淺析樁基礎(chǔ)節(jié)能減排創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用*

劉艷剛

(中鐵十二局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司 太原 030000)

目前結(jié)合我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)來(lái)看,生產(chǎn)方式以及技術(shù)體系存在不同程度的環(huán)境污染問(wèn)題,尤其建筑工程周期較長(zhǎng),資源消耗量較大,若未能制定科學(xué)的施工管理體系,必然會(huì)導(dǎo)致資源浪費(fèi)以及環(huán)境污染,因此落實(shí)節(jié)能減排建設(shè)是新時(shí)期建筑工程發(fā)展的核心任務(wù)。

建筑樁基礎(chǔ)的施工對(duì)于建筑工程的影響較大,在落實(shí)節(jié)能減排的過(guò)程中,還需要維護(hù)原有樁基礎(chǔ)的綜合質(zhì)量,滿足各方的發(fā)展需求。筆者以此為依托,結(jié)合經(jīng)驗(yàn)總結(jié)以及理論分析,提出了以現(xiàn)代信息技術(shù)為主體進(jìn)行樁基礎(chǔ)節(jié)能減排的施工規(guī)劃方案,以期能夠?yàn)橄嚓P(guān)工程的開(kāi)展提供參考。

1 建筑樁基礎(chǔ)綠色施工概況

1.1 BIM 技術(shù)

BIM 技術(shù)是建立在信息共享的基礎(chǔ)上,并打造的新型建筑施工管理體系,最初應(yīng)用在建筑工程的設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

而隨著新時(shí)期技術(shù)體系的不斷發(fā)展和創(chuàng)新,生態(tài)文明思想的貫徹落實(shí),也推動(dòng)了該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展,比如以節(jié)能環(huán)保為依托打造的BIM 施工方案,更強(qiáng)調(diào)圍繞著施工的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全生命周期管理,從所有的施工設(shè)備、材料、方案等領(lǐng)域,通過(guò)信息提取、更新、分析、評(píng)估,可以將工程施工期間的資源消耗、環(huán)境問(wèn)題分析、能耗模擬、視線模擬、碰撞計(jì)算等來(lái)作為工程節(jié)能減排的主要依據(jù)[1]。

這種方式可以讓建筑樁基礎(chǔ)施工的各項(xiàng)細(xì)節(jié)更加清晰,確保每一個(gè)環(huán)節(jié)的開(kāi)展都可以服務(wù)于節(jié)能減排政策和相關(guān)規(guī)定,從而提升工程的生態(tài)效益。

1.2 綠色施工

綠色施工是當(dāng)前建筑工程施工體系中的重要組成部分,主要是在滿足建筑結(jié)構(gòu)以及質(zhì)量安全的需求下,通過(guò)生態(tài)手段以及新型的科技手段,減少施工期間對(duì)周邊環(huán)境造成的影響,降低施工期間不必要的資源浪費(fèi)發(fā)生概率,其核心邏輯如圖1所示。

圖1 綠色施工邏輯

通過(guò)現(xiàn)有的技術(shù)體系進(jìn)行施工管理,打造管理手段與技術(shù)方法相融合的施工管控方案,堅(jiān)持提升工程地生態(tài)效益,確保所有的技術(shù)選擇以及材料應(yīng)用都可以滿足節(jié)能環(huán)保的需求。

2 建筑樁基礎(chǔ)綠色施工中節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用體現(xiàn)

筆者主要以BIM 技術(shù)作為切入點(diǎn),配合其他的節(jié)能減排施工技術(shù)體系,進(jìn)一步提升建筑工程的整體效益,確保能夠滿足各方主體的實(shí)際需求。

2.1 可視化設(shè)計(jì)

在建筑樁基礎(chǔ)施工前期,需要通過(guò)BIM 技術(shù)進(jìn)行施工過(guò)程可視化模擬,主要了解施工的整體方案,掌握其中的各項(xiàng)參數(shù),通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)建可視化模型,模型用于樁基礎(chǔ)施工碰撞檢查、細(xì)節(jié)分析、施工任務(wù)分配以及各個(gè)班組的人員調(diào)整,能夠了解工程的實(shí)際進(jìn)展,也可以作為資源使用和優(yōu)化的依據(jù)。

2.2 工程沖突檢查

樁基礎(chǔ)施工是整體工程最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié),為了提升施工的質(zhì)量,需要考慮樁基礎(chǔ)施工與其他環(huán)節(jié)之間是否存在沖突。尤其在路橋工程領(lǐng)域,樁基礎(chǔ)施工對(duì)于周邊地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生的影響較大,在沖突檢查方面還會(huì)涉及人工建筑與周邊自然環(huán)境之間的沖突和檢查,比如與周邊水文環(huán)境、地質(zhì)結(jié)構(gòu)之間的沖突檢查,其結(jié)果可以為工程優(yōu)化提供參考,避免施工規(guī)劃,造成環(huán)境破壞或環(huán)境污染。

2.3 實(shí)現(xiàn)能源的優(yōu)化利用

在現(xiàn)階段的技術(shù)手段下,BIM 技術(shù)已經(jīng)可以結(jié)合建筑工程的施工規(guī)劃構(gòu)建信息模型,其中會(huì)包含多種類型的能量控制元素,這就實(shí)現(xiàn)了通過(guò)信息技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)能源控制的目的。系統(tǒng)會(huì)結(jié)合工程建造的整體規(guī)模、不同工序、不同結(jié)構(gòu)的施工需求等因素進(jìn)行分析,得到最終消耗的能源數(shù)值。在綜合可利用能源以及不可利用能源進(jìn)行有機(jī)分配,在施工期間可以減少能源浪費(fèi),更可以促使既有能源合理分配,從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的效果。

2.4 實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約

2.4.1 可以實(shí)現(xiàn)土地資源的優(yōu)化

在建筑樁基礎(chǔ)施工規(guī)劃的過(guò)程中,可以通過(guò)針對(duì)現(xiàn)有建設(shè)用地的使用情況進(jìn)行規(guī)劃,針對(duì)工程可能導(dǎo)致的污染場(chǎng)地和廢棄場(chǎng)所進(jìn)行特殊處理,確保所有指標(biāo)能夠滿足后續(xù)的施工需求。

2.4.2 實(shí)現(xiàn)水資源的優(yōu)化

樁基礎(chǔ)施工涉及大量用水,比如鉆孔灌注樁需要利用泥漿護(hù)壁的方式進(jìn)行施工,在工程開(kāi)展的過(guò)程中,可以通過(guò)信息技術(shù)模擬不同設(shè)備、不同施工工序、不同流程所消耗的用水量[2]。并將生活用水、施工用水劃分成不同的類型,使用專業(yè)軟件進(jìn)行給水量和用水量的調(diào)節(jié),能夠最大限度上避免水資源浪費(fèi)。

2.4.3 實(shí)現(xiàn)材料的節(jié)約

通過(guò)BIM 技術(shù)能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地設(shè)計(jì)施工模型,尤其可以通過(guò)前期的地質(zhì)勘查,了解周邊地質(zhì)結(jié)構(gòu)的實(shí)際信息,計(jì)算樁基礎(chǔ)施工的具體難度。其結(jié)果將作為材料準(zhǔn)備、設(shè)備優(yōu)化等各項(xiàng)施工的依據(jù),從而減少由于生產(chǎn)或運(yùn)輸導(dǎo)致的材料損失,也可以結(jié)合具體的施工配比需求篩選材原材料的類型,避免不必要的材料采購(gòu)和租賃,從而節(jié)省資源。

3 綠色施工在建筑樁基礎(chǔ)工程中的應(yīng)用案例分析

為了進(jìn)一步提升文章論述的科學(xué)性和有效性,筆者在具體案例的基礎(chǔ)上展開(kāi)論述。

3.1 工程概況分析

某工程為地鐵工程,在施工的過(guò)程中涉及樁基礎(chǔ)施工,基坑最大開(kāi)挖深度達(dá)到了18.2 m,整體樁基礎(chǔ)采取預(yù)制復(fù)合樁配合內(nèi)支撐的方式進(jìn)行施工,實(shí)際的施工流程見(jiàn)圖2。

圖2 建筑樁基礎(chǔ)施工流程

經(jīng)過(guò)前期的地質(zhì)勘查以及各項(xiàng)文件資料的整合,發(fā)現(xiàn)該車站的樁基礎(chǔ)施工涉及黃土、粉質(zhì)粘土、粉土、卵石等復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及相關(guān)參數(shù),如表1 所示。同時(shí)該區(qū)域有較為明顯的地下水,地下水位較高,主要為孔隙潛水和承壓水。

表1 土層參數(shù)

由于工程整體規(guī)模較大,為了進(jìn)一步提升施工質(zhì)量,同時(shí)減少對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生的影響,在施工期間要堅(jiān)持落實(shí)好安全文明施工,并且著重針對(duì)節(jié)能減排施工理念進(jìn)行分析,構(gòu)建節(jié)能環(huán)保型的工程體系。通過(guò)各方主體的商討以及相關(guān)案例分析,擬定利用BIM 技術(shù)作為工程綠色施工輔助技術(shù)。

3.2 BIM 技術(shù)在綠色施工中的應(yīng)用切入點(diǎn)

3.2.1 建立施工模型

通過(guò)前期施工方案的分析提取其中的各項(xiàng)參數(shù),利用BIM 技術(shù)配合軟件平臺(tái)打造工程可視化模型,采用Revit軟件對(duì)整體工程進(jìn)行建模,然后通過(guò)軟件自帶功能導(dǎo)入Navisworks Manage進(jìn)行分析,形成了整體樁基礎(chǔ)的可視化結(jié)構(gòu),有助于分析不同模塊的施工細(xì)節(jié),減少重復(fù)性施工、施工修整、臨時(shí)更改的概率,減少材料和能源浪費(fèi)[3]。

3.2.2 進(jìn)行施工過(guò)程模擬

本工程采用復(fù)合樁施工,施工期間需要使用大扭矩長(zhǎng)螺旋鉆機(jī),為減少不必要的資源以及能源損失,在前期通過(guò)施工模擬的方式,模擬了鉆井以及樁基礎(chǔ)施工過(guò)程,確定前期設(shè)計(jì)的施工方案可行。在這一環(huán)節(jié),該工程還新增了綠色施工技術(shù)體系,其主要優(yōu)勢(shì)如下:①工程施工采取無(wú)泥鉆孔施工技術(shù),能夠減少鉆孔施工過(guò)程中產(chǎn)生的泥漿,同時(shí)也可以降低泥漿對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生的污染,也會(huì)大大降低用水量。②水泥漿選擇預(yù)混合漿,其整體性能優(yōu)于現(xiàn)有水泥漿,由于施工過(guò)程中并不會(huì)產(chǎn)生廢漿,水泥的用量縮減到傳統(tǒng)施工工藝的3/4左右,進(jìn)一步縮減了材料消耗量。③在鉆孔施工的過(guò)程中,起重機(jī)將樁下放到鉆孔之后,利用震動(dòng)錘以及自重將水泥樁下放到適量的高度。這種方式可以減少樁頭的混凝土用量,也可以進(jìn)一步避免不必要的噪聲污染,減少?gòu)U料的產(chǎn)生。以上通過(guò)BIM 技術(shù)進(jìn)行施工模擬檢測(cè),確定了對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生的影響較小,可以達(dá)成綠色施工的目的。

3.2.3 進(jìn)行施工進(jìn)度模擬

通過(guò)BIM 技術(shù)配合4D 進(jìn)度配置模擬,在可視化的狀態(tài)下,針對(duì)工程開(kāi)發(fā)的實(shí)際情況進(jìn)行進(jìn)度分析。著重鏈接工程的計(jì)劃文件以及3D 模型,分析不同工序的施工時(shí)間以及可能遇到的困難。重新進(jìn)行施工班組以及各項(xiàng)設(shè)備的配置,并且初步探查施工進(jìn)度表,針對(duì)其中可能花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間的施工工序進(jìn)行優(yōu)化,并且由專業(yè)人員進(jìn)行施工過(guò)程管理。這一過(guò)程能夠遇見(jiàn)一部分可能出現(xiàn)的問(wèn)題,并且為施工現(xiàn)場(chǎng)配備專業(yè)的材料和設(shè)備,在問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)可以快速進(jìn)行優(yōu)化,避免長(zhǎng)時(shí)間的擱置延長(zhǎng)施工進(jìn)度,也就避免了人工費(fèi)用、設(shè)備費(fèi)用以及由于木工導(dǎo)致的材料消耗費(fèi)用的出現(xiàn)[4],也從本質(zhì)上避免了反攻等問(wèn)題的發(fā)生,從一定程度上提升了施工流暢程度。

3.2.4 節(jié)能減排效益分析

建立在BIM 技術(shù)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了工程過(guò)程模擬和優(yōu)化,建立在既定施工方案的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了綠色施工效益的分析。其結(jié)果表明,通過(guò)BIM 打造綠色施工體系,可以減少建筑樁基礎(chǔ)施工期間的故障發(fā)生概率,復(fù)合樁經(jīng)過(guò)質(zhì)量檢查之后,合格率高達(dá)100%;在工程施工期間節(jié)省了大量的建筑材料和傳統(tǒng)施工工藝相比,混凝土用量減少了約1 000 m3,樁頭破除費(fèi)用減少了3萬(wàn)元左右;通過(guò)施工工序和班組的優(yōu)化配置,縮短施工周期,達(dá)到了傳統(tǒng)施工工藝的2/3左右,避免了額外的成本支出。

3.3 綠色施工現(xiàn)場(chǎng)管控方案

建立在BIM 技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行節(jié)能減排管理,是發(fā)揮信息技術(shù)價(jià)值的重要手段,同時(shí)施工現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜程度較高,還需要制定全方位的施工現(xiàn)場(chǎng)綠色管控體系,有助于提升工程項(xiàng)目的生態(tài)效益。

3.3.1 環(huán)境保護(hù)控制措施

工程施工期間,了解項(xiàng)目產(chǎn)生噪聲的主要來(lái)源,及時(shí)監(jiān)測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)的噪聲指數(shù),通過(guò)控制現(xiàn)場(chǎng)車速,降低噪聲對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生的影響,采用新型的旋挖鉆機(jī),由于其性能較好,施工期間的噪聲較弱。施工期間產(chǎn)生的一系列廢水廢渣以及泥漿,在工程現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置污水排放池、廢渣堆放場(chǎng)地、泥漿排放池,統(tǒng)一進(jìn)行專業(yè)處理之后才可以排放,或者作為二次利用的材料。施工期間產(chǎn)生的粉塵主要利用霧炮機(jī)、灑水車進(jìn)行控制,工程周邊安置防護(hù)欄,避免大規(guī)模的粉塵擴(kuò)散;周邊安裝附壁式降塵噴霧裝置,能夠最大限度降低粉塵污染;施工現(xiàn)場(chǎng)的所有裸露土地進(jìn)行日常灑水處理和硬化處理,減少施工揚(yáng)塵的出現(xiàn)。

3.3.2 資源節(jié)約及使用措施

項(xiàng)目設(shè)計(jì)了自動(dòng)噴淋洗車系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、沉淀池、排水與回水溝,降水井以及現(xiàn)場(chǎng)抽排水系統(tǒng)也設(shè)計(jì)了三級(jí)沉淀池[5],所有的工業(yè)廢水以及污水,通過(guò)分流處理之后進(jìn)行回收,或者排放到市政污水管道。項(xiàng)目中針對(duì)16 mm 以上的鋼筋進(jìn)行焊接時(shí),采用直螺紋套筒進(jìn)行連接,最大程度上減少電焊產(chǎn)生的廢氣和光污染。工程的一系列材料和設(shè)備均使用國(guó)家乃至行業(yè)推薦的節(jié)能高效設(shè)備;需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械或者系統(tǒng)采取變頻技術(shù)進(jìn)行能源控制。施工期間使用了高強(qiáng)鋼筋,能夠提升結(jié)構(gòu)性能,也可以減少資源消耗,避免了不必要的鋼筋加強(qiáng)措施。施工用地地保護(hù)將重點(diǎn)放置在不同區(qū)域的劃分方面,合理安排不同空間的功能,建立配套設(shè)施,減少土地浪費(fèi)。

3.3.3 綠色施工技術(shù)優(yōu)化措施

工程施工期間建立了綠色施工專項(xiàng)小組,結(jié)合不同的施工內(nèi)容以及施工項(xiàng)目,制定專項(xiàng)綠色施工方案,通過(guò)全過(guò)程組織管理,確定施工順序、施工模式、施工措施,全過(guò)程避免污染的出現(xiàn)。本工程的立柱樁基礎(chǔ)施工,主要利用灌注樁和立柱樁相結(jié)合的方式進(jìn)行施工,能夠減少不必要的資源浪費(fèi)。

3.3.4 綜合管理控制措施

項(xiàng)目施工期間進(jìn)行全過(guò)程的動(dòng)態(tài)管控,所有的施工環(huán)節(jié)都需要進(jìn)行拍照驗(yàn)收、專人驗(yàn)收才可以執(zhí)行下一道工序;建立了嚴(yán)格的驗(yàn)收系統(tǒng),每一步完成之后需要進(jìn)行自檢,每周需要進(jìn)行一次項(xiàng)目,全流程周檢,第三方監(jiān)管局的專業(yè)人員需要到場(chǎng)進(jìn)行細(xì)節(jié)評(píng)估。

本項(xiàng)目設(shè)置了安置環(huán)保部,著重針對(duì)施工期間產(chǎn)生的一系列安全文明細(xì)節(jié)進(jìn)行專門(mén)管理,并且做好施工人員、基層負(fù)責(zé)人、主要管理人員的技術(shù)交底和培訓(xùn),全面提升人員團(tuán)隊(duì)的安全文明意識(shí)。結(jié)合施工的具體要求以及人員要求,施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置了休息區(qū)、固定廁所、食堂、飲水處、吸煙處,每日由專人進(jìn)行消毒、清掃,避免人為行為導(dǎo)致的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。

綜上所述,建筑工程施工體系較為復(fù)雜,尤其樁基礎(chǔ)施工的要求較多,在施工的過(guò)程中堅(jiān)持將節(jié)能減排作為施工原則,需要在保證安全和質(zhì)量的前提下,打造多元化的節(jié)能減排體系。其中,BIM 技術(shù)對(duì)于綠色施工方案的制定有多項(xiàng)促進(jìn)作用,在此基礎(chǔ)上還需要通過(guò)人工管理打造多元化節(jié)能減排方案,不僅可以提升工程地生態(tài)效益,而且可以為我國(guó)新時(shí)期綠色城市建設(shè)奠定基礎(chǔ)。