王大兵

【摘 要】隨著社會的發(fā)展，部分行業(yè)的競爭已進(jìn)入白熱化。工程施工作為傳統(tǒng)行業(yè)之一，其競爭也愈發(fā)激烈。要想處于不敗之地，就必須構(gòu)建現(xiàn)代化的施工管理體系，本文以長興科技二期辦公樓暨廠房工程項目為例，從基坑支撐體系、節(jié)點(diǎn)質(zhì)量控制、超高支模安全控制等多個角度，以及BIM建筑模型在施工組織、多維成本分析等方面的應(yīng)用，對施工質(zhì)量、安全控制、模擬施工及成本管控進(jìn)行全面闡述。

【關(guān)鍵詞】基坑;高支模;BIM建筑模型

中圖分類號： TU753;TU755.2? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）17-0196-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.17.093

0 引言

大城市土地稀缺已經(jīng)成為市場無法避免的話題之一，為充分利用現(xiàn)有土地資源，地下室成為新建辦公樓不可或缺的配置之一。在地下室建設(shè)中，基坑圍護(hù)成為施工成敗的關(guān)鍵。此外，安全生產(chǎn)是第一要務(wù)，超高支模施工難度高，危險性較大，其安全把控是施工管理的重中之重。而通過BIM技術(shù)在施工管理中的運(yùn)用，對施工質(zhì)量、進(jìn)度、成本管控等方面也起到了如虎添翼的效果。

1 工程概況

長興科技二期辦公樓暨廠房工程位于上海市徐匯區(qū)宜山路1397號，該工程占地面積達(dá)1.8萬平方米，是由兩棟主輔樓組成的辦公大樓，總建筑面積為4.8萬平方米，地下兩層1.6萬平方米，層高分別3.9m和5.9m;地上輔樓4層、主樓15層，共3.2萬平方米;首層大廳挑空高度9.3米，二至四樓層高4.5米，其余層高4.2米，總高度69.5米。

2 基坑支撐體系構(gòu)建與節(jié)點(diǎn)質(zhì)量控制

2.1 周邊情況要求分析監(jiān)測要求

該工程開挖面積8500m2，周長約為400m，普遍開挖深度10.35m，局部深坑開挖深度達(dá)12.55m，周邊環(huán)境較為復(fù)雜，距離基坑邊線3倍基坑開挖深度范圍內(nèi)（約32m）有一期廠房;北側(cè)宜山路下為地鐵9號線，東側(cè)為古美路，沿線道路下及場地內(nèi)地下管線較多。根據(jù)上海市的相關(guān)規(guī)定，綜合判斷基坑監(jiān)測等級為二級。

為了在施工期間建立起有效的安全監(jiān)測系統(tǒng)，特請專業(yè)監(jiān)測單位編制基坑及周邊環(huán)境監(jiān)測實施方案，明確監(jiān)測內(nèi)容及報警值，并依據(jù)實際情況及相關(guān)規(guī)定布置監(jiān)控點(diǎn)，確定監(jiān)控的工期和監(jiān)測頻率，定期提供監(jiān)測資料，同時做好應(yīng)急預(yù)案，明確應(yīng)急預(yù)案啟動的條件、準(zhǔn)備工作及需要采取的相應(yīng)措施。

2.2 支撐體系設(shè)計

對支撐體系設(shè)計采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁+兩道鋼筋混凝土水平梁支撐+三軸水泥土攪拌樁，其中水泥土攪拌樁達(dá)到止水帷幕的作用。

1）北側(cè)、南側(cè)、西側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)

三側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用了Φ900@1100鉆孔灌注樁，止水帷幕采用三軸攪拌樁Φ850@600。鉆孔灌注樁樁底標(biāo)高為-25.05m，有效樁長22.7m，1200×800的砼壓頂。三軸水泥土攪拌樁樁底標(biāo)高為-18.55m，有效樁長18.0m，水泥摻量20%。

2）東側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)

采用Φ1000@1200鉆孔灌注樁，止水帷幕采用三軸攪拌樁Φ850@600。鉆孔灌注樁樁底標(biāo)高為-25.050m，有效樁長22.7m，1200×800的砼壓頂。三軸水泥土攪拌樁樁底標(biāo)高為-18.550m，有效樁長18.0m，水泥摻量20%。

3）內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)

本基坑平面形狀呈L形，同時考慮到基坑挖深、坑外環(huán)境保護(hù)要求相對較高，因此采用二道鋼筋混凝土支撐，支撐布置形式為：角撐+對撐+邊桁架。

4）立柱樁結(jié)構(gòu)

臨時支撐立柱采用型鋼格構(gòu)柱的形式，普通區(qū)域鋼格構(gòu)柱由4L140×12組成，棧橋區(qū)域鋼格構(gòu)柱由4L160×14組成，截面尺寸均為為460×460，綴板分別采用440×300×8@700、440×300×10@700鋼板。

立柱樁采用Φ800鉆孔灌注樁，普通支撐區(qū)域的立柱樁共31根，樁長21m，普通支撐區(qū)域的立柱樁兼做副樓區(qū)域工程樁共1根，樁長21m，樁承載力設(shè)計值均為1050kN;立柱樁混凝土強(qiáng)度等級為水下C30。

5）坑內(nèi)加固

坑內(nèi)加固主要為被動區(qū)加固與坑內(nèi)局部深坑加固。為了增加被動區(qū)土體抗力，減小基坑變形，在基坑邊被動區(qū)設(shè)置墩式土體加固。加固攪拌樁呈格柵狀布置。被動區(qū)土體加固采用Φ700@500的雙軸水泥土攪拌樁，加固寬度為4.7m，水泥摻量不小于13%。

2.3 節(jié)點(diǎn)質(zhì)量控制

在施工過程中，除了做好鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的鉆孔灌注樁、水平支撐外，水泥土攪拌樁止水帷幕的施工質(zhì)量，也是關(guān)乎基坑安全的重要環(huán)節(jié)。重點(diǎn)質(zhì)量控制如下：

首先，孔位放樣誤差小于2cm，樁位偏差不超過±5cm，樁徑偏差不得大于1cm，樁身垂直度偏差不超過1/100（止水樁不大于1/150）;其次，在漿液的配制過程中，要嚴(yán)格按設(shè)計要求控制水泥的摻入量，在傍邊豎立標(biāo)識牌，并做好漿液攪拌的水泥用量記錄，該用量記錄定期與進(jìn)貨單進(jìn)行對比，確保兩者數(shù)據(jù)要基本吻合。最后，為了不使?jié){液出現(xiàn)離析的現(xiàn)象，需控制好水泥漿液的攪拌時間，一般要攪拌30秒后才能倒入存漿桶。

3 超高支模施工安全控制

3.1 超高支模方案

主樓一層南側(cè)及北側(cè)采用挑空的大廳，挑空高度9.3米，屬于層高超限設(shè)計。由于建筑物空間較高、跨度和混凝土的自重較大，施工時要求高度較高，可以采用跨度較大的滿堂腳手架模板支撐，同時也需要增加支模系統(tǒng)的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性要求。否則，支撐系統(tǒng)一旦發(fā)生坍塌，必將造成重大的安全事故。

基于以上分析，依據(jù)荷載計算及腳手架搭設(shè)相關(guān)規(guī)范要求確定滿堂腳手架的搭設(shè)方案：采用Φ48×3.0mm鋼管，板底支撐連接采用方木支撐;橫向間距1m、縱距1.2m、步距1.6m;桿上端伸出至模板支撐點(diǎn)0.1m;模板支架搭設(shè)高度9.1m。

3.2 高支模架荷載計算

1）荷載的計算參數(shù)

木板和模板靜載值：0.36kN/m2;鋼筋混凝土靜載值：25kN/m3;

施工均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值：3.0kN/m2;

2）材料的計算參數(shù)

竹膠合板厚度：15mm;板底水平支撐采用50mm*100mm方木;

竹膠合板彈性模量：10000N/mm2;竹膠合板抗彎強(qiáng)度值：15N/mm2;

方木抗剪強(qiáng)度設(shè)計值：1.5N/mm2;方木之間距離：250mm;

方木彈性模量：10000N/mm2;方木抗彎強(qiáng)度值：13N/mm2;

3）鋼筋混凝土樓板的計算參數(shù)

鋼筋混凝土樓板的計算厚度：130mm;

3.2.1 竹膠合板計算：

以三跨連續(xù)鋼筋混凝土梁對竹膠合板進(jìn)行驗算其抗彎強(qiáng)度和剛度，竹膠合板的截面慣性矩I和截面抵抗矩W分別為：

W=120×1.52/6=45cm3;

I=120×1.53/12=33.75cm4;

竹膠合板的以三跨連續(xù)梁計算，每一跨的間距250mm。

1）荷載計算

（1）活荷載為施工人員+設(shè)備荷載（kN/m）：

q2=3×1.2=3.6kN/m;

（2）鋼筋混凝土樓板+竹膠合板自重（kN/m）：

q1=25×0.13×1.2+0.36×1.2=4.33kN/m;

2）竹膠合板的抗彎強(qiáng)度計算如下：

M=0.1ql2

竹膠合板的抗彎強(qiáng)度值[f]=15N/mm2;

其中：q=1.2×4.33+1.4×3.6=10.236kN/m

最大彎矩M=0.1×10.236×2502=63975kN·m;

竹膠合板的抗彎強(qiáng)度σ=M/W=63975/45000=1.4217N/mm2;

竹膠合板的抗彎強(qiáng)度1.4217N/mm2小于竹膠合板的抗彎強(qiáng)度設(shè)計值15N/mm2，滿足要求。

3）竹膠合板的撓度計算

ν=0.677ql4/（100EI）≤[ν]=l/250

其中q=q1=4.33kN/m

竹膠合板最大撓度計算

ν=0.677×4.33×2504/（100×10000×33.74×104）=0.03393mm;

竹膠合板最大允許撓度[ν]=250/250=1mm;

竹膠合板的最大撓度計算值0.03393mm小于竹膠合板的最大允許撓度1mm，滿足要求。

3.2.2 滿堂腳手架立桿荷載計算：

滿堂腳手架立桿荷載包括靜荷載與動荷載。

1）主要靜荷載值主要有以下項目內(nèi)容：

（1）鋼筋混凝土樓板靜荷載：

NG1=25×0.13×1×1.2=3.9kN;

（2）滿堂腳手架的靜荷載：

NG2=0.138×8.9×1.1=1.351kN;

腳手架鋼管靜荷載依據(jù)《扣件式規(guī)范》附錄A。

（3）竹膠合板的靜荷載：

NG3=0.4×1×1.2=0.48kN;

靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值NG=NG1+NG2+NG3=5.731kN;

2）活荷載為施工均布荷載和振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載。

活荷載標(biāo)準(zhǔn)值NQ=（2.5+2.5）×1×1.2=6.0kN;

3）滿堂腳手架立桿的軸向壓力值計算（未考慮風(fēng)荷載）

N=NG×1.2+NQ×1.4=15.277kN;

3.2.3 滿堂腳手架立桿的穩(wěn)定性計算：

滿堂腳手架立桿的穩(wěn)定性計算如下：

σ=N/（φA）≤[f]

其中

φ腳手架立桿軸心受壓的穩(wěn)定系數(shù)，由長細(xì)比lo/i查表得到;

N腳手架立桿的軸心壓力值：N=14.222kN;

A-腳手架立桿凈截面面積：A=4.24cm2;

W-腳手架立桿凈截面模量：W=4.49cm3;

i-腳手架立桿的截面回轉(zhuǎn)半徑：i=1.59cm;

Σ-腳手架立桿最大應(yīng)力計算值

[f]-鋼管立桿抗壓強(qiáng)度設(shè)計值：[f]=205N/mm2;

按下式計算：

l0=h+2a=1.6+0.1×2=1.8m;

a-鋼管立桿上端伸出至模板支撐點(diǎn)0.1m;

l0/i=1800/15.9=113.2;

查表得出長細(xì)比Lo/i的值得到立桿軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)φ=0.516;

鋼管立桿的最大應(yīng)力值：σ=14222.4/（0.516×424）=65N/mm2;

鋼管立桿的最大應(yīng)力值σ=65N/mm2小于鋼管立桿的抗壓強(qiáng)度設(shè)計值[f]=205N/mm2，滿足要求。

3.3 高支模腳手架松動、變形情況處理

為了控制施工荷載不超過設(shè)計荷載以及均衡受載，要求上樓面的鋼筋等材料機(jī)具要分散堆放，在澆筑混凝土?xí)r采用由中部向兩邊擴(kuò)展的澆筑方式澆筑;并派人檢查支架和支承情況，發(fā)現(xiàn)松動和變形時，要立即安排人員進(jìn)行加固或者增加支撐的方式處理，若出現(xiàn)變形交大、明顯下沉?xí)r，要立即停止混凝土的澆筑，組織相關(guān)人員進(jìn)行研判，必要時啟動應(yīng)急預(yù)案，及時排除安全隱患。

4 BIM在工程管理中的應(yīng)用

4.1 建筑模型構(gòu)建

由于該項目定位較高，要求達(dá)到超5A的甲級寫字樓的標(biāo)準(zhǔn)，且各種通排風(fēng)、空調(diào)新風(fēng)、強(qiáng)弱電橋架等管線非常復(fù)雜。在施工中引進(jìn)了BIM建筑模型，將設(shè)計各專業(yè)及施工單位的相關(guān)信息通過BIM平臺進(jìn)行匯總，使各方第一時間掌握所需的信息，并將信息結(jié)合三維模型進(jìn)行存儲和匯整。

4.2 模擬試驗

在設(shè)計階段，各建筑專業(yè)之間缺乏有效溝通，就會出現(xiàn)各建筑專業(yè)間的碰撞問題。這種問題一般在施工過程中或者施工后才能發(fā)現(xiàn)，在結(jié)構(gòu)已經(jīng)完成的情況下，會造成無法補(bǔ)救的技術(shù)問題。若建立了BIM建筑模型，就可以通過這個模型發(fā)現(xiàn)并找出碰撞位置以及需要協(xié)調(diào)的數(shù)據(jù)，各專業(yè)再進(jìn)行協(xié)商，共同討論制定出來最合理的解決方案，避免這些問題在施工后才被發(fā)現(xiàn)。在本工程后期的會所裝修施工過程中，由于吊頂采用大空間的異型GRG吊頂，通過BIM進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計和模擬，大大降低了施工難度，有效降低造價和縮短工期。

4.3 施工組織模擬

在BIM環(huán)境下繪制《施工現(xiàn)場布置模型》，可以準(zhǔn)確地定位施工塔吊及施工電梯的安裝位置，合理布局各施工場地。

通過BIM建筑模型可以提前對復(fù)雜的建筑做法進(jìn)行預(yù)演，提高提前掌握施工難點(diǎn)、要點(diǎn)以及安全隱患，進(jìn)而優(yōu)化施工組織設(shè)計，使其更具科學(xué)性、針對性和操作性;通過對建筑安裝工程進(jìn)行模擬對比，找出各專業(yè)最優(yōu)的安裝順序、布線位置及入場安裝時間，能最大限度地減少返工、怠工及措施費(fèi);對一些新施工工藝及新材料，或部分重要施工環(huán)節(jié)，采用BIM模型，能夠預(yù)演其實施的可能性，并從中找出問題，有針對性進(jìn)行改進(jìn)處理，從而使新材料、新工藝及高難度施工得以實現(xiàn)。

4.4 快速實行多維度（時間、空間、WBS）成本分析

建立實際成本BIM模型，定期或不定期對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時更新或補(bǔ)充，BIM模型能及時通過其高效的統(tǒng)計分析能力進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而滿足對成本的數(shù)據(jù)需求。使用總量統(tǒng)計的方法，有效減少累積誤差，對成本數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)維護(hù)，能夠?qū)崟r得到成本數(shù)據(jù)的分析結(jié)果。基于BIM模型建立多維的成本數(shù)據(jù)庫，可增加系統(tǒng)的運(yùn)算、分析能力，并提高分析的精確度和速度。此外運(yùn)用實際成本BIM模型，也可以在發(fā)現(xiàn)那些實際發(fā)生，而未計入成本的項目，使所有發(fā)生的成本項目能得到實時的監(jiān)控和入賬，及時發(fā)現(xiàn)盈虧情況，提供準(zhǔn)確的決策依據(jù)。

5 結(jié)論

綜上所述，通過在工程建設(shè)中構(gòu)建完備的施工管理體系，在工程施工質(zhì)量、安全、進(jìn)度及成本等方面可以更為有效地進(jìn)行把控。此外，在構(gòu)建管控體系的同時，將BIM技術(shù)引入到施工管理中，使管控過程變得更為精細(xì)、高效。