CN110984366B - 一种油气管道工程的装配式建筑结构体系的施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种油气管道工程的装配式建筑结构体系的施工方法，具体包括：利用BIM和VR技术进行模拟；利用物联网、过程管控以及智能化控制建立和规范物资编码、材料管理系统；利用建筑部品集成技术构建装配式建筑结构体系所需建筑部品；专业功能需求分析、生产和操作需求分析、受力安全和运输安全分析；工厂分布、运输路径和运距、限制条件确定、装卸和运输方案设计；构件拆分、装箱总单、复装顺序和安装指导要求；根据编制的装配式建筑安装指导要求对构件进行现场安装；本发明从装配式建筑发展的基本特点和工程实际需求出发，探索适合油气管道工程的装配式建筑结构体系。

Description

一种油气管道工程的装配式建筑结构体系的施工方法
技术领域
本发明涉及管道站场建筑技术领域，具体涉及一种油气管道工程的装配式建筑结构体系的施工方法。
背景技术
装配式建筑的主要特征就是生产方式工业化，是以设计标准化、生产工厂化、施工装配化、装修一体化、管理信息化的方式改变传统建筑业的建造方式和流程，是管道站场三化设计的有效延展，装配式建筑是转变传统建造方式，提升建筑品质的必然之选，是建筑业降低资源消耗、实现低碳环保，促进城市生态化发展的重要举措；也是建造方式的深刻变革，有利于推动绿色建材和绿色建筑业的发展。
管道站场工程站场分布范围广、地形地貌复杂多样、社会依托差、工期紧、建筑规模小、湿作业施工难度大，施工水平良莠不齐，地基处理费用高，质量难以保证，受征地、分包等制约，土建工期往往是造成项目工期滞后的关键影响因素，装配式建筑可在现场和工厂实现同步施工，极大的节约工期、提高质量、降低污染、节约用水、具有非常明显的经济效益和社会效益。
现有技术中，还未出现将装配式设计应用至管道站场的建设中。研究装配式建筑和建筑工业化发展的必然趋势，充分利用和依托管道建设CDP“标准化、模块化、信息化”设计成果的基础上，研究站场建造工厂化，装修一体化、形成适合管道站场工程的定制产品，研究装配式建筑是是建筑工业产业化发展和转型的必然趋势，不尽快掌握装配式设计技术，将失去未来管道站场建筑设计话语权。
发明内容
针对以上技术问题，本发明提供一种油气管道工程的装配式建筑结构体系的施工方法；本发明从装配式建筑发展的基本特点和工程实际需求出发，探索适合油气管道工程的装配式建筑结构体系的施工方法，利用BIM数据高效管理，实现了全产业链各环节应用软件协调工作与集成。
本发明的技术方案为：一种油气管道工程的装配式建筑结构体系的施工方法，包括以下步骤：
步骤一：三维设计技术、虚拟现实模拟技术构造装配式建筑结构体系的预选方案：利用BIM和VR技术进行碰撞检查设计、人体工学设计、维检修设计、安全通道设计，对预制、拆分、包装、运输、装卸和组装方案和过程进行模拟；通过建立BIM模型选择初步方案，并在此同时对预制现场进行同步平整；模块异地的设计建造与预制现场征地土方平整同时进行，能够极大地缩短工期；
步骤二：利用物联网、过程管控以及智能化控制建立和规范物资编码、材料管理系统，能够有效地有效串联设计、采购、预制、安装、运维等全生命周期的监控与管理；
步骤三：利用建筑部品集成技术构建装配式建筑结构体系所需建筑部品；
步骤四：专业功能需求分析、生产和操作需求分析、受力安全和运输安全分析；
步骤五：工厂分布、运输路径和运距、限制条件确定、装卸和运输方案设计：单个部品重量和吊车经济吨位确定；运输路径调研和确定；运输方式的比选和确定；运输限制条件的调研；装卸方式和方法的确定；
步骤六：构件拆分、装箱总单、复装顺序和安装指导要求：确定模块间的拆分方式和方法；说明构件的整体情况及安装内容；说明装箱总单情况与复装顺序；编制装配式建筑安装指导要求；
步骤七：根据编制的装配式建筑安装指导要求对构件进行现场安装。
进一步地，步骤一所述的装配式建筑结构体系的结构形式为钢结构框架结构体系、组合楼板、预制ALC板体系和独立基础；由于油气管道工程有其自身的特点，并受站场分布、运距等各方面的制约，因此其更适合使用钢结构类的装配式结构。
进一步地，步骤三中建筑部品具体为电路面板集成系统、屋面系统、墙面、卫浴、家具；将建筑部品与建筑结构体系共同使用BIM进行构建，能够在前期的方案设计中考虑到后期的使用，能够有效地根据实际建筑部品的使用在方案中进行改变，具体如：在综合值班室中利用电器的具体使用情况来设计预留电源线、插头等，进一步的需要选择预装套管或者明走板底。
进一步地，步骤四具体为：根据专业功能需求评估装配式建筑各模块的布局合理性：
根据生产和操作需求评估装配过程中的安全通道和撤离路线；
对结构整体稳定性进行分析，具体为结构整体的强度、刚度、抗震设计；
对单个构件进行受力分析，具体为单个构件的强度、变形、连接设计；
对设备影响稳定性进行分析，具体为应力、抗振、降噪设计；
对模块运输安全稳定性分析，具体为吊装、包装及运输方案设计。
进一步地，步骤四中结构整体分析用PKPM、盈建科进行计算，具体可采用通用有限元软件Sap2000或Etabs或Midas其中的一种或多种配合进行整体分析；单个构件验算用有限元软件进行分析。
进一步地，装配式建筑结构体系的预制楼板采用Abaqus软件进行分析，装配式建筑结构体系的空腹式框架梁采用Ansys或Sap2000有限元软件进行分析计算，装配式建筑结构体系的集成式空间屋面桁架采用Midas和Sap2000进行模拟分析。
进一步地，装配式建筑结构体系选用高强度构件和连接件，有利于运输和提高安装效率，对装配式建筑具有重要意义。
进一步地，步骤四的设计参数选取具体为：结构总体信息、计算控制信息、风荷载信息、地震信息、设计信息、活荷载信息、构件设计信息、包络设计、材料信息、荷载组合。
与现有技术相比本发明的有益效果为：本发明从装配式建筑发展的基本特点和工程实际需求出发，探索适合油气管道工程的装配式建筑结构体系；能够实现模块异地建造与现场征地土方平整同时进行，极大的缩短工期；同时，采用钢结构装配式建筑，在建造过程中的节能效益可观：整个工程无须搭脚手架，大量节地节材，基本不用传统的木模板、木方、节约木材90％；整个施工阶段基本无粉尘污染；另外，所有构件均工厂预制，提高整体建造质量，在设计过程用用BIM手段进行全方位检查，能够有效地提高质量。
具体实施方式
实施例：一种油气管道工程的装配式建筑结构体系的施工方法，包括以下步骤：
步骤一：方案设计、分析
三维设计技术、虚拟现实模拟技术构造装配式建筑结构体系的预选方案：利用BIM和VR技术进行碰撞检查设计、人体工学设计、维检修设计、安全通道设计，对预制、拆分、包装、运输、装卸和组装方案和过程进行模拟；装配式建筑结构体系的结构形式为钢结构框架结构体系、组合楼板、预制ALC板体系和独立基础；通过建立BIM模型选择初步的方案，并在此同时对预制现场进行同步平整；模块异地的设计建造与预制现场征地土方平整同时进行，能够极大地缩短工期；
利用物联网、过程管控以及智能化控制建立和规范物资编码、材料管理系统，有效串联设计、采购、预制、安装、运维等全生命周期的监控与管理；工厂内完成装置的预制工作，现场主要完成模块复装及外围界面的联接；
利用建筑部品集成技术构建装配式建筑结构体系所需建筑部品；其中，建筑部品具体为电路面板集成系统、屋面系统、墙面、卫浴、家具；
将初步方案与建立的物资编码、材料管理系统以及所需建筑部品相结合构建出最优方案；
然后对最优方案进行专业功能需求分析、生产和操作需求分析、受力安全和运输安全分析：
根据专业功能需求评估装配式建筑各模块的布局合理性；
根据生产和操作需求评估装配过程中的安全通道和撤离路线；
对结构整体稳定性进行分析，具体为结构整体的强度、刚度、抗震设计；
对单个构件进行受力分析，具体为单个构件的强度、变形、连接设计；
对设备影响稳定性进行分析，具体为应力、抗振、降噪设计；
对模块运输安全稳定性分析，具体为吊装、包装及运输方案设计；
其中，设计参数选取具体为：结构总体信息、计算控制信息、风荷载信息、地震信息、设计信息、活荷载信息、构件设计信息、包络设计、材料信息、荷载组合；
步骤二：采购以及预制
进行工厂分布、运输路径和运距、限制条件确定、装卸和运输方案的设计：单个部品重量和吊车经济吨位确定；运输路径调研和确定；运输方式的比选和确定；运输限制条件的调研；装卸方式和方法的确定；然后在工厂内对构件进行预制，利用上述步骤建立的物资编码、材料管理系统对构件实行监控与管理；
步骤三：建立构件拆卸、运输、安装指导
构件拆分、装箱总单、复装顺序和安装指导要求：确定模块间的拆分方式和方法；说明构件的整体情况及安装内容；说明装箱总单情况与复装顺序；编制装配式建筑安装指导要求；
步骤四：安装
根据编制的装配式建筑安装指导要求对构件进行现场安装。
其中，步骤一中结构整体分析用PKPM、盈建科进行计算，具体可采用Sap2000有限元软件进行整体分析；单个构件验算用有限元软件进行分析；装配式建筑结构体系的预制楼板采用Abaqus软件进行分析，装配式建筑结构体系的空腹式框架梁采用Ansys有限元软件进行分析计算，装配式建筑结构体系的集成式空间屋面桁架采用Midas和Sap2000进行模拟分析；装配式建筑结构体系选用高强度构件和连接件，有利于运输和提高安装效率，对装配式建筑具有重要意义；利用BIM和VR技术能够做到全产业链协同设计，模块化生产，构件信息化编辑，空间模拟预拼装，构件工厂深化设计及生产，构件材料来源、运输过程追踪，建筑部品集中采购，构件库存和调配，生产和安装过程及实时质量监管控，施工过程动态数据采集及纠偏，智慧管理等多方智能协同的技术应用，由传统的图纸设计变革为提供精装修建筑产品，并提供全生命周期的运维服务。
应用例：利用实施例方法对某地质勘察单位已勘察的区域进行油气管道工程的构建。
在利用盈建科进行计算荷载统计和设计参数选择时设计参数按如下取值：基本风压值为0.45kPa，地面粗糙度为B类，抗震设防烈度为7度、设计基本地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第二组，场地类别Ⅱ类；结构的设计使用年限为50年；地质资料：按承载力特征值130kPa，冻土0.70m，无其他不良地质条件；
荷载取值：(1)主要房间的活荷载标准值：非上人屋面：0.5kN/m2；上人屋面：2.0kN/m2；宿舍：2.0kN/m2；卫生间：2.5kN/m2；储藏室：5.0kN/m2；资料室：2.5kN/m2；活动室：4.0kN/m2；走廊、门厅：2.5kN/m2；楼梯：3.5kN/m2；
(2)坡屋面恒载标准值：3.43kN/m2；坡面折算成平面荷载3.56kN/m2；
(3)平屋面恒载标准值：3.43kN/m2；
(4)地砖楼面(带防水层)恒载标准值：2.4kN/m2；
(5)地砖楼面恒载标准值：1.2kN/m2；
(6)屋面夹层恒载标准值：0.4kN/m2；
(7)梁间线荷载标准值：悬挑板恒荷载：3.2kN/m；女儿墙恒荷载：2.0kN/m；天沟活荷载：3.75kN/m；外墙恒荷载：2.8*墙高kN/m；内墙恒荷载：2.4*墙高kN/m；卫生间隔墙恒荷载：1.7*墙高kN/m；
(8)基础拉梁上附加荷载标准值：拉梁恒荷载(h＝650)：4.88kN/m；拉梁恒荷载(h＝600)：4.5kN/m；外墙恒荷载：2.8*墙高kN/m；内墙恒荷载：2.6*墙高kN/m。
对装配式建筑计算结果分析表具体如下：
表1：控制参数信息表
Figure BDA0002334594970000071
表2：构件钢材材料表
Figure BDA0002334594970000072
表3：结构质量分布表
Figure BDA0002334594970000073
表4：结构风载信息表
Figure BDA0002334594970000074
Figure BDA0002334594970000081
表5：各振型振动周期、地震剪力汇总表
Figure BDA0002334594970000082
表6：基底剪力、剪重比及振型参与质量系数表
Figure BDA0002334594970000083
表7：地震作用下结构作用力
Figure BDA0002334594970000084
注：Fx：X向地震作用下结构的地震反应力；Vx：X向地震作用下结构的楼层剪力；Mx：X向地震作用下结构的弯矩；Fy：Y向地震作用下结构的地震反应力；Vy：Y向地震作用下结构的楼层剪力；My：Y向地震作用下结构的弯矩；
表8：结构侧移刚度比及薄弱层地震剪力放大系数表
Figure BDA0002334594970000091
注：Ratx、Raty：X、Y方向本层塔侧移刚度与下一层相应塔侧移刚度的比值(剪切刚度)；Ratx1、Raty1:X、Y方向本层塔侧移刚度与上一层相应塔侧移刚度70％的比值或上三层平均侧移刚度80％的比值中之较小者；Ratx2、Raty2：X、Y方向本层塔侧移刚度与上一层相应塔侧移刚度90％、110％或者150％比值。110％指当本层层高大于相邻上层层高1.5倍时，150％指嵌固层；
表9：楼层受剪承载力、承载力比值表
Figure BDA0002334594970000092
表10：剪重比及调整系数汇总表
Figure BDA0002334594970000093
表11：结构中框架承担的地震剪力
Figure BDA0002334594970000094
Figure BDA0002334594970000101
注：Vf为柱剪力，V0总剪力，比值为柱剪力与分段基底剪力百分比。
表12：结构整体抗倾覆验算结果表
Figure BDA0002334594970000102
注：Mr为抗倾覆力矩，Mov为倾覆力矩。
表13：结构整体稳定验算结果表
Figure BDA0002334594970000103
表14：地震作用下的楼层最大位移表
Figure BDA0002334594970000104
表15：地震作用规定水平力下的楼层最大位移表
Figure BDA0002334594970000105
表16：风载作用下的楼层最大位移表
Figure BDA0002334594970000106
Figure BDA0002334594970000111
结论：由表1～16可看出：所设计出的装配式结构体系的整体结构全部楼层满足规范要求：X向地震剪重比符合要求，Y向地震剪重比符合要求；该结构刚重比Di*Hi/Gi大于5，能够通过《高钢规》6.1.7条的整体稳定验算；结构设定的限值是80.00％。并无楼层承载力突变的情况；结构设定的判断扭转不规则的位移比为1.20，位移比的限值为1.50。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种油气管道工程的装配式建筑结构体系的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：三维设计技术、虚拟现实模拟技术构造装配式建筑结构体系的预选方案：利用BIM和VR技术进行碰撞检查设计、人体工学设计、维检修设计、安全通道设计，对预制、拆分、包装、运输、装卸和组装方案和过程进行模拟；
步骤二：利用物联网、过程管控以及智能化控制建立和规范物资编码、材料管理系统；
步骤三：利用建筑部品集成技术构建装配式建筑结构体系所需建筑部品；
步骤四：专业功能需求分析、生产和操作需求分析、受力安全和运输安全分析；
根据专业功能需求评估装配式建筑各模块的布局合理性；
根据生产和操作需求评估装配过程中的安全通道和撤离路线；
对结构整体稳定性进行分析，具体为结构整体的强度、刚度、抗震设计；
对单个构件进行受力分析，具体为单个构件的强度、变形、连接设计；
对设备影响稳定性进行分析，具体为应力、抗振、降噪设计；
对模块运输安全稳定性分析，具体为吊装、包装及运输方案设计；
步骤五：工厂分布、运输路径和运距、限制条件确定、装卸和运输方案设计：单个部品重量和吊车经济吨位确定；运输路径调研和确定；运输方式的比选和确定；运输限制条件的调研；装卸方式和方法的确定；
步骤六：构件拆分、装箱总单、复装顺序和安装指导要求：确定模块间的拆分方式和方法；说明构件的整体情况及安装内容；说明装箱总单情况与复装顺序；编制装配式建筑安装指导要求；
步骤七：根据编制的装配式建筑安装指导要求对构件进行现场安装。
2.根据权利要求1所述的一种油气管道工程的装配式建筑结构体系的施工方法，其特征在于，所述步骤一所述的装配式建筑结构体系的结构形式为钢结构框架结构体系、组合楼板、预制ALC板体系和独立基础。
3.根据权利要求1所述的一种油气管道工程的装配式建筑结构体系的施工方法，其特征在于，所述步骤三中建筑部品具体为电路面板集成系统、屋面系统、墙面、卫浴、家具。
4.根据权利要求1所述的一种油气管道工程的装配式建筑结构体系的施工方法，其特征在于，所述步骤四中结构整体分析用PKPM、盈建科进行计算。
5.根据权利要求1所述的一种油气管道工程的装配式建筑结构体系的施工方法，其特征在于，所述步骤四的设计参数选取具体为：结构总体信息、计算控制信息、风荷载信息、地震信息、设计信息、活荷载信息、构件设计信息、包络设计、材料信息、荷载组合。
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