利用BIM技術(shù)減少核心筒施工沖突

林忠和 黎漢杰 李朝陽 寧華宏 唐際宇 唐閣威

1. 中國建筑第八工程局有限公司廣西分公司 廣西 南寧 530028；2. 廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣西 南寧 530007

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目簡介

南寧華潤中心東寫字樓工程用地面積約7 154 m2，總建筑面積約277 000 m2，建筑高度約403 m，其中地下3層，地上86層，標(biāo)準(zhǔn)層層高分別為4.2、3.6 m，為1棟鋼管混凝土框架與鋼筋混凝土核心筒組成的框架核心筒超高層建筑，塔樓設(shè)計有伸臂桁架加強(qiáng)層，樓蓋采用混凝土樓蓋、組合樓蓋結(jié)構(gòu)，建筑功能主要涉及商業(yè)、辦公及酒店3種業(yè)態(tài)形式。

1.2 項(xiàng)目核心筒碰撞沖突情況

1.2.1 核心筒結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1）核心筒結(jié)構(gòu)不斷往同一側(cè)（北側(cè)）收縮，49層由9宮格變?yōu)?宮格，74層由6宮格變?yōu)?宮格。墻體厚度由1 500 mm逐層收縮至400 mm。

2）核心筒結(jié)構(gòu)由C60高強(qiáng)混凝土、鋼筋、勁性鋼骨柱和伸臂桁架層鋼板梁組成。外框鋼結(jié)構(gòu)與核心筒之間通過預(yù)埋件焊接。

3）本項(xiàng)目的頂模系統(tǒng)采用內(nèi)頂外爬體系。9宮格內(nèi)設(shè)9個小頂模平臺，各個井筒之間相互獨(dú)立，外圍爬模由26塊爬模組成。頂模系統(tǒng)采用多點(diǎn)位支撐方式，每層剪力墻共236個預(yù)埋件。

4）在核心筒東、西、北共設(shè)置3臺動臂塔吊，每套塔吊的支撐架設(shè)置6個預(yù)埋件。

1.2.2 核心筒沖突情況

項(xiàng)目前期施工了1～10層核心筒，并在7層核心筒施工時安裝了動臂塔吊和頂模系統(tǒng)。在對已施工完成的1～10層核心筒每層都進(jìn)行施工過程碰撞沖突統(tǒng)計分析后發(fā)現(xiàn)，核心筒1～6層每層施工碰撞點(diǎn)50個以內(nèi)，7層以上每層施工碰撞點(diǎn)超過100個，得出鋼構(gòu)與頂模埋件沖突、鋼構(gòu)與塔吊埋件沖突、鋼筋與鋼構(gòu)沖突是產(chǎn)生施工碰撞沖突的主要原因。

項(xiàng)目團(tuán)隊走訪了廣西南寧市的典型超高層項(xiàng)目，鋼結(jié)構(gòu)與頂模塔吊埋件、鋼筋與頂模塔吊埋件、鋼筋與鋼結(jié)構(gòu)之間的碰撞占核心筒施工碰撞80%以上。現(xiàn)場處理施工碰撞沖突耗費(fèi)大量的人力、物力和時間，核心筒施工過程的碰撞沖突是核心筒施工速度與施工質(zhì)量的重要因素。

2 利用BIM技術(shù)減少沖突

2.1 BIM技術(shù)優(yōu)勢

在解決碰撞沖突的問題上，BIM技術(shù)有著獨(dú)到的優(yōu)勢[1-5]。從BIM技術(shù)發(fā)展至今，沖突檢測就是BIM技術(shù)的一個重要功能。BIM技術(shù)利用三維圖像的形式，在施工之前和設(shè)計的早期階段便可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)在的一些矛盾沖突。

一般來說，工程中的碰撞沖突主要有3種類型，分別是硬沖突、軟沖突和工作流程沖突。當(dāng)2個物件占用相同的空間位置時，就會發(fā)生硬沖突；在工程中，很多物件是需要一些外擴(kuò)空間的，這些外擴(kuò)空間可以是保溫空間、安裝空間、維護(hù)空間或用來保證安全的空間等，這些空間如果無法滿足，會造成軟沖突；施工進(jìn)度中的調(diào)試沖突即為工作流程沖突，例如施工順序如果反了，有可能使本該先安裝的材料無法安裝，這就是一種工作流沖突。利用BIM技術(shù)發(fā)現(xiàn)這些碰撞沖突后調(diào)整各專業(yè)結(jié)構(gòu)的位置和形狀，減少空間上的軟硬沖突，優(yōu)化協(xié)調(diào)工作流。

2.2 BIM技術(shù)應(yīng)用于減少沖突

參照QC管理的辦法，對鋼構(gòu)與頂模埋件沖突、鋼構(gòu)與塔吊埋件沖突、鋼筋與鋼構(gòu)沖突產(chǎn)生的末端因素，從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測等方面進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查和討論分析。確定鋼構(gòu)與頂模埋件沖突、鋼構(gòu)與塔吊埋件沖突、鋼構(gòu)與鋼筋沖突的主要因素有：頂模爬升規(guī)劃不合理、頂模埋件深化不到位、塔吊爬升規(guī)劃不合理、頂模爬升與塔吊爬升不協(xié)同、鋼筋放樣不到位。

綜合操作性、安全性、經(jīng)濟(jì)性和有效性這幾個因素，BIM技術(shù)在解決這3類主要沖突中可以發(fā)揮重要作用。本項(xiàng)目制訂的對策分為2類：一類是采用BIM規(guī)劃爬升，包含了頂模爬升、塔吊爬升以及協(xié)同爬升，用于解決硬沖突和工作流程沖突；另一類是采用BIM深化設(shè)計放樣，包含頂模埋件和鋼筋，用于解決硬沖突、軟沖突。

2.2.1 采用BIM規(guī)劃爬升

1）采用BIM規(guī)劃頂模爬升。

① 標(biāo)準(zhǔn)層頂模爬升：本項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)層高4.2、3.6 m，標(biāo)準(zhǔn)層一層核心筒剪力墻一次性澆筑完成。鋼模板、頂模埋件的位置和每層底部結(jié)構(gòu)標(biāo)高相對固定，因此在標(biāo)準(zhǔn)層下頂模埋件的位置也相對固定。

② 非標(biāo)準(zhǔn)層頂模爬升：非標(biāo)準(zhǔn)層主要有2種類型。第1種是設(shè)備層及下方2個樓層為非標(biāo)層，該種類型在塔樓共4處。第2種是桁架層，本項(xiàng)目塔樓共有2道桁架層。非標(biāo)準(zhǔn)層采用非標(biāo)準(zhǔn)爬升間距爬升。非標(biāo)準(zhǔn)層采用BIM模擬各種爬升間距下碰撞沖突數(shù)目，尋求最優(yōu)的爬升間距。碰撞沖突在伸臂桁架層尤為復(fù)雜，采用BIM規(guī)劃伸臂桁架層的爬升，最終確定頂模爬升按照3.6、3.9、3.9、3.6、4.0 m爬升步驟爬升，在該爬升步驟下碰撞沖突點(diǎn)為15個，比最初的方案（4.2、0.5、4.0、4.2、0.6、4.2、1.3 m）的爬升步驟少爬升了2次，減少了535個和鋼板梁、外伸桁架牛腿等的碰撞點(diǎn)。

2）采用BIM規(guī)劃塔吊爬升。通過BIM模擬，選擇非標(biāo)準(zhǔn)塔身60 m，塔身加高4 m，則可通過夾持調(diào)整避免塔吊支撐架與頂模外掛架碰撞，經(jīng)最優(yōu)排布對比，夾持在19～20 m時能全部避免碰撞。塔吊爬升19次，比標(biāo)準(zhǔn)塔身減少2次，節(jié)約了成本，提高了施工效率。

3）采用BIM規(guī)劃協(xié)同爬升。項(xiàng)目將把塔吊、頂模、布料機(jī)和鋼結(jié)構(gòu)柱的BIM模型整合到一起協(xié)同規(guī)劃爬升，優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)分節(jié)。以確保不發(fā)生宏觀上的碰撞沖突，各系統(tǒng)之間相互協(xié)同。模擬了很多種組合方法后，最終確定了20 m塔吊夾持高度、塔吊爬升19次，外爬模爬升98次，頂模頂升113次，混凝土澆筑98次的爬升總規(guī)劃。

2.2.2 采用BIM深化設(shè)計放樣

1）采用BIM深化設(shè)計頂模埋件。先將頂模埋件模型與主體結(jié)構(gòu)模型合至同一個模型文件中，對產(chǎn)生碰撞沖突的頂模埋件，重新進(jìn)行深化設(shè)計，采用異形埋件特殊處理，減少發(fā)生碰撞。

2）采用BIM放樣鋼筋。將鋼筋模型合入主體結(jié)構(gòu)、頂模埋件、塔吊埋件模型中，應(yīng)用三維碰撞檢查查找碰撞沖突點(diǎn)，調(diào)整鋼筋形狀（圖1），運(yùn)用軟件自動放樣，形成更為合理化的料單。

圖1 鋼筋調(diào)整

3 BIM利用成果

利用BIM技術(shù)，重新進(jìn)行三維規(guī)劃爬升和各構(gòu)件的深化設(shè)計近萬余項(xiàng)，將施工碰撞沖突降低到了理想的狀態(tài)。經(jīng)對21～45層（含標(biāo)準(zhǔn)層20層、非標(biāo)準(zhǔn)層6層）的同步跟蹤，并對已經(jīng)施工完成的樓層統(tǒng)計過程碰撞沖突點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)采用BIM技術(shù)減少了核心筒施工碰撞沖突，每層鋼構(gòu)與頂模埋件沖突、鋼構(gòu)與塔吊埋件沖突、鋼筋與鋼構(gòu)沖突這3類碰撞沖突減少了88%，極大地保證了核心筒的施工質(zhì)量和施工進(jìn)度，取得較大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

BIM技術(shù)為時下熱門的建筑新技術(shù)，有逐步取代二維圖紙的趨勢，但是在應(yīng)用落地方面，在國內(nèi)工程施工中普及率還不高。超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度較一般項(xiàng)目大，除核心筒外還有很多復(fù)雜的施工內(nèi)容，如鋼結(jié)構(gòu)、幕墻、機(jī)電分項(xiàng)工程。因此我們必須利用BIM技術(shù)，解決工程難題，建設(shè)優(yōu)質(zhì)工程。