BIM在装配式结构施工全周期中的应用探讨

薛瑞凯 徐岗 袁果 高德鑫 余苗

【摘要】文章介绍了成都天府国际机场国航基地工程（生产辅助设施一期），依靠 Revit平台及相关深化设计插件，驱动自适应族构件，建立预制叠合板构件深化设计模型。同时根据参数化的模型族，在保证模型满足深化设计精度的同时，实现构件间的数据互通，保证了建模效率和对统一的深化设计技术措施的修改和调整，BIM技术的深度应用，不仅提高了施工效率，还获得了较好的社会效益和经济效益。

【关键词】 BIM建模;深化设计;施工模拟;拉杆式悬挑架

【中图分类号】 TU741.2【文献标志码】 A

随着我国建筑行业快速发展，绿色建筑、智慧工地越来越受到重视，传统设计成果均由二维呈现，无法准确表达节点做法，而且无法获得施工碰撞检查，受限于设计人员的经验与责任心，往往无法精准指导施工。BIM技术具有模型可视化、参数化、可交互性、全生命周期性等特点，模型能够以可视化的方式呈现给设计人员、施工人员，方便查看、修改和优化，大量构件及族的应用赋予了模型活力，可随时根据现场实际施工动态调整，再接入信息化平台，反馈给相应的负责人，得到正反馈，实现信息共享[4]。

装配式结构实施过程中遇到的问题，利用 BIM模拟施工工序，优中选优，避免在施工过程中出现工序混乱的问题，使经过深化设计的图纸及方案更具可实施性。

1工程概况

成都天府国际机场国航基地一期工程场地位于机场进场高速公路东侧，共分为保障区、地服区和机务区3个组成部分。保障区与地服区为生产辅助设施地块，位于东西联络干道的南区和北区，用地都较为方正;机务区为国航机务维修地块，紧邻地服区南侧，北临为东西联络干道。项目总建筑面积约为17.16万 m2，其中北区建筑面积约16.11万 m2（其中地上建筑面积约10.32万 m2，主要用途为办公、公寓、多功能活动中心及食堂;地下一层，建筑面积约5.79万 m2），南区建筑面积约1.05万 m2。

本工程预制构件采用析架钢筋混凝土叠合板，预制楼板均为双向板，应用范围为办公楼、公寓楼共7栋单体工程正负零以上楼板（包含1#、2#楼除种植屋面外屋面层），大部分楼板设计厚度为120 mm，部分楼板区域为150 mm，其中下部60 mm厚度为工厂预制，上部60 mm、90 mm厚度为施工现场现浇。经统计，装配式叠合板数量共5590块，构件面积约32028 m2，构件体积约1922 m3，总重约4512.3 t。

2构建BlM模型

结合建设方下发的施工蓝图，首先使用 sketch up 构建项目模型，作为项目结构与建筑模型构建基础依据（图1）。

项目用的 BIM核心模型为结构模型和机电模型。结构模型为创建装配式叠合板使用，机电模型为的是提取各专业与结构交叉位置，预留洞口。由于结构施工图不能满足装配式叠合板生产加工需求，装配式结构模型基于结构模型，结构模型基于结构施工图（图2）。

3 BlM施工应用

3.1深化设计

装配式混凝土结构的深化设计主要包括预制构件生产、安装、质安措施等进行服务，其中生产方面深化设计的内容主要包括钢筋深化设计、预埋预留深化设计、构件连接节点深化设计;安装方面的深化设计包括安装施工模拟;质安措施方面包括支模系统、支撑系统深化。

3.2钢筋及节点深化

创建通用装配式叠合板模型，将叠合板板宽、板跨、板高等构件数据参数化。利用已建成的结构模型，根据设计图纸布设构件钢筋[3]。

首先梳理结构图，将结构板拆分为适合的板尺寸，考虑加工和施工的便利性。同时整理需要的钢筋类型及节点，提前将各类型钢筋及节点录入族，导入结构模型中。按规范及结构通用设计要求放置钢筋，调整钢筋的锚固节点及钢筋长度，在三维视图中观察复核结构模型是否满足要求。

叠合板布置5根析架钢筋，间距500-520 mm，上、下弦筋均为8，腹杆筋小6，在梁柱连接位置布置加强筋。另外在吊点两侧相邻波谷处布置附加钢筋8，吊点附加筋位于析架下弦钢筋上部[5]。布置完成钢筋后，检查钢筋之间是否互相冲突，有无交叉。如有，及时调整。

装配式构件是在工厂内浇筑完成，成型后調整困难，且为保证装配式构件在工厂内加工效率，需要模具尽量统一。所以深化过程中，尽量减少各种装配式叠合板的异形结构（图3）。

3.3预留预埋与碰撞检查

装配式结构模型创建过程最重要的一环就是预留预埋洞口的预设，预埋设置的正确性直接影响叠合板的施工准确度。根据图纸创建机电模型，重点集中在变标高及穿楼板、墙等位置。

记录机电模型穿楼板位置，考虑暖通、给排水、通风、消防等各专业穿楼板需求，穿孔为方洞还是圆洞，是否需要布置套管或者预埋线盒等（图5）。根据 BIM管道模型，原设计施工图管道井内立管排布凌乱，导致管道井外水平压力管道与重力流管道穿插排布，不利于支吊架设置及施工，为便于管道施工，达到整齐美观的效果，优化管井内压力管道与重力流管道分类排布。

在Fuzor软件中检测预留预埋洞口与钢筋是否碰撞，分析各类型结构构件是否存在相互干扰碰撞情况，亮显冲突构件，查阅设计图是否为模型构件问题，如发现模型无误，构件确实存在碰撞，则通知设计单位修改变更，修改意见反馈后再反映至模型。

通过 Dynamo插件完成对配筋、板重、析架高度等影响现场安全及结构施工的主控项目进行校核[2]。校核完成后用 Revit批量生成图纸，同时生成项目相关数据，为生产线排产、商务结算提供依据，生成"构件身份证"，提升现场施工信息化水平。工厂生产、现场施工均可通过扫描二维码获取叠合板参数信息[7]，优化叠合板分类堆码，避免造成叠合板浪费。如发现叠合板质量存在缺陷，能够及时追踪设计深化、工厂生产信息，大大推动了信息化平台建设（图6）。

3.4施工流程

3.4.1支模架系统

在下层楼板浇筑完成后，由测量人员根据预制叠合板板宽放出支撑定位线，并搭设满堂架，同时根据叠合板分布图及轴网，放样出梁柱定位线，根据梁柱定位线支设梁模板，并在梁模板上放样出叠合板定位线，板缝定位线允许误差±10 mm[6]。通过架体搭设模拟动画来辅助确认方案的可操作性，可视化施工交底更有针对性。

在剪力墙钢筋、柱钢筋上弹出1 m水平线、墙顶弹出板安放位置线，并作出明显标志，以控制叠合板安装标高和平面位置，同时对控制线进行复核。检查叠合板构件类型，确定安装位置，并对叠合板吊装顺序进行编号和方向标识;除机电、水电预埋孔位置，其余大部分叠合板区域可以使用非整块模板拼接使用，节约材料，避免浪费（图7）。

3.4.2叠合板安装

安装就位时，注意按箭头方向落位同时观察楼板预留孔洞与水电图纸的相对位置，叠合板安装时伸人梁、剪力墙上10 mm。根据控制线以及标高精确调整构件的水平位置、标高、垂直度，使误差控制在允许范围内，叠合楼板吊装完后全数检查支撑架的受力情况，以及板与板拼缝处的高差（此处高差应在3 mm以内），调整板位置时，要垫小木块，不要直接使用撬棍，以避免损坏板边角。

预埋水电管线、绑扎面筋。柱插筋的定位必须设置定位钢筋[1]，利用叠合板析架钢筋作为上钢筋的马凳，确保上钢筋的保护层厚度（图8）。

3.4.3现浇层施工

叠合板混凝土浇筑时，为了保证叠合板及支撑受力均匀，混凝土浇筑采取从中间向两边浇筑，连续施工，一次完成。同时使用平板振动器振捣，确保混凝土振捣密实。根据楼板标高控制线，控制板厚;浇筑时采用2 m刮杠将混凝土刮平，随即进行混凝土收面及收面后拉毛处理。混凝土浇筑完毕后立即进行养护，用薄膜覆盖养护时间不得少于7天。

3.5质安措施

3.5.1拉杆式悬挑脚手架系统

拉杆式悬挑架主要由4部分组成：预埋件、悬挑工字钢、斜拉杆、脚手架体系。悬挑支撑梁采用16#工字钢，用2个8.8级 M24承压型连接高强螺栓与建筑结构固定，工字钢下部焊接一块厚度为12 mm的加劲板。型钢悬挑梁外端采用斜拉杆与结构拉结，斜拉杆为小20 mm长螺栓杆，中间配有内部攻丝的小32 x3无缝钢管。

预埋件由固定板、钢套管、内置螺纹铸钢构件、预紧螺钉组成，钢套管进场后进行密闭性试验：将预紧螺钉拧至安装状态，往钢套管内加水，检查是否漏水。

斜拉杆安装需在上层结构施工完成后安装，斜拉杆安装前，外脚手架搭设高度不应超过2层，且下部宜用落地脚手架进行临时支撑。在悬挑层的上一层结构混凝土浇筑前，需要预埋斜拉杆上部与结构拉结的高强螺栓预埋套管（图9）。

3.5.2错台防治

装配式叠合板进场时注意检查叠合板的质量，吊装过程中注意避免叠合板上的预留钢筋与叠合梁箍筋碰撞，叠合板吊装平稳慢放，以免吊装时冲击力过大导致板面损坏。

装配式叠合板根据水平控制线及竖向板缝定位线，校核叠合板水平位置及竖向标高情况，调节竖向独立支撑，确保叠合板满足设计标高要求，允许误差为土5 mm;通过撬棍（撬棍配合垫木使用，避免损坏板边角）调节叠合板水平位移，确保叠合板满足设计图纸水平分布要求（预制叠合板与墙体搭接10 mm），允许误差为5 mm，叠合板平整度误差为3 mm，相邻叠合板平整度误差为土3 mm。

4经验总结

BIM技术对于装配式叠合板的施工效率及质量提升是明显的。传统的装配式结构深化只能在图纸上完成，图纸的审核及加工时都有困难，且深化时预留预埋的洞口、管道、线盒在二维上反映，不方便检查，施工过程也较难复核，预制构件与现浇梁、柱等的碰撞问题不能直观表达，安装时发现问题将影响施工节奏，导致工期滞后。使用 BIM技術后，装配式混凝土结构深化设计的可视化、参数化、平台化等优势可解决传统深化设计所面临的问题，进一步降低设计误差，提高设计的准确率，为后续混凝土预制件的生产及装配式建筑施工提供质量保障。

但 BIM技术也不是全能的，现阶段对 BIM技术的应用仍然处于初级阶段，需要进一步的探索与发展，进一步提升建筑施工的标准化管理水平。

参考文献

[1]李燕华.BIM技术在装配式 PC预制叠合板优化设计中的应用[J].广东水利电力职业技术学院学报，2022，20（1）：11-14.

[2]全振.基于 Dynamo-Python 的装配式建筑 BIM参数化建模与应用研究[D].江苏：中国矿业大学，2021.

[3]李伟，程琳，何晓宇.BIM技术在装配式混凝土结构深化设计中的应用[J].土木建筑工程信息技术，2020，12（4）：85-91.

[4]李健.基于 BIM的装配式框架结构深化设计应用研究[D].安徽：安徽建筑大学，2020.

[5]王正凯.基于 BIM 的装配式建筑预制构件设计加工技术研发[D].北京：中国建筑科学研究院，2018.

[6]杜康.BIM技术在装配式建筑虚拟施工中的应用研究[D].聊城：聊城大学，2017.

[7]艾新.BIM技术在装配式混凝土住宅设计中的应用研究[D].沈阳：沈阳建筑大学，2016.