装配式建筑预制构件吊装施工工艺优化研究

2023-12-27陈澄波魏文洲潘智勇范立雄王乾鸿

中国建筑装饰装修 2023年23期

陈澄波魏文洲潘智勇范立雄王乾鸿

装配式建筑预制构件吊装作业存在吊装难度大、构件类型复杂、安全防护和临时支撑体系要求高以及构件定位与连接精度要求高等难点。因此，在吊装过程中必须结合现场情况优化施工工艺，以便有效提高施工管理水平，保证施工质量和施工安全，为实现项目的经济效益奠定坚实基础。

1 工程概况

福利中心三期位于广东省深圳市南山区西丽街道，项目占地面积约10335.14 m2，包括2 层地下室、1 栋塔楼以及裙楼。其中，综合楼和养老居室均为装配式建筑，最大建筑高度为59.3 m。项目施工过程存在预制构件数量多、塔式起重机吊次多以及垂直运输量大等特点。综合考虑施工现场情况和技术要求后，配备2 台臂长为60 m 的TC7025 塔式起重机，用于吊装装配式构件。

2 装配式建筑预制构件吊装施工工艺

2.1 吊装形式

本项目的预制构件包括预制叠合板和预制外墙2 种。其中：综合楼预制叠合板的质量为1.318 t，最远安装距离为48 m；养老居室预制叠合板的质量为1.157 t，最远安装距离为50 m。塔式起重机50 m 范围内的最大额定起重量为4.3 t，因此可以采用额定荷载为5 t 的吊链直接在卸车点运输车上起吊安装。预制叠合板的吊装形式，如图1 所示。

图1 预制叠合板的吊装形式（来源：作者自摄）

综合楼预制外墙的质量为4.19 t，安装位置距离1#塔式起重机35 m。养老居室预制外墙的质量为4.45 t，安装位置距离2#塔式起重机43 m。塔式起重机45 m 范围内的最大额定起重量为5 t，40 m 范围内的最大额定起重量为6 t。可以采用Φ20 mm 的钢丝绳和载荷5 t 的鸭嘴扣进行吊装。预制外墙的吊装形式，如图2 所示。

图2 预制外墙的吊装形式（来源：作者自摄）

综合考虑起重机的覆盖范围、现场临时道路情况和防碰撞要求，合理确定塔式起重机的安装方式。施工进度以标准层为基准，按照6 d/层的速度进行施工。

2.2 构件吊装和安装工艺

2.2.1 预制叠合板

预制叠合板吊装工艺流程：放线定位—搭设支撑—调整标高—吊装预制叠合板—调整预制叠合板位置—解除吊具。

在吊装过程中，需要注意以下要点：第1，吊装作业前要根据施工图纸在梁上放出预制叠合板安装位置的定位线，并参照图纸做好复核。第2，测量员根据施工图纸校对预制叠合板安装部位的标高，确保预制叠合板与铝模完全贴合。第3，在叠合板安装前，需要在定位线位置粘贴双面胶，双面胶要贴直、贴稳。第4，在叠合板起吊时，应尽量减少非预应力方向因自重产生的弯矩，可采用平衡吊架，保证4 个吊点受力均匀。吊装作业要在平稳的状态下进行[1]。开始起吊时，提升速度应较为缓慢，当叠合板提升至底边距离地面0.5 m 时应暂停起吊。经检查吊挂牢固且板面无污染和破损现象后，方可继续起吊。第5，将叠合板提升至指定位置后，应调整叠合板的位置，使其与定位线重合，并按照图纸要求，将叠合板锚入梁内1 cm。安装到位后，由测量员测量叠合板的标高、型号、规格及位置，确保各项参数与图纸一致。安装完成后指挥塔式起重机司机下放吊钩，解除吊具。

2.2.2 预制外墙

预制外墙吊装工艺流程：清理基层—测量放线—吊装预制外墙—水平度和垂直度粗调—安装预制外墙斜支撑—水平度和垂直度精调—安装下端连接件—现浇区域铺设模板和绑扎钢筋—现浇区域浇筑混凝土。

在吊装前应做好安装准备工作，并对特种作业人员进行安全作业的培训[2]。特种作业人员取得资格证书后，方可持证上岗作业。临时施工用电和施工机具应符合相应的规范及标准的要求，并确保安全防护措施执行到位。

对高空作业人员要进行专项安全教育和技术交底，并严格履行签字手续，在正确使用安全防护用品的前提下进场施工。在吊装期间，必须在地面设置警示标志，并配备充足的地面预警人员[3]。

在施工作业前要进行质量培训，明确操作具有一次性和不可逆的特征，确保施工安全。利用BIM 进行模拟操作培训，使施工人员熟悉作业流程，掌握操作要点。预制外墙安装完成后，应由工程部、质量部和技术部的责任人验收签字，合格后才能进行后续的混凝土浇筑。在安装现浇区模板和浇筑混凝土时，需要做好预制外墙的成品保护，避免其位置发生偏移[4]。

在吊装预制外墙时，需要根据吊钉位置选择合适的起吊点，并利用鸭嘴扣连接钢丝绳与外墙板预留吊环。当预制外墙距离地面0.5 m 时，需要暂停起吊并检查构件外观质量和吊环连接，确认无误后方可继续起吊。起吊前需要在预制外墙下侧安装500 mm宽的通长多层板，起吊时要缓慢匀速，避免损坏预制外墙边缘。当外墙被吊至作业层上方约600 mm 时，用溜绳拉住墙板，使其缓慢下降[5]。到达指定位置后，要快速利用控制线和撬杆等进行定位，并将墙板两侧斜支撑的螺栓插入预留的套筒中，然后缓慢落下墙板，安装完成后方可脱钩。

所有塔楼预制外墙均需设置斜支撑，以确保其稳固性和安装精度。斜支撑的材料为螺杆，螺杆与水平方向的夹角为60°，斜撑角度为45°～60°。斜支撑的一侧与预制外墙预埋套筒连接，另一侧通过金属预埋件与楼板连接。预制外墙吊装需要使用小型千斤顶和长斜撑调节杆等设备。在吊装过程中，要校正预制构件的位置和垂直度。吊装完成后，将斜撑安装在楼板上。斜支撑上端与水平面成45°～60°夹角，下端与水平面成30°～45°夹角，斜支撑螺杆可调节的长度范围为±100 mm。所有的预制外墙构件均需要留出闭口箍，以便与现浇区域连接[6]。

2.2.3 预制构件拼缝施工工艺

在安装预制构件叠合板前，需要根据定位线贴好双面胶，安装时将叠合板按照图纸要求锚入梁内10 mm，以达到良好的锚固效果。预制竖向构件拼缝包括二道防水、内侧、外侧以及平台拼缝打胶，并在下部嵌入聚乙烯塑料（Polyethylene，PE）棒。

拼缝施工工艺要求如下：第1，施胶前需要将缝隙表面清理干净，去除浮沙、锈斑和油灰，并用高压喷气枪除去灰尘。第2，用Φ30 mm 的PE棒填塞缝隙，并严格控制嵌入深度，嵌入深度不应小于缝宽的1/2。第3，在打胶前应涂刷1 道底涂剂，打胶时胶枪的胶嘴应尽量伸入接口底部，确保密封胶填满缝隙[7]。第4，对于“十”字或“T”字接口，应先在接口处挤入足够的密封胶，再分别向其他方向牵引施胶，以确保胶接头连接效果满足要求。打胶后48 h 内不得触摸密封胶，并在缝隙两侧覆盖塑料薄膜进行保护。第5，室内和室外拼缝施工工序为：清理墙缝—塞入Φ30 mm 的PE 棒—打密封胶。

2.3 预制构件吊装施工原则

预制构件的吊装工艺要求较高，在施工中必须遵循安全性、协同性和科学性的原则，具体为：

1）安全性原则。按照《建筑施工高处作业安全技术规范》（JGJ 80―2016）、《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3―2010）、《装配式建筑评价标准》（GB/T 51129―2017）、《建筑施工安全检查标准》（JGJ 59―2011）等标准的要求，结合企业的安全施工制度和规定，优化施工安全管理措施，确保施工流程安全推进[8]。

2）协同性原则。相较于传统的施工方式，装配式建筑预制构件吊装对各个岗位的协同度要求更高。只有堆场管理、吊装设备操作和调整作业等人员协同配合，才能有效确保吊装安全，提高吊装效率，保证吊装质量。

3）科学性原则。科学性原则是指在施工中要应用先进技术，精确计算滑轮组荷载、吊臂长度、构件重量及设备载荷等参数，还可以利用三维建模和四维仿真等技术，实现对吊装施工工艺的细化管理。

3 基于BIM 技术的吊装施工安全管理优化

3.1 布置吊装场地

装配式建筑构件吊装工序较多，工序间交叉频繁，施工过程中容易因时间和空间的冲突发生安全事故。在施工过程中使用BIM 技术，可以模拟吊装作业的时间和空间需求，合理规划吊装路线，明确临时水电和配套要求，合理设置构件堆放位置和机械位置以及合理安排临时设施[9]。利用3D模型模拟和优化吊装方案，能够有效消除现场安全隐患。

3.2 动态吊装模拟

施工作业前，可以利用Fuzor 软件动态模拟吊装过程，并利用Revit 软件精准分析潜在冲突[10]。在具体应用中，要先将BIM 模型导入Revit 软件，再利用碰撞检查功能检查各环节可能存在的危险源，最后，由技术人员提出技术优化方法，由管理人员提出优化方案，以此实现危险源的预防和管理，做到最优结果。

3.3 塔式起重机安全管理

装配式建筑构件类型复杂，质量较大，而且塔式起重机的作业环境较为复杂，部分项目甚至需要多台塔式起重机同时吊装。因此，施工现场潜在危险源复杂，安全管理难度较大。

在施工作业前，可以利用BIM 软件进行塔式起重机的起重验算和运行模拟，根据结果提前优化起重机管理方案。起重验算是指结合BIM 模型中的构件参数，检验起重机是否能够满足预制构件的吊装要求。运行模拟是指在模型中模拟起重机的回转半径和行径区域，测试起重机摆动臂可以达到的范围。综上所述，利用BIM 软件可以确保塔式起重机的安装位置、高度、回转半径、作业区域以及承载力均能满足施工要求，进而有效避免起重机碰撞事故发生。

3.4 危险源监测和预警

在精细化施工管理的发展方向下，利用BIM 技术可以进行危险源管理，进而有效提升安全管理水平。在吊装过程中，利用射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术、超宽带（Ultra Wide Band，UWB）定位技术和无线视频监控技术，能够实时获取现场作业人员、材料和机械等信息。利用这些信息构建BIM 可视化模型，能够实时监测危险因素，若危险源超出安全范围会第一时间报警，便于及时采取处理措施。

3.5 安全教育培训

安全教育培训是有效规避事故发生的关键措施。以BIM 模型为基础生成吊装过程的动态模拟过程，再利用虚拟现实技术VR 技术将其转化为三维漫游场景，可以使施工人员更加直观地了解施工流程和工艺。利用BIM+VR 开展安全教育，可以提高吊装作业人员的安全意识，有效规避不安全行为，进而避免安全事故发生。

从管理层面出发，构建装配式预制构件吊装施工安全评价体系，将安全因素分解为人员素质、大型施工设备、施工工艺及关键技术、安全管理、环境因素等方面，在每一施工阶段进行系统性评估，以定性和定量相结合的方式，实现对危险源的精准评估，以此为施工工艺应用提供安全保障，有效提升施工安全管理水平，保障项目的安全进行，更好地推动工程项目建设效益不断提升。