装配式建筑施工模拟与工程应用*

游长城 涂木兰

成都师范学院/物理与工程技术学院 四川 成都 611130

引言

装配式建筑是指将建筑工程的一部分或全部部件在工厂使用通用模具加工后，使用特定的运输车运送到施工现场，以可靠的连接方式组装的建筑物。它是一种绿色环保的新型建造方式，并且能形成具有使用功能的建筑结构。装配式建筑与现行的现浇混凝土建筑相比，可以有效减少施工人员的工作强度，缩短施工时间，提高施工人员的工作效率，减少建筑工程的整个周期的成本，更重要的是它还具有防止灰尘污染、减少施工过程噪音污染的优点[1]。在绿色建筑理念下，装配式建筑的发展潜力很大[2]。

1 装配式建筑的施工模拟

在装配式建筑施工过程中，有很多事前制作的预制构件被运输到施工现场，为了避免在施工现场发生冲突、碰撞、混乱，提高施工效率，减少项目成本，缩短施工工期，前期的施工模拟工作是必不可少的[3]。将装配式建筑主要构件进行施工动画模拟及安装施工流程的预演，即可以提前预知工程进度安排的合理性；也能让安装和施工管理人员直观形象地获知装配式建筑的安装过程，提高施工效率；还能进行碰撞检测分析，及时纠正“错漏碰缺”。

目前常用的装配式建筑施工模拟软件有：Bentley软件，它主要应用于场地布置和塔吊布置，在做平台的同时开发专业工具软件，并将软件整合到Microstation中；BIM-FILM软件则是作为BIM行业中第一款国产可视化软件，它基于BIM+仿真与互联网技术，结合了工程施工技术特点、3D动画编辑技术和游戏级引擎技术。这款软件比较突出的功能是它支持自定义动画、实时渲染输出，使系统更具专业性、易学性、多样性[4]。

本文结合北京市某小区装配式住宅楼，运用Bentley软件对其进行施工场地布置和塔吊布置；运用BIM-FILM软件对其进行预制外墙吊装、叠合板吊装和整户型施工模拟。

2 装配式建筑施工模拟在工程中的应用

2.1 工程概况

本工程为某小区项目住宅楼，位于北京市房山区长阳镇，建筑总面积：10819.63m²。建筑高度：68.7 m，地上22层（主体结构），其中1-4层为现浇，5-21层（标准层如图1所示）采用预制构件，顶层为现浇，结构类型为装配式整体剪力墙结构。设计使用年限为50年、抗震设防烈度为8度，建筑耐火等级为一级。

图1 建筑标准层平面图

2.2 施工场地布置

运用Bentley进行施工场地布置，可以生动形象地展现出施工现场的材料、工具及器具的布置情况和布置场地是否合理，对于施工现场管理具有较大的参考价值。本项目施工场地设有三处门，每道门都设有自动清洗设备和人脸识别设备，大门设置在拟建建筑西面，办公楼紧靠大门布置，拟建建筑周围有两栋相似建筑，材料、工具及器具放置空间充裕，拟建建筑东面布置有塔吊和篮球场，将模板，钢筋，脚手板，预制构件和加工机械等合理布置在塔吊可视及吊装范围内，避免了二次搬运等问题，运动场可供工人休闲娱乐和安全教育使用；拟建建筑南面空地布有砂、骨料、水泥堆场和现浇混凝土搅拌站，停放施工车辆；拟建建筑西面布置的是施工安全教育设施；拟建建筑南面布有供电设备、消防设施、安全通道、员工宿舍等；拟建建筑周围布置合理，符合施工环境场地布置规范（如图2所示）。

图2 施工场地布置平面图

2.3 塔吊布置

根据建筑高度和建筑面积，通过Bentley软件，合理选择塔吊规格与塔吊布置位置，避免塔吊布置不合理和选择塔吊规格不符合要求等问题的出现。本项目建筑结构总高68.7m，根据塔吊选择规范，故选用高度80m的塔吊，布置位置远离拟建建筑大于0.6m，塔吊手臂覆盖于整个拟建建筑物上，避免二次搬运（如图3所示）。

图3 塔吊布置图

2.4 预制外墙吊装模拟

将设计好的预制外墙模型导入到BIM-FILM软件中或直接从构件库中选择已有的预制外墙进行预制外墙吊装模拟，具体的施工步骤如下：

2.4.1 定位放线，预制墙板安装控制定位放线，在楼面板上，根据定位轴线放出预制外墙定位边线，并校核楼板预埋螺栓位置。

2.4.2 检查构件并确认好编号，再施工前施工操作人员清理施工楼层地面，检查连接钢筋位置、长度、垂直度和表面是否清理干净；检查墙板构件编号及外观质量有无破损和裂缝；检查墙板支撑规格型号和辅助材料是否做正确及完整。

2.4.3 做好吊装前相关准备工作，在预制外墙底部粘贴橡塑棉条，根据相关要求在楼板面已画的墙板位置两端部提前安放标高调整垫片，安放高度为20mm，然后将外防护架组装在预制板外页板上；在内页墙板相应位置弹出控制线50mm。

2.4.4 起吊预制外墙墙体，墙板构件吊装应根据吊点设置位置在吊装梁上采用合适的吊点。用吊装连接件将钢丝绳与墙板预埋件吊点连接；构件起吊至距离地面约500mm处时静停，检查构件状态并确认吊绳、吊具安装连接无误后方可继续起吊，起吊要求缓慢匀速。

2.4.5 将预制外墙吊装就位，构件距离安装面约1000mm时悬停，保持构件静止，2名施工人员手扶外墙缓速降落至安装位置，当构件距离楼地面约300mm时，应由施工人员辅助轻推构件（如图4所示），根据定位线初步定位，另外一名施工人员使用镜子观察楼地面预留插筋与构件灌浆套筒应逐根对准，待插筋全部准确插入套筒后缓慢降下构件。墙板就位后，通过500mm标高线检查墙板标高及水平度。

图4 预制外墙吊装

2.4.6 标高满足设计要求后施工人员应及时安装预制外墙板斜支撑。将支撑杆与墙板上预先安装的连接件连接；墙板稳固后，可摘除吊钩。

2.4.7 调整斜支撑的长度并仔细调整墙板的水平位置及垂直度。水平位置以楼板上弹出的墙板水平位置定位线为准进行检查；垂直度通过靠尺进行检查。墙板位置精确调整后，紧固斜支撑连接，完成预制外墙吊装。

2.5 叠合板吊装模拟

将模型导入到软件中，设置相关构件自定义动画属性，就可进行叠合板施工模拟，叠合板施工步骤如下：

2.5.1 定位放线，确定支撑杆位置，独立支撑应距离叠合板端500mm处设置，作为施工阶段叠合板端支座，分别安装三脚架、独支撑、支撑头和横梁，当叠合板跨度不大于4.8m时，在跨内设置一道支撑即可。

2.5.2 支撑杆通过三脚架提供侧向支撑，立稳后进行立杆标高抄平，根据叠合板标高调节高度并弹竖向垂直定位线。

2.5.3 叠合板吊装前，施工人员应将支座基础面及楼板面清理平净，避免点支撑，检查叠合板构件外观质量有无裂痕和破损。

2.5.4 叠合板吊装应严格按照图纸要求顺序依次吊装并严格检查编号，根据施工图选择合适的吊点，便于受力均匀。

2.5.5 在安装吊具时，应根据构件形状和重量选择合适钢丝绳及吊具，起吊前确认吊具与吊钉挂点是否紧密连接。

2.5.6 吊装过程中，在工作层高500mm处静停（如图5所示），根据叠合板位置调整叠合板进行定位，吊装过程中，注意避免叠合板上的预留钢筋与墙体钢筋碰撞，参照墙顶控制线，引导叠合板缓慢降落至横梁上。

图5 叠合板吊装图

2.5.7 叠合板校正时，采用契形体块调整，不得直接使用撬棍调整，检查楼板两端支撑于墙或梁上支撑长度，以及相邻叠合板拼缝宽度。

2.5.8 楼板铺设完毕后，板的边缘不应出现高低不平的情况，也不应该出现缝隙，无法避免的空隙应做封堵处理，支撑杆可做适当调整，使板的层面保持平整，不留缝隙。

2.5.9 确认支撑受力均无松动，楼面施工员向塔吊司机发出下勾指令，取出吊钩。继续本段其他叠合楼板安装，洞口可用防止滑动的盖板进行覆盖。

2.5.10 楼板完装施工完毕后，项目部质检员对楼面标高，相邻板面高差搁置长度和拼缝严整度进行全面检查。

2.6 整户型施工模拟

项目住宅楼整栋户型施工步骤如下：

2.6.1 测量放线，依次进行本段预制外墙吊装，安装调节斜支撑。

2.6.2 进行本段预制内墙吊装（如图6所示），安装调节斜支撑，并做好塞缝罐浆。

图6 整户型施工动画

2.6.3 竖向结构钢筋绑扎固定，模板安装并加固墙体，使用混凝土一次浇筑完成，混凝土达到一定强度后，拆除墙体模板。

2.6.4 安装叠合板独立支撑，调节龙骨标高至合适标高，测量并弹出相应周边控制线，依次进行叠合板吊装作业。

2.6.5 安装阳台板独立支撑，调节龙骨标高至合适标高，测量并弹出相应周边控制线，依次进行阳台板吊作业。

2.6.6 安装空调板独立支撑，调节龙骨标高至合适标高，测量并弹出相应周边控制线，依次进行空调吊板作业。

2.6.7 水平构件脚手架与模板支撑并固定，现浇板底部钢筋绑扎，水电管线预埋安装，板面钢筋绑扎，混凝土浇筑。

2.6.8 放线，砂浆找平，楼梯吊装，注浆固定，成品保护，然后依次完成其他楼层吊装。

3 结束语

通过本文对装配式建筑工程动画的模拟，可以得出以下结论：

可以预测本工程的施工安排是否平衡，整体的计划、场所的配置是否合理、工程是否正确，并能及时优化。

可以非常清楚地知道装配式建筑的组装构成，避免二维图纸的理解偏差，保证按计划进行。

碰撞检测分析可以收集和修改传统二维模式中难以感知的“错误和缺陷”。

通过施工模拟，对复杂节点或部位进行事先彩排，提高劳动者对施工环境和施工措施的熟悉度，提高施工效率。