逄迪 潘征 袁鹏 刘喆

1.项目概述

预应力拱形板是工业建筑领域较常见的结构之一，主要承受轴向压力且保持平衡的曲面构件。预应力拱形板可用于无柱大跨，在水厂等大型工建建设方面，其既兼顾了良好的受力作用，也起到了一定的美观性。因此，长春市西部污水处理厂提标扩建工程为提高施工效率，采用预制+现浇的施工。在加工面完成浇筑，施工现场快速吊装，完成后进行二次浇筑与保温处理[1]。

长春市西部污水处理厂提标扩建工程中的臭氧催化高级氧化池及排水泵池、MBR 膜池膜设备间、臭氧制备车间、细格栅曝气沉砂池及膜格栅间、一期深度处理扩建滤池间及扩建工程加药间屋面，均采取该方法进行屋面构件的生产制作。本工程项目屋面预应力拱板构件共计118 块，预应力拱板构件起吊最大重量约为28.1t。

为保证施工效率以及施工质量，本项目对预应力拱形板的生产、吊装工艺提出了非常高的要求。本文以此工程为例，利用BIM技术从试验、生产、吊装角度出发，对预应力拱形板的施工关键技术展开研究和探讨。

2.BIM技术解决施工关键问题

2.1 吊装、滑移施工工艺

2.1.1 平移滑车、千斤顶支架钢构件的准备

通过BIM技术模拟现场施工人员所用设备构件，解决现场人员施工前期由于对施工构件理解偏差导致的问题。在模型构建建模过程中，对千斤顶支架钢构件进行了二次优化设计，通过受力计算找到最优的钢构件焊接方式，保证施工现场吊装过程中不会由于条件不足导致构件无法使用。

2.1.2 预应力拱形板运输

项目由于现场施工条件有限，所有预应力拱形板采取场外加工，在运输过程中，利用BIM技术模拟现场可能出现的各类安全隐患，帮助现场安装人员及时发现问题，尽早规避。在运输过程中除考虑运输本身安全隐患以外，还需结合BIM 模拟试验数据与现场监测试验数据，考虑运输过程中预应力拱形板受到外力影响造成的损毁。通过BIM 模拟后，决定采取钢丝绳对拱板进行捆绑固定，并增加橡胶垫进行防护，便于运输[2]。

2.1.3 预应力拱形板吊装、滑移

采取同型号、同规格、同厂家、同性能的2 台100t 吊车双机抬吊卸车，双机抬吊时，同一端的2 根吊绳应长度相等，以保证预应力拱形板横向不倾斜，纵向不倾斜。吊机从运输车上将构件吊起后，吊至计算起吊高度（安装高度+安全高度），再进行回转（脚手架高度不得超过屋面梁高度）。回转时用φ20mm 白棕绳与预应力拱形板进行连接并人工拉拽白棕绳控制预应力拱形板的方向。预应力拱形板吊运至与滑车平行时，采用人工方式对预应力拱形板进行微调并缓慢放勾，将预应力拱形板安放至滑车上，预应力拱形板放置滑车稳定后，方可拆卸钢丝绳。再使用同型号、同规格、同厂家、同性能的低速卷扬机同步将滑车及预应力拱形板运送至预应力拱形板设计位置（为提高预应力拱形板滑行安装的安全和效益，积极采用先进的施工技术，低速卷扬机采用同步停机联动电气控制线路，并且设置电气参数，采用“差异互感比对式”同步停机控制系统，并在板端设置滑行速度，同步控制自动调整器，避免预应力拱形板滑行偏位）。

滑行预应力拱形板到达安装部位时，严格按弹线标识就位进行找正、定位，并用测量仪器校核标高、轴线，如有不平，则加设钢垫板直至达到标高要求，再进行点焊临时固定。达到标高要求后，采用千斤顶及专用卸载工具将其放置在屋面梁上部并支撑起拱板，当预应力拱形板由千斤顶及专用卸载工具支撑起后，拆除预应力拱形板部位滑车及滑车轨道，并控制千斤顶降下预应力拱形板，微调预应力拱形板位置，微调完毕后，需进行再次测量，以确保垂直度准确无误。安装尺寸、标高、线形等经监理工程师核准后方可进行的施焊工作，在钢垫板缝隙处或其他缝隙处灌注膨胀水泥素浆，循环往复，直至预应力拱形板全部吊装完毕。

2.2 二次施工工艺

拱板在屋面吊装就位后，按图纸要求，做拱板与屋面梁间的焊接连接、拱板与拱板之间的连接。所有连接做完后，进行拱板板缝灌缝、二次保温层和找平层施工。

2.2.1 板缝灌缝

拱板的板与板间灌缝施工分两步，第一步是下板缝混凝土浇筑，即在拱板最下边的边梁间灌缝；第二步是上板带混凝土浇筑，即后浇带施工，后浇板带位置与拱板抛物线顶板的位置（标高）相同。板缝下表面涂刷聚脲防水防腐，涂料厚度为2mm，宽度为200mm，板缝下表面也要涂防水防腐涂料[3]。

2.2.2 拱板表面防水涂料施工

拱板下表面涂刷RJ 氟改性防霉防水涂料，拱板下表面刮涂专用防水腻子，处理后的基层先涂刷一遍底涂，待底涂干燥后，喷涂或涂刷二遍面涂，厚度约300um。

2.2.3 二次保温层、找平层施工

拱板构件在地面预制时，距离两个板端一定范围内的保温层是变化的（根据图纸设计要求，2.0m～2.5m 不等），越靠近板端部的保温层越薄。因此，吊装至屋面后，需补足保温层厚度，即做二次保温层。同时，在二次保温层上做砂浆找平层。砂浆找平层可作为防水层的基层，灌缝施工与二次保温层、二次找平层施工协同进行，二次保温施工完成后及时做好防水层施工，防止雨水侵入板间连接处。

2.2.4 拱板上表面防水涂料

拱板上表面涂刷VRA 防水涂料，厚度2mm，涂刷部位为拱板端部上表面至拱形板面上1m 处。

3.BIM技术应用

3.1 预应力拱形板模型的创建

根据图纸信息、材料参数属性信息、荷载条件、专项施工方案及现场施工条件等信息，利用BIM 软件建立预应力拱形板的三维模型，模型建立要遵守设计基础信息和实践条件下的深化设计，帮助现场施工人员精准了解构件的详细信息，指导现场吊装安装与工序，便于各参与方全面掌握现场实际情况。

3.2 基于BIM-FILM 的工艺模拟

BIM技术除了可以全方位的展示项目模型信息以外，最大的价值在于帮助现场施工人员以动态视频形式了解各构造节点的施工工序与工艺，解决因现场人员信息交流不对称而导致的施工技术交底交流障碍等温恩提。本项目通过利用BIM-FILM 施工工艺技术交底动画，全面展示预应力拱形板从生产加工、起吊、运输、吊装、滑移、定位、二次浇筑等各工艺环节的技术难点。现场施工工艺技术交底如图1 所示。

图1 预应力拱形板施工工艺模拟

3.3 平台轻量化BIM技术交底

配合BIM-FILM 所做工艺视频交底动画，打破传统技术交底设计施工不对等的问题。利用轻量化平台软件实现实时现场技术交底。从建筑功能、重难点以及施工过程中的注意事项，全方位帮助现场施工人员掌握施工过程中的问题和容易犯错的部位以及施工手法，最终形成模型情况化平台。

4.结语

基于BIM技术的预应力拱形板施工在国内各类工建项目中极少见，前期工法工艺经验积累薄弱。本项目采用BIM技术信息化模拟，基于BIM技术进行荷载与静载试验、关键施工机具模型准备、现场运输与吊装三维化模拟、三维施工工艺技术交底、轻量化平台交付等工作，优化了预应力拱形板全过程的施工技术，形成信息完整的信息化预应力拱形板施工方法，在施工现场做到数字传递相关技术难点、工艺工法注意事项、安全施工等内容。精准施工，安全高效，减少交流沟通中出现的问题。为下阶段类似项目采用预应力拱形板提供完整的技术支持与数据保障。