建筑技术丨基于BIM技术的装配式建筑全流程控制

某项目1，2号楼为装配式建筑，其中1号楼单层面积为1 400㎡，2号楼单层面积为1 200㎡。由于结构形式相对简单，有条件充分利用装配式建筑的优点实现批量化生产，也有利于装配式建筑的安装作业。

采用专业预制构件工厂进行加工生产的主要构件，包括预制混凝土框架柱、剪力墙、排水沟、女儿墙等。采用BIM技术对装配式建筑进行全流程管控，实现方案优化，可减少安装问题，保证安装质量。

1 工艺特点 

（1）应用BIM技术在设计院按标准化进行设计，根据结构、建筑、水电等专业的标准进行深化设计，对框架柱、剪力墙、外墙板和外墙排水沟等构件进行拆分，在工厂内进行标准化批量生产。

（2）现场采用专用混凝土构件吊运设备，以提高构件吊运效率。

（3）采用混凝土构件微调装置和方法，提高构件安装效率，保证构件安装质量。

（4）施工全流程采用BIM技术，在设计、吊装、定位、现浇部位进行建模和工序模拟，确定最优安装方案；进行工程量统计和生成材料采购单，统筹构件的进场和吊装顺序；应用BIM技术深化预制构件设计，以满足工厂加工要求，保证产品的现场组装精度。

（5）现场充分利用塔式起重机等大型机械设备，施工速度快，作业人数少，构件的现场安装与安全管理方便，可提高工作效率，保证施工工期。

（6）预制外墙板采用清水轻骨料混凝土，具有高强、轻质、隔热、保温和免抹灰等特点，且施工方便，可降低施工成本，减少材料投入，达到环保节能绿色施工的目的。

（7）装配式构件严格按规范要求绑扎钢筋、浇筑混凝土及养护等，与类似项目相比，避免了因现场施工条件不利出现的质量通病；减少了现场湿作业造成的噪声及粉尘污染，在环保方面优势明显。

2 工艺原理

本项目装配式混凝土框剪结构吊装、定位施工的核心技术为建立基于BIM技术的装配式混凝土框剪结构的全流控制体系。

（1）按建筑、结构、水电等专业的标准进行深化设计，将框架柱、剪力墙等构件进行拆分，制订方案及施工流程，保证构件安装顺利进行。

（2）建立基于BIM技术的装配式混凝土框剪结构全流程控制体系，利用BIM模型进行方案优化及安装模拟，精确制定生产料单，实现无差错安装。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 施工工艺流程

建立基于BIM技术的全流程控制体系→采用BIM技术进行预制构件标准化设计→构件工厂预制生产→吊装准备→构件吊装就位→框架柱和剪力墙连接节点灌浆→楼板混凝土施工→下一层施工。

3.2 施工准备

3.2.1 主要材料准备

（1）CGMJM-Z坐浆料为用于现场连接节点封堵密封的水泥基材料，具有强度高、干缩小、和易性好、粘接性能好等特点。

（2）CGMJM-VI接头灌浆料为专门用于现场钢筋套筒灌浆连接的水泥基灌浆材料，具有颗粒小、流动性大、早期强度高等特点。

（3）柱筋和剪力墙筋限位器是根据图纸用5 mm钢板加工而成的限位器，用于保证混凝土浇筑时钢筋不偏位，方便预制柱和墙的安装。

（4）可调钢支撑用于柱和墙安装后的临时支撑。

3.2.2 技术准备

（1）项目部每周组织管理人员学习装配式建筑的相关规范，提高专业知识水平。

（2）技术部编制施工组织设计进行审批。

（3）专职试验人员按规定及时对装配式构件和结构连接材料进行取样及送检。

（4）测量及试验人员对各种施工用具进行定期检查和送检，保证设备性能精良。

（5）正式施工前由技术部召开技术交底会，对管理人员和操作工人进行详细交底，保证施工正常进行。

3.3 生产准备

（1）项目责任人定期对现场临时水电设施进行检查，确保施工用水用电充足。

（2）管理人员根据规范、技术方案要求组织施工机械正常工作，满足施工需要。

（3）根据方案要求准备临时支撑材料，确保构件安装顺利，制订措施保证产品安装质量。

3.4 首层现浇施工要点

本建筑采用现浇混凝土桩基础，使用限位器等设施保证预制构件接合部位的插筋及预埋件等位置精确。

3.5 预制排水沟安装

预制排水沟吊装时需搭设临时支撑，通过调整支撑的标高，保证排水沟构件安放的平整度。

吊装流程为：搭设支撑→测量放线→构件进场检查→构件编号→吊具安装→调整锚固筋→穿对拉螺杆并固定→与楼板现浇。测量要点为测控排水沟标高。

3.6 预制柱和剪力墙安装

（1）吊装流程为：测量放线→基层凿毛清理→构件编号→吊具安装→起吊→钢筋对位→就位→安装临时斜撑→调整灌浆。

（2）吊装测量要点：按定位轴线精确控制构件平面位置，在预制柱或预制剪力墙下方安装平整度调整螺栓，保证螺栓标高一致；装配柱预制时将对角中的一根钢筋套筒加高50 mm，柱筋预留也高出50 mm，以方便快速套进柱筋，提高安装效率，保证灌浆质量。

（3）现场吊装过程中，预制柱或预制剪力墙下部的钢筋预留孔与底层预留钢筋应对应（图1），不得超过允许偏差。

图1 吊装现场

3.7 外墙板水平和高度微调

本项目外墙板采用自主研发的调节装置系统进行调节，保证了外墙板调节准确。

3.8 套筒灌浆施工

套筒灌浆工艺流程为：塞缝→封堵下排灌浆孔→拌制灌浆料→浆料检查→注浆→封堵上排出浆孔→试件留置。

套筒灌浆施工技术要点如下。

（1）塞缝：预制墙板校正完成后清理预留板缝，用水润湿封堵位置，使用坐浆料填塞墙板缝隙。

（2）拌制灌浆料：按产品合格证上推荐的水料比确定加水量，可采用机械或人工搅拌。

（3）注浆料检测：检查搅拌后的注浆料流动度，流动度不得小于300 mm。

（4）注浆：使用空气压缩机将空气由气管输送至灌有高性能灌浆料的压力罐，在压力作用下将灌浆料拌合物压出，通过导管从灌浆孔进入封堵严密的预制墙板灌浆仓内完成注浆。

4 基于BIM的全流程控制体系

本项目实施前建立了基于BIM的装配式混凝土框剪结构全流程控制体系及一套全过程管理的统一技术措施和建模标准，如图2所示。

图2 全流程控制体系

（1）不同专业的BIM构件库可根据不同需求进行深化设计，满足工厂生产的要求，保证产品的现场组装精度。基于统一模型可实现各专业间的协同设计。

（2）预制构件采用Allplan进行深化设计，采用BIM软件直接对钢筋逐根分类并生成钢筋翻样表，可提高构件生产效率，减少钢筋翻样人员的劳动量。

（3）BIM精细化设计需充分考虑建筑、结构、水电专业等的冲突问题，通过对设备管线的精确建模设计，使钢筋设置更合理，避免资源浪费。

（4）采用广联达BIM5D平台建立BIM模型，可直接统计构件的类型和工程量，以便制订材料进场计划，模拟安装顺序和现场交底。

5 质量控制

应遵循的相关标准包括：JGJ 1—2014《装配式混凝土结构技术规程》、GB 50300—2013《建筑工程施工质量验收统一标准》、GB 50204—2002《混凝土结构工程施工质量验收规范》（2011年版）、GB 50303—2002《建筑电气工程施工质量验收规范》、JG/T 408—2013《钢筋连接用套筒浆料》。

5.1 现浇部位质量控制

（1）施工控制重要节点包括楼层标高控制、墙体内部预埋件位置控制、柱筋和墙筋定位。

（2）施工测量应从由高到低的级别进行布控，轴线测量控制误差不得超过规范要求。

（3）在周边建筑物布置施工控制点，以便相互控制校正。

（4）楼板浇筑面完成后进行二次找平收面处

理，以保证楼板表面平整度误差不超过2 mm。

5.2 吊装质量控制

（1）严格按吊装方案规定的顺序进行吊装，吊装前应认真检查，严禁吊装不满足规范要求的构件。

（2）吊装前须检查构件编号，按图纸和BIM施工模拟的安装编号顺序吊装。

（3）预制墙板吊装前应先将结构标高线标记在墙板上，用于控制墙体标高。

（4）预制楼梯吊装前，应根据构件重量验算临时支撑体系，防止因临时支撑体系失稳而发生安全及质量事故。

6 安全措施

（1）设专职安全员负责工地安全管理工作，成立安全检查小组，定期监督安全工作。

（2）编制施工总平面图，明确吊装区域，并在吊装区域界限设警示带，吊装施工时无关人员严禁进入警示带内。

（3）吊装作业属特种作业，现场人员须按规定学习现场安全规章制度，特种作业人员须持证上岗。

（4）临时配电线路应架设整齐，实行分级配电，停止使用时应切断电源并将电箱上锁，以杜绝隐患。

7 环保措施

（1）现场设处理降水的收集池，收集的水经有关部门检验达到标准可用于相应用途。

（2）混凝土浇筑与振捣时采取降噪措施。

（3）设循环用水装置，如洗车池、雾炮机等。

（4）建筑垃圾，如废钢筋头、废木板及方木等材料须集中回收，严禁随意丢弃污染环境。

8 技术经济效益

8.1 工期效益

由于外墙板的装饰面已在工厂预制，使用吊篮即可完成外装修，可缩短工期。

8.2 质量效益

外墙板采用轻骨料混凝土，在工厂一次性成形，保温隔热效果好，可避免外墙面脱落现象，增强装饰层的整体性，减少饰面开裂、渗漏等通病，避免返工，比传统湿作业工艺更易控制施工质量。

8.3 经济效益

（1）装配式预制构件表面能达到优质标准，避免墙面平整度偏差大等质量问题。因减少抹灰面积约1 200㎡，可节约6.6万元。

（2）装配式预制构件单层节约人工费用为：现场木工、混凝土工等技术工种减少约100工日，单层节约人工费用2.5万元。

（3）预制构件比现场现浇施工减少混凝土浪费62.5%（包括浇筑混凝土浪费、剔凿处理和胀模处理等），综合计算共节省费用约90万元。

8.4 社会效益

整体装配式结构施工速度快，成品质量优，有利于提高资金周转率；现场施工噪声污染减少，保证了附近居民的生活质量。