用BIM技术构筑异形混凝土结构及其过程中精度控制方法和装置与流程

本发明涉及混凝土结构的构筑方法，尤其是提供一种用BIM技术构筑异形混凝土结构的方法，进一步地，还提供在上述方法中精度控制的方法。另外，本发明还提供上述方法中使用的装置。

背景技术：

BIM的思想产生于20世纪70年代，它是利用多种软件，在计算机中以建筑工程项目的各项相关信息数据作为基础建立建筑模型，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。BIM技术有效地实现了建设项目信息的3D表达，能够帮助设计方、施工方及业主方直观有效地理解项目情况，并将设计意图转化为实体施工。

将设计结构的各项信息数据放入BIM的软件中，可以得出建筑上各个点的坐标数据，包含了施工所需的所有的坐标及尺寸信息；然后，在实际施工中，根据各个坐标数据构筑浇筑混凝土的模型，再进行混凝土浇注，即可将设计者设计的建筑实际建造起来。在BIM软件中，建筑模型上各个点和截面都有坐标数据，施工中要选取能够控制建筑的形状的一些关键的控制点，这些控制点之间通过直线连接即可构成建筑的轮廓。

如何选取控制点是一个需要考虑的问题。一般的常识是，选取控制点越多，构成的建筑模型与设计项目的形状也就越接近，即精度就越高，反之，控制点选得越少，建筑模型的精度就越低。但是，选取控制点越多，施工也会变得越复杂，从而影响施工的效率，增加施工成本。

另外，在模型建筑起来之后进行混凝土浇注施工中，对控制点的把控，也会影响到能否精确地将设计者的建筑设计形状高精度地付诸实现，同时也有一个施工效率的问题。最初的模型精度控制如果没有在实施混凝土浇注时得到精确的把控，获得高精度建筑的目的也是无法实现的。而实际的把控方法如果不合理，也会影响施工的效率和成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用BIM技术构筑异形混凝土结构的方法，通过选择控制点实现建筑模型与设计模型的精确吻合。

本发明的进一步的目的在于提供在混凝土浇注过程中实现结构精确成型的方法。

本发明另一个目的在于提供上述方法中使用的装置。

本发明的目的是这样实现的：

一种用BIM技术构筑异形混凝土结构的方法，其步骤如下：

步骤1：建立一个设计出的异形混凝土结构的BIM模型，将BIM模型放入与现场对应的坐标系中，确定坐标系的原点，以获得异形混凝土结构上每一点的三维坐标值；

步骤2：在该异形混凝土结构模型上选择相对测量控制截面，该相对测量控制截面选择在异形混凝土结构形状变化之处；

步骤3：在相对测量控制截面上，选取相对测量控制点，该相对测量控制点为在该相对测量控制截面边缘的各个转角点，找出各相对测量控制点的坐标值；

步骤4：在施工现场，根据BIM模型建立异形混凝土结构的建筑模型，即根据每个所述相对测量控制截面上的每个相对测量控制点的坐标数据建立各个相对测量控制截面的框架，然后，将各个相对测量控制截面的相应点通过直线型杆和/或直面型模板连接起来，构成用于浇注混凝土的模型框架；

:步骤5：在所述建筑模型上浇注混凝土，在现场构建异形混凝土结构。

具体地，在步骤2中，选取相对测量控制截面的方法可以是：沿着异形混凝土结构的延伸方向选取相对测量控制截面的位置，该相对测量控制截面与所述延伸方向在该截面处的切线垂直，该相对测量控制截面选择在异形混凝土结构于三维坐标系中的转弯处，在该转弯处的转弯段上选择相对测量控制截面的数量，该数量是根据整个转弯段中相邻的相对测量控制截面在截面中心线上的设定间距或设定弧度或设定弧长确定的。

在上述方法中，要能够使得浇注的异形混凝土结构与设计的结构形状吻合程度达到较高的精度，首先是决定于设定相对测量控制截面的数量，即转弯处的转弯段中相对测量控制截面的疏密程度，即相邻的相对测量控制截面的中心线之间的间距或弧度的大小。

如果间距或弧度或弧长过大，则构建的结构与设计形状的吻合度会小，但如果设定间距或设定弧度或设定弧长太小，吻合程度会很高，但施工效率就会降低，且成本会大大提高。

一个优选方案是，转弯处相邻的相对测量控制截面的中心线的设定间距是：在转弯段，相邻所述相对测量控制截面之间中心线弧线的弦长即为设定间距，该设定间距为0.5m-1m比较合适。

上述数值范围适合使用的场合是，转弯处的回转半径在5-15m。当转弯处的回转半径较小时，所述中心线弧度的设定间距取上述数值范围的靠近下限的数值，当转弯处的回转半径较大时，取靠近上限的数值。

如果转弯处的回转半径在5-10m，相邻所述相对测量控制截面之间的所述设定间距为0.15-0.49m。

如果转弯处的回转半径在20-30m，相邻所述相对测量控制截面之间的所述设定间距为1.2-2m。

在所述步骤4中，施工现场建立建筑模型的具体方法可以是：

步骤A.找到各个相对测量控制截面的下底边在结构基础即基础筏板上的水平面上的投影线的两个端点，根据该两个端点的坐标值在现场定位，在两个端点之间铺设水平拉杆木方；

步骤B.在每个投影线的至少两个端点上设置垂直木方，该垂直木方的高度即为该位置的相对测量控制截面的下底边的相应端点的高度坐标值，该垂直木方与所述水平拉杆木方固连；

步骤C.在所述垂直木方的上端部连接直杆，该直杆即为该位置的相对测量控制截面的底边，该直杆为底边杆；

步骤D.以所述底边杆为基础上，找出该相对测量控制截面上外轮廓的各转角处的顶角，相邻的顶角之间通过直杆连接构成相对测量控制截面轮廓框架；

步骤E.相邻相对测量控制截面间各个对应顶角用直杆即沿程直杆和/或沿程直面型模板连接，所述沿程直杆和/或沿程直面型模板和构成相对测量控制截面的截面轮廓框架一起形成异形混凝土结构框架；

步骤F.在所述异形混凝土结构框架上绑设钢筋，构成建筑模型。

对于包括两侧壁和底板的槽式异形混凝土结构，相对测量控制截面具有如下特点：两侧壁对称，为此，通过沿程的直面型模板构成槽底板和侧壁模板，该槽底板和槽的侧壁模板形成槽式异形混凝土结构框架。

对于由平底板和侧壁构成的槽式异形混凝土结构，在步骤4的步骤B中，在每个投影线的两个端点上设置垂直木方，该垂直木方的高度即为该位置的相对测量控制截面的下底边的两端点的高度坐标值，该垂直木方与所述水平拉杆木方固连。

在步骤D中，设置槽侧壁模型时可以这样做：

建立底板结构框架之后即浇注混凝土，构成底板，之后，构建侧壁结构框架：首先根据每个相对测量控制截面上槽侧壁关键控制点即槽侧壁外表面的最底面两个端点和槽侧壁最上端的两个外表面端点以及槽侧壁与底板的夹角进行侧墙外模板的支设。

具体的方法可以是：在底板的两个侧边缘外侧设置斜角木方，该斜角木方的断面为直角三角形，其斜边朝内，该斜边的倾斜角度即为侧壁与底板的夹角，然后在斜角木方的斜面上设置侧壁模板。

进一步地，为了使得侧壁模板稳定，还设置斜向短木方，该斜向短木方的上端与侧壁模板固接，下端与所述底边杆固接。

还可以在所述底边杆上设置防滑木块，所述斜向短木方抵在该防滑木块上。

另外，在槽的侧壁模板的固定中还可以采用如下措施：

在相对测量控制截面之间，在所述槽侧壁模板的外侧面上设置木方背楞，每个该木方背楞都通过一根支撑杆支撑固定，该支撑杆的一端与所述木方背楞支固，另一端与所述基础筏板固连。

所述支撑杆与木方背楞的支固结构是：在所述支撑杆的上端可转动地固定一螺母，在该螺母上螺接一顶丝，在顶丝上固定一槽形钢托板，在钢托板的槽中嵌设一支撑条，支撑条的侧壁抵靠在所述木方背楞上，所述支撑条沿着侧壁模板在滑水道的长度方向上延伸的钢管，可以为一个弯曲的钢管。

所述支撑杆的下端与所述筏板基础的固定结构是：在所述筏板基础上固定钢筋，该钢筋的内侧设置一木方，支撑杆的下端抵在木方上固定。

所述木方背楞的下端与所述侧壁模板的连接结构可以是：一根钢筋将所述侧壁模板、所述木方背楞以及其间夹设的一厚度为小木块穿设在一起，在所述木方背楞的外面的所述钢筋的端头套设一槽形钢托板，在该钢托板的槽中平行地设置两根定位钢筋，两根该定位钢筋均与所述木方背楞相抵触，钢筋的外端套设固定螺纹套筒，一螺母旋入螺纹套筒，以使得槽形钢托板定位固定。

保证异形混凝土结构精度的另一个方面是控制浇注混凝土的厚度。为了保证混凝土浇注厚度与设计吻合，可以采用如下优选方案：

在所述建筑模型上的一些点，设置检测标记，该检测标记可拆地固定在建筑模型上，该检测标记显示异形混凝土结构在这些点的外表面的位置，是BIM模型放到现场的坐标系中该设定点外表面的相应坐标值。在浇注混凝土结束后，进行抹平工序中，该检测标记即为混凝土的抹平基准，两个相邻检测标记之间的混凝土部分抹成平面即可，然后，将所述检测标记取出，如果取出破坏了混凝土表面，再将破坏处填充抹平。

对于包括两侧壁和底板的槽式异形混凝土结构，保证侧壁和底板的混凝土厚度是确保精度的关键。

包括两侧壁和底板的槽式异形混凝土结构，有底板厚度控制方法和装置以及侧壁厚度控制方法和装置。

所述底板的板面的厚度精度控制方法可以是：

所述底板，相对测量控制截面为开口向上的槽形底模板，底模板的侧壁的高度即为底板厚度，在所述相对测量控制截面的两个端点上，在底板模型内的钢筋上设置钢丝，在该钢丝上固连定位板，该定位板的板面与槽式异形混凝土结构的模型的底面模板的板面平行，在定位板上设置钉子，钉头即为底板板面高度，也就形成了厚度控制点，该控制点是根据将BIM模型放在与现场对应的坐标系中获得坐标值得到的；再设置一钢丝线，沿所述相对测量控制截面的方向延伸，该钢丝线置于各个钉头的顶部，钢丝线的两端固定；经过复核钉头的坐标数值无误后，设置如下一种简易定位装置，即在底板模型的两个侧板上向内设置悬臂钢筋段，在该钢筋段上设垂杆，该垂杆的下端抵在所述钢丝线上，该垂杆的下端头就成为底板的上表面控制点；在浇注底板混凝土之前，将定位板和钉子拆除，即可进行混凝土浇注，在浇注混凝土之后抹平混凝土时，混凝土的上表面与垂杆的端头和/或钢丝线平齐，相邻两个垂杆和钢丝线之间的部分抹成平面即可，然后将该钢丝线取下，拆除简易定位装置。

底板的板面混凝土的厚度精度控制方法也可以是：

所述底板，相对测量控制截面为开口向上的槽形底模板，底模板的侧壁的高度即为底板厚度，在底模板内设置的钢筋上设置钢丝，在该钢丝上固连定位板，该定位板的板面与槽式异形混凝土结构的模型的底面模板的板面平行，在定位板上设置钉子，钉头即为底板板面高度，也就形成了厚度控制点，该控制点是根据将BIM模型放在与现场对应的坐标系中获得坐标值得到的；设置如下另一种简易定位装置：

在相对于每个相对测量控制截面位置的基础筏板上设置两根竖杆，在两根竖杆上连接一横梁，该横梁与该相对测量控制截面上底板平行，在该横梁上固定若干线锤，各个线锤的下垂点即为底板上表面的设计位置。

在浇注混凝土时，可以将各个线锤收起，不妨碍浇注，待抹平工序时，将各个线锤放开，根据线锤的垂点做抹平的基准。在该简易定位装置使用时，不设置所述钢丝线。

设置所述定位板或线锤的位置至少包括两侧墙内表面与底板的交点。也可以在所述的两个交点之间的中点上设置定位板。

使用这样的装置和方法就能够得到高精度的底板厚度。在所述钢丝上固定的所述定位板的结构中可以是：在两个端点上各设置一个所述定位板。如果在中间设置较多的定位板，会影响后期浇筑混凝土的操作。而另一个使用线锤的装置，在浇筑时，线锤可以收起，待抹平时再把线锤放下，不妨碍浇筑，因此，线锤可以多设置，不光设置在两个端点，也可以在中间设置一些。

所述底板优选浇注混凝土工艺，对于侧壁优选喷射混凝土工艺。

在对于槽式异形混凝土结构进行底板的混凝土浇注时，混凝土自出料口到模型的下落的自由倾落高度不得超过3m，较好的浇注自由倾落高度为2m以下。

浇筑高度如超过3m时必须采取缓冲措施，例如在出料口到模型之间设置串桶或溜管等。

浇注结束后的抹平工序中，以垂杆和钢丝线或者线锤为基准，相邻两个垂杆和钢丝线或者线锤之间的部分抹成平面即可，然后将该钢丝线取下，拆除简易定位装置。

对于侧壁的喷射混凝土的厚度控制的方案可以是：在建筑模型的侧壁上，沿着侧壁的长度方向，在距离底板相同高度和/或不同高度的若干部位的建筑模型上可拆地固定厚度检测杆。

具体方案可以是：

运用BIM技术，至少在每个所述相对测量控制截面上布设侧墙喷射混凝土关键控制点即两侧墙内表面与底板的交点，使其与现场坐标系对应，提取坐标；采用全站仪在浇筑完成的混凝土底板上精确密集布设关键控制点b、d，作为侧墙喷射混凝土控制的基准点。

在每个所述相对测量控制截面设置一个厚度检测标杆，各个厚度检测标杆形成一条沿混凝土结构的长度方向的控制线，在该条控制线上可以更加密集地设置厚度检测标杆，例如可以在两个相对测量控制截面的中点上加设厚度检测标杆，使得相邻厚度检测标杆的间距可以是0.25m～0.5m。另外，在一个相对测量控制截面上，也可以设置多个厚度检测标杆，形成垂直于所述控制线的竖向控制线，竖向控制线上相邻厚度检测标杆的间距可以是0.5-1m。

对于包括底板和两侧壁的槽式异形混凝土结构，侧壁所述厚度检测标杆的设置方式可以是：采用设置定位螺杆的方式控制喷射厚度。具体做法是：在侧墙主筋处点焊上一个螺丝母，用一设定长度的螺丝杆拧入螺丝母，控制螺丝杆头处的位置为滑道侧墙内壁厚度控制点处。在喷射构筑的混凝土结构抹平之后拧下并抽出所述螺丝杆，且将螺丝杆留下的孔填实抹平；或者是在建筑模型绑扎的钢筋上设置预弯曲厚度检测标杆，该预弯曲厚度检测标杆钩挂固定在所述钢筋上，其端头处的位置即为异形混凝土实体该处的外表面的控制点，在喷射构筑的混凝土结构抹平之后，剪下该预弯曲厚度检测标杆，且把留下的孔填实抹平；去掉厚度检测标杆之后，人工收光进行找平、压光处理。

本发明还提供上述方法中使用的精度控制装置：

一种异形混凝土结构浇注过程中精度控制的装置，包括浇注该异形混凝土结构的建筑模型，所述建筑模型包括若干相对测量控制截面的截面框架，各个所述截面框架设置在对应混凝土结构的形状变化之处，该截面框架的至少一部分边的端点为混凝土结构在该截面框架所在之处截面的转角点，在各个所述转角点之间连接直杆，构成所述截面框架，在各个所述截面框架之间连接沿程直杆和/或沿程直面型模板，在各截面框架中以及之间绑扎钢筋，构成所述建筑模型。

截面框架上的直杆可以与沿程直杆或沿程直面行模板成为一体结构。

所述截面框架是沿着混凝土结构的延伸方向设定的，该截面框架与所述延伸方向在该截面处的切线垂直，该截面框架选择在混凝土结构于三维坐标系中的转弯处；和/或，

所述形状变化之处是混凝土结构的转弯处；和/或，

在一个转弯处的转弯段，设置若干个截面框架；和/或，

对于在三维空间内转弯变化的复杂异形混凝土结构，在基础面上对应悬空的该截面框架的投影线上设置水平拉杆，各个相邻悬空的所述截面框架之间的水平拉杆通过直杆连接固定，在该水平拉杆上设置垂直杆，与所述截面框架的相应部分固连；和/或，

所述复杂异形混凝土结构为一包括两侧壁和底板的槽式异形混凝土结构，具有一个底板，底板上设有两个侧壁，该两侧壁对称，所述直面型模板为底模板和侧模板；和/或，

还包括厚度控制装置，该厚度控制装置为：在所述建筑模型上的一些点，设置检测标记，该检测标记可拆地固定在建筑模型上，该检测标记显示异形混凝土结构在这些点的外表面的位置，是BIM模型放到现场的坐标系中该设定点外表面的相应坐标值。

一个转弯段中相邻的截面框架的截面的中心线处的设定间距即为中心线弧线的弦长，该设定间距为0.5m-1m；和/或，

所述厚度控制装置对应于包括两侧壁和底板的槽式异形混凝土结构，有底板厚度控制装置和侧壁厚度控制装置，

所述底板的板面混凝土的厚度精度控制装置为：底模板的侧壁的高度即为底板厚度，在底模板内设置的钢筋上设置钢丝，在该钢丝上固连定位板，该定位板的板面与槽式异形混凝土结构的模型的底面模板的板面平行，在定位板上设置钉子，钉头即为底板板面高度，也就形成了厚度控制点，该控制点是根据将BIM模型放在与现场对应的坐标系中获得坐标值得到的；再设置一钢丝线，沿所述截面框架的方向延伸，该钢丝线置于各个钉头的顶部，钢丝线的两端固定；还设置一简易定位装置，即在底板模型的两个侧板上向内设置悬臂钢筋段，在该钢筋段上设垂杆，该垂杆的下端抵在所述钢丝线或钉头上，该垂杆的下端头就成为底板的上表面控制点；或者，

所述底板，截面框架为开口向上的槽形底模板，底模板的侧壁的高度即为底板厚度，在底模板内设置的钢筋上设置钢丝，在该钢丝上固连定位板，该定位板的板面与槽式异形混凝土结构的模型的底面模板的板面平行，在定位板上设置钉子，钉头即为底板板面高度，也就形成了厚度控制点，该控制点是根据将BIM模型放在与现场对应的坐标系中获得坐标值得到的，设置另一种简易定位装置：在相对于每个相对测量控制截面位置的基础筏板上设置两根竖杆，在两根竖杆上连接一横梁，该横梁与该相对测量控制截面上底板平行，在该横梁上固定若干线锤，各个线锤的下垂点即为底板上表面的设计位置；

所述侧壁的厚度控制装置是厚度检测杆，所述厚度检测标杆的设置结构是：在侧墙主筋处点焊上一个螺丝母，用一设定长度的螺丝杆拧入螺丝母，控制螺丝杆头处的位置为滑道侧墙内壁厚度控制点处；和/或，所述厚度检测标杆的结构是：在建筑模型绑扎的钢筋上设置预弯曲厚度检测标杆，该预弯曲厚度检测标杆钩挂固定在所述钢筋上，其端头处的位置即为异形混凝土实体该处的外表面的控制点。

该设定间距为0.5m-1m对应所述转弯段的回转半径在5-15m；和/或，

至少在每个所述截面框架上布设侧墙喷射混凝土关键控制点，在该控制点上设置所述厚度检测标杆，多个截面框架上的控制点形成一条沿混凝土结构的长度方向的控制线；和/或，

在各个所述截面框架上设置的厚度检测标杆形成的沿混凝土结构的长度方向的控制线上更加密集地设置厚度检测标杆；和/或，

各个所述截面框架上设置的厚度检测标杆形成的沿混凝土结构的长度方向的控制线上，相邻厚度检测标杆的间距是0.25m～0.5m；和/或，

在一个截面框架上，设置多个厚度检测标杆，形成垂直于在各个所述截面框架上设置的厚度检测标杆形成的沿混凝土结构的长度方向的控制线的竖向控制线；和/或，

竖向控制线上相邻厚度检测标杆的间距是0.5-1m；和/或，

设置所述定位板或线锤的位置至少包括两侧墙内表面与底板的交点。

当转弯段的回转半径在5-10m，相邻所述截面框架之间的所述设定间距为0.15-0.49m；或者，

当转弯处的回转半径在20-30m，相邻所述截面框架之间的所述设定间距为1.2-2m。

所述基础面是场地的平面，和/或，

所述基础面是与场地的平面平行或相交设定角度的相对基准面；和/或，

在所述侧模板的外面设置有侧板辅助支撑结构。

所述侧板辅助支撑结构是：在所述底模板的两个侧边缘上设置若干斜角木方，各个该斜角木方的断面为直角三角形，其斜边朝内，该斜边的倾斜角度即为侧壁的倾角，所述侧模板支撑在所述斜角木方的斜面上；和/或，

所述侧板辅助支撑结构包括斜向短木方，该斜向短木方的上端与所述侧模板固接，下端与相应的截面框架中支撑底模板的直杆固接；和/或，

所述侧板辅助支撑结构还包括木方背楞支撑结构，该木方背楞支撑结构包括，在截面框架之间，在所述侧模板的外侧面上设置若干木方背楞，每个该木方背楞都通过一根支撑杆支撑固定，该支撑杆的一端与所述木方背楞支固，另一端与所述基础面固连。

所述斜向短木方与支撑底模板的固定结构是：在所述支撑底模板的直杆上固定一防滑木块，所述斜向短木方抵在该防滑木块上；和/或，

所述支撑杆与木方背楞的固连结构是：在所述支撑杆的上端可转动地固定一螺母，在该螺母上螺接一顶丝，在顶丝上固定一槽形钢托板，在钢托板的槽中嵌设一支撑条，支撑条的侧壁抵靠在所述木方背楞上，所述支撑条沿着侧壁模板在滑水道的长度方向上延伸；和/或，

所述支撑杆的下端与所述基础面的固定结构是：在所述基础面上固定钢筋，该钢筋的内侧设置一木方，支撑杆的下端抵在木方上固定；和/或，

所述木方背楞的下端与所述侧壁模板的连接结构是：一根钢筋将所述侧壁模板、所述木方背楞以及其间夹设的一小木块穿设在一起，在所述木方背楞的外面的所述钢筋的端头套设一槽形钢托板，在该钢托板的槽中平行地设置两根定位钢筋，两根该定位钢筋均与所述木方背楞相抵触，钢筋的外端套设固定螺纹套筒，一螺母旋入螺纹套筒，以使得槽形钢托板定位固定。

本发明提供的用BIM技术构筑异形混凝土结构及其过程中精度控制的方法及其装置，通过科学地选取相对测量控制截面和在相对测量控制截面上科学地选取相对测量控制点，可以将设计者设计的很复杂的混凝土结构的模型建起来，且该模型的精度与设计结构吻合度很好，而相对测量控制截面又不会太多而造成施工复杂和成本太高。而本发明提供的浇注混凝土的厚度的精度控制方法对于真正造出与设计结构精确吻合的建筑也起到至关重要的作用。本发明提供的方法和装置运用细节控制手段，对异形混凝土结构的施工过程进行精确控制，以保证其几何尺寸的准确性和施工过程的流畅性。实体结构的完成面每个控制点，在坐标系内均满足公差范围±6mm精度要求。

下面通过附图和实施例对本发明做详细说明。

附图说明

图1为本发明提供的用BIM技术构筑异形混凝土结构及其过程中精度控制的方法建造的一个异形滑道的BIM模型的示意图。

图2为图1所示的滑道分割成若干分段的结构示意图。

图3a为图2中的一个转弯分段的平面示意图，显示出该转弯分段各个轮廓坐标值。

图3b为在图3a的转弯分段中设置的各个相对测量控制截面的平面示意图。

图4为图3a所述的转弯分段上的一个相对测量控制截面的结构示意图，显示出各个关键控制点。

图4a为在图3b所示的各个相对测量控制截面的立体结构示意图。

图5为图3b所示滑道分段中的四个相对测量控制截面的各个关键控制点在现场的坐标系下的坐标值的示意图。

图6为在现场滑道槽底板下表面水平投影的结构示意图。

图6a为侧墙壁厚精度控制点加密设置的示意图。

图7为滑道槽底板下表面空间定位示意图。

图8为滑道槽底板支撑结构示意图。

图9为滑道底板浇注混凝土厚度控制点标记结构示意图。

图10为滑道底板定位钢丝线及定位钢钉的安装结构示意图。

图11为滑道底板控制点简易定位装置的结构示意图。

图12为滑道底板拆除定位板和钢钉后浇注状态示意图。

图12a为滑道底板控制点的另一简易定位装置的结构示意图。

图13为异形滑道的一个横截面的结构示意图。

图14为滑道侧墙模板支撑装置的平面结构示意图。

图15为滑道侧墙模板支撑装置剖面结构示意图。

图15a为图15中A部局部放大示意图。

图15b为图15中B部局部放大示意图。

图15c为图15中C部局部放大示意图。

图16为滑道侧墙内表面定位措施结构示意图。

具体实施方式

下面通过一个异形槽式截面的滑水道采用本发明提供的用BIM技术构筑异形混凝土结构及其过程中精度控制的方法建造过程的描述对本发明做举例说明。

如图1所示为设计者设计出的一个空间异形滑水道A，异形滑水道由下至上包括筏板基础1、支撑墙2、滑水道底板3和滑水道侧墙4(参见图13)，其中滑水道底板3和滑水道侧墙4组成了滑水道本体结构。该异形滑水道A呈空间曲面结构。沿着异形滑水道的延伸方向，将滑水道分成若干段分别进行混凝土浇注，每个分段之间留有伸缩缝，如图2所示，为了适应滑水道在气候温度变化下的热胀冷缩。

本方法概括起来，是借助于BIM技术，CAD软件，将难以控制的空间曲线结构转化为小段可控的直线结构，密集控制点模拟出滑道曲线，为精确浇注和喷射浇注控制奠定基础；通过表面定位以及浇注或喷射浇注后根据本发明的精度控制措施进行人工收光可以实现复杂结构光滑连续的几何曲线形状。

本方法的步骤1是，首先建立一个设计出的空间异形滑水道的BIM模型，将BIM模型放入与现场对应的坐标系中，在BIM模型中，滑水道上任何一点都具有三维坐标。将BIM模型放入与现场对应的坐标系中，确定坐标系的原点，以获得异形混凝土结构上每一点的三维坐标值。这样，滑水道A的BIM模型就包含了施工所需的滑水道A上各个点和各个面的三维坐标的数值及尺寸信息，如图3a、图3b和图5所示。

异形滑道呈空间曲面结构，由底板和侧墙两部分组成，在反弯点处设置控制截面和控制点，进行精确控制。滑道全长沿纵向每隔15m左右设置一条伸缩缝，将其分为54段。

接下来的步骤2，是将放在现场的滑水道三维模型，沿着该空间异形滑水道的延伸方向选取相对测量控制截面的位置，该相对测量控制截面与所述延伸方向在该截面处的切线垂直，如图4和图4a所示。该相对测量控制截面选择在异形混凝土结构于三维坐标系中的转弯处，在该转弯处，根据整个转弯段中相邻的相对测量控制截面在截面中心线上的设定间距或设定弧度或设定弧长确定在该转弯段选择相对测量控制截面的数量。

如图3a所示就是其中一个转弯段，该转弯段的各点的坐标值都是可以从所述坐标系中得到。

在该转弯段上选取相对测量控制截面。该转弯段的回转半径大约为13m，转弯处相邻的相对测量控制截面的中心线的设定弧度间距为1m。该转弯段中共选取了10个相对测量控制截面B，如图3b和图4a所示。

由滑水道的特性决定，每个相对测量控制截面B的形状都是相同的，如图4和图4a所示。只是每个相对测量控制截面中底板fgkj在三维空间中的倾斜角度不同。将每个相对测量控制截面上的转角处的端点选取为相对测量控制点：a、b、d、e、i、g、f、h，以及底板3和侧墙4的分界点j和k，这是步骤三要做的工作。

至此，已经完成了用BIM技术构筑异形混凝土结构的方法中的前三个步骤,滑水道上各个点的坐标已经在现场都可以对应上了。

在前三个步骤中，本发明创造性地在像滑水道这样的异形混凝土结构确定相对测量控制截面和在相对测量控制截面上选取相对测量控制点，基于这些相对测量控制截面和相对测量控制点的坐标值，在现场构建建筑模型，即先建筑各个相对测量控制面的框架，然后将各个相对测量控制面的框架通过直线型杆或直面型模板连接起来，就构成了用于浇注混凝土的模型框架。

本发明在异形混凝土结构中选取的截面和控制点的方法，可以获得与设计者设计出的混凝土结构非常结合的模型框架，但是，有不会是的结构过于复杂，为构建与设计模型高度吻合的异形结构打下很好的基础。

下面就对于如何在现场构建建筑模型的第四个步骤的具体施工方法做详细说明。

在施工现场，根据BIM模型建立异形混凝土结构的建筑模型。

首先是构建滑水道的底板。

底板是一条在三维空间上下起伏且板面左右扭转的板面，如图1和图2所示。

步骤A，以滑水道支撑墙2下的筏板基础1的上表面作为坐标系的Z＝0基准面，根据图4和图4a所示的各个相对测量控制截面上底板的下底面的两个端点f、g点的水平坐标，在现场进行测量放线并标记在基准面上即筏板基础1上。将标记好的点用直线依次连接，形成一条近似弧线的多段线101，由于我们合理地选择相对测量控制截面，所以误差足够小，可以将该多段线101看作滑水道底板下表面在基准面上的投影弧线，如图6所示，在两个端点f、g之间铺设水平拉杆木方11。

步骤B，再根据各截面中f、g点的Z坐标，在对应各点的水平位置上，竖立垂直木方21以定位f、g点(见图7)，确定同一相对测量控制截面的两根垂直木方21之间再设置若干辅助竖立木方21a，为构建支撑墙2准备。在竖立垂直木方21和辅助竖立木方21a的上端设置底边杆即水平木方31(见图8)。

步骤C，底板3的底板模板30位于水平木方31上作为直面型模板，水平木方31固定在垂直木方21和辅助竖立木方21a上。辅助竖立木方21a间隔0.35m或0.7m，靠两端辅助竖立木方21a较密，中间的较疏。辅助竖立木方21a可以很好地支撑水平木方31，其还有一个作用，是为了绑扎钢筋而浇注支撑墙2。各垂直木方21底部由水平拉杆木方11拉结固定(见图6)，以保证支撑体系的整体性及稳定性。此处的直面型模板为底板3的槽形截面的底板模板30与水平木方31，以及各木方之间用圆钉固定(见图8)。

步骤D，以水平木方31为基础上，找出该相对测量控制截面上外轮廓作为底板的各转角处的顶角，主要是滑水道侧壁内侧壁面的起点b和d，相邻的顶角之间通过直杆连接构成相对测量控制截面轮廓框架。

步骤E.相邻相对测量控制截面间各个对应顶角用直杆即沿程直杆连接，所述沿程直杆和构成截面的截面轮廓框架一起形成底板的框架。在本实施例中，相邻的相对测量控制截面的水平木方31上铺设直面型模板即平板的底板模板30(见图9)，作为沿程直面型模板。

步骤F，是进行滑水道底板钢筋32的绑扎(参见图9)，图9中只是示意性显示上下两根钢筋32。

滑水道模型水槽底板钢筋绑扎前要求现场有预铺设的过程。为保证两个侧墙板钢筋的位置准确，适当增加上层钢筋的马镫并与下层钢筋固定牢固。尽量减少其插筋悬空段的长度，通过绑扎水平定位钢筋使得成排锚筋就位准确。在底板的建筑框架制作完成后就可以进行浇注混凝土的工序了。

在浇注之前，还要做一件事，就是为浇注底板混凝土的厚度精确而在模型框架上采取厚度检测措施。

底板3的板面的厚度精度控制方法是：

如图9至图13所示，在相对测量控制截面的两个端点上，在底板模型内的钢筋上设置钢丝33，在钢丝33上固连定位板34，固定板34可以是小木板(见图9)。定位板34的板面与底面模板的板面平行，即与如图4所示的b、d的连线平行。在定位板34上设置钉子35，钉子35的钉头即为厚度控制点b、c和d，该控制点是根据将BIM模型放在与现场对应的坐标系中获得坐标值得到的。在b和d点设置厚度控制点，对于精确定位侧墙很重要，而对于较宽的滑水道的底板，在底板3的中点上再设置一个厚度控制点也是很有必要的；再设置一钢丝线36(见图10)，其沿所述相对测量控制截面的方向延伸，钢丝线36置于各个钉头的顶部，钢丝线36的两端例如固定在筏板基础1上，该钢丝线36即为底板3的混凝土的上表面，以此即可控制底板的厚度精度。经过复核钉头的坐标数值无误后，再设置一底板3板面厚度精度控制的简易定位装置，如图11所示，即在底板模型的两个侧板上向内设置钢筋段37，在钢筋段37上设垂杆38，该垂杆38的下端抵在钢丝线36上，该垂杆38的下端头就成为底板的上表面控制点O；然后，将定位板34和钉子35拆除，如图12所示，即可进行混凝土浇注。

在钢丝33上固定的定位板34，在两个端点上各设置一个所述定位板。还可以在相对测量控制截面的底板的中点c上也设置一个定位板34。

在浇注之后抹平混凝土时，混凝土的上表面与垂杆38的端头以及钢丝线36平齐。

简易定位装置还可以是如图12a所示的结构，在相对于每个相对测量控制截面位置的基础筏板1上设置两根竖杆39，在两根竖杆39上连接一方管37a，该方管37a与该相对测量控制截面上底板平行，在该方管37a上固定若干线锤38a，各个线锤的下垂点即为底板上表面的设计位置。在浇注混凝土时，可以将各个线锤38a收起，不妨碍浇注，待抹平工序时，将各个线锤38a放开，根据线锤的垂点做抹平的基准。这样的简易定位装置比起图11和图12所示的简易定位装置，不光可以在截面的两端设置下垂的控制点，也可以在截面的中间部分c点上设置下垂的控制点，因为线锤在浇注中可以收起，不像垂杆38会影响浇注。

步骤5就是浇注混凝土了。对于底板采用浇注混凝土工艺。

在本实施例的槽形滑水道的施工中，先构建底板3的建筑模型，然后进行浇注。之后，再构建侧壁的建筑模型，然后再对侧壁进行喷射浇注。

在底板浇注时，在绑好钢筋之后，要将所述的木方都拆除掉，然后进行混凝土的浇注。

在浇注底板时，要注意浇注高度不能太高。应控制在2m以下。如果浇筑高度超过3m时，可在出料口到模型之间设置串桶或溜管等。

浇注结束后的抹平工序中，以垂杆和钢丝线或线锤为基准，相邻两个垂杆和钢丝线之间或相邻的线锤之间的部分抹成平面即可，然后将该钢丝线取下，拆除简易定位装置。

综上所述，滑水道底板控制点精度控制通过如下几个方面实现：

(1)全站仪对关键控制点放样并标记控制点的水平位置

BIM模型中读取图9中各截面b、c、d点坐标，采用全站仪进行测量定位，放出控制点的空间坐标。同时在滑水道水槽底板上层钢筋上部放置小木板，标记控制点的水平位置。

(2)标记控制点的标高

根据控制点标高，在上述小木板的控制点标记处用钉头定位控制点。沿着控制点的直线方向，在滑水道底板侧模板上边缘拉钢丝线，钢丝线经过钉头顶部，钉头顶部即控制点位置。在模板上安装简易定位装置，以保证在浇筑过程中和浇筑完成后重新寻找控制点的位置。

(3)在浇筑过程中，采用水准仪对控制点b、c、d的高程进行复测，保证图纸关键控制点±6mm的精度要求，标记控制点。b、d点作为侧墙控制的基准点，对喷射混凝土的侧墙控制精度至关重要。

(4)浇注完成后，要对于混凝土完成面上各控制点进行复测。

然后是构建滑水道的侧壁，也称为侧墙板。

根据外墙关键控制点h、f、i、g以及侧墙与底板的夹角进行侧墙外模板的支设。

运用BIM技术，间隔0.25m～0.5m(根据中心线弧度)密集布设侧墙喷射混凝土关键控制点b、d，使其与现场坐标系对应，提取坐标。

采用全站仪在浇筑完成的混凝土底板上精确密集布设关键控制点b、d，作为侧墙喷射混凝土控制的基准点。

设置滑水道的侧壁模型可以用如下方法：

根据滑水道侧墙与底板夹角采用斜角木方特制角度模具以及关键控制点j、h、k、i进行滑水道侧墙模板支设。在相对测量控制截面处，根据设计坐标，b、d点永久标记在滑水道底板上，做为侧墙施工的基准点。

在每个相对测量控制截面处，根据设计坐标，将b、d点(见图4)永久标记在滑水道底板3上，作为侧墙施工的基准点。在相对测量控制截面之间的部分，根据滑水道截面尺寸和侧墙钢筋保护层厚度，每隔0.5m～1m标记一个b、d点，这个标记的b、d点可以比在转弯段设置相对测量控制截面还要密集一些，可参照图6a所示的方式加密。在相对测量控制截面之间的部分，根据滑水道截面尺寸和侧墙钢筋保护层厚度的坐标值，在底板模板上绑扎的钢筋上设置更多也就是更密集布的标记控制点，作为侧墙施工的基准点。当然，也可以只是在相对测量控制截面对应底板3上标记b、d点，即不设置加密的标记控制点，例如，在相对测量控制截面的中心线(参见图3a和图3b)上每间隔1m在底板3上标记一个b、d点的位置。

运用BIM技术，间隔0.25m～0.5m(根据中心线弧度)密集布设侧墙喷射混凝土关键控制点b、d，使其与现场坐标系对应，提取坐标。

采用全站仪在浇筑完成的混凝土底板上精确密集布设关键控制点b、d，作为侧墙喷射混凝土控制的基准点。

在侧墙的建筑模型中使用侧模板41(见图8和图15)将相邻的相对测量控制截面的框架连接起来。侧模板41采用12mm厚的板材。

侧模板41与底板的固定方式具体是：在各个相对测量控制截面处，在侧模板41的外面以设定间距设置斜角木方42，斜角木方42固定在水平木方31上。斜角木方42的断面为直角三角形，其斜边朝内，支撑在侧模板41的外表面上，该斜边的倾斜角度即为侧墙的倾角。沿着滑水道的延伸长度方向，两个相对的侧模板41之间通过若干固定侧模的对拉螺栓43定位。在水平木方31上还固设斜向短木方44，该斜向短木方44的一端支撑在侧模板41上，其支撑位置在斜角木方42支撑点的上方；斜向短木方44的另一端固定在水平木方31上。为了便于拆卸，斜向短木方支撑在水平木方31上，为了防止斜向短木方44位移，在水平木方31上固定防滑木块45，其抵住斜向短木方44的下端。

如图14和图15所示，在相对测量控制截面之间，在侧模板41的外侧面上设置木方背楞46，该木方背楞46为50×100mm截面的方木。每个木方背楞46都通过一根支撑钢管461支撑固定。支撑钢管461为Φ48mm的圆钢管。该支撑钢管的一端与木方背楞46支固，另一端与基础筏板1固连。具体的固连结构见图15a和图15c。

如图15a所示，在支撑钢管461的上端可转动地固定一螺母4611，在该螺母上螺接一顶丝4612，在顶丝4612上固定一槽形钢托板4613，在钢托板4613的槽中嵌设一支撑钢管4614，支撑钢管4614的侧壁抵靠在木方背楞46上。支撑钢管4614沿着侧模板41在滑水道的长度方向上延伸，为一个弯曲的钢管。

支撑钢管461的上端的顶丝4612也可以直接抵在木方背楞46上，但是，通过一支撑钢管4616抵顶木方背楞46，具有更好的作用，可以使得多个木方背楞46一体地被支撑固定，使得侧模板的整体性高，在浇注中更加稳定，从而使得浇注出的槽侧壁精度更高。

如图15c所示，支撑钢管461的下端与筏板基础1的固定结构是，在筏板基础1上固定Φ18mm的钢筋12，该钢筋12的内侧设置一截面为50×100mm的木方121，支撑钢管461的下端抵在木方121上固定。这样的固定结构的优点是，支撑钢管得到稳定的固定，而在拆除时候非常容易。

木方背楞46的下端与侧模板41的连接结构如图15b所示，一根Φ14mm的钢筋46a将侧模板4、木方背楞46以及其间夹设的一厚度为12mm的小木块46b穿设在一起，在木方背楞46的外面的钢筋46a的端头套设一槽形钢托板46c，在钢托板的槽中平行地设置两根Φ18mm的钢筋46d，两根钢筋46d均与木方背楞46相抵触。钢筋46a的外端套设固定螺纹套筒，一螺母46e旋入螺纹套筒，以使得槽形钢托板46c定位固定。

在侧模板4支撑完毕后，在各个相对测量控制截面处，根据图4所示的线段hj、ik的长度，在模板上标记出h点和i点作为滑水道侧墙外侧面的顶点。并且复查模板尺寸，以保证水道横截面尺寸及侧墙厚度和内表面位置。

然后就是绑扎钢筋，为保证滑水道水槽侧墙两个侧墙板钢筋的位置准确，尽量减少其插筋悬空段的长度，通过绑扎水平定位钢筋使得成排锚筋就位准确。水平钢筋及竖向钢筋搭接部位，采取分离式搭接，即相互搭接的水平钢筋不接触，相互间距为50mm。以保证喷射混凝土不被阻挡。

在模板支撑完毕后，在控制截面处，根据图4所示的线段hj、ik的长度，在模板上标记出h点和i点作为滑水道侧墙外侧面的顶点。

在侧墙模型框架中绑扎钢筋时，要注意：(1)为保证滑水道水槽侧墙两个侧墙板钢筋的位置准确，尽量减少其插筋悬空段的长度，通过绑扎水平定位钢筋使得成排锚筋就位准确。(2)水平钢筋及竖向钢筋搭接部位，采取分离式搭接，即相互搭接的水平钢筋不接触，相互间距为50mm，以保证喷射混凝土不被阻挡。

在喷射浇注之前，同样还要做一件事，就是为喷射混凝土的厚度精确而在模型框架上采取厚度检测措施。

根据标记在滑水道底板上的b、d点永久标记，同时在控制截面之间的部分，根据滑水道截面尺寸和侧墙钢筋保护层厚度，对已有的控制点进行加密，密集设置控制点(约0.25m、0.5m进行设置)模拟滑道曲线，作为侧墙施工的控制基准点。

所述厚度检测标杆的设置方式是：采用设置定位螺杆的方式控制喷射厚度，具体做法是：在侧墙主筋处点焊上一个螺丝母，用一设定长度的螺丝杆拧入螺丝母，控制螺丝杆头处的位置为滑道侧墙内壁厚度控制点；所述厚度检测标杆的设置方式还可以是：在建筑模型绑扎的钢筋上设置预弯曲厚度检测标杆，该预弯曲厚度检测标杆钩挂固定在所述钢筋上，其端头处的位置即为异形混凝土实体该处的外表面的控制点。

在本滑水道的实施例中，控制厚度主要是对于滑水道。侧墙内表面控制：为较好地控制喷射厚度，在每条控制线上等间距密集设置厚度标杆(根据中心线弧度，约0.25m、0.5m进行设置)，过程中及时测量喷射厚度，纠正偏差。喷射完毕后，用刮杠取得基本面的一致，将螺丝杆拧下来抽出，对于预弯曲厚度检测标杆，则将其剪掉留出保护层，用刮下的砂浆将螺丝杆和剪掉预弯曲厚度检测标杆留下的小孔填满。再进行找平、压光处理。厚度标杆及预弯曲控制杆如图16所示。

以厚度检测标杆为螺丝杆为例说明滑水道侧墙浇注混凝土厚度控制方法：

为较好地控制滑水道侧壁混凝土喷射厚度，在每个相对测量控制截面的朝向槽内的高度上的中心线位置设置一个侧壁厚度检测杆47，该厚度检测杆固定在钢筋上，其外端的位置就是该处槽侧壁的表面。

多个相对测量控制截面上的厚度检测标杆形成一条横向厚度控制线a。在该横向厚度控制线a上，最好等间距更密集地多设置一些厚度检测标杆47，例如，相对测量控制截面相距1m，而厚度检测标杆可以是间距约0.25m或0.5m进行设置，以便在喷射混凝土过程中及时测量喷射厚度，纠正偏差，如图6a和图16所示。在侧壁上对应每个相对测量控制截面的竖线上，也可以设置几个厚度检测标杆47，使得该竖线也成为竖向厚度控制线b，在竖向厚度控制线b上，厚度检测标杆的间距可以是0.5m，如图16所示。

以螺丝杆做厚度检测标杆为例的侧墙的喷射作业中，混凝土的总厚度控制在略超出厚度检测标杆即定位螺杆的尺寸，此时用刮刀将厚度检测标杆定位基线外多余的材料刮掉，取得基本一致的断面，露出定位螺杆的端头，此时，现场测量人员应再对定位螺杆的端头进行定位测量，纠正偏差，不够的地方进行补喷，高出的地方用刮杠刮平，然后再将定位螺杆取出，用刮下的砂浆将取下定位螺杆留下的小孔填满。然后，人工收光进行找平、压光处理。