裝配式鋼結構建筑中的BIM和裝配式施工技術應用
——以重慶市青少年活動中心項目為例

湯婷婷

（重慶應用技術職業學院，重慶 401520）

1 裝配式鋼結構的發展背景

“十四五”規劃提出我國將加快新能源、綠色環保等產業發展，推動能源低碳清潔利用，促進社會經濟發展全面綠色轉型。當前，我國減少碳排放工作已經進入控制總量階段。作為和工業、交通業并稱能源消耗的三大部門之一的建筑業，綠色低碳發展是必經之路。近年來，國家在綠色環保方面對建筑業提出了更高的要求，大力發展綠色建筑是新時期生態文明建設的重要措施。鋼結構輕質高強，節省材料，本身就是裝配式，施工過程節地、節水又節能，建筑材料可循環使用，回收率高，是綠色建筑的優選結構[1]?；谘b配式建筑綠色節能減排效益相對傳統建筑更加突出，推廣鋼結構裝配式建筑，將傳統化的工地現場施工建造模式向構件預制工廠化、施工裝配化、管理信息化的現代建造模式過渡[2]，進而促進鋼結構建筑向產業化、數字化方向邁進，實現建筑行業綠色環保節能的目標。

鋼結構可在短時間內完成大面積堅固安全的構件搭建，有著“多快好省”的口碑。國家相繼出臺多項政策，積極推進鋼結構住宅和農房建設，鼓勵公共建筑優先采用鋼結構。在國家產業政策的有力推動下，裝配式鋼結構建筑在超高層辦公樓、大跨空間結構、工業廠房、機場航站樓等公共建筑中得到了廣泛應用。

2 重慶市青少年宮項目介紹

重慶市青少年活動中心項目位于重慶兩江新區園博園內，預計于2022年6月1日交付使用，建成之后將成為重慶的城市文化名片與面向國際的新時代地標建筑，同時也是重慶首個全鋼結構裝配式公共建筑。重慶市青少年活動中心效果圖如圖1所示。該項目由兩個單體組成，建設規模約為47 000 m2，主體結構全部采用鋼結構預制構件，整體用鋼量約12 000 t。非承重圍護墻主要采用單元式幕墻組裝，內隔墻采用ALC輕質條板和輕鋼龍骨墻板組裝。屋面網架為空間雙曲面網殼結構，采用單元式鋼結構設計和吊裝，項目采用裝配式深化設計、全過程BIM控制管理，將復雜的建筑形體化解為盡量統一模數的構件進行拼裝。

圖1 重慶市青少年活動中心效果圖

3 BIM模型管理平臺的應用

項目采用的全過程BIM模型管理平臺是一款以BIM模型為核心的貫穿項目規劃、設計、招采、施工、驗收、運維各階段的項目全生命周期管理系統。根據項目參與方的不同需求，可對平臺的層級結構和功能模塊進行個性化設置。通過模型、文檔、流程和圖表4大模塊的應用，平臺能對項目任務進行跟蹤管理，并對項目進行中的各種資料信息統一管理，使參與各方溝通協作更加順暢方便。

BIM模型模塊包含了結構、建筑、機電、裝修、幕墻等專業模型建立和輕量化拆分處理功能，讓使用者在PC端及移動端能輕松快速查看相應的具體模型。系統支持將BIM模型任意拆解，生成新的BIM模型，可供項目參與方根據需要拆分出部分模型進行深化討論，同時提高現場模型查看時的便捷性等。

施工工藝模擬模塊能將典型復雜節點BIM模擬施工，現場進行動畫交底，實施者能更直觀地了解工藝流程。施工進度模擬模塊可以通過4D動態BIM模型展現施工進度，通過對總進度計劃與實際進度相比較確保工期按時推進[3]。場地動態管理模塊可以針對現場狹小的場地，利用BIM技術進行場地布置的動態管理，直觀地查看各階段的平面規劃。

在傳統BIM基礎模塊的基礎上，本項目通過定制開發，基于BIM輕量化技術，應用了包括圖紙管理、質量驗收、設備管理、安全管理、現場管理、協同派單等模塊。

圖紙管理平臺通過收集匯總過程中不同專業各個版本施工圖紙，讓參建各方統一標準，提高溝通效率。

質量和安全管理平臺通過現場移動端上傳過程中的各類管理資料，形成閉環記錄。比如，作業人員信息登記查詢，相關特種作業人員必須做好人員資格審核流程的審核后方可作業；材料進場取樣復試單，所有實體單據和檢驗報告上傳系統，形成系統化的管理流程，精細化管理現場所有材料的檢驗結果，確保施工質量材料的安全。

協同派單主要是根據項目參與人員工作內容配置其對應的工作模塊配發各單位管理人員賬號，在后臺實現基于BIM模型的問題討論和解決工作流，再結合移動通信，及時通知相關人員，提高各方溝通效率。不同的崗位設置不同的權限和分工，工作人員登錄本人賬號僅能查看自己的工作，可避免因為操作失誤影響BIM模型的信息丟失和發布無效信息等問題，簡化了流程，提高了效率。

4 裝配式施工技術的應用

該項目作為重慶首個全鋼結構裝配式建筑，項目裝配率達到77%以上，實現設計的標準化、管理的信息化和構件生產的標準化，具有極大的推廣和示范意義。各部位的裝配式設計如表1所示。如果按照傳統方式施工，項目建設需要近一年時間，而工廠通過數字化管理，裝配式建造方式只花了4個月左右，將項目建設時間提前了半年多。同時，豎直的結構件預制鋼柱和水平結構件預制鋼梁的自重輕，方便運輸和吊裝，拆卸、搬遷方便，對不滿意的部分可以隨時進行拆卸重組，對使用壽命期結束的建筑可以回收利用，既可以減少垃圾的堆積，還可以節約資金。碳排放量降低、建筑垃圾的減少，真正實現了節能環保的目的。

表1 重慶市青少年活動中心項目建筑各部位的裝配式設計對照表

預制裝配式樓板應按“應用盡用”原則采用，即應在所有適合的內隔墻和樓板部位均予以實施，不允許一個項目中只在部分樓棟中采用的現象出現。同一種結構體系宜采用一種裝配式樓板類型，如混凝土結構體系，應優先采用疊合樓板；而對于鋼結構體系，應優先采用壓型鋼板組合樓板，也可采用疊合樓板。

該項目采用的是壓型鋼板組合樓板，樓板由樓面層、組合板和鋼梁3部分組成，利用開口樓承板作為永久性模板，往上澆筑混凝土構成整體樓板。這種樓板具有鋼筋混凝土的強度高、剛度大、耐久性好的優點，同時也輕巧便捷，便于搬運和安裝，也方便管線的安裝。因其自重輕、施工速度快、承載能力更好，而廣泛應用于大空間建筑和高層建筑。

裝配式建筑對外墻圍護結構的防水保溫、隔音防火等性能要求較高。按照“標準化設計、工廠化生產、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理、智能化應用”的要求，亟須豐富和完善具有輕質、圍護、保溫、裝飾、防水、隔汽、隔聲等功能于一體的外圍護系統。建筑設計中常考慮用蒸壓加氣混凝土條板夾芯墻、預制現場裝配式輕鋼龍骨復合墻板、預應力混凝土夾芯復合墻等復合墻體來提高外墻的整體性能[4]。

該項目的圍護墻體及內隔墻采用的ALC輕質條板和輕鋼龍骨輕質隔墻。ALC輕質條板具有保溫、隔熱、隔音等優點，無放射性，生產過程不產生有害氣體，材料成本相對較低，綠色環保。在安裝過程中，ALC板的節點設計特點既能保證節點強度，又能使板與板之間拼裝簡單，從而提升施工效率。輕鋼龍骨輕質隔墻以往多用于室內隔斷，外墻圍護多采用砌體砌塊等砌筑做法，施工工序繁多工期也長，而將輕鋼龍骨輕質隔墻用于外墻，采用多種連接固件固定，防震、防塵、隔音，不僅施工簡單、安裝靈活牢固、不易變形，干法作業還可以降低施工能耗，提高施工效率，縮短施工周期。

5 裝配式內隔墻的裂縫問題及防治措施

在項目實施過程中發現了一些質量通病。比如，裝配式施工技術不嫻熟，導致安裝過程中部分部件局部損壞；不同材料之間的連接措施生硬，如內墻板與鋼結構主體交接處缺乏有效構造措施，后期存在接縫開裂隱患；新型外墻板的細部構造如接縫、收口以及調整施工誤差的構造處理還需要進一步優化。

其中，隔板墻的柱、墻、梁、隔板與隔板之間的連接處出現裂縫，細節部分處理難度大是裝配式鋼結構項目最常見的質量問題。原因是多方面的，有墻板安裝前的含水率超標，導致安裝后收縮大；未使用專用黏結砂漿，或黏結砂漿質量不合格；墻板之間未采用擠密安裝工藝，砂漿不飽滿，引起收縮裂縫；隔墻板木楔拆除過早，導致墻體連接處拉裂；墻板安裝養護時間不足，未等經過7 d便開槽，引起墻體連接處出現裂縫；水電管線開槽時未用專用開槽機械，對墻體振動過大導致連接處開裂；嵌縫砂漿養護不到位引起裂縫。

針對開裂這個質量通病，必須從多個方面采取有效的措施進行控制?，F場做好防雨措施，嚴格控制含水率；采用專用黏結砂漿，加強對產品質量的檢測，避免使用不合格產品；采用擠密施工工藝，使其連接更密實；而裝好的墻板要養護7 d以上才可拆除木楔；拼縫設置玻纖網格布、鋼絲網抗裂；嚴格控制各工序的間歇時間；開槽時要使用專用的切割機械，減少因振動引起的裂縫；嵌縫砂漿完成后，要及時進行澆水養護。

6 結語

裝配式鋼結構建筑采用工廠化加工，不需要外腳手架和室內模板支撐，節能節地，材料可回收，擁有眾多優點，屬于典型的綠色建筑。但由于在設計施工等方面裝配式鋼結構都和傳統建筑結構大有不同，更加復雜，設計不當會導致經濟性大打折扣，所以對建設團隊的要求也很高。在工程項目建設的不同階段，通過綜合運用BIM技術，利用其特點和優勢，可以優化施工方案、縮短工期，有效提高信息管理水平和裝配式鋼結構建筑的生產建設效率，達成控制成本的目的。目前，我國現在裝配式鋼結構建筑內隔墻、保溫體系等相關技術方面發展還不完善，配套技術研究有待加強。國家標準指導與政策推廣，以及新型建筑施工技術的應用，可以更好地推動裝配式技術在鋼結構建筑中的運用。