張鑫全

(中鐵城建集團有限公司總承包分公司 湖南長沙 410208)

1 引言

建筑室內(nèi)配電箱體及上下進出線管多且集中，大部分住宅、酒店、公寓、辦公場所等建筑，配電箱體處多為砌體結(jié)構(gòu)[1]，進出配電箱體的線管及箱體位置多數(shù)項目仍按在墻體砌筑完成后進行開洞、開槽、剔鑿、配管、封堵、掛網(wǎng)抹灰的傳統(tǒng)施工方法[2]。此方法存在施工工序多、工期長，剔鑿砌體安箱配管不但影響砌體結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性[3]，且產(chǎn)生大量建筑垃圾，造成人工、材料浪費較大，線管集中處封堵不易密實，且穿線時易松動抹灰層或造成抹灰層開裂[4]，交工后投訴、維修較多等缺陷[5]。

為提升建筑產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)綠色建造，急需對一些傳統(tǒng)的施工工序、工藝方法進行改進、優(yōu)化和創(chuàng)新，本文依托人工智能科技園安居工程項目，研究了一種砌體結(jié)構(gòu)配電箱體及進出線管處墻體免剔鑿施工技術(shù)，此技術(shù)包含基于BIM的二次結(jié)構(gòu)排磚技術(shù)、建筑固廢回收制造U型砌塊技術(shù)和U型砌塊裝配式施工技術(shù)；運用此技術(shù)，解決了傳統(tǒng)工藝的諸多缺陷，提升了工程質(zhì)量，減少了施工工序，節(jié)省了施工工期，減少了建筑固廢的產(chǎn)生，實現(xiàn)綠色建造，獲得了較好的社會效益和經(jīng)濟效益。

2 工程概況

人工智能科技園安居工程項目位于湖南省長沙市岳麓區(qū)，南臨長韶婁高速，東臨玉赤路，西臨智達路，總建筑面積317 998.43 m2，由18棟高層住宅、3棟商業(yè)樓、1棟幼兒園、2棟垃圾用房和1個整體地下室組成，共有2 300余戶居民、55間商鋪，所涉及室內(nèi)配電箱體多，且均設(shè)置于砌體結(jié)構(gòu)墻體中。

3 基于BIM的二次結(jié)構(gòu)排磚技術(shù)

3.1 技術(shù)重難點

在傳統(tǒng)二次結(jié)構(gòu)砌體施工中，管理較好的項目部采用CAD軟件繪制排磚圖[6]以指導施工，此方式存在二維圖紙不直觀，理解相對困難[7]，排磚需逐墻、逐磚排布，耗費時間長[8]等缺陷。管理不到位的項目部，墻體砌筑作業(yè)人員隨意排布、切割砌塊[9]，材料損耗大，產(chǎn)生的建筑垃圾多。應(yīng)用BIM技術(shù)實現(xiàn)自動排磚，自動生成三維排磚模型，導出二維砌體排布圖，生成砌體材料需求表，指導現(xiàn)場采購和施工，是本技術(shù)重點解決內(nèi)容。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

應(yīng)用BIM技術(shù)對所需砌筑墻體進行建模，生成對應(yīng)砌體排布圖，便于施工作業(yè)人員直觀了解墻體組砌方式、材料規(guī)格、尺寸和完成效果，同時，BIM系統(tǒng)自動導出砌體材料需求表。項目部根據(jù)非標砌塊規(guī)格尺寸、數(shù)量及工期要求，進行生產(chǎn)廠家定尺加工和現(xiàn)場人工集中加工方案比選，精確控制非標砌塊用量，減少材料浪費，節(jié)約施工成本，提高施工質(zhì)量，縮短施工時間。

3.3 操作要點

(1)模型建立與集成:項目部根據(jù)施工圖紙和技術(shù)標準，應(yīng)用Revit等軟件建立建筑、結(jié)構(gòu)、機電等全專業(yè)BIM模型，各專業(yè)對模型進行漫游檢查、調(diào)整后集成至BIM系統(tǒng)(見圖1)，再次漫游、碰撞檢查，完善專業(yè)間的沖突與不合理性；技術(shù)人員直觀了解二次結(jié)構(gòu)砌筑部位及與結(jié)構(gòu)、機電的位置關(guān)系和布局。

圖1 各專業(yè)模型BIM系統(tǒng)集成效果

(2)二次結(jié)構(gòu)深化設(shè)計:根據(jù)二次結(jié)構(gòu)砌筑墻體部位及水暖電專業(yè)管線、管洞、箱體等位置，建立二次結(jié)構(gòu)墻體深化模型圖。設(shè)置砌塊、構(gòu)造柱、過梁、配電箱、灰縫、圈梁等詳細位置和參數(shù)，進行系統(tǒng)檢查、調(diào)整、生成三維墻體排布。通過三維模型，即可將砌體與構(gòu)造柱、配電箱等位置、規(guī)格尺寸及組砌方式直觀展示(見圖2，墻體及配電箱體線管集中區(qū)域U型砌塊排布模型)。

圖2 墻體及兩種規(guī)格U型砌塊的BIM排磚模型

(3)材料需求表:結(jié)合優(yōu)化后的模型，可自動生成砌體材料明細清單，包括不同類型材料的數(shù)量、規(guī)格和尺寸，為后續(xù)的材料采購、加工和施工提供依據(jù)(見表1，某道墻體砌體材料需求量)。

表1 砌體材料需求

(4)三維技術(shù)交底與施工圖紙導出:開展砌筑作業(yè)前，利用BIM技術(shù)進行三維可視化交底，直觀地展現(xiàn)施工工藝流程；對砌體模型進行進一步處理后，可導出磚體平面布置圖，作業(yè)人員根據(jù)砌體平面布置排磚圖進行施工作業(yè)，提高施工效率和工程質(zhì)量。項目管理人員根據(jù)排磚圖紙驗收現(xiàn)場砌體施工質(zhì)量(見圖3)。

圖3 兩種規(guī)格U型砌塊及砌體CAD排磚圖(單位:mm)

4 建筑固廢回收制造U型砌塊技術(shù)

4.1 技術(shù)重難點

U型砌塊人工制作工序多、效率低、人工和材料成本較高、成品質(zhì)量參差不齊[10]。如何提高U型砌塊制作效率、提升質(zhì)量、降低成本、綠色環(huán)保[11]，采用建筑固廢回收再利用、定型模具批量生產(chǎn)或機械制造是解決本技術(shù)的重難點。

4.2 關(guān)鍵技術(shù)

(1)配電箱體背部U型砌塊:根據(jù)配電箱尺寸，制作箱體等高、厚度為墻寬減去箱體厚度的U型砌塊，用于箱體背部。使用BIM技術(shù)建立配電箱體U型砌塊模型，根據(jù)模型制作或加工定制模具利用原生料或再生料制作成U型砌塊。

(2)配電箱上下進出線管區(qū)域U型砌塊:采用與墻體砌塊同寬等高或同機具模數(shù)高度、長度模數(shù)為其1/2的U型砌塊；使用BIM技術(shù)建立精細的U型砌塊模型，并根據(jù)模型定制U型砌塊模具和生產(chǎn)設(shè)備；利用建筑回收料再生技術(shù)，制作U型砌塊，經(jīng)檢驗合格投入使用。

4.3 操作要點

(1)施工準備

配電箱體背部U型砌塊:根據(jù)配電箱箱體的尺寸大小及安裝位置，應(yīng)用BIM技術(shù)建立U型砌塊模型并確定U型砌塊加工尺寸，如圖4所示。

圖4 U型砌塊模型及預制尺寸(單位:mm)

配電箱上下進出線管區(qū)域U型砌塊:根據(jù)砌體規(guī)格、排磚圖、線管數(shù)量、大小等設(shè)計U型砌塊，應(yīng)用BIM技術(shù)建立線管集中區(qū)域U型砌塊模型(見圖5)，并根據(jù)模型定制U型砌塊模具和生產(chǎn)設(shè)備。

圖5 預埋線管區(qū)域U型砌塊(單位:mm)

(2)建筑固廢收集與分選

安排專人回收主體結(jié)構(gòu)、二次結(jié)構(gòu)加工和砌筑過程中產(chǎn)生的廢棄混凝土、磚塊邊角料及落地砂漿等廢料，統(tǒng)一運輸至回收利用點分類集中堆放。通過人工揀選、水選及泡洗等多工藝組合綜合分選，對建筑固廢中的有機雜物有效分離。

(3)U型砌塊制作

建筑固廢采用人工裝入錘式破碎機進行破碎，破碎后的原材料根據(jù)配合比事先設(shè)置的重量通過履帶傳送至攪拌機[12]，與水泥、水進行混合攪拌，攪拌均勻后的混合料通過履帶輸送至料斗，料斗內(nèi)的混合料通過人工控制進行入模，入模后的原料通過振動、擠壓、振動成型、出模等一系列操作制成U型砌塊，通過養(yǎng)護強度達到20 MPa以上，并經(jīng)試驗合格后方可使用(見圖6)。

圖6 U型砌塊預制設(shè)備與配電箱背部U型砌塊

5 U型砌塊裝配式施工技術(shù)

5.1 關(guān)鍵施工技術(shù)

根據(jù)設(shè)計圖紙，在砌體砌筑前將線管提前配置到位，應(yīng)用紅外線水平儀確定箱體位置[13]。利用BIM排磚技術(shù)[14]，將配電箱體背部U型砌塊和線管區(qū)域U型砌塊隨砌體一次性施工完成。

5.2 施工操作要點

(1)安裝線管及箱體定位:根據(jù)設(shè)計圖紙，在砌體砌筑前，將線管配置到位；根據(jù)BIM排磚圖及規(guī)范要求，應(yīng)用紅外線水平儀確定箱體位置。

(2)U型塊砌筑:在墻體砌筑前，應(yīng)用BIM排磚圖對砌筑工人進行交底，砌筑過程巡視檢查，確保U型砌塊與墻體同時、正確組砌，如圖7所示。

圖7 兩種配電箱體及進出線管區(qū)域U型砌塊砌筑效果(單位:mm)

6 應(yīng)用效果

人工智能安居工程項目于2020年6月至2021年5月應(yīng)用砌體結(jié)構(gòu)配電箱體及進出線管處墻體免剔鑿施工技術(shù)，通過配電箱體背部及上下端U型預制塊的使用，免去傳統(tǒng)安裝時墻體開洞、開槽及封堵施工工序，有效解決傳統(tǒng)施工工序質(zhì)量缺陷，且節(jié)能環(huán)保、節(jié)約成本，獲得了較好的社會效益和經(jīng)濟效益。

6.1 社會效益

采用砌體結(jié)構(gòu)配電箱體及進出線管處墻體免剔鑿施工技術(shù)，無開洞、開槽粉塵產(chǎn)生，無施工噪聲，降低了砌體材料的損耗，減少建筑垃圾的產(chǎn)生[15]，保證了墻體質(zhì)量，建筑固廢回收再利用技術(shù)，節(jié)約資源，實現(xiàn)綠色施工，符合綠色建造的發(fā)展理念。此項目多次迎接湖南省質(zhì)監(jiān)總站、長沙市質(zhì)安站和地區(qū)市質(zhì)安站及全省建筑企業(yè)觀摩，并獲得湖南省安全質(zhì)量標準化示范觀摩工程。

6.2 經(jīng)濟效益

運用砌體結(jié)構(gòu)配電箱體及進出線管區(qū)域墻體免剔鑿施工技術(shù)，免去了后期墻體鑿洞、開槽、剔鑿及修補等步驟，節(jié)省了工序和材料，加快了施工進度，減少建筑固廢外運和資源化利用，降低了施工成本。節(jié)約費用約90萬元。

7 結(jié)束語

(1)利用BIM技術(shù)輔助砌體排布，建立合理準確的三維模型，能夠有效彌補二維平面圖紙不直觀、耗時長等缺陷，能夠提高砌體排布的直觀性和準確性，BIM系統(tǒng)自動準確計算砌體需求量，大幅縮減技術(shù)人員的工作量。運用BIM技術(shù)，提前規(guī)劃砌體材料進場時間和堆放場地，以免二次搬運，降低人工成本。

(2)相對于傳統(tǒng)的施工工序、工藝方法，建筑固廢回收制造U型砌塊技術(shù)實現(xiàn)了較大的改進、優(yōu)化和創(chuàng)新，提高了工作效率，既節(jié)約了成品磚的采購成本，又節(jié)約了建筑固廢外運的費用，還將建筑固廢進行了資源化利用，做到了綠色、節(jié)能、環(huán)保。

(3)經(jīng)過項目實施，U型砌塊裝配式施工技術(shù)避免了戶內(nèi)配電箱箱體位置砌體切割、剔鑿或留洞二次封堵，進而規(guī)避了剔鑿墻體處封堵不易密實，抹灰層松動或開裂；配電箱墻體剔槽不均勻、安裝不方正或不牢固等問題。較好地解決了諸多傳統(tǒng)工藝的缺陷，提高了工程質(zhì)量，減少了建筑固廢產(chǎn)生，節(jié)能環(huán)保、節(jié)約施工成本。同時，該技術(shù)無噪聲、無粉塵，減少對人體傷害，實現(xiàn)綠色文明施工。