利用BIM技术减少核心筒施工冲突

2018-12-27林忠和黎汉杰李朝阳宁华宏唐际宇唐阁威

建筑施工 2018年9期

林忠和黎汉杰李朝阳宁华宏唐际宇唐阁威

1. 中国建筑第八工程局有限公司广西分公司广西南宁 530028；2. 广西建设职业技术学院广西南宁 530007

1 工程概况

1.1 项目简介

南宁华润中心东写字楼工程用地面积约7 154 m2，总建筑面积约277 000 m2，建筑高度约403 m，其中地下3层，地上86层，标准层层高分别为4.2、3.6 m，为1栋钢管混凝土框架与钢筋混凝土核心筒组成的框架核心筒超高层建筑，塔楼设计有伸臂桁架加强层，楼盖采用混凝土楼盖、组合楼盖结构，建筑功能主要涉及商业、办公及酒店3种业态形式。

1.2 项目核心筒碰撞冲突情况

1.2.1 核心筒结构特点

1）核心筒结构不断往同一侧（北侧）收缩，49层由9宫格变为6宫格，74层由6宫格变为3宫格。墙体厚度由1 500 mm逐层收缩至400 mm。

2）核心筒结构由C60高强混凝土、钢筋、劲性钢骨柱和伸臂桁架层钢板梁组成。外框钢结构与核心筒之间通过预埋件焊接。

3）本项目的顶模系统采用内顶外爬体系。9宫格内设9个小顶模平台，各个井筒之间相互独立，外围爬模由26块爬模组成。顶模系统采用多点位支撑方式，每层剪力墙共236个预埋件。

4）在核心筒东、西、北共设置3台动臂塔吊，每套塔吊的支撑架设置6个预埋件。

1.2.2 核心筒冲突情况

项目前期施工了1～10层核心筒，并在7层核心筒施工时安装了动臂塔吊和顶模系统。在对已施工完成的1～10层核心筒每层都进行施工过程碰撞冲突统计分析后发现，核心筒1～6层每层施工碰撞点50个以内，7层以上每层施工碰撞点超过100个，得出钢构与顶模埋件冲突、钢构与塔吊埋件冲突、钢筋与钢构冲突是产生施工碰撞冲突的主要原因。

项目团队走访了广西南宁市的典型超高层项目，钢结构与顶模塔吊埋件、钢筋与顶模塔吊埋件、钢筋与钢结构之间的碰撞占核心筒施工碰撞80%以上。现场处理施工碰撞冲突耗费大量的人力、物力和时间，核心筒施工过程的碰撞冲突是核心筒施工速度与施工质量的重要因素。

2 利用BIM技术减少冲突

2.1 BIM技术优势

在解决碰撞冲突的问题上，BIM技术有着独到的优势[1-5]。从BIM技术发展至今，冲突检测就是BIM技术的一个重要功能。BIM技术利用三维图像的形式，在施工之前和设计的早期阶段便可以发现内在的一些矛盾冲突。

一般来说，工程中的碰撞冲突主要有3种类型，分别是硬冲突、软冲突和工作流程冲突。当2个物件占用相同的空间位置时，就会发生硬冲突；在工程中，很多物件是需要一些外扩空间的，这些外扩空间可以是保温空间、安装空间、维护空间或用来保证安全的空间等，这些空间如果无法满足，会造成软冲突；施工进度中的调试冲突即为工作流程冲突，例如施工顺序如果反了，有可能使本该先安装的材料无法安装，这就是一种工作流冲突。利用BIM技术发现这些碰撞冲突后调整各专业结构的位置和形状，减少空间上的软硬冲突，优化协调工作流。

2.2 BIM技术应用于减少冲突

参照QC管理的办法，对钢构与顶模埋件冲突、钢构与塔吊埋件冲突、钢筋与钢构冲突产生的末端因素，从人、机、料、法、环、测等方面进行现场调查和讨论分析。确定钢构与顶模埋件冲突、钢构与塔吊埋件冲突、钢构与钢筋冲突的主要因素有：顶模爬升规划不合理、顶模埋件深化不到位、塔吊爬升规划不合理、顶模爬升与塔吊爬升不协同、钢筋放样不到位。

综合操作性、安全性、经济性和有效性这几个因素，BIM技术在解决这3类主要冲突中可以发挥重要作用。本项目制订的对策分为2类：一类是采用BIM规划爬升，包含了顶模爬升、塔吊爬升以及协同爬升，用于解决硬冲突和工作流程冲突；另一类是采用BIM深化设计放样，包含顶模埋件和钢筋，用于解决硬冲突、软冲突。

2.2.1 采用BIM规划爬升

1）采用BIM规划顶模爬升。

① 标准层顶模爬升：本项目的标准层高4.2、3.6 m，标准层一层核心筒剪力墙一次性浇筑完成。钢模板、顶模埋件的位置和每层底部结构标高相对固定，因此在标准层下顶模埋件的位置也相对固定。

② 非标准层顶模爬升：非标准层主要有2种类型。第1种是设备层及下方2个楼层为非标层，该种类型在塔楼共4处。第2种是桁架层，本项目塔楼共有2道桁架层。非标准层采用非标准爬升间距爬升。非标准层采用BIM模拟各种爬升间距下碰撞冲突数目，寻求最优的爬升间距。碰撞冲突在伸臂桁架层尤为复杂，采用BIM规划伸臂桁架层的爬升，最终确定顶模爬升按照3.6、3.9、3.9、3.6、4.0 m爬升步骤爬升，在该爬升步骤下碰撞冲突点为15个，比最初的方案（4.2、0.5、4.0、4.2、0.6、4.2、1.3 m）的爬升步骤少爬升了2次，减少了535个和钢板梁、外伸桁架牛腿等的碰撞点。

2）采用BIM规划塔吊爬升。通过BIM模拟，选择非标准塔身60 m，塔身加高4 m，则可通过夹持调整避免塔吊支撑架与顶模外挂架碰撞，经最优排布对比，夹持在19～20 m时能全部避免碰撞。塔吊爬升19次，比标准塔身减少2次，节约了成本，提高了施工效率。

3）采用BIM规划协同爬升。项目将把塔吊、顶模、布料机和钢结构柱的BIM模型整合到一起协同规划爬升，优化钢结构分节。以确保不发生宏观上的碰撞冲突，各系统之间相互协同。模拟了很多种组合方法后，最终确定了20 m塔吊夹持高度、塔吊爬升19次，外爬模爬升98次，顶模顶升113次，混凝土浇筑98次的爬升总规划。

2.2.2 采用BIM深化设计放样

1）采用BIM深化设计顶模埋件。先将顶模埋件模型与主体结构模型合至同一个模型文件中，对产生碰撞冲突的顶模埋件，重新进行深化设计，采用异形埋件特殊处理，减少发生碰撞。

2）采用BIM放样钢筋。将钢筋模型合入主体结构、顶模埋件、塔吊埋件模型中，应用三维碰撞检查查找碰撞冲突点，调整钢筋形状（图1），运用软件自动放样，形成更为合理化的料单。

图1 钢筋调整

3 BIM利用成果

利用BIM技术，重新进行三维规划爬升和各构件的深化设计近万余项，将施工碰撞冲突降低到了理想的状态。经对21～45层（含标准层20层、非标准层6层）的同步跟踪，并对已经施工完成的楼层统计过程碰撞冲突点，发现采用BIM技术减少了核心筒施工碰撞冲突，每层钢构与顶模埋件冲突、钢构与塔吊埋件冲突、钢筋与钢构冲突这3类碰撞冲突减少了88%，极大地保证了核心筒的施工质量和施工进度，取得较大的社会效益和经济效益。