基于BIM的悬挑式预制钢结构双螺旋坡道施工技术

何文 彭培 李静 冯红波

摘要：以某大型公共建筑中螺旋坡道为例，探讨了BIM技术在钢结构螺旋坡道施工安装过程中的应用。通过建立螺旋坡道的BIM可视化模型，为后期解决螺旋坡道安装焊接过程的重难点奠定基础，分析了在大型公共建筑中螺旋坡道的主要工艺流程。BIM技术的应用提高了螺旋坡道的一次安装合格率和安装精度。

关键词：BIM技术; 双螺旋坡道; 预制钢结构; 施工技术

中图分类号：TU758.11文献标志码：B

0引言

随着装配式建筑的发展进入新时期，装配式钢结构螺旋楼梯或坡道在大型公共建筑中的应用越来越多。相比传统现浇螺旋楼梯或坡道，装配式钢结构螺旋楼梯具有质量可靠、装配方便、空间占用率低、可塑性强等优点，不仅仅是建筑物、构筑物上下垂直交通的重要构件，同时也是建筑中一道亮丽的风景，得到广大民众的喜爱［1］。

在大型公共建筑中，为了突出建筑物优美的曲线造型，螺旋坡道或者楼梯通常采用“钢箱梁+中柱+现浇踏步”的结构形式［2］。这也对螺旋坡道的现场施工提出了新的考验，如何将复杂的空间螺旋曲线进行简化拆解，分段加工拼装，控制钢箱梁的下料精度以及安装精度，如何保证螺旋坡道的结构稳定性和可靠性，这些都是钢结构螺旋坡道的施工重难点。本文结合某大型公共建筑工程钢结构双螺旋坡道施工实例，总结归纳了基于BIM技术的预制钢结构双螺旋坡道施工技术要点，以期为钢结构螺旋坡道或楼梯的现场施工提供新的思路，同时也为以后有关学者研究钢结构螺旋坡道施工技术提供参考借鉴的依据。

1BIM技術在钢结构螺旋坡道工程的应用优势

1.1三维可视化管理

得益于5G、物联网等新兴信息技术，BIM模型可以包含钢结构螺旋坡道构件的建筑几何、力学性能等具体参数信息，构建更加精细化、信息更全面的多维模型，从而让工程设计和施工技术人员更加直观全面了解螺旋坡道，从而提前处理很多隐藏的问题和不足细节，并预测未来在施工过程中的问题［3］。

1.2Time（4D）模拟施工

在已经构建完成的BIM三维模型中，通过导入可识别和编辑的螺旋坡道施工进度计划，将其空间和时间信息整合到一个可视的3D+Time的BIM模型中，可以实现对螺旋坡道的模拟施工，提前分析施工的可行性，使劳动力组织、材料计划、设备进场更加经济合理［4］。

1.3提高施工精细化管理水平

在螺旋坡道设计、施工阶段，通过BIM软件建模，可以减少实际施工过程中的变更及施工范围蔓延或缩小问题，实现螺旋坡道工程计量及计价的精细化管理。另一方面，通过BIM软件的模拟施工功能可以降低因施工组织协调不当、施工方案不明确等原因造成的窝工、工期延期风险。BIM技术构建的三维模型可以更加直观地观察到螺旋坡道相关构件和节点与不同专业施工之间的关系，在实际施工过程中一旦发生问题，可以借助模型辅助设计人员、工程技术人员进行沟通，解决问题，提高了各专业技术人员之间信息共享交流的水平，提高了工作效率［5］。

2构建悬挑式双螺旋坡道BIM模型

首先，根据双螺旋坡道设计图纸给定的平面设计图、悬挑点标高，运用BIM建模软件Revit确定定位轴线后放样融合进行分段式建模，利用Revit的三维可视化功能，对双螺旋坡道进行结构碰撞分析，减少后期的施工误差和变更，如图1所示。

3螺旋坡道的制作、安装工艺

3.1钢板切割组焊

利用已经建立的螺旋坡道BIM模型，可以导出螺旋坡道的深化图纸，输出钢箱梁、坡道内外两侧曲梁等构件的加工参数信息，在加工厂中应用先进的数控机床将钢板原材切割，然后利用组立机对切割后的钢材进行焊接，形成不同部位的构件。在切割钢板时应考虑切割的误差，钢板受热变形、拼装焊接的误差进行综合考虑，修正钢板切割的加工参数信息，以确保螺旋坡道的实际尺寸与设计尺寸相符［6］。

在将切割钢板组焊成钢箱梁、曲梁过程中，应清理焊接位置存在的油污、铁锈等，从而保证构件的焊接质量。由于螺旋坡道呈椭圆形，因此在加工坡道内外两侧曲梁时，应对钢板进行卷园施工，卷圆时候应多次成型，避免因为一次成型而导致坡道曲梁韧性降低而断裂［7］。在对箱型梁焊接过程中，可利用组立机对四面钢板进行相应固定，避免因为焊接过程中局部过热而导致变形，影响螺旋坡道箱型梁尺寸和外观质量［8］。

3.2定位放线

在安装螺旋坡道之前，组织测量人员对螺旋坡道悬挑梁的安装位置定位放线，并对钢柱的垂直度进行校核，减小后期安装过程中的误差，从而提高螺旋坡道的安装精度和一次安装合格率。

3.3构件安装焊接

根据事先确定的安装顺序，采用分段安装的方式分三段安装，首先利用塔吊先安装焊接第一梯段钢柱之间的曲梁，再安装钢柱上的悬挑梁，待悬挑梁焊接完成后，利用50 t吊车安装焊接螺旋坡道内侧曲梁以及内外两侧主梁之间次梁，重复以上安装焊接顺序知道螺旋坡道全部安装完成。为保证螺旋坡道的焊接质量，在焊接完成后必须对焊缝位置进行探伤检测，若焊缝存在质量缺陷，必须处理合格之后再进行面漆作业（图2）。

3.4测量校核

塔吊或者吊车安装钢箱梁时，不仅仅要利用吊垂线控制螺旋坡道的安装精度，同时还要利用全站仪或者经纬仪全过程跟踪及时矫正。所有安装工序完成后，应对螺旋坡道构件的尺寸、焊缝质量及安装位置进行复核检查，确保螺旋坡道构件的安装质量满足有关规范要求。

3.5坡道面层施工

所有螺旋坡道钢结构构件安装完成后，即可从下至上铺装定制的楼承板，对楼承板尺寸不符的，及时切割处理，确保螺旋坡道的观感质量，最后浇筑混凝土，形成整体的螺旋坡道结构，完成坡道面层混凝土浇筑的螺旋坡道如图3所示。

4结论

将BIM技术应用在螺旋坡道的设计和施工过程中，可以解决螺旋坡道的下料精度、安装精度控制问题，利用BIM的三维可视化模型直观地检查有无碰撞点，并且可以将整个安装过程模拟出来，优化施工组织方案；通过提前在BIM模型中将螺旋坡道进行拆分成细部构件，也减少了后期返工，节约了施工成本，提高了螺旋坡道的一次安装合格率。本文结合工程实际的施工经验对上述问题进行分析总结，为以后类似项目中钢结构螺旋坡道施工提供借鉴，促进装配式钢结构螺旋螺旋坡道的进一步发展。

参考文献

［1］贺赟.装配式螺旋楼梯技术发展现状与展望［J］.广东土木与建筑，2019，26（11）：26-29.

［2］李水冰.钢结构螺旋楼梯安装技术研究［J］.山西建筑，2017，43（35）：93-94.

［3］阙荣.BIM技术在装配式钢结构建筑施工过程中的应用研究［J］.智能建筑与智慧城市，2022（10）：63-65.

［4］张鹏，彭培.BIM技术在油气管道工程建设阶段应用的研究［J］.制造业自动化，2021，43（4）：63-68.

［5］胡怡.空间索面成对斜拉螺旋坡道结构施工技术［J］.建筑施工，2022，44（8）：1816-1818+1822.

［6］邹文，吴瑞，罗家煌，等.基于BIM技术的预制装配式双螺旋钢楼梯施工［J］.建筑施工，2019，41（6）：1145-1147.

［7］张建林，王立斌，王雅玲，等. 三维螺旋楼梯的深化设计研究和施工成型［C］//清华大学，东南大学，《施工技术》杂志，中国建筑工程总公司，上海宝冶建设有限公司（Shanghai Baoye Construction Corp..首届全国钢结构施工技术交流会论文集.《施工技术》编辑部，2006：3.

［8］吴水根，朱大宇，鲁辰达.大型钢结构螺旋楼梯的设计与施工［J］.结构工程师，2004（5）：57-60+63.

［9］王智坚，陆启强.东莞市图书馆钢螺旋楼梯施工技术［J］.广东土木与建筑，2005（8）：41-42.

［作者简介］何文（1991—），男，本科，工程师，研究方向为大型公共建筑结构施工技术。