基于BIM 技術的高層裝配式鋼結構住宅施工關鍵技術探究

李 翠

(江蘇聯合職業技術學院南京分院 南京 210000)

裝配式鋼結構住宅主要指提前在工廠完成相應的裝配式鋼構件和部品,在施工過程中直接運輸至現場進行連接安裝,從而建造成為高層住宅[1]。BIM 技術依托于建筑工程各環節有關信息數據,在此基礎上形成建筑模型,借助信息技術將建筑工程不同階段的數據通過集成后,體現在三維工程模型中,在該建筑模型中實現了建筑設計、施工的一體化,達到信息統一管理的目的,從而能夠對建筑工程全生命周期進行管理[2]。通過BIM 技術所具備的三維可視化功能,能夠使用建筑模型開展碰撞測試,不斷修改優化建施工方案,減少施工的風險事件發生,降低返工率,從而加快施工進度。

1 工程基本情況

以某高層裝配式鋼結構住宅工程為例,該項目總體的建筑面積約達到145 827.73 cm2,其中地上建筑面積達到118 374.38 cm2,地下建筑面積達到27 453.35 cm2,如圖1所示。

圖1 項目鋼結構BIM 模型

該項目建筑主體結構中,主要使用了H 型鋼梁、矩形鋼管混凝土柱等鋼結構。項目共有21層,采取了由鋼結構框架和支撐結構的方式,其中1～12樓采取扁柱和H 型鋼梁框架以及支撐結構為主的體系。該裝配式鋼結構住宅工程所使用的鋼量約為12 000 t,項目整體裝配率達到88.73%。

2 工程重難點的技術解決方案

2.1 預埋地腳螺栓的定位和安裝

2.1.1 重點技術解決措施

首先應該對控制柱地腳螺栓進行安裝,隨后對控制柱地腳螺栓開展分段調差,有利于保證鋼柱整體的安裝精確性[3]。將BIM 模型嵌入到已經構建完成的柱腳族中,開始自動運行識別程序對模型中立柱進行識別,得到柱腳模型,并自動對模型進行調整完善,形成柱腳定位樣板和與之對應的明細表[4]。在施工現場完成控制柱地腳螺栓的安裝后,通過三維放樣機器人自動掃描施工現場,全方位掃查施工現場柱腳安裝位置和模型中柱腳位置是否一致,減少安裝誤差出現,提升安裝的精確性。同時還能夠自動識別模型中立柱,形成柱腳節點,構建起地腳螺栓定位樣板。

2.1.2 建立模型及樣板

建立不同類型的柱腳節點以及地腳螺栓定位樣板模塊,創建形式多樣的立柱、底板以及筋板,建立螺栓孔距離列。并在底板周圍邊界處作出螺栓孔,將螺栓墊、地腳螺栓以及地腳螺栓定位樣板創建在對應的螺栓孔處。

2.1.3 建立工程模型及材料清單

結合項目工程實際要求,建立對應的軸網。并在軸網節點上建立立柱,在組件列表中選取柱腳節點和地腳螺栓定位樣板模塊[5]。再選擇相應的立柱,就能夠智能建立起柱腳節點模型。最后選取圖紙及報告菜單欄,形成材料清單和施工圖紙。

2.1.4 定位安裝地腳螺栓定位樣板

第一步先在地腳螺栓定位樣本中詳細標注出中心線,并和測量軸線保持完全一致,把地腳螺栓上端置入地腳螺栓定位樣板對應的螺栓孔中,安裝螺母。隨后按照縱向的方向,在建筑鋼管上安裝地腳螺栓定位樣板,根據測量軸線對軸線和標高進行相應的調整,如圖2所示。

圖2 施工現場預埋地腳螺栓

2.2 鋼柱的安裝

2.2.1 依托于BIM+RFID 技術安裝鋼柱

構建起融合BIM 技術和RFID 技術的信息處理系統,自動賦予鋼柱相應的電子編碼,形成RFID 電子標簽,一方面可以無需接觸,另一方面能夠實現自動識別和進行無限追蹤定位。在施工現場對成品鋼構件進行檢驗的過程中,可以借助RFID 無線定位技術對現場驗證工作提供輔助。同時在現場施工施工過程中,可以借助BIM 三維模型提供技術支持,通過BIM 和RFID 相結合的信息系統,能夠對尚未完成和已經完成的構建進行智能識別,從而有效掌控施工現場的狀況。

2.2.2 鋼柱起吊

在吊裝整體鋼結構的過程中,通常情況下選擇獨立塔吊采取回轉起吊的方法。吊裝期間必須在起吊設備端部放置枕木。吊裝過程中密切觀察承載柱底端的情況,一旦和地面發生撕裂或者滑動受阻的情況,需要馬上停止吊裝。

2.2.3 安裝首節鋼柱

首先需要精準定位鋼結構位置,檢查基礎基準線和標高數值,需要和工程設計要求相匹配。同時仔細查看地錨螺栓直徑和暴露在外面的長度,對鋼結構標出相應的編號。明確外形尺寸是否有誤,確定連接板的方向及位置,在施工現場再次確認尺寸參數,對標高值進行測量。根據基礎預埋件標高值,來確定第一節段鋼承載柱標高。在進行安裝之前測量標高值是不可或缺的重要步驟,需要確保基礎位置標高設定高于地錨螺栓,通過鋼板對高度值進行對應調整。在安裝鋼承載柱期間,需要借助水平儀再次檢查標高值,進一步確認標高值無誤后,在相應位置放置固定繩索,并引導塔吊吊裝吊鉤移動至目標位置。在重新確認標高值的過程中,將磁性鉛垂線掛在柱體兩端,觀察柱體垂直度情況,在此基礎上測量標高值。通過兩套經緯儀從兩個正交方向分別進行觀察,校對核驗鋼柱垂直度情況。隨后使用千斤頂將柱體底部撐起,合理調整鋼柱垂直度。而對于柱體頂部進行調整時可以借助“地牛”進行輔助,在確認定位無誤后,將臨時固定架安裝到位,緊緊捆綁住固定繩索,如圖3所示。

圖3 施工現場首節鋼柱安裝

2.2.4 吊裝上節鋼柱

在對上部節段進行安裝時,需要觀察兩側臨時固定連接板狀況,確保上一節段與下一節段鋼柱之間保持緊密連接,使用節點板將其進行有效的固定連接。通過垂直吊裝,在吊裝至目標安裝位置后,立即對臨時連接板和安裝螺栓緊度進行合理調整。同時對標高值進行相應調整,不斷的核對檢驗上、下節段的對接頭情況,避免發生扭轉或錯位現象,從而使高度偏差數據控制在標準要求的范圍之內,如表4所示。對鋼柱中心線進行調整,確保鋼柱接頭尺寸滿足國家制定的標準要求,包括高層柱垂直度、標高值、扭曲值等指標,需要和安裝尺寸相匹配,最終保證鋼柱可以精準的放置在對應位置。通過利用具備較高強度的螺栓緊固結構,能夠明顯提升鋼結構的剛度及其承載能力,從而到達項目工程的設計要求。同時,需要校對核驗鋼結構吊裝接頭位置是否合理,利用千斤頂或者“地牛”對具備進行調整,提高鋼柱連接尺寸的精確性,使其和工程設計要求相匹配,如表5所示。

2.3 鋼梁的安裝

構建起融合BIM 技術和RFID 技術的信息處理系統,自動賦予鋼梁相應的電子編碼,形成無需接觸且能夠進行自動識別和進行無限追蹤定位的RFID電子標簽。在施工現場對鋼梁進行檢驗的過程中,可以借助RFID 無線定位技術對現場驗證工作提供輔助。同時在現場施工施工過程中,可以借助BIM 三維模型提供技術支持,通過BIM 和RFID 相結合的信息系統,對尚未完成和已經完成的構建進行智能識別,實現對施工現場進度的掌控。

3 結語

綜上所述,筆者以高層裝配式鋼結構住宅項目實踐為依據,總結出基于BIM 技術的高層裝配式鋼結構住宅施工關鍵技術方案,有效解決了高層裝配式鋼結構住宅施工中預埋構件位置精度控制、鋼梁吊裝連接以及鋼柱吊裝連接等重難點問題,能夠為后續高層裝配式鋼結構住宅施工提供依據,為相關工程施工人員提供建議。