浅析桩基础节能减排创新技术应用*

刘艳刚

(中铁十二局集团建筑安装工程有限公司 太原 030000)

目前结合我国建筑行业的发展状态来看,生产方式以及技术体系存在不同程度的环境污染问题,尤其建筑工程周期较长,资源消耗量较大,若未能制定科学的施工管理体系,必然会导致资源浪费以及环境污染,因此落实节能减排建设是新时期建筑工程发展的核心任务。

建筑桩基础的施工对于建筑工程的影响较大,在落实节能减排的过程中,还需要维护原有桩基础的综合质量,满足各方的发展需求。笔者以此为依托,结合经验总结以及理论分析,提出了以现代信息技术为主体进行桩基础节能减排的施工规划方案,以期能够为相关工程的开展提供参考。

1 建筑桩基础绿色施工概况

1.1 BIM 技术

BIM 技术是建立在信息共享的基础上,并打造的新型建筑施工管理体系,最初应用在建筑工程的设计领域。

而随着新时期技术体系的不断发展和创新,生态文明思想的贯彻落实,也推动了该项技术的发展,比如以节能环保为依托打造的BIM 施工方案,更强调围绕着施工的各个环节进行全生命周期管理,从所有的施工设备、材料、方案等领域,通过信息提取、更新、分析、评估,可以将工程施工期间的资源消耗、环境问题分析、能耗模拟、视线模拟、碰撞计算等来作为工程节能减排的主要依据[1]。

这种方式可以让建筑桩基础施工的各项细节更加清晰,确保每一个环节的开展都可以服务于节能减排政策和相关规定,从而提升工程的生态效益。

1.2 绿色施工

绿色施工是当前建筑工程施工体系中的重要组成部分,主要是在满足建筑结构以及质量安全的需求下,通过生态手段以及新型的科技手段,减少施工期间对周边环境造成的影响,降低施工期间不必要的资源浪费发生概率,其核心逻辑如图1所示。

图1 绿色施工逻辑

通过现有的技术体系进行施工管理,打造管理手段与技术方法相融合的施工管控方案,坚持提升工程地生态效益,确保所有的技术选择以及材料应用都可以满足节能环保的需求。

2 建筑桩基础绿色施工中节能减排技术的应用体现

笔者主要以BIM 技术作为切入点,配合其他的节能减排施工技术体系,进一步提升建筑工程的整体效益,确保能够满足各方主体的实际需求。

2.1 可视化设计

在建筑桩基础施工前期,需要通过BIM 技术进行施工过程可视化模拟,主要了解施工的整体方案,掌握其中的各项参数,通过大数据技术构建可视化模型,模型用于桩基础施工碰撞检查、细节分析、施工任务分配以及各个班组的人员调整,能够了解工程的实际进展,也可以作为资源使用和优化的依据。

2.2 工程冲突检查

桩基础施工是整体工程最为关键的环节,为了提升施工的质量,需要考虑桩基础施工与其他环节之间是否存在冲突。尤其在路桥工程领域,桩基础施工对于周边地质环境产生的影响较大,在冲突检查方面还会涉及人工建筑与周边自然环境之间的冲突和检查,比如与周边水文环境、地质结构之间的冲突检查,其结果可以为工程优化提供参考,避免施工规划,造成环境破坏或环境污染。

2.3 实现能源的优化利用

在现阶段的技术手段下,BIM 技术已经可以结合建筑工程的施工规划构建信息模型,其中会包含多种类型的能量控制元素,这就实现了通过信息技术手段实现能源控制的目的。系统会结合工程建造的整体规模、不同工序、不同结构的施工需求等因素进行分析,得到最终消耗的能源数值。在综合可利用能源以及不可利用能源进行有机分配,在施工期间可以减少能源浪费,更可以促使既有能源合理分配,从而实现节能减排的效果。

2.4 实现资源节约

2.4.1 可以实现土地资源的优化

在建筑桩基础施工规划的过程中,可以通过针对现有建设用地的使用情况进行规划,针对工程可能导致的污染场地和废弃场所进行特殊处理,确保所有指标能够满足后续的施工需求。

2.4.2 实现水资源的优化

桩基础施工涉及大量用水,比如钻孔灌注桩需要利用泥浆护壁的方式进行施工,在工程开展的过程中,可以通过信息技术模拟不同设备、不同施工工序、不同流程所消耗的用水量[2]。并将生活用水、施工用水划分成不同的类型,使用专业软件进行给水量和用水量的调节,能够最大限度上避免水资源浪费。

2.4.3 实现材料的节约

通过BIM 技术能够准确无误地设计施工模型,尤其可以通过前期的地质勘查,了解周边地质结构的实际信息,计算桩基础施工的具体难度。其结果将作为材料准备、设备优化等各项施工的依据,从而减少由于生产或运输导致的材料损失,也可以结合具体的施工配比需求筛选材原材料的类型,避免不必要的材料采购和租赁,从而节省资源。

3 绿色施工在建筑桩基础工程中的应用案例分析

为了进一步提升文章论述的科学性和有效性,笔者在具体案例的基础上展开论述。

3.1 工程概况分析

某工程为地铁工程,在施工的过程中涉及桩基础施工,基坑最大开挖深度达到了18.2 m,整体桩基础采取预制复合桩配合内支撑的方式进行施工,实际的施工流程见图2。

图2 建筑桩基础施工流程

经过前期的地质勘查以及各项文件资料的整合,发现该车站的桩基础施工涉及黄土、粉质粘土、粉土、卵石等复杂的地质结构以及相关参数,如表1 所示。同时该区域有较为明显的地下水,地下水位较高,主要为孔隙潜水和承压水。

表1 土层参数

由于工程整体规模较大,为了进一步提升施工质量,同时减少对周边环境产生的影响,在施工期间要坚持落实好安全文明施工,并且着重针对节能减排施工理念进行分析,构建节能环保型的工程体系。通过各方主体的商讨以及相关案例分析,拟定利用BIM 技术作为工程绿色施工辅助技术。

3.2 BIM 技术在绿色施工中的应用切入点

3.2.1 建立施工模型

通过前期施工方案的分析提取其中的各项参数,利用BIM 技术配合软件平台打造工程可视化模型,采用Revit软件对整体工程进行建模,然后通过软件自带功能导入Navisworks Manage进行分析,形成了整体桩基础的可视化结构,有助于分析不同模块的施工细节,减少重复性施工、施工修整、临时更改的概率,减少材料和能源浪费[3]。

3.2.2 进行施工过程模拟

本工程采用复合桩施工,施工期间需要使用大扭矩长螺旋钻机,为减少不必要的资源以及能源损失,在前期通过施工模拟的方式,模拟了钻井以及桩基础施工过程,确定前期设计的施工方案可行。在这一环节,该工程还新增了绿色施工技术体系,其主要优势如下:①工程施工采取无泥钻孔施工技术,能够减少钻孔施工过程中产生的泥浆,同时也可以降低泥浆对周边环境产生的污染,也会大大降低用水量。②水泥浆选择预混合浆,其整体性能优于现有水泥浆,由于施工过程中并不会产生废浆,水泥的用量缩减到传统施工工艺的3/4左右,进一步缩减了材料消耗量。③在钻孔施工的过程中,起重机将桩下放到钻孔之后,利用震动锤以及自重将水泥桩下放到适量的高度。这种方式可以减少桩头的混凝土用量,也可以进一步避免不必要的噪声污染,减少废料的产生。以上通过BIM 技术进行施工模拟检测,确定了对周边环境产生的影响较小,可以达成绿色施工的目的。

3.2.3 进行施工进度模拟

通过BIM 技术配合4D 进度配置模拟,在可视化的状态下,针对工程开发的实际情况进行进度分析。着重链接工程的计划文件以及3D 模型,分析不同工序的施工时间以及可能遇到的困难。重新进行施工班组以及各项设备的配置,并且初步探查施工进度表,针对其中可能花费较长时间的施工工序进行优化,并且由专业人员进行施工过程管理。这一过程能够遇见一部分可能出现的问题,并且为施工现场配备专业的材料和设备,在问题出现时可以快速进行优化,避免长时间的搁置延长施工进度,也就避免了人工费用、设备费用以及由于木工导致的材料消耗费用的出现[4],也从本质上避免了反攻等问题的发生,从一定程度上提升了施工流畅程度。

3.2.4 节能减排效益分析

建立在BIM 技术的基础上,进行了工程过程模拟和优化,建立在既定施工方案的基础上,进行了绿色施工效益的分析。其结果表明,通过BIM 打造绿色施工体系,可以减少建筑桩基础施工期间的故障发生概率,复合桩经过质量检查之后,合格率高达100%;在工程施工期间节省了大量的建筑材料和传统施工工艺相比,混凝土用量减少了约1 000 m3,桩头破除费用减少了3万元左右;通过施工工序和班组的优化配置,缩短施工周期,达到了传统施工工艺的2/3左右,避免了额外的成本支出。

3.3 绿色施工现场管控方案

建立在BIM 技术的基础上进行节能减排管理,是发挥信息技术价值的重要手段,同时施工现场的复杂程度较高,还需要制定全方位的施工现场绿色管控体系,有助于提升工程项目的生态效益。

3.3.1 环境保护控制措施

工程施工期间,了解项目产生噪声的主要来源,及时监测施工现场的噪声指数,通过控制现场车速,降低噪声对周边环境产生的影响,采用新型的旋挖钻机,由于其性能较好,施工期间的噪声较弱。施工期间产生的一系列废水废渣以及泥浆,在工程现场设置污水排放池、废渣堆放场地、泥浆排放池,统一进行专业处理之后才可以排放,或者作为二次利用的材料。施工期间产生的粉尘主要利用雾炮机、洒水车进行控制,工程周边安置防护栏,避免大规模的粉尘扩散;周边安装附壁式降尘喷雾装置,能够最大限度降低粉尘污染;施工现场的所有裸露土地进行日常洒水处理和硬化处理,减少施工扬尘的出现。

3.3.2 资源节约及使用措施

项目设计了自动喷淋洗车系统、排水系统、沉淀池、排水与回水沟,降水井以及现场抽排水系统也设计了三级沉淀池[5],所有的工业废水以及污水,通过分流处理之后进行回收,或者排放到市政污水管道。项目中针对16 mm 以上的钢筋进行焊接时,采用直螺纹套筒进行连接,最大程度上减少电焊产生的废气和光污染。工程的一系列材料和设备均使用国家乃至行业推荐的节能高效设备;需要长时间运转的机械或者系统采取变频技术进行能源控制。施工期间使用了高强钢筋,能够提升结构性能,也可以减少资源消耗,避免了不必要的钢筋加强措施。施工用地地保护将重点放置在不同区域的划分方面,合理安排不同空间的功能,建立配套设施,减少土地浪费。

3.3.3 绿色施工技术优化措施

工程施工期间建立了绿色施工专项小组,结合不同的施工内容以及施工项目,制定专项绿色施工方案,通过全过程组织管理,确定施工顺序、施工模式、施工措施,全过程避免污染的出现。本工程的立柱桩基础施工,主要利用灌注桩和立柱桩相结合的方式进行施工,能够减少不必要的资源浪费。

3.3.4 综合管理控制措施

项目施工期间进行全过程的动态管控,所有的施工环节都需要进行拍照验收、专人验收才可以执行下一道工序;建立了严格的验收系统,每一步完成之后需要进行自检,每周需要进行一次项目,全流程周检,第三方监管局的专业人员需要到场进行细节评估。

本项目设置了安置环保部,着重针对施工期间产生的一系列安全文明细节进行专门管理,并且做好施工人员、基层负责人、主要管理人员的技术交底和培训,全面提升人员团队的安全文明意识。结合施工的具体要求以及人员要求,施工现场设置了休息区、固定厕所、食堂、饮水处、吸烟处,每日由专人进行消毒、清扫,避免人为行为导致的环境污染和资源浪费。

综上所述,建筑工程施工体系较为复杂,尤其桩基础施工的要求较多,在施工的过程中坚持将节能减排作为施工原则,需要在保证安全和质量的前提下,打造多元化的节能减排体系。其中,BIM 技术对于绿色施工方案的制定有多项促进作用,在此基础上还需要通过人工管理打造多元化节能减排方案,不仅可以提升工程地生态效益,而且可以为我国新时期绿色城市建设奠定基础。