BIM技術在高層建筑的底板和基礎施工中的應用

張國真，陳一鵬

（廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司 廣州 510500）

0 引言

BIM技術的發(fā)展從開始的簡單展示模型階段，經過長時間的的演進與蛻變，以及行業(yè)的整體推進和響應政府的號召以及基于政策的紅利，近年正向發(fā)展趨勢明顯。BIM技術的應用價值體現(xiàn)在工程集成化管理中，已經成為國際上工程管理的潮流，基于BIM技術將各個參建方集合一起，通過一套標準，一組模型，一個平臺，圍繞項目的全生命周期，采用BIM技術進行規(guī)劃、設計、施工、維護、運營和維護管理，給參建各方帶來了良好的經濟效益［1］。

目前我國的建筑業(yè)BIM應用已經從提倡進入了真正的實施應用階段，并形成了一定的應用規(guī)模，例如BIM技術在建造或施工階段的應用得到了廣而精的普及，同時基于BIM技術的應用研究拓展了其本身以外的價值，如云計算、物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)等先進的數(shù)字技術，為建造階段提供實時的建造數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對作業(yè)方式和項目管理的變革。

1 傳統(tǒng)基礎底板施工分析

在建筑業(yè)信息化、工業(yè)化的趨勢下，數(shù)字技術以及信息技術，物聯(lián)網技術在施工建造階段得到了廣泛的應用，而對于傳統(tǒng)的建筑業(yè)施工來說，BIM技術的蓬勃發(fā)展必定會對部分的傳統(tǒng)工藝工序帶來不一樣的管理思路。

民用建筑基礎地板的作業(yè)程序以及施工方案一直都是以大量投入人力為主，缺少數(shù)字化、智能化、信息化的管理手段。

傳統(tǒng)的基礎地板施工關鍵技術步驟有：

①施工準備：技術準備?施工設備準備?材料準備?場地現(xiàn)場布置?施工前準備?環(huán)境影響準備［2］；

②施工安排：工期安排?人員組織安排；

③主要施工方法：施工段劃分?施工放樣?前期施工實施?鋼筋工程?模板工程?混凝土工程；

④應急預案：成立應急預案小組?應急預案物資準備?交通措施準備?停電防雨措施?溫度應急預案。

此外還涉及各個分項的安全，質量的控制，主控項目的檢驗，安全文明施工，工程量統(tǒng)計等等。

面對如此復雜繁瑣的基礎底板施工，其中所要涵蓋的標準、工序、方法都需要龐大的數(shù)據(jù)來支撐，也需要各種技術交底，以及施工的部署安排；人員組織、施工管理都相當復雜繁瑣。

基礎底板施工涉及多專業(yè)多、多勞動量大、施工時間長、維修要求高、防水工作大、施工質量控制難度大，部分工程也會出現(xiàn)工作面緊張等問題，限于前期準備工作的數(shù)據(jù)不能直觀及時有效地傳遞給施工作業(yè)人員，亦或者是施工中方案的不科學，以及過程中的質量監(jiān)控數(shù)據(jù)反饋不及時等等問題導致傳統(tǒng)的基礎底板施工對于以上的重難點，通常都難以面面俱到，例如施工段劃分不合理，大體積混凝土澆筑方法欠佳，澆搗混凝土順序有誤，場地狹小安排泵送機械位置不合理，場地平面布置不合理，工程量的統(tǒng)計不準確，混凝土溫控指標控制流于表面，養(yǎng)護不及時等等問題［3］。

2 BIM技術在基礎底板施工應用優(yōu)勢

運用BIM技術的可視化、協(xié)同性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性的特點，輔助對本項目的地板施工，主要有以下體現(xiàn)［4］：

⑴通過BIM可視化的特點，清晰地向管理人員以及作業(yè)人員傳遞項目信息以及設計意圖；

⑵通過BIM數(shù)據(jù)模型，導出施工中所需的混凝土等材料工程量，向采購部與管理人員提供精準的項目數(shù)據(jù)；

⑶以BIM模型為依托，對場地進行預布置，快速統(tǒng)計場地所需的場布措施工程量，并且以宏觀視角合理利用有限的施工場地［5］；

⑷通過BIM進度模擬調整并展示施工的流水段施工順序；輔助項目人、料、機等安排決策。

3 BIM技術在基礎底板施工中的具體實施

3.1 實例概況

某項目位于廣州市海珠區(qū)琶洲西區(qū)，建筑面積16萬m2；地面建筑60層，13萬m2；地下5層，3萬m2。地下室使用地下連續(xù)墻施工方案，本工程基礎底板標高為-22.900 m，底板厚度為850 mm、1 000 mm兩種，并采用永久巖石錨桿；基礎分為塔樓范圍的灌注樁，其余為筏板基礎（見圖1）。

圖1 項目基坑航拍Fig.1 Aerial of Foundation Pit

3.2 前期準備

以總承包方的BIM應用為例，BIM前期策劃具體如下：

⑴組建BIM實施團隊

根據(jù)項目部管理架構，制定BIM中心團隊，對接現(xiàn)場管理各部門（見圖2）。

圖2 項目BIM應用組織架構Fig.2 Project BIM Application Organization Structure

BIM策劃方案編寫，結合本項目BIM應用目標以及項目的重難點、質量、安全、文明施工、綠色施工等要求，編寫項目級的BIM實施方案；同時制定多專業(yè)的BIM管理制度，規(guī)范BIM成果的提交要求。

⑵確定BIM模型標準

制定項目統(tǒng)一模型樣板，并制定各項規(guī)定，包括系統(tǒng)配色要求、模型的精度、模型的命名規(guī)則、模型的編碼、以及對應的協(xié)同平臺、各專業(yè)的提資要求等［6］。

⑶過程控制

由項目總工程師牽頭，BIM咨詢單位制定過程管控方案，將BIM技術與現(xiàn)場管理結合，通過BIM技術協(xié)助現(xiàn)場工作，為項目重點難點提前出解決方案。

3.3 應用過程

3.3.1 圖紙校核在施工圖紙會審階段，利用BIM技術進行各專業(yè)審核校對，提前發(fā)現(xiàn)圖紙問題，節(jié)約施工成本。

3.3.2 模型深化或創(chuàng)建

為項目創(chuàng)建底板的土建與機電模型，并基于BIM平臺合并所有專業(yè)，為項目提供深化設計成果（見圖3）。

圖3 項目底板BIM模型Fig.3 BIM Model of Project Floor

3.3.3 深化設計及分析

⑴技術碰撞

影響系統(tǒng)效率的因素主要有:開關損耗、控制電路功率損耗、電容ESR損耗、電感磁芯損耗和線圈損耗、電路板線上損耗輔助電源損耗等[10-11]?？刹扇∫韵路椒ㄌ岣咦儞Q器效率:

基于BIM的多專業(yè)碰撞檢測，解決了底板預埋管道、復雜節(jié)點施工指導。模擬大型機械施工所需工作面，解決底板施工的材料堆放指導和機械進場路線規(guī)劃，為項目提供了實用高效的實施方案［7］。

⑵鋼管混凝土柱深化

地下室共5層，布置24根鋼管混凝土柱，截面尺寸為P1 100×16～P2 000×50，核心筒地下2層起局部布置H型鋼骨柱，截面尺寸為H600×600×50×50，鋼材材質均為Q345B。

內埋式鋼管混凝土柱，與人工挖孔灌注樁連接部位，鋼筋密集，數(shù)量眾多，并單根鋼管混凝土樁承臺的澆筑分3次澆筑，為本項目的重要節(jié)點之一，通過BIM可視化節(jié)點的交底，明確此處節(jié)點的鋼筋構造，以及預留螺栓的鏈接（見圖4）。

圖4 鋼管柱連接示意圖Fig.4 Schematic Diagram of Steel Pipe Column Connection

3.3.4 工程量統(tǒng)計［8］

項目基礎底板施工過程中，根據(jù)實際進度計劃提供工程量，為項目提供過程資料指導，為項目的人、料、機的周計劃和月計劃提供重要參考依據(jù)（見圖5）。

圖5 預留預埋構件工程量統(tǒng)計Fig.5 Quantity Statistics of Reserved and Embedded Components

3.3.5 工期模擬

圖6 項目4D模擬示意圖Fig.6 Schematic Diagram of Project 4D Simulation

3.3.6 BIM出圖輔助施工

本項目底板屬于大體積混凝土，為了解決好各專業(yè)不發(fā)生碰撞，BIM團隊把項目底板涉及各專業(yè)內容匯總在一起，形成底板綜合圖。其中包含了墻柱位置、人防機電、預埋預留等，通過三維直觀表達，防止項目二維圖紙表達不周導致理解有誤，保障項目實施的準確性

4 BIM項目管理平臺實施過程

4.1 平臺總體展示

本項目引入BIM+智慧工地決策管理平臺，基于BIM模型的項目管理為本地區(qū)的智慧建造提供項目樣板，如圖7所示。

圖7 數(shù)字項目平臺功能產品Fig.7 Functional Products of Digital Project Platform

4.2 數(shù)字工地

本項目全面引入智慧工地應用（見圖8），在項目勞務管理、綠色環(huán)境監(jiān)控、重點部位監(jiān)測數(shù)據(jù)呈現(xiàn)、現(xiàn)場視頻監(jiān)控、塔吊監(jiān)控、施工電梯監(jiān)控等模塊深入應用，項目管理過程中大部分數(shù)據(jù)實現(xiàn)自動化管理，為項目施工過程提供相關數(shù)據(jù)，輔助項目管理決策［9］。

圖8 數(shù)字工地界面Fig.8 Digital Foundation Interface

4.3 生產管理

基于BIM技術的項目生產管理，集成項目進度計劃、人員安排、材料進場、機械使用等模塊資料，在項目實施過程中提供實時數(shù)據(jù)，為項目的生產管理提供有效的數(shù)據(jù)支持，在項目例會中實現(xiàn)了無紙化，包括項目圖紙、報告文件等相關資料全部從平臺上調用，通過手機等終端設備也能夠隨時查閱，大大方便了項目管理人員，提高管理效率（見圖9）。

圖9 數(shù)字項目平臺生產模塊Fig.9 Production Module of Digital Project Platform

4.4 質量管理

在基礎板施工中，采用BIM項目管理平臺（以下簡稱BIM平臺）規(guī)范工程建設管理過程中的質量控制體系，控制工程各工序的投入產出；并結合移動數(shù)據(jù)采集工具，確保質量管理有事前策劃、事中控制、事后評價。施工管理人員將日常施工質量檢查資料進行登記上傳，如各種施工記錄、鋼筋綁扎臺賬、混凝土養(yǎng)護記錄等，確保系統(tǒng)在施工過程中對資料進行統(tǒng)一管理和參考，并通過項目看板為決策提供實時數(shù)據(jù)，協(xié)助和支持項目現(xiàn)場施工質量管理。

5 結論

利用數(shù)字化、信息化、可視化、可模擬化的數(shù)字技術輔助施工能夠更加清晰、明確地解決基礎及底板施工中復雜節(jié)點的不清晰，施工難、部署難的問題。

用數(shù)字化管理平臺，在質量、安全、生產、進度的管控上，實時的收集相關數(shù)據(jù)，與對應的計劃進度，質量目標，生產目標、安全標準等相關指標與標準進行對比和分析，更好地更精確更快地完成施工的目標［10］。