李 毅，周宏偉，陳 宇，康莊道（昆明建設(shè)咨詢監(jiān)理有限公司， 云南 昆明 650228）

0 引 言

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）的提出和發(fā)展對(duì)建筑業(yè)的科技進(jìn)步產(chǎn)生了重大影響。應(yīng)用 BIM 技術(shù)可望大幅度提高建筑工程的集成化和效率，促進(jìn)建筑業(yè)生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，提高投資、設(shè)計(jì)、施工乃至整個(gè)工程生命期的質(zhì)量和效率，提升科學(xué)決策管理水平。在投資方面，有助于業(yè)主提升對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的控制能力和科學(xué)管理水平，提高效率，縮短工期，降低投資風(fēng)險(xiǎn)；在設(shè)計(jì)方面，可以強(qiáng)化設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)，促進(jìn)設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量的提升；在施工方面，支撐工業(yè)化建造和綠色施工，優(yōu)化施工方案，促進(jìn)工程項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，提高工程質(zhì)量，降低成本和安全風(fēng)險(xiǎn)[1]。

在應(yīng)用過程中，結(jié)合工程項(xiàng)目體量大、專業(yè)多、協(xié)調(diào)工作復(fù)雜的特點(diǎn)，可以實(shí)施集標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、協(xié)同流程、針對(duì)性方案以及深化成果于一體的 BIM 技術(shù)深化設(shè)計(jì)模式和管理流程。這樣不但能保證基于 BIM 技術(shù)深化設(shè)計(jì)的有效實(shí)施，而且還能將建設(shè)單位、設(shè)計(jì)、總包和分包等各參與單位的溝通協(xié)作統(tǒng)一在 BIM 模型提供的三維平臺(tái)上進(jìn)行，為項(xiàng)目開創(chuàng)了一種全新的技術(shù)管理模式，提升了項(xiàng)目部的整體管理水平。尤其是在設(shè)計(jì)和施工的銜接方面，傳統(tǒng)的二維圖紙無法完全將復(fù)雜結(jié)構(gòu)的建筑信息表達(dá)清楚，而 BIM模型則能更直觀地將二維圖紙上不易清楚表達(dá)的復(fù)雜信息呈現(xiàn)出來，從而用精細(xì)化的手段為企業(yè)帶來更大的價(jià)值[2]。

在本項(xiàng)目地下工程實(shí)施的前期，分別對(duì)基坑設(shè)計(jì)施工圖紙和主體建筑初步設(shè)計(jì)圖紙全面閱讀的基礎(chǔ)上，用準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分類建立信息模型，借助軟件碰撞檢查功能，形成實(shí)體模型參數(shù)，完成臨時(shí)結(jié)構(gòu)與永久結(jié)構(gòu)之間的構(gòu)件碰撞檢查工作，查找碰撞點(diǎn)或面并輸出碰撞報(bào)告，為不拆除基坑內(nèi)支撐體系工況下進(jìn)行地下主體結(jié)構(gòu)施工的方案優(yōu)化創(chuàng)造了條件，為建設(shè)單位和設(shè)計(jì)單位提供決策依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)境效益的和諧統(tǒng)一。

1 工程概況

1.1 基本情況

本超高層建筑位于昆明 CBD 核心區(qū)，場(chǎng)地為拓東路、盤龍江、東風(fēng)東路、北京路所圍合，地上總建筑面積455 872.39 m2。5 層滿堂地下室，建筑面積為 129 730.37 m2，另有 110 kV 變電站，建筑面積 6 876 m2，地下 3 層。本工程基坑呈不規(guī)則多邊形，東西寬 134 m～170 m，南北長(zhǎng)近248 m，設(shè)計(jì)安全等級(jí)為 1 級(jí)，基坑內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限為 2 a，地下連續(xù)墻與主體地下結(jié)構(gòu)外墻兩墻合一，設(shè)計(jì)使用年限 50 a。基坑總面積為 33 389.12 m2，周長(zhǎng)為857 m，基坑深度為 22.6 m，其中 110 kV 變電站基坑面積為 2 537.11 m2，該局部基坑深度為 19.2 m?；觾?nèi)支撐體系由豎向鋼格構(gòu)柱和 3 道水平混凝土梁組成，另有一個(gè) 175 m長(zhǎng)運(yùn)輸棧橋。土方開挖總量 74.5 萬 m3。

1.2 周邊建構(gòu)筑物概況

（1）東側(cè)。①文物保護(hù)建筑陳香梅故居，2 層磚木結(jié)構(gòu)，天然淺基礎(chǔ)，與坑邊最近距離 12.8 m；②地鐵風(fēng)井，已建成并使用，地下 1 層，多跨箱型鋼混結(jié)構(gòu)，深度 9.75 m，最近距離 5.87 m；③文物保護(hù)建筑朱氏住宅樓，3 層磚木結(jié)構(gòu)，天然淺基礎(chǔ)，最近距離 5.27 m；④天主教堂，長(zhǎng)邊臨基坑，地上 14 層地下 3 層，樁基礎(chǔ)，在建待驗(yàn)收，最近距離 4 m；⑤中國(guó)大地保險(xiǎn)云南公司大樓，長(zhǎng)邊臨基坑，地上 24 層地下 2 層，樁基礎(chǔ)，在使用，最近距離 17.33 m；⑥地鐵 2 號(hào)線最近的區(qū)間長(zhǎng)度 133 m（DK11+559～DK11+692），已投入使用，地下 1 層為站廳層，地下 2 層為軌道層，其范圍內(nèi)還有 W3 號(hào)出入口、D 組、C 組風(fēng)亭等附屬結(jié)構(gòu)，基坑與地鐵主體結(jié)構(gòu)最小距離28.1 m，基坑與風(fēng)亭最小距離 6.87 m。

（2）南側(cè)。①地鐵 6 號(hào)線二期工程塘子巷站，地下鋼混結(jié)構(gòu)深度 32.7 m，最近距離 24.15 m；②地下主體建筑緊鄰正在建設(shè)的地鐵值機(jī)大廳。

（3）西側(cè)。盤龍江，最近距離 24.15 m。管線主要集中在西側(cè)：DN500 污水混凝土管，埋深 1.2 m，最近距離 6.83 m；DN1200 污水混凝土管，埋深 7 m，最近距離 4.22 m；DN500 雨水混凝土管，埋深 1.62 m，最近距離 7.86 m；300×200 電信塑料管，埋深 1.1 m，最近距離 12.93 m。

（4）北側(cè)。地下主體建筑緊鄰未來東風(fēng)廣場(chǎng)大型地下商場(chǎng)。

1.3 地下連續(xù)墻概況

地下連續(xù)墻共分為 161 幅，標(biāo)準(zhǔn)幅寬 5 500 mm，厚度均為 1 000 mm，混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào) C35，水下灌注，混凝土總方量為 39 019 m3，其中抗?jié)B等級(jí) P10 混凝土 32 544 m3，抗?jié)B等級(jí) P8（用于變電站）混凝土 6 475 m3。本工程 ±0.000標(biāo)高相當(dāng)于 1 893.200，基坑周邊平均高程為 1 892.500。支護(hù)方式如下。

（1）東側(cè)。LQ035～LQ089，自然地面以下 1 m 深度范圍利用導(dǎo)墻兼做擋土墻；1 m 深度以下采用地下連續(xù)墻。深度為 43.2 m～45.5 m，墻底標(biāo)高 1 848.300 ～1 846.000。

（2）南側(cè)。LQ089～LQ0113，自然地面以下 1.2 m深度范圍利用導(dǎo)墻兼做擋土墻；1.2 m 深度以下采用地下連續(xù)墻。深度為 43.91 m，墻底標(biāo)高 1 847.388。

（3）西側(cè)。LQ113～LQ161，自然地面以下 4 m 深度范圍為噴錨支護(hù)；4 m 深度以下采用地下連續(xù)墻。深度為 40.2 m，墻底標(biāo)高 1 848.300；盤龍江河床標(biāo)高為1 887.420。

（4）北側(cè)。LQ001～LQ035，自然地面以下 4 m 深度范圍為噴錨支護(hù)；4 m 深度以下采用地下連續(xù)墻。深度為42.5 m，墻底標(biāo)高 1 846.000。

1.4 地下主體結(jié)構(gòu)概況

建筑分類為 1 類（超）高層公共建筑，建筑耐火等級(jí)（包括地下室）1 級(jí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限 50 a，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防為乙類建筑，按 8 度設(shè)防。主要結(jié)構(gòu)類型：裙房采用帶耗能支撐鋼框架結(jié)構(gòu)體系，主塔采用帶支撐框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系。地下室防水等級(jí) 2 級(jí)，局部（變電站、弱電機(jī)房、人防區(qū)域）1 級(jí)。5 層地下空間（B1～B5）：地下 1層主要為商業(yè)空間，局部設(shè)備機(jī)房；地下 2 層包括酒店后勤空間、商業(yè)后勤空間、卸貨區(qū)、機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車停車以及局部設(shè)備機(jī)房；地下 1 層及地下 2 層直接通往位于項(xiàng)目場(chǎng)地南側(cè)的機(jī)場(chǎng)快線及北側(cè)的地鐵站；地下 3 層～ 5 層為機(jī)動(dòng)車及非機(jī)動(dòng)車停車場(chǎng)。按照有關(guān)部門意見，在地下3 層～地下 5 層，結(jié)合非機(jī)動(dòng)車停車庫(kù)，設(shè)置平戰(zhàn)結(jié)合人防掩蔽體，戰(zhàn)時(shí)為常 6 級(jí) 2 等人防掩蔽部和人防電站，人防面積 14 228.30 m2。

2 施工難點(diǎn)分析

2.1 基坑安全要求高

本工程為 400 m 以上超高層建筑，基坑面積、深度、挖土方量、地下建筑面積、地連墻與支撐、降水井、塔吊、監(jiān)測(cè)檢測(cè)等各個(gè)方面均超出一般的高層建筑工程，基坑周邊密布重點(diǎn)文物保護(hù)建筑、高層建筑、市政基礎(chǔ)設(shè)施、地鐵干線、城市河流、城市干道，還涉及到原地下排洪溝渠的改造和托換、原地下工程的拆除等，因此本工程地下部分的實(shí)施是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。如果按照常規(guī)的施工組織設(shè)計(jì)，勢(shì)必帶來施工周期延長(zhǎng)、安全風(fēng)險(xiǎn)難以控制等一系列問題。如何深入研究每個(gè)工序的搭接，最大限度地進(jìn)行技術(shù)上的優(yōu)化，不僅是重要的，而且是必要的。基坑支護(hù)方案與主體建筑的設(shè)計(jì)施工圖分屬省外兩家不同的設(shè)計(jì)單位，地下 110 kV 變電站由本地專業(yè)單位設(shè)計(jì)，基坑支護(hù)、樁基工程施工與主體建筑施工是分段招標(biāo)，分屬一個(gè)專業(yè)分包單位和一個(gè)總包單位，這給項(xiàng)目的管理也提出了新的課題。

2.2 施工難度大

基坑以內(nèi)、圓環(huán)以外的水平投影面積為 17 727.6 m2，此范圍內(nèi)共有主體豎向結(jié)構(gòu)柱 256 根，其中，鋼筋混凝土柱 126 根，型鋼混凝土柱 43 根，鋼筋混凝土扶壁柱 87根。由于變電站部分為專業(yè)單位設(shè)計(jì)，為地下 3 層，屋面結(jié)構(gòu)整層與第一道支撐梁豎向碰撞，因此采用順作法施工，該局部的獨(dú)立結(jié)構(gòu)柱并未計(jì)入其中。經(jīng)過計(jì)算，基坑范圍內(nèi)還設(shè)有 161 口降排水井，其中，疏干井 129口，井深 25 m～28 m；降壓井 32 口，井深 36 m。內(nèi)支撐格構(gòu)柱共 251 根，格構(gòu)柱為型鋼柱，分為 600×600 和450×450 兩種斷面，其中格構(gòu)樁基與工程樁共用 100 根。水平支撐分為 3 道，第一道頂標(biāo)高為 -4.700，圓環(huán)梁截面 2 600×800，主梁截面 1 000×800，腰梁截面1 000×800，混凝土方量 7 213 m3，鋼筋用量 1 676 t；第二道頂標(biāo)高為 -11.150，圓環(huán)梁截面 3 200×1 000，主梁截面 1 200×1 200，腰梁截面 2 100×1 200，混凝土方量 10 674 m3，鋼筋用量 2 053 t；第三道頂標(biāo)高為 -15.950，圓環(huán)梁截面 3 200×1 200，主梁截面 1 200×1 200，腰梁截面 2 100 ×1 200，混凝土方量 11 342 m3，鋼筋用量 2 147 t。

2.3 設(shè)計(jì)要求特殊

基礎(chǔ)底板厚度分別為 5 500 mm、3 600 mm、1 500 mm、1 200 mm，面積達(dá) 32 532 m2，地下主體結(jié)構(gòu)柱型鋼要求通長(zhǎng)整體一次性吊裝就位，5 層地下室平均每層建筑面積27 656 m2，另需執(zhí)行 ANSI/AISC 360—10《鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》、FEMA 274/365《抗震加固設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》?；觾?nèi)支撐體系設(shè)計(jì)對(duì)施工與拆除工況的要求復(fù)雜，尤其是安全性要求很高。

2.4 順逆作法分析

多層地下室采用常規(guī)的“正作法”施工方法，其總工期為地下結(jié)構(gòu)工期、地上結(jié)構(gòu)工期，再加上裝修等所占工期。而采用“逆作法”進(jìn)行多層地下室施工，一般情況下地下結(jié)構(gòu)只有第一層占用絕對(duì)工期，其他各層與地上結(jié)構(gòu)同時(shí)施工，并不占用絕對(duì)工期，因此總工期可縮短，可加快施工速度。工程實(shí)踐證明：利用地下連續(xù)墻和中間支承柱進(jìn)行“逆作法”施工，對(duì)市區(qū)建筑密度大、鄰近建筑物及周邊環(huán)境沉降敏感、施工場(chǎng)地狹窄、施工工期緊、軟土地基大面積、3 層或多于 3 層的地下室結(jié)構(gòu)施工是十分有效的[3]。鑒于本工程各方面的條件，按照原設(shè)計(jì)采用“正作法”或直接改用“逆作法”施工，均不能取得理想的效果和經(jīng)濟(jì)與技術(shù)上的平衡，在分析正逆作法適用性的基礎(chǔ)上，經(jīng)過反復(fù)計(jì)算和方案比選，借用逆作法的原理，結(jié)合正作法的優(yōu)點(diǎn)，可避免重疊占用絕對(duì)工期而又能改善換撐條件，使業(yè)主裙樓（地上 9 層）部分提前開業(yè)的里程碑目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)成為可能。

3 解決過程及方案

本工程基坑超大超深且不規(guī)則，內(nèi)支撐系統(tǒng)采用圓形支撐形式；主體結(jié)構(gòu) 5 層地下室的近 2 000 根梁中一半排布走向不規(guī)則，大量斜板、升板、降板；還包含地下 3 層含夾層的 110 kV 變電站、1 條雨水箱涵和 1 座長(zhǎng)運(yùn)輸棧橋。極其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)關(guān)系通過人腦根本無法想象其空間位置關(guān)系，利用二維圖紙及人工計(jì)算也無法系統(tǒng)、全面地排查出碰撞點(diǎn)，合理制定施工工序及提前制定應(yīng)對(duì)措施。為確保項(xiàng)目順利實(shí)施，施工質(zhì)量及安全保障，降低投資成本，采用 BIM 技術(shù)建立模型提前介入，使得調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、優(yōu)化支護(hù)方案成為可能（見圖 1）。

圖 1 碰撞檢查模型

3.1 軟件選取方案

模型繪制、出圖：Autodesk Revit；進(jìn)度及施工方案：Autodesk Naviswoeks；工程算量：廣聯(lián)達(dá) BIM5D；二維圖紙?zhí)幚恚篈utodesk AutoCAD。

3.2 實(shí)施流程

模型建立→圖紙校對(duì)→施工圖紙修改→模型復(fù)核→碰撞檢查結(jié)果→識(shí)別有效碰撞→研究碰撞解決方案→復(fù)核碰撞結(jié)果→施工圖紙修改→確定施工方案。

3.3 碰撞檢查結(jié)果

通過基坑模型、內(nèi)支撐系統(tǒng)模型、地下室主體結(jié)構(gòu)模型、110 kV 變電站結(jié)構(gòu)模型及雨水箱涵模型，共進(jìn)行了九大項(xiàng)碰撞檢查，實(shí)現(xiàn)地下室結(jié)構(gòu)模型與基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的碰撞識(shí)別。如主體地下室結(jié)構(gòu)柱與基坑三道內(nèi)支撐梁碰撞、主體地下室結(jié)構(gòu)梁與基坑三道內(nèi)支撐梁碰撞、基坑腰梁和環(huán)梁與地下室主體結(jié)構(gòu)碰撞、基坑三道內(nèi)支撐與 110 kV 變電站碰撞、地下室主體結(jié)構(gòu)與雨水箱涵碰撞等。通過識(shí)別有效碰撞后，根據(jù)碰撞間距、碰撞位置等對(duì)碰撞點(diǎn)進(jìn)行同類型歸類統(tǒng)計(jì)，便于研究碰撞解決方案。

主體地下獨(dú)立結(jié)構(gòu)柱與基坑內(nèi)支撐梁碰撞點(diǎn)共 270處，主體地下結(jié)構(gòu)扶壁柱與基坑支撐腰梁碰撞點(diǎn) 147 處，其中第一道支撐獨(dú)立柱碰撞點(diǎn) 72 處；第二道支撐獨(dú)立柱碰撞點(diǎn) 99 處，扶壁柱碰撞點(diǎn) 87 處；第三道支撐獨(dú)立柱碰撞點(diǎn) 99 處，扶壁柱碰撞點(diǎn) 87 處，其中完全碰撞 106 個(gè)，局部碰撞 164（見圖 2）。地下 2 層樓板降板區(qū)與第一道支撐碰撞面積 765 m2，地下消防水池與第一道支撐碰撞。

圖 2 碰撞檢查結(jié)果模型圖例

3.4 碰撞解決方案

（1）支撐主梁加寬，增設(shè)圓形鋼套管（內(nèi)徑 800 mm），主筋打孔穿過圓洞，混凝土澆灌，型鋼柱或混凝土結(jié)構(gòu)柱施工時(shí)，打開圓洞混凝土并切斷鋼筋。

（2）支撐環(huán)梁上增設(shè)圓形鋼套管（內(nèi)徑 1 232 mm），主筋鉆孔穿過，混凝土澆灌，型鋼混凝土柱施工時(shí)，打開圓洞混凝土并切斷鋼筋（見圖 3）。

（3）混凝土結(jié)構(gòu)柱與支撐梁局部碰撞時(shí)，有條件破除，基礎(chǔ)筏板整體形成且混凝土強(qiáng)度達(dá)到 85% 后，破除第三道支撐節(jié)點(diǎn)混凝土及切斷鋼筋，地下四層樓板整體形成且混凝土強(qiáng)度達(dá)到 85% 后，破除第二道支撐節(jié)點(diǎn)混凝土及切斷鋼筋。

（4）第二道、第三道支撐腰梁加寬，增設(shè)構(gòu)造鋼筋，豎向開洞（見圖 4），結(jié)構(gòu)四周扶壁柱施工時(shí)直接穿過。

（5）加厚水平支撐板上留圓洞，結(jié)構(gòu)柱直接穿過，結(jié)構(gòu)柱與支撐次梁局部碰撞時(shí)，結(jié)構(gòu)柱施工時(shí)直接破除。

（6）型鋼結(jié)構(gòu)柱與環(huán)梁局部碰撞時(shí)，采用 DN600（厚12 mm）鋼管托換，樓面結(jié)構(gòu)柱節(jié)點(diǎn)后施工。

（7）型鋼柱與支撐次梁碰撞時(shí)，次梁改道避讓結(jié)構(gòu)柱。

（8）降低第二道內(nèi)支撐面標(biāo)高 0.15 m，避免地下 2 層樓板軸線結(jié)構(gòu)主梁整層梁底碰撞。

（9）水平棧橋板上分艙開孔，使得其下結(jié)構(gòu)樓板有施工的空間。

（10）結(jié)構(gòu)樓板局部降板范圍較小且處在水平支撐梁系受力較小的部位，先局部拆除支撐再施工樓板及結(jié)構(gòu)梁。

（11）地下 1 層周邊結(jié)構(gòu)外墻（基坑噴錨支護(hù)）改為支承于地下連續(xù)墻冠梁頂部，地下 1 層內(nèi)凸扶壁柱全部改成暗柱。

（12）調(diào)整降排水方案的井位布置。

（13）基坑及樁基施工塔吊與地下主體結(jié)構(gòu)施工塔吊合二為一。

（14）壓縮 110 kV 變電站地下 1～3 層層高，調(diào)低地下室頂板 0.5 m。

圖 3 環(huán)梁碰撞處理

圖 4 腰梁碰撞處理

3.5 施工主要流程

地下連續(xù)墻→第一層土開挖→工程樁施打→內(nèi)支撐格構(gòu)柱→第一道水平支撐→降排水井→第二層土開挖→第二道水平支撐→第三層土開挖→第三道水平支撐→第四層土開挖→主體結(jié)構(gòu)底板→結(jié)構(gòu)鋼柱吊裝定位→地下 2 層樓面→拆除第三道水平支撐→地下 3 層樓面→地下 2 層樓面→拆除第二道水平支撐→地下 1 層樓板→拆除第一道水平支撐→地下 1 層頂板→上部結(jié)構(gòu)。

4 結(jié) 語(yǔ)

目前，我國(guó)建筑業(yè)普遍存在技術(shù)基礎(chǔ)薄弱、產(chǎn)業(yè)化程度低、管理落后等問題，這與當(dāng)前建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展存在著較大的反差。與此同時(shí)，建筑業(yè)現(xiàn)代化的行業(yè)機(jī)制尚未完全建立和形成，因此在建筑業(yè)中推廣應(yīng)用新技術(shù)、新材料、新工藝對(duì)于提高建筑業(yè)產(chǎn)業(yè)效率、促進(jìn)傳統(tǒng)技術(shù)水平革新、培養(yǎng)和重塑企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力、增強(qiáng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展都具有重要意義[3]?，F(xiàn)代大型建設(shè)項(xiàng)目一般都具有投資大、建設(shè)周期長(zhǎng)、參建單位眾多、項(xiàng)目功能要求高以及全壽命周期信息量大等特點(diǎn)，建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)以及工程管理工作極具復(fù)雜性，傳統(tǒng)的信息溝通和管理方式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。隨著 BIM 技術(shù)在建筑業(yè)的逐步發(fā)展與應(yīng)用，為大型建筑工程建設(shè)項(xiàng)目提供了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工一體化的良好技術(shù)平臺(tái)和解決思路，為建設(shè)領(lǐng)域目前存在的協(xié)調(diào)性差、整體性不強(qiáng)等問題提供借鑒，從而為超高層建筑地下工程工期、質(zhì)量、安全、環(huán)境、成本五大目標(biāo)相互關(guān)系的協(xié)調(diào)和改善探索新的途徑，在項(xiàng)目管理和施工技術(shù)方面有所突破。