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摘要：吊装施工是预制装配式住宅工程建设的重点模块，吊装作业需求增加也带来更高的施工安全风险。本文分析预制装配式住宅现场吊装施工技术与安全风险管理，搭建基于BIM技术的预制构件吊装施工信息化系统，以此来解决传统吊装施工方式自动化和信息化程度不足、作业强度高、施工难度大、易发生安全风险的不足，辅助预制装配式住宅领域的健康发展。
关键词：预制装配式住宅；吊装施工；BIM技术
引言
预制装配式住宅在国内建筑体系中的发展时间并不长，目前有关该项施工工艺的理论体系、管理制度等尚处于建设过程中，专门针对预制构件吊装施工的研究理论相对有限。然而吊装施工作业的频繁开展及其对预制装配式住宅建设质量和安全产生的重要影响，使吊装施工技术体系的完善必须与装配式住宅领域的发展同步进行。BIM技术作为建筑施工的基础性工具，其可视化、模型构建等优势可同样有效作用于预制构件吊装环节，有必要对相关技术及安全风险管理经验进行总结。
1工程概况
某小高层住宅采用装配式剪力墙结构，建筑面积146341平米，主要构件为外墙板、叠合楼板、楼梯、空调板，其建筑装配率为40%，项目位于上海浦东惠南镇，为保证吊装施工效率及安全，决定引入BIM技术辅助构件吊装作业开展。
2预制装配式住宅现场吊装施工技术要点
2.1现场吊装施工技术流程
2.1.1吊装施工空间规划
预制装配式住宅工程中采用的预制构件有大型化、复杂化的趋势，但由于施工现场空间条件有限，吊运过程中构件与机械设备、构件与建筑整体结构间相碰撞或吊运卡顿的问题时有发生。因此在吊装施工前需进行必要的空间规划，结合现场各类构筑物的位置、姿态情况，选择最佳的吊运路线。
BIM系统的Revit软件可用于施工现场空间模型搭建，以1：1比例在模型中还原施工现场交通动线、区域划分、构件存放点、塔吊作业位置等，然后将空间模型传输至Naviswork软件中，完成现场空间参数检验，如检测道路宽度是否足够构件运输的便捷化开展、塔吊臂长是否能充分覆盖到构件存放点等，找出空间碰撞点并将其消除，避免构件吊运过程中因碰撞或其他空间协调问题影响吊装施工进度。
2.1.2吊装施工过程模拟
吊装施工过程模拟可帮助检验现有吊装方案与施工条件间的适应性和可行性，防止因吊装方案不当而引发构件碰撞受损变形、吊装位置精度不够等问题。
在BIM系统搭建装配式建筑模型，输入构件吊装方案，模拟检验构件吊装顺序、吊运路径、构件姿态、安装角度等是否符合工程方案设计要求。同时还可对多种吊装方案做对比分析，以找出最佳的施工方案。施工过程模拟需注意先对施工方案细节进行验证，然后再模拟构件安装及节点连接作业的核心流程，提前预知现有吊装施工方案下可能出现的问题。若经BIM技术检验发现碰撞点，可结合具体情况，选择调整构件吊运过程或重新划分安装区间的方式进行处理。
2.2现场吊装施工技术要点
2.2.1吊装顺序选择
预制构件吊装一般按照由远到近、先水平构件后纵向构件的顺序进行，具体来讲，可先吊装位于供料系统远端的水平构件，然后再吊装此处的纵向构件，若施工现场空间及时间条件允许，可在远端纵向构件吊运的同时进行近端水平构件的吊运[2]。这样的交叉施工方式不但能避免现场作业相互碰撞，还可有效提高装配式住宅施工效率，帮助节约建设成本。
2.2.2主要构件吊装
结合上述预制构件吊装顺序，装配式住宅主要构件吊装方案可设计为图1形式。
本文研究案例的主要吊装构件及相关技术介绍如下：
（1）PC板。PC板吊装前进行测量方向，确定单块预制墙板的具体安装位置，核准后进行标记。查看墙体预留钢筋设置情况，要求钢筋位置误差不超过10mm，若超出该范围，按1：6进行冷弯校正。PC板吊装起点可在地面或运输工具上，注意在墙板边角位置设置保护垫层。依照吊运施工方案开展墙板吊装作业，其中，叠合预制墙板采用两点起吊的方式，吊具绳与水平面夹角不低于60°，在吊钩位置设置弹簧，确保吊运过程稳定、安全。墙板起吊后需平稳将其放置于垫片上，进行水平及垂度调整后安装就位[3]。
待墙板吊装就位后，根据预先放好的楼层控制线，通过底部可调整斜拉杆旋入与旋出，确定好墙体在室内外方向的位置及垂直度。
预先在左右两侧的墙柱钢筋上与 PC 构件上弹出的标高线对准，调节标高调整卡件使其在同一高度，每隔五块PC板现场要架设水平仪扫视，（如若光线太强，无法看清红外线，则必须采用水准仪校准），此时PC墙板标高确定。
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图 1 装配式住宅主要构件吊装顺序
（2）叠合楼板。预制叠合楼板吊装前需完成底板支撑铺设，在墙体四周设置硬架支模，将单排支柱与墙体锁固，控制间距在60～100cm。如图2，为叠合楼板支撑体系剖面。叠合楼板吊装过程中，使用运输工具将其吊运至供料平台，要求叠合楼板轴线与平台轴线相重合。水平构件吊运装置需准确抓取叠合楼板的吊点，依照预先设计的轨迹将其平稳运输至安装位置。叠合板吊装就位：若叠合板有预留孔洞时，吊装前先查清其位置，明确板的就让方向，同时检查、排除钢筋等就位的障碍。吊装时应按预留吊环位置，采取四个吊环同步起吊的方式。就位时，应使叠合板、梁对准所划定的位置线，按设计支座搁置角度慢降到位，稳定落实。
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图 2 叠合楼板支撑体系剖面
（3）楼梯。预制楼梯与结构连接节点位置使用螺栓连接方式，在现浇结构处设置预埋螺栓，并在预制楼梯位置设置预留孔。正式吊运前，先搭设楼梯梁（平台板）支撑排架，按施工标高控制高度，按先梯梁后楼梯（板）的顺序进行。楼梯与梯梁搁置前，先在楼梯L型内铺砂浆，采用软坐灰方式、也可采用垫钢板的方式进行找平。将楼梯上的预留孔与预埋螺栓相对应，安装紧固后，进行封堵。如图3，为预制楼梯吊装施工示意。
2.3构件吊装自动控制系统
构件吊装自动控制系统将信息化技术整合到预制装配式住宅吊运施工过程中，可对构件吊运过程进行实时监控和自动化控制，以提高吊运施工的可控性，结合安全预警功能，最大限度排除吊运施工安全风险。
自动控制系统以过程监控、作业调度和安全预警为核心功能，其主要包括以下几个技术模块：
2.3.1路径自动规划模块
预制构件吊装路径自动规划模块整合系统拓扑结构、多行为路径去冗余自学习运动规划技术、信息验证及甄别技术和通信协议技术，可实现预制构件最佳吊装路径的自动规划和控制。
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图 3 预制楼梯吊装施工示意
2.3.2构件姿态监控模块
姿态监控模块实时获取吊装过程中预制构件的位置、形态、角度信息，核心单元为六自由度监测单元，可对构件姿态做实时监督和自动化调整。
2.3.3位置偏移监测及补偿模块
构件位置偏移为相对概念，相对于预先设计的吊装轨迹提出，偏移监测及补偿模块利用多传感器阵组采集构件位置偏移信息，并根据具体偏移量给出补偿方案[4]。
2.3.4实时安全预警模块
实时安全预警主要针对调运过程的碰撞问题，系统结合施工现场空间数据及吊运过程中采集的实时信息，监控构件与其他结构间的相对位置，预设安全距离阈值。若现场作业情况达到该阈值，系统自动给出安全预警提示，提醒施工管理人员及时作出调整。
2.3.5无线通信模块
从自动控制系统技术模块配置情况能够清晰的看出，预制构件吊装施工自动化控制的实现基于大量真实、及时的施工现场数据，将这部分数据实时传输至自动控制系统进行分析处理，以实现对施工异常的迅速反应。自动控制系统安装高性能的无线通信模块，同时配合信息采集及校验技术、通信传输抗干扰技术等，为系统运行获取高质量的数据基础。
2.4 BIM技术在吊装施工中的应用
本文研究的住宅工程使用塔吊型号包括QTZ160、QTZ200、QTZ250等，其回转半径为45～65m。施工前进行场地勘察，将施工现场布局、施工材料配置、施工设备信息等录入到BIM系统当中，搭建施工现场三维模型，确定塔吊的最佳运行区域，以此为基础选择材料存放点并进行挂车、运输架等机械设备的位置选择和安装固定，确保塔吊始终在合理力矩范围内开展吊装作业。
在具体施工方面，以BIM技术模拟构件吊装施工流程，经优化调整后，输出视频形式，供技术人员及施工人员直观观察，开展技术交底工作，明确吊装施工重难点。例如预制墙板的吊装。本项目预制墙板分保温板、外墙挂板等多种类型，模拟前，反复核对构件参数，确保输出模型的精确性。然后利用Revit软件搭建墙板模型进行初步拼装，再将结果导入至Naviswork软件，制作吊装施工视频：（1）创建墙板集合；（2）以Fuzor搭建施工情景；（3）制作模板起吊关键帧动画，得到吊装路径动画集（4）结合动画提示完成墙板吊装施工。
3预制装配式住宅现场吊装施工安全风险管理
3.1吊装施工安全风险等级划分
吊装施工过程中的安全风险因素指标包括自然环境恶劣、吊装方案及流程不佳、吊运设备选型失误、吊运设备安装不当、吊索等构件质量缺陷、交叉作业协调性不足、安全防护能力较弱、特殊作业人员综合素质低下等。不同风险因素发生的概率及导致的后果差异明显，对应不同的指标系数，结合指标系数，采用安全风险分层管理的方式，可实现安全风险管理资源的最优配置，提高风险控制效果。
使用C-OWA算子对上述指标进行赋权，以得到更加合理的风险等级划分结果。赋权步骤为：（1）专家打分及排序；（2）权重计算；（3）数据赋权；（4）计算指标相对权重。得到各指标的权重累计后，利用帕累托分析法，对预制构件吊装施工中的安全风险因素指标进行等级划分，划分标准为：A类：累计权重＜60%，为安全风险管理的重点对象；B类：60%≤累计权重＜90%，风险性适中，通过技术及管理措施可被有效排除；C类：累计权重≥90%，为一般风险。
经计算，上述8项安全风险因素指标的累计权重分布在10.3%～73.8%，除吊运设备安装不当和交叉作业协调性不足两项指标属B类外，其余6项均为A类，可参考风险指标等级设计相应的管理对策。
3.2吊装施工安全风险管理对策
3.2.1执行吊装作业专项方案
专项方案针对吊装施工中每一具体模块的施工作业进行，将各模块作为一个独立的施工单元，结合施工图纸及BIM系统给出的优化意见制定专项施工方案，分别配备对应的安全风险管控措施。以预制构件吊装起吊点设置专项方案为例，其专项安全风险管理方案可包括如下内容：
第一，要求严格依照相关技术标准开展构件吊运工作，严禁将起吊点设置在构件内部非起吊结构上。
第二，严禁在非起吊点进行吊运作业，若对起吊点数量进行调整，需得到设计人员同意，并利用BIM技术，对新吊运方案的合理性进行审查。
第三，若构件不满足单独设置起吊点的条件，如叠合楼板，需选派专业人员对其起吊点的承载力要求进行准确计算。
第四，混凝土构件吊运之前，必须对其进行质量审查，确保强度指标达标后再进行吊运。
3.2.2扩大吊装安全保护范围
吊装施工安全保护在施工现场划定安全保护区域，在施工过程中禁止任何人员、设施进入区域内，以此来避免因吊装方案及流程不佳、吊运设备选型事物、吊运设备安装不当、吊索等构件质量缺陷等风险因素导致预制构件脱落、塔吊倒塌而引发的人员伤亡或设备受损问题。安全保护范围的合理划定可借助BIM技术进行，同时配合严格的现场管理，避免人员和车辆的进入[5]。例如，在吊装施工之前，对现场作业人员进行安全培训，明确安全保护范围边界，设置醒目的安全指示标识，提高人员安全风险防范意识，自主杜绝进入危险区域；选派专门的安全监管人员，对塔吊施工作业范围的外围进行值守，一旦发现违规人员，及时制止并作出相应的处罚。
3.2.3加强特殊工种专业培训
特殊作业人员综合素质低下被归为A类安全风险因素，吊装作业中的塔吊司机、司索工等均属于特殊作业人员，掌握足够的与自身工种有关的理论和技术知识，具备较高的安全风险防范意识，能够有效规避因人为因素引发的吊装施工安全问题。进一步加强特殊工种资格审查工作，结合预制装配式住宅建设项目具体情况，对相应人员展开必要的技术培训和安全教育。
4预制装配式住宅现场吊装施工技术应用效果
工程预制构件吊装施工过程中，充分借助BIM技术优势，严格依照吊装施工技术要求开展施工作业。配合科学的安全风险防范方案，在吊装施工过程中，并未发生任何质量及安全问题，PC板、叠合楼板、楼梯等预制构件均一次性吊装完成，最终缩短施工周期28%，吊装施工技术在预制装配式住宅施工中应用优势突出，值得大面积推广。
结论：BIM技术及自动化控制系统在预制装配式住宅吊装施工中的应用有效提高了预制构件的吊装精度，使吊装施工质量、安全、效率更加可控。合理运用BIM技术完成构件吊装施工前的构件精度检测、施工空间规划和施工过程模拟，配合自动化控制系统及施工过程安全风险分层管理方案，保证吊装施工顺利完成。注意施工过程的技术经验积累，不断完善装配式住宅吊装施工技术体系，提高装配式建筑建设能力。
参考文献：
[1]蒋云平.预制装配式住宅现场施工技术与安全风险管理[J].江西建材，2020（01）：72+74.
[2]王定河，尤洋洋.基于C-OWA算子的装配式建筑吊装安全生产管理研究[J].价值工程，2020，39（01）：55-57.
[3]焦安亮，冯大阔，程晟钊，等.装配式建筑构件高效吊装安装综合装备与施工技术[J].建筑结构，2019，49（S2）：568-573.
[4]苏鹏.探索基于BIM技术的装配式建筑吊装的施工技术[J].建材与装饰，2019（30）：22-23.
[5]彭皓.预制装配式住宅现场施工技术与安全风险管理探析[J].建筑技术开发，2019，46（13）：65-67.