BIM在曲面现浇钢筋混凝土屋面中的应用

薛瑞凯 徐岗 袁果 高德鑫 余苗

【摘要】文章介绍成都天府国际机场国航基地工程（生产辅助设施一期）项目食堂为曲面屋面，采用 BIM技术精准建模，基于 BIM三维定位功能选择部分关键节点的固定点位，利用软件确定坐标及标高，使用 GPs 及全站仪、水准仪根据从 BIM上导出的数据定位，搭设支模架，加固模板，浇筑混凝土，压面收光后拆模养护，保证曲面屋面的结构质量符合要求，取得较好的外观效果。对比传统定位放线施工，曲面成型效果好。

【关键词】 BIM建模;曲面屋面;三维定位;成型养护

【中图分类号】 TU755【文献标志码】 A

1工程概况

成都天府国际机场国航基地工程（生产辅助设施一期）项目位于成都市东南方向简阳市芦葭镇，分为保障区、地服区和机务区3个组成部分。保障区与地服区为生产辅助设施地块，位于东西联络干道的南区和北区，用地都较为方正：机务区为国航机务维修地块，紧邻地服区南侧，北临为东西联络干道。一期项目包括办公楼、公寓楼、多功能活动中心及食堂，其中食堂屋面为种植屋面，造型由异形曲面屋面与平屋面组成，曲面屋面共分为4个区域，呈东西向对称分布，南北两侧曲面屋面弧线及曲率相同，仅板面布置略有不同。单个曲面屋面由正反两个弧形组成，标高由地下室顶板标高-0.05 m曲面延伸至屋面层标高10.75 m，途经食堂2层梁板及2层夹层结构，每个坡屋面长约32 m，宽约6m。食堂屋面为曲面种植屋面，要求外观成型效果好。将曲面分解为若干控制线再分解为若干控制点，通过 BIM采集控制点数据信息，精准定位，搭设支模架，浇筑混凝土，确保异形曲面造型。

2 BlM技术应用

2.1施工前准备

项目施工前，项目部成立 BIM工作小组，组织项目工程技术人员进行培训学习，配备了必要的軟硬件，只定了 BIM 工作实施计划及工作任务分工。BIM软件涉及 Revit2018、广联达 BIM场布、Fuzor、Tekla等软件，能够满足工作需求。

由于食堂双曲面屋面的复杂结构，项目采用软件中曲线放样的方式完成混凝土结构曲面模型构建，期间利用 Revit 软件复核标高及曲率，在模型的基础上确定分区，随后分析架体搭设模型的可行性，再根据选择方案确定模板支设方案，架体、模板、混凝土均以分区确定施工顺序。架体搭设前深化设计架体排布，以达到最佳曲率，模拟架体排布确定方案的可操作性，模板支设时分区完成斜面支设，减小弧线误差，最后通过细致收面达到曲面效果，最后完善曲面挡土措施满足种植屋面覆土的要求，保证屋面施工质量。

2.2建模

屋面建模前先分析结构与建筑设计图，形成基本的空间思维，掌握屋面节点构造，合理安排施工过程。屋面建模需基于食堂整体结构及造型，导入 CAD图纸后，依次构建每层的柱、梁、板结构，在完成屋面以下结构后，重点在导入屋面相应截面的剖面图创建拉伸屋面，屋面梁构建时以最低处作为梁顶标高，再根据拉伸屋面中选取直线的功能[6]，创建与原图等弧的曲线，直接避免了因曲率差别导致的误差（图1）。

模型的创建不仅要求各构件的精准，还需要通过基准坐标调整模型坐标，使得 AB坐标一一对应匹配到建设方下发的总图坐标，并复核确保无误（图2）。施工的工艺流程：BIM 建模—曲面结构分区—架体搭设—模板支设—钢筋绑扎—混凝土浇筑—收面—养护—拆模。

2.3曲面分区

若使用传统施工方式，异形构件的位置及标高采集较为困难。为此，决定采用由点及线再到面的方式选择控制点位。曲面分区目的是在整体模型的基础上，将小区域曲面细化[2]，提高放线精准度。曲面混凝土分区定位、分区浇筑，避免了过高混凝土浇筑面导致的不安全性。自下而上曲面分段浇筑，降低每次浇筑工作面，避免过高的曲面工作面导致工人没有着力点造成的安全事故（图3）。

为便于放线定位、提高弧度精确度、模板施工，但不影响施工进度，在每2道次梁之间分区，以次梁间间距中点划分为2个区段。即曲面现浇屋面在2道次梁间划分2个区段，分区区段范围内弧形底面直板支设。

2.4分区定位

不论任何情况，涉及到弧线也就意味着测量放线精准度较难把控，创建模型的意义就在于减小测量放线的误差，利用 Revit软件精准定位任何点位的坐标及标高，不仅可以用来放线定位，还可以在浇筑及养护混凝土过程中提高混凝土成型效果（图4）。

分区之后将细化的曲面现浇屋面各点位定位，使用 Re- vit工具在 BIM结构模型分区交接位置点，即次梁及中间位置标注出坡面高程点标高及坐标，命名点位编号（坐标 x、坐标 y、标高 h）[1]，标注汇总投影点的数据，现场施工时，将点位编号数据编入 GPs 定位仪，确定点位。

后续工序根据点位数据调整，绑扎钢筋后再次复核。

2.5架体及模板支设

根据分区及采集坐标点使用 GPs 坐标仪确定点位，根据点位在基础结构底板上画出网格控制线，准确找到梁板柱节点及曲率变化位置，在交叉点搭设支模架，搭设高度根据采集点的标高减去板厚、木枋厚、模板厚、顶托长调整，根据分区定立杆纵向位置，横向间距1.0 m，步距1.5 m。木枋垂直于斜率方向，在钢管支撑架上满铺垫底，同时木枋切割出坡度，满足曲率要求[3]（图5）。

搭设立杆后，根据 BIM结构模型中得到的点位编号（坐标 x、坐标 y、标高 h），模板顶标高为标高 h 减板厚，保证各分区曲面结构的外观效果。

钢筋上绑扎与屋面相同强度的混凝土垫块以保证混凝土保护层厚度。模板选择整块新模板，涂刷脱模剂，拼缝位置外侧贴双面胶封闭，模板短边沿弧线方向铺设。模板支设时在次梁位置分区，分区线处调整坡屋面曲面效果。木枋采用切割找坡，为形成曲面效果模板之间会产生缝隙，对于这些缝隙，采用零散木枋贴双面胶封堵避免漏浆（图6）。

根据曲面屋面的曲率半径，在结构模型中随机选择部分点位，得到坐标及标高，同时用全站仪复核点位及标高复核调整模板坡度，以保证混凝土浇筑效果符合要求。模板控制偏差见表1。

2.6钢筋绑扎及混凝土浇筑

板面钢筋双向 C10@200，板厚130 mm，种植屋面有防水涂料与防水卷材两层防水，取环境类别为一级，混凝土保护层15 mm，钢筋绑扎过程中，时刻注意控制钢筋间距与保护层厚度，马凳筋设置为工字，菱形分布间距1.0 m，高度固定，焊接在底筋上。

因场地限制混凝土浇筑使用柴油泵，布料机架设在每层夹层板位置，覆盖面积满足整个曲面屋面结构。从屋面正负零开始浇筑，按照分区逐层浇筑，既保证安全又保证混凝土浇筑质量。每一个分区浇筑完成后，再进行下一个分区混凝土浇筑，并充分振捣，以保证整体混凝土质量。

屋面曲率和混凝土的流动性极有可能导致支模架和模板的变形、混凝土屋面平整度和曲率不达标，为此需在布料机架设完成后组织复查架体及模板标高，同时混凝土浇筑过程均匀对称，以此保证架体受压均衡。浇筑时采用10 mmx 10 mm孔目的钢丝网分区拦截，分块浇筑。

浇筑过程中，全程旁站监督，并根据需要及时复核点位标高，根据统计出的三维数据调整混凝土浇筑高度，控制曲面收光及最终成型效果。浇筑屋面时，使用小型振动棒按序插振，防止漏振;振捣宜自下向上进行，且不宜过快过久，一般应振捣2～3遍，多点快振[5]。

2.7养护

坡屋面蓄水能力差，养护时使用一体化喷雾系统沿屋面次梁布置管线，通水养护，防止水分蒸发过快致使混凝土面层出现裂缝，在屋面混凝土表面采用覆盖保鲜膜，养护时间为14天。

当混凝土达到规定强度后，即可拆除模板。拆模板时，需按方案规定的步骤进行，不能随意施工，特别需注意对混凝土表面的成品保护，严禁使用撬棍用力撬除模板。清理模板垃圾并涂刷隔离剂，清理模板时避免损坏表面。

2.8覆土

由于食堂屋面建筑做法为种植屋面，需覆土300 mm高，特使用440 x4 mm角钢，焊接250 mm高，8mm厚钢板作为挡土板。屋面上挡土板平面间距按每2道轴线之间5道为准，每个弧形屋面上共设置14道挡土板，每2道挡土板中间用角钢焊接拉结分散荷载[4]。

覆土时使用汽车吊吊装运土，人工翻土找坡，同时用全站仪监测控制误差范围。

3经验总结

模型的创建务必精准，对结构图平面和节点剖面图理解透彻，凡是发现有结构冲突及时解决。成功绘制结构信息模型后，安排针对性技术交底，三维图像更加生动形象，便于施工现场工人与管理人员塑造立体造型感，在施工过程中支模架搭设、混凝土浇筑过程把握误差与精度，及时更正偏差。

放线定位是曲面屋面施工最重要的一环，是曲面能否成功的基石。GPs 放线定位有一定误差，建议在放线过程中多次复核点位坐标及高程，重要的框架柱与框架梁等节点使用全站仪复核以消除 GPs 定位造成的误差。

支模架搭设过程木枋的使用是模板能否形成曲面的因素，木枋要提前根据要求切割，在每道次梁连接的弧线范围内取立杆方向加垂直于屋面方向2个支撑点，每个支撑点位置铺设平行于次梁的木枋，通过顶托与木枋调整标高与弧度。浇筑过程中混凝土输送泵泵管不得直接搁置在模板上，必须另搭设固定支架;也不允许将泵管支架与模板支架合用。以防混凝土输送时，泵管的振动破坏模板及支撑的刚度及稳定性，造成模板几何尺寸不准确。

所有接缝处粘海绵条，拆下的模板轻轻吊离墙体，如发现边角损坏，应及时补胶修理。

参考文献

[1]崔仲卉，张林，冀诚，等.基于 BIM的智能化模架在幸福林带项目混凝土双曲屋面中的应用[J].工程管理学报，2021，35（2）：142-146.

[2]金彦钊，艾克拜尔.阿不来提，潘亚泽，等.现浇空间异形曲面屋面施工技术[J].施工技术，2019，48（20）：105-108.

[3]马秀玲，蔡小云，王荣华，等.大坡度斜曲屋面施工技术[J].建筑技术，2019，50（10）：1246-1248.

[4]孙晨明.复杂种植曲屋面深化设计探讨—以成都雪莲堂美术馆为例[J].四川建材，2019，45（1）：41-42.

[5]李兵生，郭钧健，杨向阳，等.新疆益民大厦双曲混凝土结构屋面施工技术[J].施工技术，2017，46（18）：89-92.

[6]黃宗贵，张明亮，周瑾，等.BIM技术在双曲薄壳混凝土屋面施工中的应用[J].土木建筑工程信息技术，2016，8（1）：15-21.