基于BIM的狹小施工場地超高層建筑施工部署

胡 亮 祖公博 曾小輝

中國建筑第二工程局有限公司華南分公司 廣東 深圳 518048

建筑施工部署是決定工程建設綜合水準的重要環節之一，在施工場地內的人工、材料和設備的周轉利用水平，直接決定了工程項目的經濟性和安全性[1]。近年來，隨著國內城市化進程的不斷推進，大中型城市的城區土地使用愈發緊張，新建建筑容積率不斷提升，除了宏觀上帶來了城市土地規劃使用的一系列問題外，高容積率的狹小場地也對工程建設的施工部署和場地利用提出了更高的要求。

這一工程問題受到了學者和技術人員的關注，開展了對狹小場地內施工部署的研究[2-4]。通過結合項目案例，對狹小場地的施工部署進行了應用報道，但是研究大多是基于經驗和施工過程中的探索完成的，系統性的研究和解決方案欠缺。

隨著BIM技術應用的逐漸普及，技術人員在基于BIM的逆向建模、異形設計、材料下單等方面開展了大量的研究[5-6]。BIM給工程技術人員提供的可視化施工模擬手段為工程策劃提供了便利，但是在狹小場地施工部署中的BIM應用報道還未在可獲得的文獻中檢索到。因此，本文以深圳市超高層建筑城建大廈為例，通過應用BIM技術輔助策劃和施工技術創新應用，對狹小場地內超高層建設的施工部署進行了研究和探索。

1 工程概況

深圳城建大廈項目總高度333 m，是深圳市羅湖區地標性建筑，也是深圳市重點項目。該項目位于深圳市中心羅湖區紅嶺南路與金華街交會處，四周被主干道和民用建筑環繞，地鐵9號線自西側基坑下部南北方向穿過。工程總建筑面積逾19萬 m2，由1棟72層塔樓、5層地下室與6層裙房組成。由于該項目位于深圳市中心區，場地面積僅9 950.67 m2，其中東側深基坑占地面積達到5 581 m2，西側淺基坑面積1 300 m2。該超高層建筑在有限的場地內開工建設，對施工平面布置及場地面積利用要求極高。

2 BIM輔助施工部署流程

針對狹小場地的超高層建設，本文提出一種基于BIM的綜合施工進度模擬和空間運輸模擬的施工平面布置輔助決策方法，其框架如圖1所示。

圖1 BIM工作流程示意

1）本項目的施工根據施工對象不同，可劃分為筏板施工階段、地下室施工階段、主體施工階段和裝修施工階段。類似項目實施中可根據項目類型和進場階段不同進行相應調整。

2）對建筑和場地進行BIM建模。本文基于Autodesk Revit 2019進行了建模（圖2）。在構件族建立過程中，須對不同構件類型，比如混凝土梁、混凝土柱、桁架樓承板、混凝土樓板、鋼結構梁、鋼結構柱等進行分屬性建模，便于工程量清單分類和數量提取。

圖2 Revit逆向建模

3）使用Revit對施工進度進行模擬和糾偏，優化關鍵路線，使得總工期和里程碑事件符合進度要求。

4）根據施工進度計劃，對不同階段分別提取筏板施工階段、地下室施工階段、主體施工階段和裝修施工階段的工程量清單，計算各個材料的堆場和加工場面積。

5）通過水平和垂直運輸分析對各場地布置位置和相對距離進行優化，完成各個階段的平面布置和優化。

通過該過程分析，發現某些階段的平面可布置面積無法滿足場地需要。針對這些階段的布置需要，對施工工序和場地利用通過工序調整和永臨結合等手段進行優化。

3 地下階段施工部署

本項目有塔樓深基坑和裙樓淺基坑這2處基坑。深基坑面積5 581 m2，深度25.85 m；淺基坑上跨深圳地鐵9號線，基坑面積1 300 m2，深度6.8 m（圖3）。通過BIM模擬發現，2處基坑若同時施工，場地內空間不能滿足交通、臨建及材料堆場加工需要，而且淺基坑施工不是項目的關鍵線路，因此采用“先深基坑，后淺基坑”的施工順序，保證項目施工的場地需要。

圖3 深淺基坑示意

3.1 筏板施工階段

根據換填范圍面積及深度，由淺至深臺階式直接開挖至換填底面標高，過程中將開挖出的土石方進行外運。清理完換填區域后，澆筑C20混凝土至底板底標高。澆筑完成后進行靜載試驗，后續進行底板施工。在換填施工的同時，坑內進行錨桿試驗工作，試驗完成后，開始大面積的錨桿施工。錨桿施工完成后，進行底板施工。本工程筏板施工屬于大體積混凝土澆筑，施工過程中對大體積混凝土澆筑的質量控制是此階段的重點，本階段配置了2臺地泵與2臺天泵配合完成澆筑工作。

針對該階段場地緊張的情況，在基坑頂部搭設3塊棧橋板，如圖4所示。1號棧橋板緊鄰場地大門，作為挖方出土點，后續作為材料堆放場地；2號棧橋板作為材料堆場使用；3號棧橋板作為模板堆場。利用這3塊棧橋板解決了該階段材料堆放和出土的難點。

圖4 棧橋板示意

3.2 地下室施工階段

地下室施工的策略是采用核心筒先行的方式為后續爬模安裝提供作業面，如圖5所示。地下室施工階段1-1區與1-2、1-3區平行施工，1-2、1-3區流水施工，從而實現1-1、1-2、1-3區不等高錯層流水施工，1-1區領先1-2區1層，1-2區領先1-3區1層，達到核心筒先行的目的，保證了后續爬模安裝的順利展開。

圖5 地下階段施工平面及流水段劃分

3.3 地下室出±0 m

此階段在南側及東南側增加58間集裝箱房屋（圖6），作為工人宿舍和智慧標養室等工作用房，可滿足現場高峰作業需求；并將原支撐板上的相關堆場轉移至西側辦公室旁；增加2處地泵點及1處鋼構件堆場；待場地北側、東側及南側室外管線、化糞池及室外道路基層施工完成后，再進行堆場及道路轉移。

圖6 地下室出±0 m平面布置示意

4 地上階段施工部署

4.1 地下室頂板利用

地下室頂板施工完成后，立即回填肥槽平整場地。在地下室頂板上沿建筑物四周設材料堆放、加工場地，以及臨時消防通道以滿足消防和場內運輸要求，平時安排專人維護清理，保證消防通道暢通（圖7）。為確保地下室頂板滿足消防車及施工車輛的荷載要求，通過荷載驗算，由設計方變更方案，加強了頂板的混凝土配筋，確保地下室頂板結構安全，從而啟用正式消防通道作為場內道路。

圖7 主體施工階段平面布置示意

4.2 塔樓流水穿插施工

在塔樓施工階段，核心筒和外框架采用“錯層同步施工”策略，如圖8所示。核心筒領先外框鋼柱4層，外框鋼柱領先外框鋼梁2層，外框鋼梁領先外框混凝土結構2個作業層，在立面上各作業層形成不等高同步施工流水。核心筒施工采用電動液壓爬升模板體系，水平構件為桁架樓承板。外框施工防護采用電動自爬升防護架體。由于核心筒的剪力墻、結構柱和樓板采用整層同時澆筑，若按傳統施工方式，鋼筋工人在支模過程中存在流水中斷窩工的情況。因此，本項目創新采用了超層綁扎技術，通過受力復核，核心筒爬模增加1層架體高度，使得架體覆蓋3層作業面，在下層支模過程的同時，鋼筋工人在上一層進行墻柱鋼筋綁扎，保證了核心筒的流水施工作業，提高了施工效率。

圖8 主體施工模擬示意

5 永臨結合優化空間利用

通過BIM施工模擬發現，本項目在裝飾裝修和幕墻安裝階段，由于工期緊張，一次裝修和幕墻施工需在項目完全封頂前提前插入。幕墻和裝修工程材料種類多、數量大，并且封頂前主體結構的鋼筋、模板、鋼結構等的堆場及加工場仍需保持使用，地上空間不足以滿足場地布置的需要。為了緩解地上結構施工場地狹小的問題，采用地下空間提前投入使用的方案保證場地需要。

地下室提前啟用需滿足通風次數、相對濕度、地下室排水和燈光照度等條件。在排風系統、照明系統和排水系統搭設中，采用正式或是臨時管路和設備是必須面臨的問題，通過策劃分析，鎖定了3種備選方案擇優選擇，如表1所示。

表1 地下室提前使用方案比選

第1種方案：全部設備管路臨時安裝，正式線路按正常施工次序安裝，待正式機電安裝后再將臨時系統轉為正式系統，該方案策劃難度最小，地下室投入使用最快，但措施費用最高。

第2種方案：全部設備管路提前進行施工，并且所有風機盤管、照明和排水設施均采用正式設備。該方案不需要采購臨時設備，建設費用最低，但涉及正式風機和水泵的保修開始日期提前，正式照明存在破壞風險，維修保養費用相對提高，成品保護壓力大，并且存在采購周期等影響因素可能導致完工時間推遲，不確定因素大。

第3種方案：采用永臨結合的方法，風管、照明線路和排水管路等提前敷設，風機、照明燈具和水泵等價值高且難于維護的設備采用臨時設備。該方案建設費用適中，工期相對可控，維護難度小，綜合考慮，該方案為最優方案。作為本項目的最終采用方案，具體內容如下：

1）在保證地下室照明和其他用電設備正常工作的同時，避免臨時線路對地下室堆放和裝修的影響，優先完成強弱電橋架及正式線路敷設，臨時照明燈具與正式電路相連，為地下室提供照明。

2）地下室環境密閉、潮濕，從安全衛生和設備養護角度考慮，需要安裝排風系統，經過施工優化，通風管道采用正式風管，并租用臨時風機，滿足地下室通風次數要求。綜合分析，該方法節約了未來的避讓、拆改，以及臨時材料的采購和安裝費用。

3）地下室排水同樣采用正式排水管道，由于市政排水接駁條件尚不滿足，采用優先完成正式地下室排水管路安裝，租用臨時水泵抽水的方式，通過正式排水管道，將地下室積水排入集水井，保證地下室干燥、潔凈。

通過以上照明、通風和排水的永臨結合措施，地下室空間提前投入使用（圖9）。在地下2層布置了機電堆場和加工場，地下3層設置了裝修等材料的材料堆場，地下4層作為臨時停車場地。同時，堆場設置考慮了材料運輸的便利性，全部沿車道布置，采用了材料運輸距離最優方案，實現了狹小施工空間的高效利用，保證了項目的順利實施。

圖9 地下室空間利用

除此之外，施工消防系統和施工水箱作為項目必備設備，通過預先策劃，也采用了永臨結合的方式進行施工。塔樓消防系統采用正式消防立管及生活水箱、消防水箱，可減少臨時消防立管及臨時消防水箱的材料投入、安裝和拆改人工費用。塔樓40層以下提前插入正式消防栓安裝，可將40層以下的臨時消防栓轉至40層以上使用，減少了材料投入、安裝和拆改人工費用。

6 結語

為了解決大型城市在場地狹小的施工條件下建設超高層項目的工程部署難題，提出了一種基于BIM的狹小施工場地超高層建設輔助策劃流程和方法，同時結合項目案例，介紹了一系列適合狹小場地超高層施工的非關鍵路線工序調整、超層綁扎、地下空間永臨結合等管理和技術措施。在該方法中，BIM模型能夠客觀、定量地反映項目實施中可能遇到的問題，通過施工模擬和工程量統計，提前預知項目實施過程中場地壓力較大的環節，使場地分析和工序協調更為直觀。針對困難環節和階段，本文提出的針對性管理和技術解決方案，在保證項目順利實施的前提下，兼顧了經濟和效率。該方案為工程界在狹小場地超高層建筑的施工部署提供了新思路，可供類似項目參考。