基于BIM技术的顺逆结合同步交叉施工探索_刘晓亮.pdf

202212Building Construction3038基于BIM技术的顺逆结合同步交叉施工探索刘晓亮 白龙 齐凡 王晓飞 李森 马劲源中建八局第二建设有限公司 山东 济南 250014摘要：逆作法是一种超常规的施工方法，该方法能有效节省工期，加快施工进度，但因该方法施工难度大，施工质量要求高，所以项目使用较少。目前，BIM建筑信息模型已经广泛应用于建筑行业的各个方面，BIM在施工过程中的应用已经非常成熟，在具体的施工过程中不仅为施工带来了方便，而且保证了施工质量。因此沧州市中心医院项目有效结合逆作法和BIM优势，将2种技术有机结合，实现了项目优质高效建造，可为其他类似工程提供借鉴。关键词：逆作法：BIM；建筑施工；技术整合中图分类号：TU99 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2022)12-3038-05 DOI：10.14144/ki.jzsg.2022.12.063Exploration of Synchronous Cross Construction Based on BIM TechnologyLIU Xiaoliang BAI Long QI Fan WANG Xiaofei LI Sen MA JinyuanThe Second Construction Limited Company of China Construction Eighth Engineering Division,Jinan,Shandong 250014,ChinaAbstract:The reverse construction method is an unconventional construction method,which can effectively save the construction period and speed up the construction progress.However,due to its high construction difficulty and high construction quality requirements,it is rarely used in the project.At present,BIM is widely used in all aspects of the construction industry,and the application of BIM in the construction process becomes very mature.The inclusion of BIM in the specific construction process not only brings convenience to the construction,but also ensures the construction quality.Therefore,Cangzhou Central Hospital Project effectively combines the advantages of reverse construction method and BIM,and organically combines the two technologies to achieve high-quality and efficient construction of the project,which can provide reference for other similar projects.Keywords:reverse construction method:BIM;building construction;technology integration地下1层顺作区（直线加速器治疗室）顺作主楼区域逆作主楼区逆作主楼区下沉庭院下沉庭院顺作坡道区地下1层顺作区顺作主楼区域图1 项目顺逆作法区域分界示意2）施工措施多。逆作结构施工过程中，超高负孔桩基施工、一柱一桩格构柱、钢管柱调垂，顺逆结合区域脚手架搭设、逆作土方开挖及主体阶段照明通风等均需注重进行策划。3）施工场地小。项目场地非常狭窄，几乎没有可用的施工场地，尤其东南角地下室边线离现有儿童医院（15层、55 m）建筑仅2.7 m。4）危大工程险。项目逆作阶段施工期间，包含多个危大过程及重大危险源，包含深基坑土方开挖、高大支模、塔吊安装、地下人员疏散等。5）施工工期紧。本项目工期为840 d，施工周期内包含逆作土方开挖、地下逆作主体结构施工及顺作区接力施工的部分，工期非常紧张。1 工程概况及BIM需求分析沧州市中心医院医技住院综合楼工程，建筑面积约16万 m2，是沧州市中心医院新建的医技与住院功能结合的大楼。本工程设计为顺逆结合施工：逆作区域为四周住院区，地下4层，地上5层；顺作区为中间医技楼（地下4层、地上5层）、四周坡道（地下4层）及西侧直线加速治疗室（地下1层）。设计工况为待逆作区筏板施工完成并达到设计强度后进行顺作区施工（图1）。1.1 项目重难点项目重难点较多，根据项目前期技术策划分析，项目共有5大施工难点。1）结构形式新。项目采用顺逆结合方式施工。逆作法是一种超常规的施工方法，国内使用此做法项目较少，拥有施工经验的项目管理人员较少，施工组织难度大，施工技术水平要求高。作者简介：刘晓亮（1996），男，本科，助理工程师。通信地址：河北省石家庄市长安区广安街道东大街5号开元金融中心22楼（050011）。电子邮箱：收稿日期：2022-07-15建 筑 经 济 与 管 理BUILDING ECONOMY&MANAGEMENT建筑施工第44卷第12期30391.2 BIM需求分析根据项目重难点分析，结合BIM优势，得出项目对BIM的三大需求1-3。1）项目自身需求：项目逆作法施工结构新颖，施工难度大，从施工前的模拟验算，到施工过程中及施工完成后的应力应变监测，均提出了很高的要求；项目的体量大，需要BIM技术实现对资源的信息化配置、对现场施工的实时掌控。项目工期紧，需要BIM技术辅助施工要素前置，如钢结构、机电的施工；实现对质量安全的同步监管，避免二次拆改误时费工情况。2）项目定位需求：沧州市中心医院项目是河北地区首个逆作施工公建项目，全力打造最绿色、最科技、最智慧的医疗工程。其需要的施工工艺及技术也越严格，对施工单位的工艺及技术要求也越来越高，需要充分利用BIM技术，努力保证项目的顺利高质量完工。3）社会影响力需求，沧州市中心医院工程从调研立项、规划选址、方案论证优化等一系列建设前期准备阶段就受到社会各界的广泛关注，BIM的应用水平需能代表行业内的先进水平。2 BIM应用策划根据项目施工工期紧、可用场地小、施工措施多、结构工序新、危大工程险5大技术难点，有针对性地进行策划。2.1 施工工期紧2.1.1 进度计划模拟本项目顺逆结合施工，施工工序不同于常规项目，工期仅有840 d，为保证实现完美履约，本项目结合BIM技术进行工期模拟。利用Synchro Pro软件将BIM 3D模型与进度计划进行实时动态关联，构建BIM 4D进度控制平台，提前进行动态模拟，及时找出计划不合理之处，合理规避施工过程中可能存在的各种进度风险（图2）。图2 进度计划模拟2.1.2 施工部署模拟本项目顺逆结合施工，根据本工程特点结合现场实际情况，利用BIM技术进行施工部署模拟，以“施工工艺的特点划分为区，分区渐进流水施工；统筹兼顾突出重点，分阶段组织动态调整”的总体思路进行安排，对本工程进行施工部署（图3）。图3 各阶段施工部署模拟2.1.3 机电管线综合本项目为逆作施工医疗类公共建筑，利用BIM技术对医院管线进行管道综合排布，为后期装饰装修、医疗专项等专业预留空间，出具管综深化、预留预埋图纸，并与设计院进行协商变更，避免返工，保证施工进度（图4）。图4 机电管线综合调试2.2 可用场地小2.2.1 场地布置模拟项目场地非常狭小，在施工前利用BIM模拟场地道路、机械布置、材料堆场及钢筋加工区设置与迁改问题，做到“提前策划、动态模拟、严格实施”，从而提高场地利用率，降低施工现场的物料周转损耗（图5）。逆作区施工阶段地下连续墙及桩基施工阶段顺作区施工阶段装饰装修施工阶段图5 各阶段场地布置模拟2.2.2 倾斜摄影辅助设计变更本项目东南角位置与既有建筑儿童医院（15层、高刘晓亮、白龙、齐凡、王晓飞、李森、马劲源:基于BIM技术的顺逆结合同步交叉施工探索202212Building Construction304055 m）距离仅有2.7 m，邻近位置施工危险系数高，采用倾斜摄影配合BIM建模，直观展示后期施工对既有建筑的影响，与业主及设计院沟通设计方案变更，地下室轮廓线内收8 m，变为10 m距离，保证施工安全（图6）。图6 倾斜摄影结合BIM示意2.2.3 受力分析提高顶板荷载本项目场地狭小，但设计工况要求只能在筏板施工完成并强度符合要求后，0 m梁板才可进行堆载，极大地限制施工部署及进度。针对此情况，联合设计院进行内力验算并推进设计工况变更，0 m梁板可作为加工场地及材料堆场（图7）。图7 筏板受力分析示意2.3 施工措施多2.3.1 钢栈桥设计施工本工程基坑面积达29 860 m2，基坑开挖总体土方量约56万 m3，由于逆作施工，暗挖挖土时间长，出土难度较大。项目采用BIM技术设计应用钢结构栈桥，摒弃中隔墙落底长臂掏挖的方式，采用钢栈桥出土及地上长臂挖机掏挖相结合的方式，实现了顺逆作区整体大开挖避免二次倒运，提高出土效率（图8）。钢栈桥tekla模型钢栈桥PKPM竖向变形图图8 钢栈桥设计施工2.3.2 调垂架设计应用由于项目逆作施工，桩基负孔深度达18.75 m，格构柱、钢管柱安装精度要求高，设计要求达到1/300，施工难度大。项目利用BIM可视化技术设计钢管柱格构柱调垂架，并进行受力验算，应用到现场，保证钢管柱及格构柱安装精度。2.3.3 拉杆式悬挑脚手架设计应用本项目采用顺逆结合的施工工艺，故在项目顺作区与逆作区交接位置采用拉杆式悬挑脚手架进行施工，利用BIM技术对拉杆式悬挑脚手架进行三维立体展示，并制作施工工艺动画，便于管理人员和工人直观地掌握施工工艺（图9）。图9 调垂架设计应用2.3.4 施工照明模拟设计本项目逆作施工将0 m梁板施工完毕后，地下2层、3层、基础土方及主体结构施工阶段施工作业环境差、亮度低，必须增加照明满足施工要求。项目根据GB 500342013建筑照明设计标准，取平均照度100 lx进行灯光布置模拟分析，最终确定使用40 W的LED射灯进行照明，按照10 m间距，每层布置248盏照明灯用作施工照明（图10）。刘晓亮、白龙、齐凡、王晓飞、李森、马劲源:基于BIM技术的顺逆结合同步交叉施工探索建筑施工第44卷第12期3041图10 施工照明模拟2.4 结构、工序新2.4.1 逆作梁柱节点交底本项目圆管柱与梁连接部位采用传力钢板法，保证钢管柱界面完整性。项目结合设计图纸对各类逆作梁柱节点位置进行建模并交底。2.4.2 一柱一桩回筑交底逆作施工阶段需要在框架柱位置设置立柱作为竖向支撑，待逆作结束后再在钢立柱外侧绑扎钢筋浇筑混凝土形成永久的框架柱，施工质量难以保证。项目利用BIM技术对一柱一桩回筑工艺进行施工模拟，对管理人员进行交底，保证施工工序准确无误，进而保证施工质量（图11）。柱下模板支设混凝土柱浇筑喇叭口模板支设柱模板支设钢筋绑扎混凝土浇筑图11 施工照明模拟2.4.3 地下连续墙钢筋放样交底本工程地下连续墙绝大部分为双雌或双雄槽段，采用圆形锁口管柔性接头进行连接，共包含4种形状地下连续墙槽段，钢筋设计较为复杂，采用BIM技术对钢筋进行放样，辅助现场进行可视化交底并导出料单为材料管理提供参考。2.5 危大工程险2.5.1 深基坑开挖验算联合设计院，运用Plaxis岩土工程有限元分析软件对逆作区土方开挖进行施工模拟安全计算。对设计院提供开挖方式（邻近地下连续墙留土20 m范围开挖至结构楼板标高以上3 m）及项目计划开挖方式（邻近地下连续墙留土12 m范围开挖至结构楼板标高）引起的基坑变形结果进行对比，争取更改设计工况，减少地下连续墙周边留土范围及高度，降低施工难度（图12）。（a）A断面一基坑水平位移云图（c）B断面一基坑垂直位移云图（d）B断面二基坑垂直位移云图（b）A断面二基坑水平位移云图图12 降水影响模拟2.5.2 降水影响分析模拟本项目地下水位为1 m左右，目前初步设计140口降水井。为了有效降低和控制含水层的水头，保证施工降水对西侧城中村及周边医院原有建筑不产生较大影响，确保基坑开挖施工顺利进行，项目将进行专门的水文地质渗流计算与分析。根据项目工程地质与水文地质条件、基坑围护结构特点以及开挖深度等因素，采用软件Visual Modflow进行三维渗流数值法计算，为降水设计与施工提供理论依据。2.5.3 高大支模识别、设计项目地下逆作区域梁板尺寸大，将项目模型导入广联达BIM模板脚手架设计软件进行逐层的危大模板工程识别分析，导出危大及超危大工程汇总表、危大及超危大工程分布图及每一个构件的风险判断书。在危大工程识别的基础上，对特殊区域，如超大截面梁模板支撑及加固，使用品茗BIM模板工程设计软件进行设计并计算，导出BIM效果图、节点详图及计算书。2.5.4 塔吊基础设计施工项目计划布置6台塔吊，采用BIM技术进行可视化塔吊基础设计及施工交底。塔吊基座下皮为主体结构板上翻300 mm。基础内设置暗梁，沿基础对角线设置。塔吊基础由4根直径650 mm钢管柱支撑，钢管柱下插入工程桩，钢管柱随土方开挖做水平及斜向钢管支撑。1）施工钻孔灌注桩、埋设钢管柱浇筑混凝土。钢管柱嵌入灌注桩5 m，钢管柱内钢筋与灌注桩主筋间断焊接，焊缝长度75 mm，两面的间断焊焊缝错开间距225 mm。刘晓亮、白龙、齐凡、王晓飞、李森、马劲源:基于BIM技术的顺逆结合同步交叉施工探索202212Building Construction3042 塔吊基础钢筋笼钢管柱分起吊，下部为桩基钢筋笼，上部为钢管柱与柱内钢筋笼的组合体。2）制作塔机承台。施工顺序：放线开挖塔机承台浇筑厚100 mm混凝土垫层绑扎承台和暗梁层钢筋安放预埋支腿绑扎承台上层钢筋浇筑混凝土振捣养护。钢筋工程：上下层钢筋之间要布置马凳，马凳间距1 500 mm。固定支脚的安装：将4个固定支脚与专用定位框用65 mm的销轴连接到一起，放置到制作好的马凳上，马凳底部有调节螺栓，通过调节螺栓调整预埋支脚的标高。调节螺栓与固定支架固定在一起，并用准备好的固定钢筋将马凳和支脚与下层钢筋固定牢固，方可绑扎上层钢筋。3）安装塔机、验收塔机。4）土方分层开挖，安装第1组钢格构柱的斜腹杆和水平杆。第1步土方开挖至指定高度后焊接水平撑及斜 腹杆。劲性塔身焊接采用E43焊条。所有焊缝均为安装焊缝，各连接板与650 mm钢管连接处为全熔透T形对接焊缝，并要求所有焊缝为双面焊，且应满焊，焊缝高度为8 mm。每次逆作施工后均应对塔机的垂直度进行验收，塔机独立状态下垂直度小于4。B2层顶板施工，B2层顶板与钢柱相交处预留孔洞，洞边距钢柱100 mm，四周用木楔楔牢，B2层顶板施工完成以后再进行第2步土方开挖。5）第2步土方开挖，并安装第2、第3层钢格构柱的斜腹杆和水平杆。第2步土方开挖，安装焊接水平及垂直钢支撑，再开挖安装焊接水平及垂直钢支撑，严禁土方超挖。B3层顶板施工，B3层顶板与钢柱相交处预留孔洞，洞边距钢柱100 mm，四周用木楔楔牢，B3层顶板施工完成以再进行第3步土方开挖。6）第3步土方开挖，安装第4组钢格构柱的斜腹杆和水平杆。第3步土方开挖安装焊接水平及垂直钢支撑，然后开挖安装焊接水平及垂直钢支撑，再开挖对塔基框箍底脚进行加固，严禁待基础底板施工时一并浇筑，严禁土方超挖。腹杆及水平撑采用手拉葫芦配合安装，手拉葫芦在腹杆及水平撑上方固定，将腹杆及水平撑挪移定位后，再进行焊接，焊接前检查腹杆及水平撑位置是否符合图纸 要求。2.5.5 逆作施工疏散模拟本项目逆作施工期间，地下室通往地上的主要通道为钢结构栈桥，为保证危急时刻人员能够安全疏散撤离，项目进行了逆作施工阶段疏散模拟分析。经分析发现部分人员无法在规定时间内安全撤离，因此项目后续将根据项目实际情况增设疏散通道，保障人员安全。3 BIM技术配合拟总结成果1）顺逆结合同步交叉施工技术。摒弃中隔墙落底方式，结合逆作区钢栈桥盆式挖土技术，实现了顺逆作区整体大开挖，提高了出土效率。2）顺逆作区换撑技术。为实现超大基坑的水平传力问题，针对顺逆作区的支撑体系在水平交界面上存在一定高差的特点，采用垂直加腋技术，实现两侧的传力与受力 转换。3）超深大基坑施工中的风险控制技术。采用L形槽段、弧形槽段等围护技术，增大围护体的抗侧刚度，有效控制围护体变形。4）复杂环境下异形深大偏载基坑施工的小变形控制技术。借助数值模拟和理论分析的手段，揭示地层偏载对基坑施工稳定性的影响，采用盖挖逆作法的施工方法，分阶段过程管控、分区开挖控制卸荷量、实时监控预警、多方联动即刻响应的深基坑变形控制技术，实现复杂环境下深大基坑小变形的控制目标。5）超高钻孔灌注钢管柱高精度施工技术。研发高精度液压调垂设备，通过上下2层液压控制装置，配合两点式钢管柱垂直度实时监控和纠偏，提高了钢管柱的插入 精度。4 结语本项目BIM应用以服务现场为基础，以提升管理品质为原则，以科技创造效益为目标，深入实践BIM技术在本项目的综合应用，创造BIM技术在高难度、高标准的项目的应用新模式。贯彻BIM技术服务施工的原则，实现了BIM模型在施工阶段的高效率利用；通过施工模拟验算等技术的应用，降低了施工风险和难度；通过基于BIM技术项目管理平台的应用提高了项目实施效率，增强项目过程管控能力，从而节约了项目成本，缩短了工期。在项目高效施工、智慧建造方面积累了宝贵的经验。1 陈加才.BIM技术在闽投营运中心逆作法工程中的应用J.城市建 筑,2021,18(35):167-169.2 赵建隽,王练杰,李琨鹏,等.逆作法施工桩柱合一钻孔灌注桩垂直 度控制施工技术J.建筑技术开发,2021,48(14):48-50.3 陈浩,张明亮,陈维超,等.湖南旺旺医院(二期)深基坑全逆作法施工 技术J.施工技术,2020,49(20):76-79.刘晓亮、白龙、齐凡、王晓飞、李森、马劲源:基于BIM技术的顺逆结合同步交叉施工探索