BIM 用于垃圾垂直运输系统设计上的技术研究

汪益民，陈 雄，卢 盛

（1.上饶市建设业安全生产监督管理站，江西 上饶 334000；2.宏盛建业投资集团有限公司，江西 上饶 334000）

0 引 言

绿色施工是指整个建筑施工过程中，在工程质量和安全保障措施不变的前提下，通过各种管理和技术手段组织施工，注重环境保护、节约能源、降低污染、降低能耗，从而有效地降低施工对环境的负面影响，减少施工中不必要的资源浪费，实现可持续发展战略的一种管理模式。

工地施工现场的扬尘控制属于绿色施工中的一项重要指标，也是政府部门极其关心的一项环保内容。多年来，通过分析现场施工情况，针对扬尘产生原因进行研究得出，工地扬尘主要来源有三个方面：一是在工程基础施工阶段，整体土方施工造成的扬尘；二是工程车辆轮胎上附着的泥土在行驶过程中溅散的扬尘；三是在作业面施工过程中，清运作业面垃圾时溅起的扬尘。

目前，大多工程能很好地控制住土方工程造成的扬尘，如在工地围挡、塔吊等处布置喷淋，在工地大门设置冲洗平台用以限制工程车辆行驶造成的扬尘等。但是针对作业面扬尘的控制措施很少，控制效果不明显。所以，设计一款经济、实用的限制作业面扬尘的系统，是非常有必要的。

1 垃圾垂直运输系统的设计

为了有效地解决作业面的扬尘问题，通过对国内外已提出的方法进行分析，并针对上饶地区工程项目施工现场状况进行调研，认为造成作业面扬尘的主要原因是作业面垃圾清运。

目前，高层建筑楼宇的施工建筑垃圾运输方式主要有两种：一是利用塔吊、施工电梯或者依靠人力运输至一定区域，此区域主要为露天状态，一方面极易造成异味、污水外溢，严重影响施工现场卫生，导致施工场地不整洁，另一方面建筑垃圾还极易产生扬尘污染，影响施工环境，同时在运输过程中还存在安全隐患；二是利用垂直管道直接向下倾倒建筑垃圾，此类垂直运输通道在使用的过程中通常需克服较高的落差，而在相对高的落差运输过程中，由于建筑垃圾自身存在重力，进而对运输通道的内壁冲击过大，将严重影响高层建筑垃圾垂直运输通道，降低高层建筑垃圾垂直运输通道的寿命，增加施工成本。

所以，从“实用、经济、绿色、美观、安全”的角度进行分析，参考其他先进地区的措施后，利用 BIM 技术设计出了一款垃圾垂直运输系统［1］。

1.1 设计构思

1.1.1 尺寸设计

考虑到拆装应方便，最好不占用额外的空间，所以系统在现场设置于电梯井内和或者建筑物外边缘，整体尺寸不宜大于电梯井门宽度。一般的电梯井门是 1～1.2 m 宽，所以，系统的宽度控制在 0.9 m，从而可以安装在电梯井内。

1.1.2 材料选择

在作业面施工时，作业面垃圾和杂物一般包括模板拆除后的废弃边角料、混凝土浇捣完后多余的废料、支撑架拆除后的扣件及其他一些尘土或辅件。大部分垃圾和杂物材料质地较硬，所以系统使用材料的材质必须经久耐用，不宜被冲击破化。因此，系统使用 3 mm 厚钢板作为主要材料。

1.1.3 使用安全

当建筑施工至高层后，若从顶层作业面向系统中倾倒垃圾，垃圾从高处做垂直落体至底层，会带来很大的冲击力，不仅容易对设备造成损坏，还容易对人员造成伤害，存在极大的的安全风险，同时也会溅起大量的扬尘。所以，经过思考，认为在系统中必须设置一种缓冲机制，缓冲垃圾坠落时的巨大冲击力［2］。

1.1.4 拆装方便

从绿色施工的节材指标角度出发考虑，系统应拆装方便，能够多次周转使用；所以，系统应可以拆解成若干个构件，且每个构件应能再分解成部件。因此，将系统设计成多个切割成相应尺寸的钢板部件，再通过角钢以螺栓形式连接，在工地现场组装成构件，再进行安装。在项目结束，将系统拆解多个构件，再拔出螺栓解构成钢板和角钢，再运到其他项目使用，从而达到重复周转、节材利用的目的。

1.1.5 扬尘控制

在倒入垃圾和清运垃圾时，也会激起扬尘。所以，在系统内设计使用水雾喷淋，当倒入垃圾和清理垃圾的时候，可开启喷淋，限制住溅起的扬尘。

1.1.6 节省材料

钢板在工程切割时，产生的余料不能过多，造成材料浪费。所以在设计时，应充分考虑整块钢板的切割，使用 BIM 技术模拟钢板切割排版，做到从平面钢板到立体组合，尽量减少加工产生的边角料。

1.2 利用 BIM 技术进行设计

1.2.1 建立部件族

系统设计时考虑是由角钢和钢板以螺栓形式连接，所以先查阅标准图集，按标准规格建立 3 mm 钢板、50 mm×50 mm×5 mm 角钢的族。共建立了 60 余个部件组，包括了各拼装部位的钢板、不同位置的连接角钢、螺栓、喷淋水管、PVC 管道等，如图1 所示。

图1 钢板和角钢的族模型

1.2.2 建立构件族

系统可分解成 4 个构件，分别是垃圾入口、转子、垃圾箱和垃圾管道。

1）建立各构件的模型。将钢板和角钢的族导入构件模型中，编辑各块钢板的尺寸和角钢的长度，在钢板上切割好连接垃圾管道的洞口、螺栓安装预留孔和水管预留孔，在角钢上切割好连接钢板的螺栓安装预留孔；最后用螺栓连接，形成各构件的族。在建族的过程中，不断地优化钢板、角钢和螺栓的空间关系，消除各部件间的碰撞点，如图2 所示。

图2 垃圾入口、转子、垃圾箱模型

2）设计了一款用于缓冲垃圾坠落时的巨大冲击力的构件——转子。转子构件中包括两组转叶组与一根转轴，两组转叶组设置在转轴上；每组转叶组包括 2～6 片转叶，相邻转叶之间呈 30°～120°夹角；转叶由铁质钢架外套弹性材料制成。当高处有垃圾坠下时，会撞击转叶；转叶通过旋转，起到缓冲冲击的作用。通过设置垃圾缓冲限尘装置有效降低较高落差对运输通道内壁的冲击，提高垂直运输通道的寿命，降低施工成本［3］，如图3 所示。

图3 转子中的转叶

3）在垃圾箱和垃圾入口的门处还布置了水雾喷淋，可以在倒入和清运垃圾时开启喷淋，有效地限制住溅起的扬尘。

1.2.3 建立系统模型

将构件族导入系统模型中，通过垃圾管道将各构件连接，形成完整的垃圾垂直运输系统。再利用 BIM 模拟和漫游，模拟试验垃圾在管道中的坠落情况，如图4 所示。

1.2.4 优化钢板切割方案

在生产时，利用 BIM 拼模技术，输入整块钢板尺寸和需切割成形的钢板尺寸，导出经过优化的整块钢板的切割图，最大限度地减少加工产生的边角料，如图5 所示。

图4 垃圾垂直运输系统

图5 整块钢板的切割图

2 主要案例和取得的成果

2.1 案例概况

中国（上饶）建筑科技产业园项目是上饶市的重点工程，是市委和市政府重点关注的项目。项目位于江西省上饶市站前大道东侧及凤凰大道南侧地块。工程包括 2-1 组团、2-2 组团、2-3 组团和 2-4 组团 4 个单位工程，其中 2-1 组团和 2-2 组团地上共 5～6 层，2-3 组团和 2-4 组团地上共 23 层，整体地下一层地下室，总建筑面积约 15 万m2。项目施工管理目标明确为要在施工过程中做到绿色施工，力创鲁班奖。

2.2 主要成果

为实践利用 BIM 设计的垃圾垂直运输系统的技术可行性，首先将系统的 BIM 模型导入建筑模型中，并利用 BIM 漫游和模拟功能进行试验；试验完成后，再在工程实体中的电梯井位置布置一套系统，如图6 所示。

图6 系统模型导入建筑模型

在现场使用时，施工人员打开垃圾入口门并开启喷淋，倒入建筑垃圾；进行喷淋限尘后的建筑垃圾由垃圾运输管进入转子箱体，经转叶缓冲后继续下落至下一楼层；经过多层缓冲最终进入底层垃圾箱内。待垃圾箱内装满建筑垃圾，施工人员开启垃圾箱的喷淋限尘，打开垃圾箱门，将建筑垃圾运出施工现场（见图7）。

通过现场使用垃圾垂直运输系统，建筑垃圾清运方便，省人省力，且能有效地控制扬尘及噪声，更高效、环保；也杜绝了高空抛模板、扣件的现象，保障了施工安全，美化了施工环境。

图7 现场使用效果

3 结 语

通过实践，不仅证明垃圾垂直运输系统是行之有效的，还说明 BIM 技术运用在产品设计过程中，比如设计构件，优化空间，消除碰撞，加工排布、节省材料等方面，都有非常明显的效果。Q