基于BIM的医院直加室混凝土施工应用

晋兆丰 李长江 余江川 袁文俊 胥悦

以成都新津人民医院项目直线加速室为例，介绍基于BIM技术的医院直加室混凝土施工应用，重点阐述施工过程中基于BIM的支模架体系、大体积混凝土温控措施、施工缝预留等应用。保证支模体系安全、预防混凝土开裂，施工缝的合理选取，提前建模分析，减少方案瑕疵，规避施工质量缺陷。本项目直线加速室四周结构的钢筋及管线排布密集复杂，按设计要求均需预留施工，不允许成型后钻孔，也不允许出现穿透性的施工缝。直加室作为重要的医用设备间在常规建筑施工中较为少见，该技术的应用对今后医院项目的直加室施工起到参考借鉴作用。

BIM技术； 直加室； 支模架； 施工缝； 大体积混凝土

TU741.3 B

［定稿日期］2022-12-01

［作者简介］晋兆丰（1991—），男，硕士，工程师，主要从事BIM相关工作；李长江（1994—），男，本科，主要从事BIM相关工作；余江川（1991—），男，本科，助理工程师，主要从事BIM相关工作；袁文俊（1990—），男，硕士，工程师，主要从事技术管理工作；胥悦（1985—），男，本科，高级工程师，主要从事技术、质理、安全等管理工作。

直加室是放置医用电子直线加速器的特殊医用功能性房间。直线加速器能产生高能X射线以及高能电子线，具有较强辐射性质，长期接触或接触辐射过量都会对人体产生伤害，辐射以光波、电磁波的形式向外传播，对混凝土密实性，成型质量施工提出了新要求。本工程直线加速室混凝土厚度在竖向及顶板重点防护位置超过3 m厚，最薄处混凝土厚度1.3 m。通过BIM建模对直加室施工的前、中、后期进行施工的三维推演，模拟混凝土施工重难点并对BIM云平台进行数据统计。施工前期的重点问题梳理归类解决，施工中通过三维模型以及云平台记录主控信息，对施工过程进行管控和推演，土建施工后期对医疗设备维护、后续升级改造以及运营检修提供模型和过程数据支撑。

1 工程概况

新津人民医院项目直线加速室位于地下室负1层长15.86 m、宽13 m，占地面积203.18 m2。竖向混凝土墙后度1.3～3.0 m不等，结构净高5.13 m，顶板厚1.9～3.1 m不等。直加室混凝土总浇筑量约1 300 m3，为保障工程相关质量要求，在施工前对支模架体系、施工缝定位、混凝土温度控制、后期养护等作出了严谨的技术方案要求，确保满足使用要求。

2 施工技术难点

针对医院直加室超高超厚的结构特点，梳理出混凝土施工前支模体系、大体积混凝土控温、施工缝预留等技术难点。

2.1 支模体系受力大

本项目支模架采用重型承插型盘扣式钢管支架，立管为Q345A-60×3.2，横杆采用Q235B-48×2.5，斜拉杆采用Q235B-33×2.3，底托采用Q235B-48×6.5×460，顶托采用Q235B-48×6.5×460。立杆间距大面积按600 mm×600 mm，局部位置按600 mm×300 mm、300 mm×300 mm布置。水平剪刀撑在搭设时需在水平杆第一步设置一道、顶层设置一道，中间自下往上设置间距4跨设置一道，夹角为45°～60°［1］。支模架每2 m设置一层水平兜网。支承立杆上下部分别设置上顶托、下顶托，下顶托用于调平立杆，上顶托调节立杆与顶部模板之间的间隙，在施工时顶托的外露长度≤300 mm。在支撑体系四周有已浇筑墙柱时，采用钢管抱箍、拉结对现有支模体系行成固结点加强架体稳定性。四周若有其他架体的，采用构件钢管与四周架体行成拉结。对于侧向模板受混凝土冲击力较大位置设置侧向斜撑，角度为45°～60°。顶板净高大于5 m属于高支模的大体积混凝土，且顶板厚度达到3.1 m，挡墙厚度达到3.0 m，支模架的受力远超常规建筑支模体系受力。架体在满足竖向受力的同时还需拥有足够的侧向刚度，为满足受力要求，直加室支模架方案间距远小于常规支模架间距，使得架体必须一次性成型，这对架体搭设和施工过程监督检查提出了更高层次的要求。由支模体系的特殊性以及方案的复杂性，除对操作工人反复交底、实时沟通、全过程监督及时纠偏，对施工管理的要求也更高（图1）。

2.2 大体积混凝温控难

该工程大体积混凝土基础边长>20 m、厚度>1 m、体积>400 m3，墙体厚度为1.3～3.2 m，总混凝土浇筑总混凝土用量约1 300 m3，单次最大混凝土浇筑量约为800 m3。竖向最大高差为8.35 m。混凝土浇筑后在凝结期会产生大量水化热，参照硅酸盐水泥水化热集中在浇筑后1～3 d放热量约为总放热量50%，7 d为75%的理论基础，混凝土拌制时温度不大于20 ℃，浇筑前监测混凝土入模温度不大于25 ℃，浇筑后监测混凝内部土与混凝土外表面≤25 ℃，严格执行养护过程中的测温工作，最大混凝土降温速率≤2 ℃/d，且连续4 h降温速度不超过1 ℃。浇筑时间预计为11月、12月，历史平均温度为6～21 ℃。

由于环境温度较低，本项目主要考虑为浇筑后混凝土构件在升温阶段内部水化反应过快，或由于浇筑构件尺寸太大，导致构件内部核心温度过高，与外部低溫环境形成过大温差，引起混凝土内外温差过大，大体积混凝土防开裂，温度控制成为难点［2］。本地区冬季最大风速20 m/s、空气湿度70%～80%、风向为西北风且较为干燥，大风天气会引起混凝土构件外露部分温度流失过快，在混凝土水化反应前期内外温差过大易导致混凝土开裂，严重降低混凝土质量，且不能满足直加室防辐射要求。

2.3 施工缝预留困难

直加室钢筋密集竖向钢筋、横向钢筋均采用C22@100的形式，加强位置采用多排C22@100钢筋水平、竖向相同排列形式，墙体钢筋竖向密集位置可达7排。密集分布的钢筋对施工作业造成困难，支模架体的复杂性，对直加室施工缝的布置也带来了挑战。由于施工缝必须采用防辐射形式以及构件的大截面尺寸，所以相对常规施工缝预留，工程需要综合考虑繁琐施工工序、不同厚度位置的变尺寸加固、双向坡斜的机电预留通道、错开钢筋加密位置等限制条件，且必须满足防辐射设计要求，极大影响了预先判断，增加了施工难度。

3 基于BIM技术的施工重难点解决对策

3.1 基于BIM技术的支模架交底

首先创建支模体系的三维模型，将图纸和方案转换为模型的过程中，可以发现二维图纸和方案文字难以描述全面的问题，通过对支模架体系高精度建模，能在最短时间内使所有不同知识基础的参会人员理解方案内容。通过三维模型对支模架方案进行讨论，在方案讨论的时候通过三维模型的直观展示效果，把方案的重难点快速直观的展现出来（图2）。

通过已建立的模型，可以通过BIM软件计算分析受力参数，找到受力薄弱位置加强架体布置，优化支模架布置形式，辅助支模架材料的选择，提前计算出精准的材料用量，精确支模架变形监测点的分布。项目BIM部门以模型、数据、受力分析、空间布局、型材受力及选择、预估精准材料用量、变形点监测等多个方面为方案的制定与选择提供数据支撑。

安全、质量、材料、技术等部门在模型平台可以通过已建立的模型，快速发现属于各自职责范围内需考虑的重点问题，然后BIM技术人员依据各专业的要求，动态联动，优化模型，修改后的模型可以实时同步至云平台。施工现场管理中，各部门人员可以利用云平台型通过手机端、平板电脑、电脑端、网址链接、二维码扫码等多种形式查看BIM轻量化模成果。有效控制方案的各专业协同风险，缩短方案编制周期，有效避免架体二次返工、方案缺陷、节点位置考虑不足、交底不明确、被交底人思维不一致、方案二次修改二次交底流程复杂等实际问题提高项目整体管理水平。

3.2 大体积混凝土云端辅助应用

通过BIM模型地进行混凝土量计算，预设优化测温点数量及布置点位，在混凝土浇筑后将测温数据上传BIM云平台，对测温数据进行收集与对比。应用BIM4D施工模拟技术，对直加室大体积混凝土的浇筑的分层浇筑、浇筑间隔时间、布料机摆动、防辐射后浇带浇筑形式等施工重点做模拟动画，用于混凝土浇筑前的技术交底。

把混凝土模型导入混凝土水化热模拟软件，输入混凝土类型信息以及相关环境信息后，模拟出水化热反应情况，提前找到温度变化较大、水化反应较大、温度差值较大的几种特殊位置，有针对性的制定不同点位的控温措施，提前制定相关解决对策。

测温数据导入云平台可自动生成数据图表，预测未来趋势，合理设置预警温度提前发现温度异常情况，精确定位温度异常点位，提高管控效率，精细管理方式，合理运用技术方法。

3.3 基于BIM技术的施工缝预留

在施工缝预留比选策划期间，创建施工缝阶段模型（图3）。模型包含施工缝、钢筋、模板及支模架、本阶段结构模型，通过模型能直观看到钢筋、模板、支模架、施工缝、机电预留预埋等构件的相对位置，到达快速明确施工缝布局的效果。通过模型对比施工缝在不同高度设置时的情况，可避免施工缝与不同高度机电孔洞碰撞，精准避开竖向钢筋密集位置。在满足施工要求的情况下优化施工缝位置，方便施工缝凿毛，施工缝隙防漏浆措施选用，高支模架体预埋拉杆定位以及对上层模板搭设有利的施工缝预留高度。

通过“先建后施”，打破传统施工过程中对现场作业人员经验的过度依赖，云平台的使用可以使同一技术方案持续应用在不同项目、不同工人、不同管理人员的同类型交底上，避免人脑的记忆完整性风险。同时云平台可以收集施工全过程的图片、图纸、文档、录入信息等多种信息源，可以有效把控施工质量的前、中、后各阶段。

4 结语

随着科学及技术水平的不断提高，建筑行业也在奔跑向前，运用信息化手段可以有效提高工作效率，提高技术价值，实现降本增效的效果。BIM技术经过多年发展，已成为大型项目必备的技术工具之一，合理运用BIM技术融入生产工作，为项目的顺利推进贡献科技的力量。在国家科技兴国，智慧人文城市政策的引領下，做好自己的本职工作，在自己的岗位上运用技术发光发热［3］，直加室作为重要的医用设备间在常规建筑施工中较为少见，将BIM技术应用在医院的直加室混凝土施工中，希望为今后医院直加室施工起到参考借鉴作用。

参考文献

［1］ 乔振伟.高层建筑梁式转换层施工方案优化设计及工程应用［D］.安徽：安徽理工大学，2013：33-34.

［2］ 熊华飞.一次性浇筑厚尺寸承台大体积混凝土温控防裂研究［D］.湖北：武汉理工大学，2013：47-48.

［3］ 徐凯蕾.基于双因素理论的J中烟公司员工激励机制研究［D］.江西：南昌大学，2018：7.