面鋼筋；澆筑混凝土。

將預制陽臺從運輸構件車輛上掛鉤起吊至操作面，進行局部微調，根據控制線進行預制陽臺定位、校正。待構件穩(wěn)定后，方可進行摘勾。吊裝宜使用專用的型鋼扁擔，起吊時繩索與型鋼扁擔的水平夾角宜為550～650°。

4 結語

本文以珠海某小區(qū)項目的設計施工為研究對象，建立了裝配式構件的BIM設計施工方案。預制混凝土裝配整體式結構施工技術的優(yōu)點總結如下：工廠化生產混凝土構件，品質可控性高、可達精品級、外形規(guī)整、尺寸統(tǒng)一[7]；現場裝配，縮短施工周期，加快建造速度；工廠化預制構件采用吊裝裝配工藝，無須泵送混凝土，避免了固定泵所產生的施工噪聲[7]和污染，取得了良好效果。值得注意的是，隨著預制率的升高，建筑成本也會隨之增加，如何降低裝配式建筑的成本是今后發(fā)展裝配式建筑的重要研究方向。