宋大鵬，殷廣師，任樂樂

（中國核工業(yè)二四建設(shè)有限公司，四川 綿陽 621000）

將預(yù)制加工成型的鋼筋網(wǎng)片運(yùn)至現(xiàn)場安裝是鋼筋工程發(fā)展的重要方向，也是施工管理中提高施工效率的一項(xiàng)重要舉措，預(yù)制的鋼筋網(wǎng)片減少了現(xiàn)場作業(yè)量，能夠有效加快施工進(jìn)度[1]。中國自主研發(fā)的第三代核電“華龍一號”單座機(jī)組鋼筋使用量達(dá)9萬t，主體廠房直徑規(guī)格40 mm的鋼筋占70%左右，單根設(shè)計長度最長12 000 mm，為了保證工期部分廠房需24 h持續(xù)進(jìn)行“搬運(yùn)+人工綁扎”作業(yè)，超大體量的鋼筋工程附帶著人工密集施工生產(chǎn)。隨著建筑業(yè)的發(fā)展與日趨激烈的競爭環(huán)境，粗放型的管理模式與技術(shù)手段無法滿足各種現(xiàn)代化建筑的需求，迫切需要進(jìn)行一場變革，BIM技術(shù)的應(yīng)用對于建筑業(yè)穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展具有里程碑式的意義[2]。

1 方案策劃

1.1 選取試驗(yàn)場地

鋼筋模塊化應(yīng)用首先在抗飛機(jī)撞擊墻體等“無洞口、少物項(xiàng)”的外墻上被試驗(yàn)使用，通過BIM技術(shù)可視化方式以“吊裝就位少量調(diào)整”的原則進(jìn)行安裝邏輯研究。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際條件，選取1#機(jī)組燃料廠房K3002墻-0.05～5.45 m標(biāo)高段進(jìn)行鋼筋網(wǎng)片吊裝試驗(yàn)，選取原則為K3002具有核島主廠房外墻通類特點(diǎn)，能夠代表核島主廠房外墻施工工況情況，根據(jù)現(xiàn)有圖紙分析，核島主廠房外墻鋼筋量占每層墻體鋼筋總量的35%～40%左右。主要機(jī)具設(shè)備如表1所示。

K3002墻鋼筋間距200 mm，豎向、水平均采用50%接頭，該位置墻靠近1A#、8A#塔吊，既能順利預(yù)制，同時又可模擬“工廠預(yù)制，機(jī)械倒運(yùn)、現(xiàn)場安裝”的情景，塔吊附近有硬化完成的堆場，滿足鋼筋網(wǎng)片綁扎場地和吊裝要求。

表1 主要機(jī)具設(shè)備

1.2 鋼筋網(wǎng)片預(yù)制

燃料墻體鋼筋間距為200 mm，主要采用直徑40 mm的鋼筋，豎向、水平方向采用50%接頭，水平鋼筋布置在立筋內(nèi)側(cè)。在燃料廠房選取20 m范圍墻體進(jìn)行鋼筋網(wǎng)片吊裝，在拼裝場地位置選取8 m×20 m范圍進(jìn)行網(wǎng)片預(yù)制，利用燃料周邊塔吊進(jìn)行吊裝。根據(jù)燃廠房結(jié)構(gòu)層高考慮，網(wǎng)片選取6.0 m×4.5 m（豎向×水平向）尺寸進(jìn)行預(yù)制吊裝，首張網(wǎng)片14根水平筋、14根立筋，約重1.47 t，第二張網(wǎng)片14根水平筋、20根立筋，約重1.77 t。本次吊裝方案擬吊裝2片鋼筋網(wǎng)片進(jìn)行連接，首片鋼筋網(wǎng)片模擬立筋連接，第二片模擬水平筋和立筋進(jìn)行連接，全方位驗(yàn)證鋼筋網(wǎng)片現(xiàn)場安裝的可行性。

網(wǎng)片采用抗飛機(jī)撞擊用機(jī)械套筒連接?？癸w機(jī)撞擊用機(jī)械套筒采用螺紋連接工藝連接至套筒上，考慮到現(xiàn)場誤差及施工操作的累計誤差，采用加長套筒型鋼筋接頭。

1.3 模具設(shè)計

為進(jìn)一步提高施工建造高質(zhì)量，預(yù)先通過BIM按照1∶1設(shè)計胎具模型，實(shí)體采用Q235材質(zhì)，由尺寸100 mm×100 mm角鋼焊接而成，在鋼板上按200 mm標(biāo)準(zhǔn)間距開槽，并整合拼裝。

鋼筋加工斷面平直，不得有馬蹄形或彎曲，抗飛機(jī)撞擊接頭加工時嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，鋼筋網(wǎng)片尺寸偏差控制在5 mm以內(nèi)。

依據(jù)設(shè)計圖紙建立BIM模型，包括整個網(wǎng)片吊裝前3D造型、各個構(gòu)件信息，預(yù)制鋼筋網(wǎng)片上的吊裝點(diǎn)及周圍采用“十”字扣，吊裝點(diǎn)及左右上下各2點(diǎn)，網(wǎng)片豎向鋼筋上端使用定位裝置將其固定，豎向鋼筋接頭采用同樣的方式進(jìn)行固定，保證鋼筋規(guī)格型號、間距、尺寸滿足要求，如圖1所示。

圖1 預(yù)制鋼筋網(wǎng)片（單位：mm）

網(wǎng)片采用4點(diǎn)吊裝，模擬計算實(shí)驗(yàn)吊點(diǎn)均勻設(shè)置以保證網(wǎng)片吊裝時的平衡性，特殊形狀網(wǎng)片可以適當(dāng)調(diào)整，調(diào)整位置根據(jù)網(wǎng)片質(zhì)量平均分?jǐn)偞_定，但要確保網(wǎng)片起吊后基本保持橫向鋼筋水平，不得過多傾斜，以利于就位。

2 模塊吊裝

2.1 吊裝前準(zhǔn)備

預(yù)制鋼筋網(wǎng)片吊裝高空作業(yè)具有一定的風(fēng)險，“先試后建”將二維圖紙三維可視化表達(dá)交底信息，預(yù)制鋼筋網(wǎng)片與BIM模型高度匹配，BIM理論數(shù)據(jù)與現(xiàn)場數(shù)據(jù)相結(jié)合，模擬施工與可視化交底，理論結(jié)合實(shí)際，應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：利用BIM發(fā)布3D-PDF或者i-model文件進(jìn)行吊裝前安全技術(shù)交底，現(xiàn)場使用的吊具、機(jī)具經(jīng)檢查安全有效，吊點(diǎn)設(shè)置合理并可靠，網(wǎng)片底部兩端設(shè)置纜風(fēng)繩，加固腳手架搭設(shè)完成。

2.2 人員配備

所有施工操作人員應(yīng)經(jīng)過培訓(xùn)合格并能熟練作業(yè)的專業(yè)人員。主要人員配備如表2所示。

表2 主要人員配備

表2（續(xù)）

2.3 網(wǎng)片吊裝流程

網(wǎng)片吊裝流程如下：鋼筋網(wǎng)片掛鉤→起吊條件確認(rèn)、地面警戒隔離→起吊至指定墻體→首片鋼筋網(wǎng)片連接并臨時固定→摘除吊鉤→第二片鋼筋網(wǎng)片吊裝→第二片鋼筋網(wǎng)片立筋接頭、水平筋接頭對正→第二片鋼筋網(wǎng)片接頭連接并臨時固定→摘除吊鉤→預(yù)制場地清理。

2.4 吊梁選用校核計算書

采用HW200×200×8×12作為吊梁，吊梁長度為7 060 mm。

現(xiàn)場進(jìn)行鋼筋網(wǎng)片吊裝時，吊梁下端每個受力點(diǎn)的集中力F=7 350 N，鋼梁截面模數(shù)Wx=461 040 mm3，慣性距I=46 101 900 mm4，截面積A=6 208 mm2，E=205 000 N/mm2。

2．4．1 H型鋼長細(xì)比核算

查《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》5.3.8可知，受壓構(gòu)件容許長細(xì)比[λ]=150。λx=l/ix=＜[λ]，穩(wěn)定性合理；λy=l/iy=＜[λ]，穩(wěn)定性合理。

2．4．2 計算簡圖

計算不考慮吊耳的角度問題，按照力平衡考慮。位移平衡圖如圖2所示，彎矩圖如圖3所示，剪刀圖如圖4所示，位移如圖5所示。

圖2 位移平衡圖（單位：mm）

圖3 彎矩圖

圖4 剪刀圖（單位：mm）

圖5 位移圖

抗彎計算：δ=M/W<[δ]，滿足要求。

抗剪計算：τ=VSx/Ixtw

最大位移ωmax小于計算所得的數(shù)據(jù)，滿足要求。

吊梁吊耳計算書：鋼筋網(wǎng)片最大質(zhì)量3 t，吊索+H型鋼質(zhì)量按1 t考慮，吊裝采用2個吊點(diǎn)，選取吊耳材質(zhì)Q235B，板厚20 mm，孔徑規(guī)格如圖6所示。吊耳與H型鋼焊縫為直角焊縫，使用手工電弧焊焊接，焊縫長度為160 mm，焊腳尺寸Hf=8 mm，現(xiàn)場吊裝夾角要求大于等于60°（取60°計算）。

圖6 孔徑規(guī)格圖

查GB50017—2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》表3.4.1-1鋼材的強(qiáng)度設(shè)計值，得此板式吊耳的鋼材的抗剪力強(qiáng)度設(shè)計值fv=125 MPa，f=215 MPa。

為了避免板孔式吊耳孔壁的強(qiáng)度不夠而使吊耳被撕裂，根據(jù)拉曼公式對吊耳板孔強(qiáng)度驗(yàn)算，吊耳焊縫能夠滿足強(qiáng)度要求。

式（1）中：σ為板孔壁承壓應(yīng)力，MPa；k為動載系數(shù)，取1.1；P為吊耳板所受外力，N；δ為板孔壁厚度，mm；d為板孔孔徑，mm；R為吊耳板外緣有效半徑，mm；r為板孔半徑，mm。

查GB50017—2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》表3.4.1-3焊縫的強(qiáng)度設(shè)計值，焊接吊耳的焊縫設(shè)計抗拉、抗剪強(qiáng)度設(shè)計值為（取強(qiáng)度設(shè)計值折減系數(shù)為0.85）：

P=P0×1.3×1.1=32 363.76 N（動載系數(shù)1.3，不均勻系數(shù)1.1）。

垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力如下：

沿焊縫長度方向的剪應(yīng)力如下：

2.5 施工方案論證/施工組織模擬

通過BIM三維數(shù)字模型對施工過程可視化模擬，制定合理的施工工序、施工難點(diǎn)及安全注意事項(xiàng)，吊裝前首先在地面進(jìn)行2片鋼筋網(wǎng)片水平筋接頭校正和清理，并在鋼筋網(wǎng)片或混凝土鋼筋接頭上提前預(yù)留加長型套筒。

BIM技術(shù)在工程中的應(yīng)用改善了建筑行業(yè)生產(chǎn)效率地下、浪費(fèi)嚴(yán)重的問題，在鋼筋工程中解決施工中質(zhì)量差、管理混亂、材料浪費(fèi)、進(jìn)度緩慢、效率地下的難題[3]。借助BIM可視化系統(tǒng)對施工組織進(jìn)行模擬，非常直觀地了解整個施工安裝環(huán)節(jié)的時間節(jié)點(diǎn)安排和安裝工序，清晰把握安裝過程中的難點(diǎn)和要點(diǎn)，也可以進(jìn)一步對原有安裝方案進(jìn)行優(yōu)化和改善，提高施工效率和施工方案的可行性，更好規(guī)劃整個吊裝施工組織協(xié)調(diào)過程，如圖7所示。

圖7 用BIM可視化系統(tǒng)模擬施工組織

確保安全規(guī)范地操作，吊裝就位時嚴(yán)禁直接手扶鋼筋網(wǎng)片下口，作業(yè)人員牽引攬風(fēng)繩控制網(wǎng)片以作定位，當(dāng)鋼筋網(wǎng)片距離現(xiàn)場接頭約100 mm時，下方用撬棍校正，直至立筋接頭對接完成，然后擰緊豎向抗飛機(jī)撞擊機(jī)械接頭。當(dāng)豎向接頭連接完成50%后設(shè)置臨時加固措施，利用扣件與鋼筋網(wǎng)片連接，支撐高度應(yīng)過網(wǎng)片高度的1/2，橫向間距2 m一排，臨時加固后方可摘除掛鉤，隨后連接網(wǎng)片剩余鋼筋接頭。待第一片預(yù)制鋼筋網(wǎng)片連接后，繼續(xù)吊裝第二片預(yù)制鋼筋網(wǎng)片至就位點(diǎn)，然后下落至預(yù)留立筋接頭位置進(jìn)行連接，對正后重復(fù)首片立筋連接方式，同時自下而上連接水平筋，水平筋及立筋連接各完成50%以上后設(shè)置臨時加固措施，同時控制好鋼筋保護(hù)層滿足施工要求。

3 優(yōu)勢分析

經(jīng)分析，采用預(yù)制鋼筋網(wǎng)片吊裝方法后，工廠預(yù)制鋼筋網(wǎng)片比現(xiàn)場綁扎效率提高了47%，每萬t鋼筋可節(jié)約300工日，在提高現(xiàn)場施工安全性的同時有效節(jié)約了土建施工工期；縮短了鋼筋施工時間，預(yù)制鋼筋網(wǎng)片在實(shí)驗(yàn)吊裝過程中，鋼筋網(wǎng)片于15：24時起吊（試吊3 min），15：31時吊裝至安裝部位，16：16時28個接頭全部連接完成，塔吊摘鉤，共耗時50 min，人工施工用時較短。

4 結(jié)論

綜上所述，預(yù)制鋼筋網(wǎng)片在核電土建平直墻體鋼筋施工中比逐根綁扎有優(yōu)勢，對提高核電建設(shè)經(jīng)濟(jì)性和數(shù)字化競爭力具有重要意義。隨著BIM技術(shù)應(yīng)用的逐步深入，核電建設(shè)各項(xiàng)工作將由孤立形式變?yōu)椴⑿?、交互形式?/p>