BIM技术在高层建筑的底板和基础施工中的应用

2021-11-25张国真陈一鹏

广东土木与建筑 2021年11期

张国真，陈一鹏

（广东省建筑科学研究院集团股份有限公司广州 510500）

0 引言

BIM技术的发展从开始的简单展示模型阶段，经过长时间的的演进与蜕变，以及行业的整体推进和响应政府的号召以及基于政策的红利，近年正向发展趋势明显。BIM技术的应用价值体现在工程集成化管理中，已经成为国际上工程管理的潮流，基于BIM技术将各个参建方集合一起，通过一套标准，一组模型，一个平台，围绕项目的全生命周期，采用BIM技术进行规划、设计、施工、维护、运营和维护管理，给参建各方带来了良好的经济效益［1］。

目前我国的建筑业BIM应用已经从提倡进入了真正的实施应用阶段，并形成了一定的应用规模，例如BIM技术在建造或施工阶段的应用得到了广而精的普及，同时基于BIM技术的应用研究拓展了其本身以外的价值，如云计算、物联网、大数据等先进的数字技术，为建造阶段提供实时的建造数据，实现对作业方式和项目管理的变革。

1 传统基础底板施工分析

在建筑业信息化、工业化的趋势下，数字技术以及信息技术，物联网技术在施工建造阶段得到了广泛的应用，而对于传统的建筑业施工来说，BIM技术的蓬勃发展必定会对部分的传统工艺工序带来不一样的管理思路。

民用建筑基础地板的作业程序以及施工方案一直都是以大量投入人力为主，缺少数字化、智能化、信息化的管理手段。

传统的基础地板施工关键技术步骤有：

①施工准备：技术准备➝施工设备准备➝材料准备➝场地现场布置➝施工前准备➝环境影响准备［2］；

②施工安排：工期安排➝人员组织安排；

③主要施工方法：施工段划分➝施工放样➝前期施工实施➝钢筋工程➝模板工程➝混凝土工程；

④应急预案：成立应急预案小组➝应急预案物资准备➝交通措施准备➝停电防雨措施➝温度应急预案。

此外还涉及各个分项的安全，质量的控制，主控项目的检验，安全文明施工，工程量统计等等。

面对如此复杂繁琐的基础底板施工，其中所要涵盖的标准、工序、方法都需要庞大的数据来支撑，也需要各种技术交底，以及施工的部署安排；人员组织、施工管理都相当复杂繁琐。

基础底板施工涉及多专业多、多劳动量大、施工时间长、维修要求高、防水工作大、施工质量控制难度大，部分工程也会出现工作面紧张等问题，限于前期准备工作的数据不能直观及时有效地传递给施工作业人员，亦或者是施工中方案的不科学，以及过程中的质量监控数据反馈不及时等等问题导致传统的基础底板施工对于以上的重难点，通常都难以面面俱到，例如施工段划分不合理，大体积混凝土浇筑方法欠佳，浇捣混凝土顺序有误，场地狭小安排泵送机械位置不合理，场地平面布置不合理，工程量的统计不准确，混凝土温控指标控制流于表面，养护不及时等等问题［3］。

2 BIM技术在基础底板施工应用优势

运用BIM技术的可视化、协同性、模拟性、优化性、可出图性的特点，辅助对本项目的地板施工，主要有以下体现［4］：

⑴通过BIM可视化的特点，清晰地向管理人员以及作业人员传递项目信息以及设计意图；

⑵通过BIM数据模型，导出施工中所需的混凝土等材料工程量，向采购部与管理人员提供精准的项目数据；

⑶以BIM模型为依托，对场地进行预布置，快速统计场地所需的场布措施工程量，并且以宏观视角合理利用有限的施工场地［5］；

⑷通过BIM进度模拟调整并展示施工的流水段施工顺序；辅助项目人、料、机等安排决策。

3 BIM技术在基础底板施工中的具体实施

3.1 实例概况

某项目位于广州市海珠区琶洲西区，建筑面积16万m2；地面建筑60层，13万m2；地下5层，3万m2。地下室使用地下连续墙施工方案，本工程基础底板标高为-22.900 m，底板厚度为850 mm、1 000 mm两种，并采用永久岩石锚杆；基础分为塔楼范围的灌注桩，其余为筏板基础（见图1）。

图1 项目基坑航拍Fig.1 Aerial of Foundation Pit

3.2 前期准备

以总承包方的BIM应用为例，BIM前期策划具体如下：

⑴组建BIM实施团队

根据项目部管理架构，制定BIM中心团队，对接现场管理各部门（见图2）。

图2 项目BIM应用组织架构Fig.2 Project BIM Application Organization Structure

BIM策划方案编写，结合本项目BIM应用目标以及项目的重难点、质量、安全、文明施工、绿色施工等要求，编写项目级的BIM实施方案；同时制定多专业的BIM管理制度，规范BIM成果的提交要求。

⑵确定BIM模型标准

制定项目统一模型样板，并制定各项规定，包括系统配色要求、模型的精度、模型的命名规则、模型的编码、以及对应的协同平台、各专业的提资要求等［6］。

⑶过程控制

由项目总工程师牵头，BIM咨询单位制定过程管控方案，将BIM技术与现场管理结合，通过BIM技术协助现场工作，为项目重点难点提前出解决方案。

3.3 应用过程

3.3.1 图纸校核在施工图纸会审阶段，利用BIM技术进行各专业审核校对，提前发现图纸问题，节约施工成本。

3.3.2 模型深化或创建

为项目创建底板的土建与机电模型，并基于BIM平台合并所有专业，为项目提供深化设计成果（见图3）。

图3 项目底板BIM模型Fig.3 BIM Model of Project Floor

3.3.3 深化设计及分析

⑴技术碰撞

影响系统效率的因素主要有:开关损耗、控制电路功率损耗、电容ESR损耗、电感磁芯损耗和线圈损耗、电路板线上损耗辅助电源损耗等[10-11]。可采取以下方法提高变换器效率:

基于BIM的多专业碰撞检测，解决了底板预埋管道、复杂节点施工指导。模拟大型机械施工所需工作面，解决底板施工的材料堆放指导和机械进场路线规划，为项目提供了实用高效的实施方案［7］。

⑵钢管混凝土柱深化

地下室共5层，布置24根钢管混凝土柱，截面尺寸为P1 100×16～P2 000×50，核心筒地下2层起局部布置H型钢骨柱，截面尺寸为H600×600×50×50，钢材材质均为Q345B。

内埋式钢管混凝土柱，与人工挖孔灌注桩连接部位，钢筋密集，数量众多，并单根钢管混凝土桩承台的浇筑分3次浇筑，为本项目的重要节点之一，通过BIM可视化节点的交底，明确此处节点的钢筋构造，以及预留螺栓的链接（见图4）。

图4 钢管柱连接示意图Fig.4 Schematic Diagram of Steel Pipe Column Connection

3.3.4 工程量统计［8］

项目基础底板施工过程中，根据实际进度计划提供工程量，为项目提供过程资料指导，为项目的人、料、机的周计划和月计划提供重要参考依据（见图5）。

图5 预留预埋构件工程量统计Fig.5 Quantity Statistics of Reserved and Embedded Components

3.3.5 工期模拟

图6 项目4D模拟示意图Fig.6 Schematic Diagram of Project 4D Simulation

3.3.6 BIM出图辅助施工

本项目底板属于大体积混凝土，为了解决好各专业不发生碰撞，BIM团队把项目底板涉及各专业内容汇总在一起，形成底板综合图。其中包含了墙柱位置、人防机电、预埋预留等，通过三维直观表达，防止项目二维图纸表达不周导致理解有误，保障项目实施的准确性

4 BIM项目管理平台实施过程

4.1 平台总体展示

本项目引入BIM+智慧工地决策管理平台，基于BIM模型的项目管理为本地区的智慧建造提供项目样板，如图7所示。

图7 数字项目平台功能产品Fig.7 Functional Products of Digital Project Platform

4.2 数字工地

本项目全面引入智慧工地应用（见图8），在项目劳务管理、绿色环境监控、重点部位监测数据呈现、现场视频监控、塔吊监控、施工电梯监控等模块深入应用，项目管理过程中大部分数据实现自动化管理，为项目施工过程提供相关数据，辅助项目管理决策［9］。

图8 数字工地界面Fig.8 Digital Foundation Interface

4.3 生产管理

基于BIM技术的项目生产管理，集成项目进度计划、人员安排、材料进场、机械使用等模块资料，在项目实施过程中提供实时数据，为项目的生产管理提供有效的数据支持，在项目例会中实现了无纸化，包括项目图纸、报告文件等相关资料全部从平台上调用，通过手机等终端设备也能够随时查阅，大大方便了项目管理人员，提高管理效率（见图9）。

图9 数字项目平台生产模块Fig.9 Production Module of Digital Project Platform

4.4 质量管理

在基础板施工中，采用BIM项目管理平台（以下简称BIM平台）规范工程建设管理过程中的质量控制体系，控制工程各工序的投入产出；并结合移动数据采集工具，确保质量管理有事前策划、事中控制、事后评价。施工管理人员将日常施工质量检查资料进行登记上传，如各种施工记录、钢筋绑扎台账、混凝土养护记录等，确保系统在施工过程中对资料进行统一管理和参考，并通过项目看板为决策提供实时数据，协助和支持项目现场施工质量管理。