有粘结竖向预应力施工技术BIM技术仿真分析

朱 勇

(陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714000)

传统预应力施工工程设计主要借助二维CAD图纸进行呈现，这种设计模式存在设计程序缺失、设计深化不达标等问题，增加内部结构碰撞风险；而BIM技术的出现和应用可以很好地解决这一问题，通过利用该技术，开展有粘结竖向预应力施工工作，不仅可以实现对图纸会审程度的深化，还能有效地提高施工的可靠性、安全性和精确性。因此，在BIM技术的应用背景下，如何科学地仿真有粘结竖向预应力施工过程是施工人员必须思考和解决的问题。

1 工程概况

某市文化广场工程概况：该工程总用地面积和总建筑面积分别为50、18.28万m。该工程地下层数为2层，地上建筑结构主要包含6栋主楼。这些主楼所建设的竖向核心筒区主要使用了预应力型钢结构；同时，主楼9层所构建的框架梁所使用的混凝土梁属于有粘结竖向预应力型结构，此外，钢筋楼板结构在具体的设计中，综合运用了预应力施工技术。同时，对于剪力墙而言，沿着纵向，其竖向预应力可以划分为以下2段，分别是无粘结竖向预应力筋和有粘结竖向预应力筋；其中，有粘结竖向预应力筋是本文重点讨论对象，对于有粘结竖向预应力筋而言，每束预应力筋至少包含7根，所采用的施工方法主要以穿法施工为主。

2 工作准备

2.1 材料准备

预应力施工所用到的材料主要包含以下几种：(1)钢绞线。钢绞线在实际选购期间，要优先选用强度等级为1 965 MPa的预应力钢绞线；(2)固定端锚固系统。该系统在选购期间，要确保所选用的系统含有以下2种体系：一种是张拉端锚固体系，另一种是固定端锚固体系；(3)专用压浆料。在选购专用压浆料期间，要优先选用孔道灌浆料，该浆料主要适用于有粘结竖向预应力筋施工。

2.2 主要机械设备

在本次施工中，所用到的机械设备主要包含以下几种：(1)油泵：型号为ZB4-500型，数量为6台；(2)穿心式千斤顶设备：型号为YCQ-150型，数量为6台；(3)灌浆机及附属设备：型号为BW-200A，数量为2台。

3 有粘结预应力施工工艺

为了确保BIM技术科学应用于有粘结竖向预应力施工中，提高和加快该工程预应力施工质量和施工进度，设计出如图1所示的施工工艺流程。

图1 有粘结竖向预应力施工工艺流程Fig.1 Process flow of bonded verticalprestress construction

3.1 预应力孔道铺设

为了提高预应力孔道铺设操作的规范性和合理性，施工人员要利用BIM技术，完成对预应力施工图纸的设计；然后，严格按照施工图纸所设计的尺寸，落实好以下几个环节：(1)通过利用无缝钢管，对有粘结预应力筋进行钻孔设置，从而形成大小不同的预应力孔道；同时，还要将7根有粘结能力的钢绞线穿入到预应力孔道内，并使用波纹管对各个加腋区进行有效连接。(2)严格按照混凝土浇筑相关标准和要求 ，对基础混凝土进行规范化浇筑；同时，还要将建筑物钢管的长度设置为6 m，还要结合现场施工情况，为施工人员配置相应的套丝机，然后，根据实际施工需求，对钢管进行截断加工处理。(3)在对预应力管道进行正式铺设之前，要做好对无缝钢管、金属波纹管质量的检查工作，确保2个管道质量达标；一旦发现某管道出现损坏现象，要在第一时间内快速将其换掉。(4)按照所设置好的施工图纸，将管道固定在合适位置，避免因管道固定位置不合理，导致钢筋在绑扎期间出现偏移现象；同时，还要做好对钢筋支架的安装和固定。(5)为了提高混凝土浇筑操作水平，施工人员要采用分层施工的方式，对预应力管道进行规范化安装，还要对每段管道的端头高度进行科学控制，确保其高度超过浇筑面的0.2 m；还要使用盖子，对孔道封闭处理，避免因孔道被落入大量的石子、木块等杂物而出现严重堵塞现象。此外，当混凝土浇筑一层后，需要使用实心铁球检验孔道是否出现堵塞现象；如果出现堵塞现象，施工人员要在第一时间内对其进行疏通处理。

3.2 埋件安装

对于剪力墙而言，当绑扎工作结束后，需要进入到管道安装固定环节，以实现对埋件的科学安装。还要根据施工图纸，确定出合适的锚垫板安装位置，同时，还要借助短钢筋架，将非预应力筋固定在合适的位置；还要采用螺旋调整的方式，确保锚垫板与垫板两者之间处于紧贴状态，以达到提高锚垫板局部承压效果。在此基础上，还要调整和设置各个预应力管道之间的缝隙，并使用棉丝对其进行填实处理，避免在进行混凝土浇筑施工期间，波纹管内被落入大量的水泥浆。

3.3 灌浆孔设置

常见的夹片群锚主要包含以下2部分组成：分别是预应力筋张拉端和固定端。(1)这2个组成部分均自带灌浆孔，无需对其进行重新设置，通过使用无缝钢管，对其进行引出即可。(2)对于竖向管道而言，其上灌浆的最小间距和最大间距分别为20、60 m；竖向管道垂直距离为63 m，为确保灌浆操作的规范性和安全性，将备用灌浆孔设置在建筑物5～6层。该备用灌浆孔在实际设计期间，需要在上管道与下管道之间安装相应的三通设备，并沿着水平方向，使用金属管，引出灌浆；同时，还要做好对上阀门的安装和固定。(3)灌浆孔除了可以用于排气孔外，还能用于泌水孔。(4)所使用的灌浆设备主要以BW-200A型灌浆泵为主。

3.4 预应力穿筋

待顶层结平浇筑完成后，可进行有粘结钢绞线穿束工作。参考国内相关电视塔竖向预应力筋穿束经验，本工程采取自上而下，单根穿束。在地面将成盘钢绞线开盘后下料，确保钢绞线能够完全伸直，在穿束时不发生旋转现象；然后再卷成盘吊至顶层。

4 施工中遇到的关键问题

该工程在实际施工期间，通常会遇到以下关键性问题：(1)要根据所设置好的预应力筋位置，并对该钢筋进行科学调整和设置，确保预应力孔道位置确定的科学性和合理性。(2)在正式进入施工前，利用BIM技术，对施工图纸科学设计，为施工工作有效开展提供相应的参考依据。(3)普通钢筋布局密集，通常会出现碰撞现象，因此，施工人员在发生碰撞的部位，将普通钢筋进行截断处理，确保预应力孔道能够过渡得更加平缓。(4)将预应力束绑扎安排在钢管孔道安装工作完成后，同时，在对预应力束进行绑扎期间，禁止随意改变预应力筋的位置。

5 BIM技术仿真应用

BIM技术作为一种常用的建筑信息模型，充分利用了虚拟化现实技术，将工程项目的施工方、设计方、监理方等集合到统一的平台，该平台属于三维可视化平台。通过利用该平台，不仅可以实现信息的快速传输、共享和分析，还能将信息模型应用始终贯穿于整个施工周期中。在BIM技术的应用背景下，预应力施工波纹管碰撞和普通钢筋碰撞问题解决流程如图2所示。

图2 预应力施工波纹管碰撞和普通钢筋碰撞问题解决流程Fig.2 Process of solving the problem of collision ofprestressed construction bellows and collision of ordinary steel bars

5.1 建模阶段

按照所设置好的设计图纸，通过利用和发挥BIM技术的应用优势 ，开展三维建模工作，从而实现对钢骨架、普通钢筋的构建。此外，采用立体分析法，对预埋件进行全面化分析，从而实现对预埋件的精确化、高效化定位和追踪，在此基础上，还要确定出预埋件安装位置，并对预埋件的稳定状态进行全面化分析。另外，还要采用碰撞分析的方式 ，向碰撞检查工具内导入相应的模型，然后，对各个构件进行全面化检查，检查各个构件之间是否出现碰撞现象。此外，还要结合最终分析结果，对预埋件布置流程进行不断地优化和完善，并采用现场指导的方式，对无粘结预应力筋进行规范化管束处理。一旦发现钢骨架与预应力管束两者位置出现冲突问题时，要科学地调整和控制 预应力管束位置。在此基础上，还要对型钢立柱进行开孔处理，使得整个混凝土表现出较高的流通性；同时，还要将混凝土流通孔设置在型钢立柱腹板上，并将其直径设置为90 mm。在建模阶段，所使用BIM技术主要利用了Revit软件，然后，参考施工设计图上的相关参数，完成对三维模型的构建。根据预应力波纹管的碰撞问题以及普通钢筋的碰撞问题，构建出如图3、图4所示的预应力波纹管结构模型和普通钢筋结构模型。

图3 预应力波纹管结构模型Fig.3 Structural model of prestressed bellows

图4 普通钢筋结构模型Fig.4 Common steel structure model

5.2 模拟施工过程

为满足自密实混凝土温度控制及模板稳定性要求，通过利用BIM技术 ，对有粘结竖向预应力施工过程进行模拟，划分施工段,优化施工方案。只有这样，才能最大限度地提高工程整体施工质量和效率。

5.3 碰撞检查阶段

当施工过程模拟结束后，需要向Navisworks软件内直接导入相应的文件，然后，对其碰撞问题进行检查。同时，还要利用Navisworks软件对所构建好的模型进行转换处理，并借助数据接口，对所读取的模型数据进行拓展，之后，对碰撞过程进行模拟和检查。预应力施工所遇到的碰撞问题主要包含以下4种类型：(1)硬碰撞。硬碰撞主要是指2个不同的结构出现部分零件交叉现象；(2)软碰撞。软碰撞主要是指2个不同的结构出现彼此交叉现象，但是，其交叉范围比较低，仅仅恰好处于所设定好的碰撞范围内；(3)间隙碰撞。间隙碰撞主要是指2个不同结构在没有出现重合现象的基础上，其相互之间的距离远远低于所设定好的允许值，由于不符合预定相关标准而被视为碰撞的一种现象；(4)重复碰撞。重复碰撞主要是指2个不同结构在所构建好的扫尾空间系内出现完全重合现象。预应力波纹管和普通钢筋所遇到的碰撞问题主要集中硬碰撞、软碰撞、间隙碰撞3大类，现针对以上3类碰撞特点，其检查数量呈现出不断上升的趋势。对于普通钢筋模块而言，碰撞公差通常被设置为0.01 m，然后，对普通钢筋所对应的 运行状态进行全方位检测和分析。

5.4 生成碰撞报告

当碰撞检查操作结束后，Navisworks软件会自动生成相应的碰撞报告，报告内容呈现方式主要以表格形式为主。该报告将所有碰撞点全部罗列出来，硬碰撞、软碰撞、间隙碰撞数量分别为24处、1 887处、2 399处。普通钢筋不同，所对应的碰撞位置和碰撞程度也存在一定的差异 ，因此，设计人员要根据这一特点，科学调整和控制以下2种参数：一种是 预应力波纹管的坐标；另一种是普通钢筋位置。对有粘结竖向预应力施工图进行重新设计和优化，确保碰撞数量降到最低，为后期现场施工工作的有效开展打下坚实的基础 。

5.5 三维可视化技术交底

采用三维可视化技术交底,使施工人员更加直观清楚地掌握施工要点,确保施工质量和进度。

6 结语

通过将BIM技术科学应用于有粘结竖向预应力施工，不仅可以实现对预应力施工过程的真实化仿真与模拟，还能提前发现设计图纸出现的异常问题，并在施工之前，全面地分析和处理这些图纸问题，避免对后期频繁变更图纸，延误施工工期，为最大限度地提高有粘接竖向预应力的施工质量和施工进度提供重要的技术支持。此外，通过利用BIM技术，可以将直观、形象地呈现施工中存在的问题，便于施工方与设计方进行有效地对接和沟通，为保证施工工作的开展，缩短施工成本打下坚实的基础。由此可见，BIM技术具有非常高的应用价值和应用前景，值得进一步推广和应用。