悬挂倒棱台形混凝土结构BIM应用及支模施工工艺方法与流程

悬挂倒棱台形混凝土结构bim应用及支模施工工艺方法
技术领域
1.本发明涉及混凝土灌注桩施工技术领域，具体为悬挂倒棱台形混凝土结构bim应用及支模施工工艺方法。


背景技术：

2.bim是建筑信息模型的缩写，是通过三维数字技术，将建筑工程项目各相关信息集成在一起，是对工程项目全周期信息详尽的表达，是数字可视化技术在建筑工程中的直接应用，并对项目事前的各项问题进行预警和分析，使工程项目各参与方能够了解和应对，同时为协同工作提供坚实的基础。
3.湖南省博物馆改扩建工程，经国际设计招标，选用世界著名建筑师矶崎新先生的“鼎盛洞庭”设计方案。设计理念包含馆内按1:1重现出土场景，采用悬挂倒棱台形，复杂空间混凝土结构体系，由斜吊柱、异形梁、薄斜板交叉组合而成，底端悬空4.85m，顶端17.75m。我司为实现场景的设计理念，采用bim技术，简化了场景复杂结构的施工，提出了一种施工工艺方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供悬挂倒棱台形混凝土结构bim应用及支模施工工艺方法，以解决上述背景技术中提出的悬挂倒棱台形复杂空间混凝土结构体系的施工，确保工程质量，较少工程造价的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：悬挂倒棱台形混凝土结构bim应用及支模施工工艺方法，如下s1采用bim软件建模，将二维平面图纸转化为三维立体模型；s2确定搭设技术参数，依据三维模型和图纸配筋信息，制作钢筋三维模型，依据结构三维模型，建立模板安装模型，要求模板模型尺寸精确；s3可视化交底，以建立的三维立体模型为基础，制作模拟施工动画，将施工总体安排和关键工序形象的表达出来，并配音频解说施工关键点及相关要求，形成可视化交底视频文件；s4模板体系搭设，需要排布放样、拉通线、加强固定、复合、校对准确性；s5模板支架体系验收，启动验收程序；s6钢筋制作及安装，工序搭接安排、隐蔽验收；s7混凝土浇筑、监控及养护。
6.进一步的：所述s1中采用的软件为revit软件，建模过程中，与原设计人员保持有效沟通，完整模型需经原设计人员认可，确保模型完全符合设计意图；钢筋排布、锚固长度和连接位置符合《g101》图集要求，对特殊的吊柱构件，建立单体模型和分段模型。
7.进一步的：所述s2对模型进行分块，并利用软件统计功能，进行分块信息统计及优化调整，最终形成详细的模板下料表，包含详细的模板加工简图、尺寸、数量信息，根据bim
三维模型，进行支架立杆布局，采用cad软件绘制立杆平面布置图；分别对荷载集中处和一般荷载处，分别进行支模架受力验算，最终确定不同区域的立杆纵横间距、步距等基本参数。若支模架底部为楼板，在下部楼层搭设相同的支模架，将荷载传递至基础底板，上下层立杆位置需一致，按照规范要求，确定支模架水平及竖向剪刀撑布置、连墙件设置等其它构造措施参数。
8.进一步的：所述s3依据最终确定的支架详细搭设参数，建立支架三维模型，进一步校验支架能否满足悬挂结构造型模板安装要求，精确每根立杆定位及高度，并将支架搭设直观展现，形成可视化交底视频文件；向管理人员和各专业作业班组人员进行详细的交底，将所有bim模型成果、立杆定位及高度、模板下料表等详细数据，交与现场管理人员和劳务作业人员，作为指挥现场施工、指导劳务人员具体操作及质量检查的依据。
9.进一步的：所述s4具体包含如下：1）、支架搭设前，在-9.6m 楼板面上弹出吊柱、水平撑梁、对称轴等控制定位构件的边线。按照支架立杆平面布置图，在现场进行立杆排布放样，吊柱1设置5*5立杆矩阵，吊柱2设置3*3立杆矩阵，壁板沿线设置300mm*600mm间距立杆加强带；2）、立杆搭设时要求拉通线，杆件横平竖直，位置可根据现场具体情况进行微调，但立杆总数不得少于立杆平面布置图数量；3）、对照支撑楼层结构梁图，支架立杆位置不在结构梁处的，立杆底必须加设通长槽钢，长度同结构梁间距。后浇带处的立杆底部必须加垫工字钢。模板支架搭设在负一层楼板上，需对照立杆位置，在负二层、负三层同区域相应搭设支撑架，将施工荷载传递至地下室底板；4）、水平剪刀撑、竖向剪刀撑随架体同步搭设，按照验收程序，完成支架搭设；5）、模板安装前进行放样、复核，在相应位置悬挂控制线；依据模板下料表，进行模板加工；6）、在安装过程中，依据模板 bim模型提供的造型、尺寸和定位信息，随时检查模板的定位和加固，确保模板的位置、坡度、拼合、弯折位置和角度的准确性；7）、悬挂结构外模一次安装到顶成型，内模第一次安装至 2.669m标高，第二次安装到顶。相应位置的钢筋安装完成并验收后，再进行内模安装。
10.进一步的：所述s5中施工现场完成第一步支架搭设后，进行第一次搭设验收；通过第一步架体验收后，支架中间段每搭设4步架，进行一次中间验收；支架搭设完成后，在浇筑混凝土前进行支架最终验收；对使用材料进行质量验收；对施工标准进行验收：验收内容为现场使用的钢管、扣件等周转材料质量是否符合；确认现场支架搭设立杆及横杆间距、剪刀撑设置、安全防护、连墙件等其他构造措施是否符合专项方案要求；扣件的拧紧力矩是否符合要求等。
11.进一步的：所述s6悬挂结构整体分二次施工，第一次混凝土浇筑至标高 2.669m梁顶，第二次混凝土浇筑至标高8.10m，在搭设悬挂结构模板支架的同时，先行浇筑周边结构混凝土，周边设置施工缝。即该处周边结构施工至8.10m标高，包括标高-4.8m、-0.15m、2.669m、4.40m结构；钢筋制作人员对模板安装尺寸进行交接检查，复核钢筋模型中的钢筋尺寸、弯起位置及角度是否与现场一致，确认无误后，依据模型信息编制钢筋下料表，进行梁、板、柱钢筋制作，吊柱钢筋下半部分，在模板外一次绑扎成型，采用塔吊整体吊运至模板
内，上半部分在模板内进行安装，严格复核吊柱钢筋笼的外观几何尺寸，并拉通线复核顺直度、转角位置、转角角度，确保钢筋保护层厚度，采用多点起吊，防止钢筋笼在吊装中发生塑性变形而影响安装，壁板与梁的钢筋在模板内现场安装，分两次进行安装，第一次安装至2.669m标高，待混凝土浇筑完后，再安装至悬挂结构顶，施工过程需要多次校核。
12.进一步的：所述s7具体包含如下：1）为解决现场钢筋密集，混凝土浇筑及振捣难度大的问题，采用了自密实混凝土进行施工。施工前，由混凝土搅拌站进行配合比设计，并进行试配，在达到要求的前提下，确定最优配合比，混合料采取集中搅拌，电脑系统控制，确保质量稳定；2）现场混凝土施工，采取分圈浇筑的方式施工，根据梁的位置，按照高度800mm或1000mm划分圈数。每圈全部浇筑完后，再开始浇筑下一圈混凝土。第一次混凝土浇筑至2.669m标高，第二次混凝土浇筑至悬挂结构顶；3）在梁柱节点处，钢筋非常密集，为确保混凝土的密实度，采取外部振捣器，在模板外对该部位进行适量振捣；4）悬挂结构混凝土浇筑完，内模应带模湿润养护3天后才能拆除，内模拆除外露的混凝土面，必须覆盖土工布，且保持土工布湿润；5）第二次浇筑的混凝土达到28天龄期，且同条件混凝土试块抗压强度达到规范要求时，方能拆除悬挂结构模板及支架；6）悬挂结构支架在吊柱处、壁板处设置观测点，基准点设置在周边结构柱上，在混凝土浇筑前测得初始值，在混凝土浇筑时，对观测点进行实时监测；7）浇筑混凝土时，对模板支架进行实时监测，采用水准仪监测沉降值、经纬仪监测变形值。若超过预警值，则立即暂停混凝土浇筑，查找原因，采取相应措施。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、采用bim技术建立悬挂结构模型，设置模板及支架，进行三维可视化交底，简化了复杂悬挂结构模板的加工，且安装一次到位，提高了施工效率，保证了工程质量；2、悬挂结构重力集中在6根吊柱和环梁上，模板支架受力立杆的布置采用集中与整体协调，保证了模板的稳定性；3、吊柱贯穿整个空间模型，节点钢筋密集且复杂，采用部分模外绑扎成形吊装入模，解决了斜吊柱钢筋难以绑扎的问题；4、使用自密实混凝土，有效解决了钢筋密集、薄斜板狭小空间混凝土难以浇筑和振捣的问题。
附图说明
14.图1为本发明流程示意图；图2为悬挂结构壁板和吊柱模型示意图；图3为悬挂结构整体模型示意图；图4为钢筋整体三维模型示意图；图5为吊柱钢筋三维模型示意图；图6为模板三维模型示意图；图7为支架立杆平面布置局部示意图；
图8为钢管扣件支架模型示意图；图9为支架布置剖面示意图；图10为模板安装模拟示意图；图11为混凝土分圈浇筑示意图；图12为支架监测点布置示意图。
具体实施方式
15.下面将结合本发明实施例中的附图，以下基于实施例对本发明进行描述，但是值得说明的是，本发明并不限于这些实施例，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也可以完全理解本发明。
16.此外，本领域普通技术人员应当理解，所提供的附图只是为了说明本发明的目的、特征和优点，附图并不是实际按照比例绘制的。
17.同时，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等 类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包含但不限于
”ꢀ
的含义。
18.请参阅图1-图12，本发明提供一种技术方案：包括s1采用bim软件建模，将二维平面图纸转化为三维立体模型，采用的软件为revit软件，建模过程中，与原设计人员保持有效沟通，完整模型需经原设计人员认可，确保模型完全符合设计意图；钢筋排布、锚固长度和连接位置符合《g101》图集要求，对特殊的吊柱构件，建立单体模型和分段模型如附图2-6。
19.s2确定搭设技术参数，如附图7依据三维模型和图纸配筋信息，制作钢筋三维模型，依据结构三维模型，建立模板安装模型，要求模板模型尺寸精确，对模型进行分块，并利用软件统计功能，进行分块信息统计及优化调整，最终形成详细的模板下料表，包含详细的模板加工简图、尺寸、数量信息，根据bim三维模型，进行支架立杆布局，采用cad软件绘制立杆平面布置图；分别对荷载集中处和一般荷载处，分别进行支模架受力验算，最终确定不同区域的立杆纵横间距、步距等基本参数。若支模架底部为楼板，在下部楼层搭设相同的支模架，将荷载传递至基础底板，上下层立杆位置需一致，按照规范要求，确定支模架水平及竖向剪刀撑布置、连墙件设置等其它构造措施参数。
20.s3可视化交底，以建立的三维立体模型为基础如附图8，制作模拟施工动画，将施工总体安排和关键工序形象的表达出来，并配音频解说施工关键点及相关要求，形成可视化交底视频文件；s3依据最终确定的支架详细搭设参数，建立支架三维模型，进一步校验支架能否满足悬挂结构造型模板安装要求，精确每根立杆定位及高度，并将支架搭设直观展现，形成可视化交底视频文件；向管理人员和各专业作业班组人员进行详细的交底，将所有bim模型成果、立杆定位及高度、模板下料表等详细数据，交与现场管理人员和劳务作业人员，作为指挥现场施工、指导劳务人员具体操作及质量检查的依据。
21.s4模板体系搭设如附图9和10，需要排布放样、拉通线、加强固定、复合、校对准确性；具体包含如下：1）、支架搭设前，在-9.6m 楼板面上弹出吊柱、水平撑梁、对称轴等控制定位构件
的边线。按照支架立杆平面布置图，在现场进行立杆排布放样，吊柱1设置5*5立杆矩阵，吊柱2设置3*3立杆矩阵，壁板沿线设置300mm*600mm间距立杆加强带；2）、立杆搭设时要求拉通线，杆件横平竖直，位置可根据现场具体情况进行微调，但立杆总数不得少于立杆平面布置图数量；3）、对照支撑楼层结构梁图，支架立杆位置不在结构梁处的，立杆底必须加设通长槽钢，长度同结构梁间距。后浇带处的立杆底部必须加垫工字钢。模板支架搭设在负一层楼板上，需对照立杆位置，在负二层、负三层同区域相应搭设支撑架，将施工荷载传递至地下室底板；4）、水平剪刀撑、竖向剪刀撑随架体同步搭设，按照验收程序，完成支架搭设；5）、模板安装前进行放样、复核，在相应位置悬挂控制线；依据模板下料表，进行模板加工；6）、在安装过程中，依据模板 bim模型提供的造型、尺寸和定位信息，随时检查模板的定位和加固，确保模板的位置、坡度、拼合、弯折位置和角度的准确性；7）、悬挂结构外模一次安装到顶成型，内模第一次安装至 2.669m标高，第二次安装到顶。相应位置的钢筋安装完成并验收后，再进行内模安装。
22.s5模板支架体系验收，启动验收程序，施工现场完成第一步支架搭设后，进行第一次搭设验收；通过第一步架体验收后，支架中间段每搭设4步架，进行一次中间验收；支架搭设完成后，在浇筑混凝土前进行支架最终验收；验收内容为现场使用的钢管、扣件等周转材料质量是否符合；确认现场支架搭设立杆及横杆间距、剪刀撑设置、安全防护、连墙件等其他构造措施是否符合专项方案要求；扣件的拧紧力矩是否符合要求等。
23.s6钢筋制作及安装，工序搭接安排、隐蔽验收；所述s6悬挂结构整体分二次施工，第一次混凝土浇筑至标高 2.669m梁顶，第二次混凝土浇筑至标高8.10m，在搭设悬挂结构模板支架的同时，先行浇筑周边结构混凝土，周边设置施工缝。即该处周边结构施工至8.10m标高，包括标高-4.8m、-0.15m、2.669m、4.40m结构；钢筋制作人员对模板安装尺寸进行交接检查，复核钢筋模型中的钢筋尺寸、弯起位置及角度是否与现场一致，确认无误后，依据模型信息编制钢筋下料表，进行梁、板、柱钢筋制作，吊柱钢筋下半部分，在模板外一次绑扎成型，采用塔吊整体吊运至模板内，上半部分在模板内进行安装，严格复核吊柱钢筋笼的外观几何尺寸，并拉通线复核顺直度、转角位置、转角角度，确保钢筋保护层厚度，采用多点起吊，防止钢筋笼在吊装中发生塑性变形而影响安装，壁板与梁的钢筋在模板内现场安装，分两次进行安装，第一次安装至2.669m标高，待混凝土浇筑完后，再安装至悬挂结构顶。
24.s7混凝土浇筑、监控及养护如附图11和12具体包含如下：1）为解决现场钢筋密集，混凝土浇筑及振捣难度大的问题，采用了自密实混凝土进行施工。施工前，由混凝土搅拌站进行配合比设计，并进行试配，在达到要求的前提下，确定最优配合比，混合料采取集中搅拌，电脑系统控制，确保质量稳定；2）现场混凝土施工，采取分圈浇筑的方式施工，根据梁的位置，按照高度800mm或1000mm划分圈数。每圈全部浇筑完后，再开始浇筑下一圈混凝土。第一次混凝土浇筑至2.669m标高，第二次混凝土浇筑至悬挂结构顶；3）在梁柱节点处，钢筋非常密集，为确保混凝土的密实度，采取外部振捣器，在模
板外对该部位进行适量振捣；4）悬挂结构混凝土浇筑完，内模应带模湿润养护3天后才能拆除，内模拆除外露的混凝土面，必须覆盖土工布，且保持土工布湿润；5）第二次浇筑的混凝土达到28天龄期，且同条件混凝土试块抗压强度达到规范要求时，方能拆除悬挂结构模板及支架；6）悬挂结构支架在吊柱处、壁板处设置观测点，基准点设置在周边结构柱上，在混凝土浇筑前测得初始值，在混凝土浇筑时，对观测点进行实时监测；7）浇筑混凝土时，对模板支架进行实时监测，采用水准仪监测沉降值、经纬仪监测变形值。若超过预警值，则立即暂停混凝土浇筑，查找原因，采取相应措施。
25.所有钢筋、混凝土等建筑材料及钢管、扣件等周转材料，厂家的相关质量证明材料必须齐全，均按照批次进行现场见证取样，检测合格后，方能用于现场施工。材料的现场堆放均垫高，堆放区域不得积水，必要时进行防雨覆盖。
26.严格控制混凝土的粗细骨料的含泥量，粗骨料最大粒径不得超标，在混凝土搅拌前，实时检测粗细骨料的含水量，确保混凝土水灰比的准确性。
27.现场施工跟踪检查，确保模板支架搭设符合专项施工方案的要求，严格工序管控。
28.通过悬挂结构bim模型的形象展现，帮助管理人员及作业人员更加准确的理解平面图纸，实时复核模板安装的准确性。
29.根据模型、图纸编制钢筋下料表，梁、柱主筋制作完成后，再次核对成型主筋的尺寸、弯起位置及角度。吊柱钢筋笼在模板外绑扎完成，复核钢筋笼外观尺寸，确保钢筋笼能顺利安装，且满足保护层厚度。吊柱钢筋笼安装完成后，将保护层垫块塞入模板，起到固定钢筋笼的作用。
30.混凝土经过试配后确定的最优配合比，由混凝土搅拌站进行集中生产。搅拌站严格把控水泥、砂石等原材料质量，实时检测砂石含水量，确保配合比准确，含泥量超标的砂石严禁使用。
31.混凝土投料、搅拌全程有电脑精准控制，确保质量可靠。混凝土连续搅拌时间为 60s～90s，采用自卸式混凝土罐车运输，为防止运输过程中出现离析现象，混凝土罐须慢速转动。
32.每次浇筑混凝土必须连续进行，不得出现冷缝。严格控制混凝土出料到入模的时间，严禁使用已经初凝的混凝土进行浇筑。
33.梁柱节点等钢筋密集处，进行适当振捣，确保混凝土填充密实。已浇筑的混凝土防止阳光直晒，必须及时采取覆盖遮阳的措施。不得过早拆除内模，防止混凝土缺棱掉角。采用土工布湿润养护，时刻确保土工布湿润状态，养护不得小于14天。悬挂结构混凝土整体达到28天龄期后，才能拆除模板支架。
34.采用bim技术，建立悬挂倒棱台形混凝土结构模型。依据模型设计支架布局，经承载力验算确定立杆间距等具体参数。分别对模板、支架和钢筋建立模型，优化模板分块、精确每根立杆搭设高度和钢筋排布，获得详细的模板尺寸和定位信息,形成模板下料表。进行三维可视化交底，以模型信息作为现场施工的主要依据，简化复杂结构模板的加工、定位及安装。
35.悬挂结构重力集中在6根吊柱和环梁上，模板支架受力立杆的布置确定统一模数，间距成倍数关系。优化各分项工程的搭接、穿插，结构外模一次安装成形，内模划两段分次安装，解决模板安装与钢筋安装、混凝土浇筑间的矛盾。选用自密实混凝土，有效解决了钢筋密集导致的薄斜板混凝土难以浇筑和振捣的问题。
36.采用了 bim 建模，使施工人员能够更加直观、快速、准确的组织现场作业，避免了边施工，边摸索的现象，降低了施工难度，减少了因理解不透设计意图而导致的返工。
37.传统的混凝土结构施工方式，带有一定的盲目性，特别是空间三维异形结构体。单纯的依靠二维平面图纸施工，不同的施工人员，空间想象能力水平不一样，致使在施工过程中出现“摸着石头过河”、尝试性施工的现象。施工出现错误时，不能及时发现，或是无法预料会出现些什么问题，导致了施工工期、质量的不可控。
38.在策划、施工各环节所采取有效措施，使悬挂结构施工目标明确、形象、可控性强。利用三维模型与现场施工状况对比，一目了然，能够快速、准确的核对施工成果；合理的安排工序搭接，外模一次安装成型，吊柱钢筋笼整体吊装，分次浇筑自密实混凝土，有效的降低了施工难度，提高了工作效率，加快了施工进度。
39.尽管已经示出和描述了本专利的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本专利的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，所有在此实施方式的基础上所作出的非实质性创造，都将视为对本专利的篡改或剽窃，都应依法受到保护。