BIM技術在壓型鋼板鋼筋混凝土夾層樓蓋施工中的應用

宋博，李因旭，朱傳英，劉翠蘭，辛斌，張璐，李瑜玉

（華通建設發展集團有限公司，山東 泰安 271000）

1 引言

在建筑施工的過程中，對于室內樓蓋施工工法一般以鋼筋混凝土澆注的水泥板為主，而現有水泥板主要成型為在模具中安裝鋼筋，然后將混凝土灌入至其中，當混凝土灌入成型后，使用傳統的水泥板對樓蓋進行搭建。傳統樓蓋的施工水泥板制備后體積、質量大，在樓蓋施工操作難度也較大。并且傳統的水泥材質的樓蓋只是通過內部的鋼筋保證強度，其強度與穩定性不高，且沒有多余的利用空間，安裝后降噪隔音的效果也不好。為此，針對上述出現的問題，本文針對BIM 技術在壓型鋼板鋼筋混凝土夾層樓蓋施工中的應用進行探索和研究。

此前很多學者對BIM 技術在不同領域的應用進行了研究，練俊江和李蔚興[1]利用SATWE 軟件研究了鋼筋混凝土夾層的增加對原工程結構的影響程度，同時對相應指標進行了驗算分析；張建鋒[2]對以往的傳統凍結井壁結構在使用中的優缺點進行了總結，并運用新技術、新材料、新工藝等進行改進，取得了明顯的效果；闕榮[3]對BIM 技術具有的優勢和特點進行了探討，并將BIM 技術應用到實際裝配式鋼結構建筑施工現場，得到該技術對工作效率提高、成本控制等產生積極影響；盛龍飛[4]運用ANSYS 軟件對三向網格和正六邊形蜂窩型空腹夾層樓蓋的承載力進行了研究分析；張植偉等[5]以某大劇院項目為依托，利用BlM 技術協同作業機制，推動施工數字信息一體化，加強信息溝通；董武俊[6]分析了BIM 技術的特點及應用情況，并對裝配式項目進行針對性研究；陶佳能等[7]通過建立三維BIM 協同平臺，并依托于實際工程項目對裝配式建筑在施工階段的安全質量控制進行了分析與研究；毛蜀軍[8]利用BIM 技術對BDF 空心樓蓋從建模設計到實際施工過程進行了全面分析，并對整個項目進行精細化管理。

隨著技術施工的逐步發展，越來越多的技術人員會在施工前使用BIM 技術，操控模擬建設模型，以模擬建筑施工的方式進一步地完善施工流程。

2 工程概況

泰安市文化產業中等專業學校綜合實訓樓建設項目一標段（如圖1）位于泰安市泰山區五馬街以北、溫泉路以西，學校院內結構形式為鋼結構框架體系，建筑面積為4336.29m2，本工程應用本技術面積約3700m2。核電封頭、壓力容器、齒弦管及GF300 方矩管智能制造建設項目（如圖2）位于泰安市岱岳區大汶口工業園迎駕路以東、南留大街以南，結構形式為鋼結構形式，建筑面積5588.6 6m2，獨立基礎，1#車間和2#車間建筑高度分別24.20m、16.20m，為本工程應用本技術的兩層夾層面積約520m2。

圖1 泰安市文化產業中等專業學校綜合實訓樓建設項目一標

圖2 核電封頭、壓力容器、齒弦管及GF300方矩管智能制造建設項目（車間一、車間二）

3 工藝原理

BIM 技術在壓型鋼板鋼筋混凝土夾層樓蓋施工中的應用，包括鋼板基架鋼板基架采用合金鋼制備而成，鋼板基架制備時可根據施工的場所及施工的要求制備，控制其制備的大小及強度，具體構造結構如圖3所示。

圖3 壓型鋼板基架構造圖

六邊形基架，六邊形基架安裝在所述鋼板基架的內側，且六邊形基架相互拼接安裝在一起；基礎肋板，基礎肋板安裝在鋼板基架的四處夾角處，且鋼板基架與六邊形基架連接處對應鋼板基架四處夾角處留有預制空間；支撐骨架（見圖4），支撐骨架安裝在所述鋼板基架的底部，且支撐骨架安裝在基礎肋板的正下方；底板，底板安裝在支撐骨架的底部，且底板的大小形狀與鋼板基架相同，如圖5所示。

圖4 支撐骨架結構圖

圖5 底板安裝結構圖

圖6 施工流程圖

4 基于BIM技術的施工工藝流程及要點

4.1 施工工藝流程

4.2 施工操作要點

4.2.1 壓型鋼板鋼筋混凝土夾層樓蓋設計步驟

根據施工現場考察校核圖紙，按照校核正確后的圖紙，使用Envisioneer 軟件建立BIM 三維模型。在建設模型時，需要對后期裝飾及施工時所用的樓蓋位置進行特殊標記，對建筑整體進行三維模型的建設后，將樓蓋的模型單獨拉出。

根據施工的建筑圖紙，將樓蓋參數化，并導出樓蓋的配料清單，隨后按照導出的配料清單制造樓蓋。

制造的樓蓋成型后，對樓蓋整體進行測量，保證樓蓋的長寬高符合建筑施工及圖紙要求。當樓蓋的設計滿足要求后，制備加工即可。

4.2.2 鋼板基架

采用合金鋼板，鋼板材料選用鋼坯與鋼的Al-RE 合金稀士變質劑，對鋼坯進行冶煉，然后在鋼液中注入RE合金稀上變質劑并澆注成型，成型后經過后處理即可得到合金鋼板。

4.2.3 制備六邊形基架

六邊形基架采用陶粒泡沫水泥的材料制備，制備原料為水、粉煤灰水泥、泡沭劑、陶粒，配對比為粉煤灰水泥∶水∶泡沫劑∶陶粒=1∶0.4∶0.05∶1。制備時將水泥與粉煤灰水泥混合攪拌，攪拌90s 后倒入陶粒并繼續攪拌，隨后倒入泡沫劑調整整體的密度，最后倒入成型的冷卻模具中即可，六邊形基架拼接安裝模擬圖如圖7所示。

圖7 六邊形基架拼接安裝效果圖

4.2.4 基礎連接

將成型后的六邊形基架取出，然后將多組六邊形基架拼接固定在一起，拼接固定時，在相鄰的六邊形基架的相對端面連接上鋼筋連接桿與固定柱，從而加強固定的強度，然后將六邊形基架安裝在鋼板基架的內壁中，如圖8所示。

圖8 基礎肋板結構效果圖

4.2.5 灌裝混凝土

鋼板基架與底板外側板安裝有側立擋板，形成密封空間。將六邊形基架安裝在鋼板基架的內側中，并將鋼筋限位安裝在預制空間中，隨后灌裝C25 混凝土，待混凝土成型冷卻后抗壓強度達到25MPa以上即可。

4.2.6 底板安裝膨脹螺栓

最后底板的底部留有內螺紋簡開口端，可通過內螺紋簡安裝M8×100 膨脹螺栓，使膨脹螺栓深入連接在混凝土樓蓋中，則可在樓蓋的底部方便安裝裝飾。

4.2.7 成型

樓蓋基礎成型后，在鋼板基架與六邊形基架的外側包覆層外裹材料（包括水泥、草木灰、泡沫劑與氧化鎂），并通過外裹材料對六邊形基架進行封頂。

外裹材料制備工藝。使用水泥、草木灰、泡沫劑與氧化鎂，取水泥∶草木灰∶發泡劑∶氧化鎂=0.3∶0.07∶0.2∶0.5，將取料充分混合在一起，并將混合后的漿料填充在六邊形基架2 的頂部并涂刷在鋼板基架1的外側，然后冷凝成型。

4.2.8 成品養護

預制構件在澆筑完畢后的12h 以內，應對其加以覆蓋并保濕養護。同時應保證混凝土澆水養護的時間、養護的方式及溫度控制等。

4.2.9 運輸

混凝土構件已經采用了儲存運輸一體化的方式。該方式把從流水線上生產出的構件逐一碼放在貨架上，貨架在工廠內也是儲存架，貨架配合構件專用運輸車使用，直接將構件運往工地指定位置，極大地減少了構件多次裝卸過程中的損壞，如圖9所示。

圖9 預制構件運輸圖

4.2.1 0堆場

堆放場地地面必須平整堅實，排水良好，并有排水措施。當預制構件運抵現場存放時，應嚴格按照相關規范和技術標準的要求，按規格、品種、所在部位、構件定位編號、吊裝順序分別設置堆場，并將構件吊運到指定進行位置，如圖10所示。

圖10 預制構件現場堆放圖

4.2.1 1成品保護

本項目預制構件在運輸、堆放和吊裝的過程必須要注意成品保護措施。應從出廠吊裝、運輸、運抵現場、現場安裝等各個環節進行防護，并制定緊急情況處理預案，全面考慮預制構件的成品保護。

4.2.1 2吊裝準備

施工現場預制構件的安裝工作，應嚴格按照施工前編制審批后的專項施工方案來實施，并在施工前對施工人員進行技術交底及安全交底。同時對具體流程進行專項技術交底培訓，確保構件安裝工作安全順利，防止構件發生損壞，造成不必要的經濟損失。

4.2.1 3現場安裝

目前，常用的有“內控法”和“外控法”高層建筑物軸線的豎向投測，根據控制軸線依次放出建筑物的所有軸線、墻板兩側邊線和端線、墻柱邊線、節點線、門洞口位置線以及模板控制線，然后依據施工方案實施具體的安裝程序。預制構件現場施工安裝如圖11所示。

圖11 預制構件現場施工安裝

5 結束語

通過上述研究表明，BIM 技術在壓型鋼板鋼筋混凝土夾層樓蓋施工中的應用取得了理想的效果，通過該工藝的應用，上述工程在技術、質量、經濟、社會等方面均取得了良好的效益，具體成果如下。

經濟效益：通過應用本工藝，最大限度地減少因施工不合格造成的人工及材料的浪費，同時也大大減少了工程后期的維修投入；減少了施工工序、返工，提高了施工效率，節約投資5.9 萬元，節約勞動力、設備租賃費用10.4 萬元；避免了因裂紋缺陷維修、建筑垃圾清理產生的費用2.6萬元；合計節約18.9萬元。

社會效益：通過開展BIM 技術在壓型鋼板鋼筋混凝土夾層樓蓋施工中的應用活動，培養了一批精干的技術、管理人才和施工隊伍，在后續的建筑施工過程中發揮了積極的作用，為工程整體創優奠定了堅實的基礎。