建筑业 10 项新技术在济南长清四馆工程的应用

刘 媛，张寒松，孔令海

（1.山东中医药大学第二附属医院，山东 济南 250001；2.山东平安建设集团有限公司，山东 济南 250306）

0 引言

随着国家经济建设的迅猛发展，我国建筑业在新技术、新材料、新工艺和新方法的产生与应用方面层出不穷，因而需要从业人员不断学习、更新、提升以往的专业技术知识，这样才能跟上时代发展的节奏。住房和城乡建设部建筑业 10 项新技术（2017 版）充分吸纳了近年来工程建设行业实践积累的创新技术与成果，必须大力推广应用，这样才能适应建筑业技术进步与可持续发展的大好局面。

1 工程概况

济南市长清区四馆项目位于济南市长清区宾谷街以南，清河街以北，莲台山路以东，规划路以西。总建筑面积约 5.77 万 m2，其中地上建筑面积 4.41 万 m2，包括文化馆、图书馆、档案馆、博物馆、剧院、青少年活动中心，地下建筑面积 1.37 万 m2，主要功能为车库和设备用房等。工程总投资约 4 亿元，建成后将成为济南市长清区集教育、文化、休闲、娱乐为一体的地标性大型公共建筑，项目建设之初便确立了山东省建筑业新技术应用示范工程的目标，建成后将成为济南西部城区一道靓丽的风景线。

2 住建部 10 项新技术应用项目

为适应当前建筑业新技术迅猛发展的形势，加快推广应用促进建筑业结构升级和可持续发展的共性与关键技术，引导企业采用先进适用、成熟可靠的新技术，提高工程科技含量，保证工程质量和安全生产，自 2017 年起，住房和城乡建设部工程质量安全监管司组织国内建筑行业百余位专家，对《建筑业 10 项新技术（2010）》进行了全面修订，并于 2017 年 10 月 25 日下发了《关于做好〈建筑业10项新技术（2017）〉推广应用的通知》。本文以济南市长清区四馆工程为例，将该工程应用的 10 项新技术内容做了简明阐述，旨在为推动建筑业技术水平升级做出积极贡献。

2.1 混凝土桩复合地基技术应用

本项目由于建筑物占地面积大，加之为连体建筑群，东西方向总长 126 m，南北方向总长 118 m。在此区域内共计施工 PHC 管桩 1 039 根，通过在基底和桩顶之间设置 250 mm 厚的褥垫层，保证桩、土共同承担上部荷载，使桩、桩间土和褥垫层一起构成复合地基。

为防止建成后建筑物产生不均匀沉降，应用了物联网、BIM 技术对管桩的定位及施工过程进行了施工仿真精细分析与演示。在实际施工过程中，由于场地内有深厚填石层，对超长桩垂直度控制有较大难度，经试桩试验，采用了特制的大角度十字锥形钢桩头，提高了管桩在碎石层的穿越能力，加快了施工速度。同时配备两台经纬仪正交观测校正，用水准尺随时测量桩体垂直度和桩端面水平度，从而确保了桩基子分项工程的顺利施工。

2.2 高强高性能混凝土技术

本工程混凝土强度有 C30、C40、C45 三种等级，施工中全部采用预拌商品混凝土，并掺加高效防裂抗渗外加剂，共计 1 230 t。应用部位为基础、梁、柱、墙、板等，合计浇筑方量约计 34 000 m3。

因混凝土浇筑体量大，为确保预拌混凝土的供应和质量，选择了 3 家高质量搅拌站供应。在施工现场组织 5 台输送泵，其中 1 台为备用。在混凝土工程施工前，为确保混凝土的和易性和可泵性，分别要求各搅拌站及有资质的第三方检测公司实验室选用不同掺量的外加剂做统一配合比设计，而后会同建设单位及监理单位从中选择一组最优配合比用于混凝土施工，从而确保混凝土的浇筑质量。

2.3 混凝土裂缝控制技术

本工程地下结构超长，为控制结构裂缝，在材料选择、施工工艺等多个环节进行了精心控制，实践表明选择抗裂性较好的混凝土是控制裂缝的重要途径。具体采取措施如下所述。

在原材料选择方面，采用符合现行国家标准的普通硅酸盐水泥，水泥比表面积＜350 m2/kg，水泥碱含量＜0.6 %，采用多级级配粗骨料，堆积密度＞1 500 kg/m3，采用聚羧酸系高性能减水剂，掺加粉煤灰矿物掺合料，使用 Ⅱ 级粉煤灰及微珠，微珠性能具有滚珠效应，显著降低水泥剪切应力，降低混凝土塑性黏度。在掺量 8 %～15 % 时，混凝土黏度降低 30 %～60 %，相同塌落度或扩展度条件下，添加微珠的混凝土塑性黏度明显降低。

在超长结构施工前首先进行温度应力验算，包括浇筑体的入模温度、收缩力等，确定施工阶段混凝土浇筑体的温度峰值、内外温差、降温速率等，制定相应温控技术措施及养护方案，合理划分留置后浇带。

本工程混凝土在浇筑期间，为防止失水过快，采取了适当的挡风措施，同时对混凝土表面采用塑料薄膜覆盖及时养护，以避免水分蒸发过快，导致开裂，确保了施工质量。

2.4 热轧高强钢筋技术

本工程使用国家钢筋标准 GB 1499.2－2018《钢筋混凝土用钢第 I 部分：热轨带肋钢筋》中规定的热轧带肋钢筋 790 t，屈服强度为 400 MPa，能显著提高结构构件的受力性能，从而减少钢筋用量，提高配筋效率。通过应用高强钢筋，经综合造价分析，平均减少钢筋用量约 11 %～17 %，节材效果显著，按大型公共框架体系节约钢筋用量，换算成经济效益比对，可节约造价 28～42 元/m2，经济效益显著。

2.5 销键型脚手架及支撑架

本工程青少年活动中心采用了销键型轻型脚手架，搭设面积 2 000 m2，该轻型脚手架的立杆为Φ48×3.2焊管制成，每隔 0.48 m 焊有一个槽键连接座，横杆为Φ48×2.5，斜杆为Φ42×2.5 焊管制成。

销键型钢管脚手架支撑架施工前要进行受力分析计算，编制切实可行的专项安全施工方案，以保证架体的稳固。

该脚手架适应性强、安全可靠、搭设效率高，脚手架所用管材便于仓储、运输与堆放管理。

销键型钢管脚手架支撑由于接头传力可靠，立杆与立杆的连接为同杆件插承，杆件受力合理，不易失稳，绿色环保，节约材料，安全可靠，经济效益显著。

2.6 组合铝合金模板施工技术

本工程施工过程中应用了铝合金模板。该模板强度高、自重轻、施工成品精度高、拼缝少、单块幅面大、连接简便、周转利用率高，且回收价值大，具有较高的综合经济效益。应用该项技术，成型的混凝土表面满足了施工规范要求，浇筑成型的混凝土观感质量有了可靠保证。

2.7 钢及混凝土组合技术应用

地下车库应用钢混凝土梁与钢混凝土柱，钢构件为十字型钢柱，梁钢结构构件为工字钢梁，材质为 Q345B，组合梁高跨比小且承载力高，型钢混凝土柱的采用显著减小了柱的截面尺寸，提高了承载力，刚度大且抗震性好。型钢混凝土钢柱、钢梁均外包钢筋混凝土共同承担受力，因而受力良好且施工速度快，该项施工关键技术是采用合理的免振捣混凝土，从而确保梁柱混凝土的密实性，钢骨混凝土除钢结构优点外还具备混凝土结构的优点，同时结构具有良好的防火性能。

2.8 夹心保温墙板技术

本工程建筑内隔墙采用预制夹心隔墙板，在工程主体结构施工中，在验收合格的结构层，可提前进行吊装，省去了传统建筑中砌筑作业；同时由于预制构件在工厂预制成型，外观清水质量良好，省去了抹灰层，大大提高了施工效率，使建筑物内可利用面积得以适当增加；同时隔音保温效果良好且防火，由于质量可靠，提高了墙板的使用寿命，相应降低了墙体维护费用［1，2］。

2.9 装配式混凝土结构建筑信息模型应用技术

本工程局部结构应用的水平构件有：工厂预制加工生产的钢筋桁架叠合楼板、梁、楼梯；竖向构件有：预制柱。

在应用阶段应用 BIM 技术进行了可视化设计，应用信息化三维技术提高了设计准确度，尤其对各类管线的布设与碰撞问题提前进行了优化处理。

在构件生产阶段应用二维码，将构件全过程生产状况信息有效地采集录入到二维码中，从而对工厂化生产的预制构件实现了设计、生产、运输、施工安装、后期维护的信息共享与交流。

2.10 应用 BIM 管线综合技术

本工程是大型公建类项目，机电管线众多，有强电、弱电、给排水、采暖、通风、消防等，如相关专业配合不当，将使地下车库管线布设不仅不美观，而且将降低空间使用率，导致地下车库净高降低。本工程应用 BIM 智能化管理技术，在施工前期就对建筑、结构、电气、暖通、消防等专业进行了模型分析预处理，对各专业图纸进行了模拟碰撞检查，既满足了各专业的图纸规范要求，同时又使地下管线的排布科学美观，避免了实际施工中因图纸矛盾造成的返工，节约了工程造价，提高了施工速度。

对施工作业班组，利用 BIM 模型，通过 BIM 技术的智能化、可视化、参数化等特性，对多种施工工艺方案的可实施性进行了比较，最终确定了最佳施工方案，使各班组对图纸设计意图的理解及安装作业次序做到了胸有成竹，避免了因误读图纸导致的施工差错。

由于图纸制作、处理、审核均在现场，使与机电工程安装有关的建设、监理、总包、劳务分包的管理及施工人员，均可通过相关各专业图纸进行及时调整，准确把握图纸变更状况，精准施工，确保工程的施工质量，降低成本造价。

2.11 工业化成品支吊架技术

在地下车库施工中，首先经由 BIM 模型确认无误的机电管线排布图，快速从图库中选出成品支吊架组件，并经强度复核计算，在工厂制作出符合工程实际应用的装配式组合吊架；其次，在施工安装场地，应用汽车吊、塔吊等大型机械化设备，直接实现了预制构件的现场吊装，实时测量提高安装精度，降低安全风险隐患，从而实现了工地绿色、环保、节能的目的［3，4］。

2.12 绿色施工技术

1）环境保护。在工地大门口显著位置设置六板二图，在工地围挡顶部设置降尘喷雾装置，现场场地进行硬化处理，专人洒水降尘，长期堆土覆盖密目安全网。土方车辆车厢采用全密闭方式运输，大门口处设置专用洗车台，轮胎及车辆清洁后方可上路行驶。

塔吊大臂处增设喷雾装置，垃圾分类放置，楼层内设置环保可移动厕所，固定厕所设置化粪池，定期清理，设置噪声监测点，配备常规医务室，现场垃圾进行有效分类，易产生扬尘污染的水泥与干粉砂浆储存方式应用罐装，并在附近高设架设防尘雾炮，确保了扬尘的控制。

2）节材与材料资源利用。通过钢筋专用软件进行优化钢筋下料，最大限度利用定尺钢筋，利用钢筋下脚料制作模板定位筋、马蹬筋，利用木材边角废料制作踢脚板、平面洞口防护等。剩余混凝土制作砌体混凝土木砖；安全防护设施采用定型化、工具化、标准化围栏。

3）节水与水资源利用。现场设置雨水回收池，对基坑降水及雨水加以利用，主要用于绿化用水、防尘降尘、冲洒路面、清洗车辆，厕所内冲刷采用专用节水型器具，做到节约用水。

4）节能与能源利用。对主要耗能设备进行改造及更新，建立设备维护档案，定期检查，材料购买按就近、优质、低价的原则进行采购。现场用电按办公区、施工区分别计量。在工人生活区屋面采用平板式太阳能热水器，通往施工现场的主干道均采用太阳能路灯进行照明，办公区域及工人宿舍节能灯具的使用率均达到了 100 %。

5）节地与土地资源保护。合理布置施工现场，充分利用原有建筑物进行了合理利用，减少临设建设面积，最大限度地减少竣工拆除浪费，合理利用土地资源［5，6］。

2.13 高性能外墙保温技术

本工程外墙保温应用石墨聚苯乙烯板，面积约 9 600 m2。该产品是通过应用化学工艺，经科学改良形成的新型外墙保温产品，其优点是导热系数更低、防火性能更高。

该外墙外保温技术体系是由胶黏剂、石墨聚苯乙烯板、锚栓、抹面胶浆、耐碱玻纤网格布、饰面层等组成。主要施工工艺如下：建筑物基层清理浮浆→石墨聚苯乙烯板刷界面剂处理→施工面石墨聚苯乙烯板点框法布胶粘贴→抹面胶浆批涂→第一道玻纤网布铺设抹面→锚栓固定→5～7 mm 保温砂浆找平→第二道玻纤网铺设抹面→细部节点变形缝、门窗洞口、保温端口→线条构造设置。

2.14 基于物联网的劳务信息管理技术

本工程应用该项技术，对进入施工现场的劳务作业人员，利用高效综合的信息化技术进行管理，主要体现在以下方面：实名制考勤管理、现场安全防护用品应用教育管理、现场违章作业视频监控管理、工资发放监管、后勤保障等方面，辅助提升了政府相关主管部门对劳务用工监管效率，有效化解了劳务工资纠纷，有效保障了企业和劳务工人的权益。

作业人员进入施工现场时，通过道闸进行人脸识别，对其他进入施工现场的人员进行登记管理，管理及作业人员信息与公司人力资源管理平台进行对接，及时准确反映出勤率。由于有准确的考勤记录，月底在结算人员工资时，确保无纠纷，实现了对工地现场的精细化管理。

通过安全帽上的智能定位蜂鸣器，对工人进入危险区域能及时预警并反馈给现场管理人员进行实时监督，有效地防止了人身伤害事故的发生。实践表明，应用该项技术使企业的安全生产事故率得以大幅降低，无重大安全事故发生，维护了企业的经济效益与社会形象。

2.15 深基坑施工监测技术

深基坑工程属于危大工程，由于基坑边坡失稳，导致护坡塌方的事故频发，因此在施工过程中必须进行有效监测，以确保施工环境及周边环境安全。

本工程基坑深度 6.8 m，由于基坑较深，为确保安全，采用自动化监测技术，实现自动且实时地数据采集、传输，一旦出现监控数据异常，管理人员的电脑及手机能及时进行报警，提高了风险防范处理能力，确保基坑安全。

本工程实时监测的内容有：墙体水平位移的监测、地下水位变化的监测、土钉轴力数据变化情况的监测、基坑周边地表沉降数据监测、建筑物沉降数据监测。在以往施工中，基坑边坡监测方法通常为项目部技术人员在现场用仪器采集数据，再经过人工换算形成报表，而后分析基坑稳定情况，效率低且存在边坡失稳风险，利用自动化监测系统替代人工测量后，通过安装在相关部位的检测设备实现了数据实时采集，频次快、时效性高、数据真实可靠，有效地防控了基坑失稳事故的发生。

2.16 绿色施工实时监测技术

1）安装扬尘监测系统，实现实时监控，对工程现场 PM2.5、PM10、风速、风向、噪音数值实现了同步传送，不仅省时省力，同时实现了对工地现场的高效率管控。

2）视频探头全面覆盖施工现场各个角落区域，尤其对高大模板的支设质量、钢筋绑扎、混凝土浇筑与养护进行有效监测管理，确保了工程质量。每天完整记录了施工现场的质量、安全、进度情况，及时掌握施工现场的第一手资料，及时纠偏，确保了工期。

3）通过对进出施工现场的人员、车辆、存土覆盖、材料堆放、大型机械运行等实时监控，确保现场安全文明施工有序进行。

4）通过对现场及宿舍区所用水电、空调的定时自动化管理和云端控制，避免了能源浪费，实现了精细化管理。

2.17 基于 BIM 的现场施工管理信息技术

本工程应用 BIM 技术，进行了施工方案的优化管理，具体位置通过 BIM 三维模型建模，针对重要的钢结构构件施工连接节点，采取了补焊加劲肋的形式进行节点加强，并通过 BIM 建模及有限元分析法计算验证节点受力情况，确保受力可靠。

1）质量管理。利用 BIM 技术，直观地向施工作业班组进行了可视化技术交底。质量检查人员在日常巡视检查过程中，如发现质量问题后可及时通过手机拍摄照片，利用广联达 BIM5D 平台将问题推送给相关责任人，进行整改后再拍照留存。通过 PC 端模型视图追踪功能，打印质量、安全整改通知单，分析梳理质量问题发生及整改过程，有针对性地采取防范措施，提高工程质量。

2）进度管理。对于不同的流水施工段，按相关工序详细划分，例如：土方开挖、钢筋绑扎、模板支设、混凝土浇筑工序，落实到相关的现场负责人手机端，将现场实际施工进度及时回传，利用平台自动比对实际进度与计划进度的偏差，采取措施调整现场施工进度计划，提高项目管理效率。

3）构件运输管理。在 BIM 模型中，每个钢构件及预制构件都设有独立的二维码，包含构件名称、材质、尺寸、位置、施工工艺等信息。利用物联网、大数据、BIM 技术，实现了构件厂家从制作、运输到安装的全过程管理。

4）施工安全管理系统。利用信息平台，安全人员每天将巡查现场发现的安全隐患，及时拍照上传，由项目经理指定相关管理人员及时落实整改。同时平台有安全资料云库，便于管理人员随时查阅学习安全规范和政府主管部门、公司相关安全规定。

定期利用无人机拍摄施工现场全貌，通过现场全景照片及时掌握现场安全文明管理现状及施工进度，从而减轻现场管理人员的工作强度，对施工管理起到辅助监督作用，公司管理人员也可通过平台网页端或二维码扫描 VR 实时查看工地最新动态与项目信息。

5）智慧工地的实施。基于该平台，可实现会议纪要、工程变更与签证、工程旬、月、季报等重要文档的留存、网上审批、流转，实现无纸化办公，提高远程办公效率。

基于 BIM 技术的信息化管理模式是未来建筑业发展的必然趋势和方向，通过有效的信息上传下达，实现了远程化施工管理的目标。

在本项目中，由于应用了 BIM 技术，不但提高了施工效率和施工质量，有效地防范了施工安全风险，从而提高了工程效益，实现了绿色施工科技管理的目的。

济南市长清区四馆工程成功应用建筑业 10 项新技术，收到了显著的经济效益和社会效益，各项经济指标都创出了公司历史上的最好成绩，施工速度大大加快，为评选省、市精品工程打下了坚实的基础。新技术在济南市长清区四馆工程的应用，经测算节约了工程成本造价达 280 万元，并为企业赢得了良好的社会信誉。建筑业 10 项新技术的实施对全公司整体施工技术的进步起到了先导辐射作用，带动了一大批工程采用了新技术、新工艺，使公司施工技术水平得到了整体提高。本工程在实践过程中，完成了施工技术研究两项，总结了 5 项先进的施工工法，编制了实用新型专利 3 项，提高了企业的科技含量，该工程从开工到竣工验收仅用 14 个月的时间，圆满地完成了施工任务，工程质量经济南市质量监督站核验为优良工程。

3 结语

本文通过对大型公共建筑的施工实践，注重新技术、新材料、新工艺的结合，应用总承包管理的施工优势，引入了智慧化管理技术，尤其在桩基施工、外墙保温、绿色施工等方面，突出了绿色建造、装配式、BIM 信息化应用等内容，强调了技术的可靠性与先进性，但在新技术的全面综合应用方面还有待深入探索与研究，为今后类似的工程施工提供有益的借鉴意义。Q