基于BIM的PC构件在施工中的应用——以珠海某小区项目为例
时间：2023-06-12 17:35:34 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
阳勇波
(珠海经济特区建设监理有限公司，广东 珠海 519000)
装配式建筑是绿色、环保、低碳、节能型建筑，用干式作业取代湿式作业，建筑垃圾大大减少[1]。装配式建筑抗震性能好、耐火性强、隔音效果好，保温隔热材料置于墙体中间，能有效减少室内采暖能耗。目前，建筑行业的劳动力资源日益紧缺，集中进行工厂化施工可有效节约人力资源[2]。总之，大力发展装配式建筑施工，有利于实现建造的产业化、标准集约化和清洁化。
本文依据珠海某小区项目PC构件设计施工实践，重点介绍标准层采用预制叠合板、预制阳台、预制凸窗及预制内隔墙的设计和吊装施工[3]，建立BIM三维模型，模拟PC构件的安装施工，为类似装配式建筑PC构件设计施工提供参考。
1.1 项目概况
该项目位于珠海高栏港经济区平沙新城起步区启航路东侧、铭恩路西北侧，总占地面积49 999.96m2，总建筑面积179 983.35m2；
地下1层，局部地下2层，地下建筑面积46 156.34m2；
地上总建筑面积133 827.01m2，其中商业配套1栋、开关站及垃圾房1栋、住宅10栋， 1#、2#、8#、9#、10#楼为27层，3#、4#楼为13层，5#、6#、7#楼为24层。结构形式为框剪结构。项目总平面图如图1所示。
图1 项目总平面图
项目基础为预制高强混凝土管桩基础，抗渗等级为P10，桩径500mm、600mm。基坑1层地下室采用放坡结合前期软基处理所采用的搅拌桩隔离墙的形式，2层地下室采用支护桩+可回收扩大头锚索支护方式，桩外侧设置水泥搅拌桩的整体止水的支护方案，1层地下室和2层地下室交接部位采用重力式水泥土挡土墙支护，墙体设置钢管桩锚入1层底板。
该项目1#～10#住宅楼为装配式建筑，使用了4种PC构件：预制叠合板、预制飘窗、预制内隔墙条板、预制阳台，范围为标准层；
标准层全部采用铝模的方式建造。经计算，1#～10#住宅楼标准层的预制率与装配率均满足珠海市装配式建筑预制率≥20%、装配率≥40%的要求。
1.2 工程水文地质条件
场地地形平坦，原始地貌单元为滨海平原地貌。各工程地质层的地层如下：
①-1素填土：主要由黏性土、砂及少量风化碎块组成，未完成自重固结；
①-2吹填砂：主要为石英砂和淤泥，饱和，流塑状。填土时间短，未完成自重固结。
②-1淤泥：富含有机质，局部见腐木及少许石英粉细砂；
②-2粉质黏土：可塑，黏性一般～较强，局部含少许石英砂砾，干强度中等，韧性中等。
②-3淤泥质土：富含有机质，偶见贝壳与耗壳碎屑，局部见腐木及少许石英粉细砂；
②-4粗砂：饱和，稍密～中密；
级配一般，砂成分多为石英。
③砂质黏性土：系花岗岩风化残积形成，可塑～硬塑，含10%～15%中细砂，残余原岩结构可见，干强度中等，韧性中等。
④-1全风化花岗岩：硬塑，岩芯呈土柱状，局部呈砂土状；
④-2强风化花岗岩：裂隙极发育，岩芯呈砂土状、块状、短柱状。④-3中风化花岗岩：中粗粒结构，块状构造，岩芯呈碎块、饼状、短柱状，岩芯破碎～较破碎，裂隙发育。
场地地下水主要分为上层滞水和潜水和基岩裂隙水。上层滞水主要赋存于部分人工填土中，富水性、透水性较好，水量一般；
潜水主要赋存于砂层中，分布不均，富水性、透水性好，为场地主要含水层；
基岩裂隙水赋存于强风化花岗岩及下伏基岩裂隙中，亦具承压水性质。淤泥、粉质黏土为相对隔水层或弱透水层。场地地下水以侧向径流和地面蒸发形式排泄，以侧向径流补给、大气降水的入渗补给为主。
1.3 工程周边环境
该项目北侧、东侧为空地，无任何建构筑物和管线。用地西侧为启航路，距项目基坑边线约6m，目前正在施工，靠近本场地有一地下通道。南侧为铭恩路，距项目基坑边线约10.8m，临时变压器位于地块东南角。
本工程场地内地下水目前已进行排水，满足施工条件要求。南侧铭恩路已建成，雨水、污水和给水街坊井伸入本场地红线内，可作为临时施工用水接驳点；
在铭恩路已有630kVA的变压器。本工程通信情况良好，但无网络光纤，需进行牵线安装。
该项目采用装配式设计和施工的10栋高层住宅，1#、2#、8#、9#、10#住宅建筑高度为79.83m，标准层楼层(3～26层)；
3#、4#住宅建筑高度为39.23m，标准层楼层(3～12层)；
5#、6#、7#住宅建筑高度为71.13m，标准层楼层(3～23层)；
标准层全部实施装配式建筑。从标准层2层开始采用混凝土预制PC构件，主要包括预制凸窗、预制阳台、预制叠合板、ALC墙板等。
2.1 建筑设计方案
2.1.1 标准化设计
采用装配式设计和施工的高层住宅户型平面规整，统一模数协调尺寸，基本单元采用模数设计[4]；
结构主要墙体规整对齐，结构合理，同时减少预制构件转折。通过标准户型的组合，形成标准层平。
预制构件设计进行标准化、系统化、简单及易于施工操作[4]。预制飘窗、预制阳台、叠合楼板的拆分符合模数化标准化设计原则，做到统一[4]。
本项目共设计了4种预制飘窗构件、4种预制阳台构件、1种叠合楼板构件，构件模型如图2所示，对应4种标准户型，将模具的周转次数做到最大。以设计占比最大的标准户型A(图3)为例，建立A户型可视化模型(图4)。
图2 预制构件模型图
图3 住宅标准户型A户型平面图
图4 住宅标准户型A户型可视化模型图
2.1.2 保温节点设计
预制飘窗保温设计，预制飘窗的接缝应满足防水、防火、保温、隔声的要求。依据《夏热冬暖地区居住建筑节能设计依据》(JGJ 75—2012)设计，采用内保温，飘窗内置30mm厚复合保温板[5]。
现浇混凝土外墙也需有设计保温措施，在干区处理上，使用(25厚挤塑聚苯板+15厚石膏板)复合板+装饰层；
在湿区处理上，使用防水层+(23厚挤塑聚苯板+15厚水泥纤维板)复合板+装饰层。
2.1.3 防水节点设计
防水节点最重要的是预制飘窗接缝，预制飘窗的接缝采用材料、结构2道防水相结合的设计方式，在最外侧采用被上下层压紧的胶条和建筑密封胶，中间部分为平缝物理空腔形成的减压空间，内侧为现浇混凝土自防水，防水效果好。
预制飘窗接缝所用的密封材料使用选取与混凝土的相容性、低温柔性、最大伸缩变形量、剪切变形性、防霉性及耐水性等特性的材料。
2.2 结构设计方案
2.2.1 设防标准
项目抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计特征周期值为0.55s，高度未超过高规限值，无转换结构，不超限，采用装配式方式建造的10栋住宅的结构体系为剪力墙结构体系[5]。
整体结构上设计上由于构件均为工厂设计浇筑成型验收后运输现场，现场施工主要考虑构件的连接点处结构设计。
2.2.2 预制结构连接点设计
预制飘窗连接节点设计，预制飘窗按顶部悬挂于主体结构现浇梁的外侧，飘窗两侧与靠墙剪力墙锚固链接。底部与现浇梁或反坎连接。计算结构主体时同时考虑楼板、外挂飘窗、构造混凝土三者对梁和主体结构刚度的影响。
预制阳台的厚度为130mm。叠合楼板连接节点设计，叠合楼板的厚度为130mm，其中预制层60mm、现浇层70mm。在装饰工程中，外围部分采用现浇剪力墙+预制飘窗+内保温(挤塑聚苯板)，外墙饰面为涂料，实现外围护墙、外饰面、防水、保温一体化设计。
2.3 BIM标准化整体模型建立
BIM提供了可视化的思路，可以进行设计模拟实验，从而确定合理的施工方案指导施工；
BIM技术能够为工程带来效益，在工程施工前，利用BIM进行建模，准确计算出工程所有的材料(钢筋、混凝土等)的用量，再通过三维模型实现各专业之间的碰撞检查，提高设计准确率，提高工程的经济效益。
项目的预制构件种类繁多，交叉施工周期长，特别是砌筑体需要高品质的成型浇筑，安全运输和高精度的安装吊装，建立项目的BIM施工模型有利于将项目建设与各专业三维模型整合一体，进行碰撞检查，及时发现图样中存在的问题。施工阶段主要是在此前BIM模型基础上进行施工深化设计，并最终形成竣工模型，为建筑运维提供支持。
建立广联达BIM三维模型并进行分析，搭建标准层的预制飘窗、预制阳台、预制叠板，标准层的BIM三维模型图如图5所示，标准楼栋BIM三维模型图如图6所示。
图5 标准预制构件三维模型图
图6 标准楼栋BIM三维模型图
预制构件的施工安装主要由塔吊吊装完成，场地四周塔吊范围内无高层建筑物，无影响塔吊使用的不利因素。
3.1 预制构件整体施工方案
楼栋住宅楼预制飘窗、叠合楼板、预制阳台从01编号开始，按照从底层到顶层的顺序顺时针完成所有构件的吊装。
采用钢扁担作为起吊工具，保证吊点垂直。钢扁担采用吊点可调的形式，使其通用性更强。构件采用钢扁担方式吊装，吊点应垂直受力，严禁直接采用三角方式吊装，每个构件吊装应保证有一根吊绳设置了手动葫芦，以保证构件平衡[6]。
3.2 预制飘窗施工安装
预制飘窗构件的吊装时间是N-1层混凝土浇筑完成后的第2天，吊装完成后进行墙柱钢筋绑扎和铝模封模。预制构件采用现场塔式起重机装卸。
待飘窗下放至距楼面1m处，根据预先定位的导向架及控制线微调，微调完成后减缓下放。使用镜面检查连接钢筋是否对孔。工作面上吊装提前放出构件就位线和标高控制线及调整好预埋插筋位置，放置垫片并复核标高[6]。吊装宜使用专用的型钢扁担，起吊时绳索与型钢扁担的水平夹角宜为550～650°。
3.3 预制叠合楼板施工安装
吊装时首先吊铺边缘窄板，然后按照顺序吊装剩余的板。用撬棍按图样要求的支座处搁置长度轻轻调整对线，预应力薄板吊装应对准平弹线缓慢下降，必要时借助塔吊绷紧吊绳，确保板与梁、墙、柱之间及薄板之间的距离符合设计图样的要求，用人工用撬棍共同调整长度，且保证薄板与墙、柱、梁的净间距大于钢筋保护层。
3.4 预制阳台施工安装
预制阳台的安装时间为墙柱钢筋绑扎、铝模安装完成后，楼板底筋开始绑扎前。吊装工序为：放置好水平支撑并调至相应标高；
采用专业吊具使构件处于正确姿态，构件吊至安装位置上方30～50cm时，辨识钢筋、边线和控制线的位置；
缓慢下落精确调整就位；
待标准层其他阳台吊装就位后，统一绑扎板底部钢筋；
水电管线预留预埋，绑扎板面钢筋；
浇筑混凝土。
将预制阳台从运输构件车辆上挂钩起吊至操作面，进行局部微调，根据控制线进行预制阳台定位、校正。待构件稳定后，方可进行摘勾。吊装宜使用专用的型钢扁担，起吊时绳索与型钢扁担的水平夹角宜为550～650°。
本文以珠海某小区项目的设计施工为研究对象，建立了装配式构件的BIM设计施工方案。预制混凝土装配整体式结构施工技术的优点总结如下：工厂化生产混凝土构件，品质可控性高、可达精品级、外形规整、尺寸统一[7]；
现场装配，缩短施工周期，加快建造速度；
工厂化预制构件采用吊装装配工艺，无须泵送混凝土，避免了固定泵所产生的施工噪声[7]和污染，取得了良好效果。值得注意的是，随着预制率的升高，建筑成本也会随之增加，如何降低装配式建筑的成本是今后发展装配式建筑的重要研究方向。
