基于BIM的變截面厚重弧形拱板高大模板施工探討

晉兆豐 余江川 胥悅 張文宇 李長江

國內“BIM技術”施工工藝在土建施工及管線綜合碰撞檢查中的應用較為廣泛，然而“BIM技術”施工工藝尚未在復雜弧形拱板施工及大跨越梁板結構中得到應用，理論數據和實踐經驗方面都比較匱乏。對模板支模體系施工研究，確保了厚重頂板結構施工安全，提高定型加工精確性，實現信息數字化，在經濟效益和工期控制等方面具有良好的效果。同時，實現了節約材料，降低工程總價，難點可視化展示，保證了施工質量及工期。

BIM； 變截面； 大模板

TP317.4 B

［定稿日期］2023-01-05

［作者簡介］晉兆豐（1991—），男，碩士，工程師，主要從事BIM相關工作；余江川（1991—），男，本科，助理工程師，主要從事BIM相關工作；胥悅（1985—），男，本科，高級工程師，主要從事技術、質量、安全等管理工作；張文宇（1987—），男，本科，工程師，主要從事建筑施工管理工作；李長江 （1994—），男，本科，主要從事BIM相關工作。

國內“BIM技術”施工工藝在土建施工及管線綜合碰撞檢查中的應用較為廣泛，成功案例較多，在土建中的應用也較為成熟，然而“BIM技術”施工工藝尚未在復雜弧形拱板施工及大跨越梁板結構中得到應用，理論數據和實踐經驗方面都比較匱乏。本文結合實際介紹復雜弧形拱板施工及大跨越梁板結構的BIM技術。

1 施工重難點

新建鐵路成都至自貢線天府機場段天府機場站二標段項目，施工范圍為站后咽喉區DK60+176～DK60+640［1］，共464 m，主體結構為六線變雙線（其中到發線4條，正線2條）的拱形現澆鋼筋混凝土框架結構，大鐵工程在DK60+109.474～DK60+502.315段下穿T2航站樓。支護設計采用采用噴錨支護和綠色裝配式支護；土方開挖量約66萬m3，抗拔樁568根。主體結構底板寬度由60.3 m變化至19.3 m，結構形式由五洞變化成單洞拱形現澆鋼筋混凝土框架結構，側墻高度由8.5 m，底板厚度1.8 m，外側墻厚度2 m（局部3 m），中隔墻厚度1 m，頂板厚度有2.5 m、2.8 m和3 m 3種形式。作為航站樓的基礎，其頂板呈弧形，最薄處厚度達2.5～3 m，隧道頂板設計為拱板，多跨鋼筋混凝土拱形結構，拱板矢高相同，但凈寬度不規則漸變，由五拱收縮為單拱，弦長與曲率沿隧道縱向各不相同，無法使用隧道臺車施工或預制拱圈滿足經濟要求。

作為上部航站樓大廳基礎，該頂板厚度大、曲率大、自重重，且隧道凈空高、凈跨大，沿隧道方向凈寬不規則漸變，采用常規滿堂架支模體系須定制弧形型鋼龍骨，主龍骨制作成弧形且尺寸各不相同。精度要求高，加工難度大，技術交底困難多且安全風險大。

本工程高大模板主要包含外側墻（2 m、3 m）、中隔墻（1 m），搭設高度8.5 m；頂板（2.5 m、2.8 m、3 m）搭設高度9.95 m、11.75 m、12.25 m；框架梁（梁高3.92 m、6.25 m），搭設高度8.5 m，均為需專家論證的高大模板（圖1、圖2）。

2 對策

2.1 架體選型及技術參數

為確保結構質量，保證混凝土的外型尺寸、外觀質量都達到設計及業主要求，同時節約工期，選用最合理的模板及支撐體系和施工方法。模板體系的選擇遵循支拆方便、牢固可靠的原則，根據圖紙設計的構件尺寸及工程實際情況，模板選用厚15 mm竹膠板。

大鐵頂板分為2次澆筑，滿堂架設計僅考慮承受第一次混凝土澆筑過程中的自重荷載和施工荷載，第二次混凝土澆筑過程中的自重荷載和施工荷載可由第一次混凝土結構承受（第二次混凝土澆筑在第一次混凝土澆筑完成7天后進行）。外側墻內側模架采用單側支架，外側采用外桁架。支架由埋件系統和架體（包含移動裝置）2部分組成，其中埋件系統部分包括：地腳螺栓、連接螺母、外連桿、碟形螺母、墊片和壓梁。支架每單元2.44 m，每個架體間距為800 mm（表1）。

邊側墻底板及腋角底板外側回填50 cm混凝土后，搭設支撐架。底板內側腋角模采用定型模板，定型模板下部采用拉筋與底板鋼筋焊接，上部采用對拉螺桿與外側支撐體系相連。中隔墻采用定型模板，定型模板下部采用拉筋與底板鋼筋焊接，上部采用對拉螺桿相連。

2.2 模板設計

面板采用15 mm厚竹膠板，豎肋為200 mm×80 mm×40 mm木工字梁，橫肋采用雙12#槽鋼；木工字梁豎向間距為300 mm，第一道橫背楞距模板下端300 mm，其余間距為1 000 mm；在單塊模板中，多層板與豎肋（木工字梁）采用釘子連接，豎肋與橫肋（雙槽鋼背楞）采用連接爪連接，在豎肋上兩側對稱設置吊鉤。2塊模板之間采用芯帶連接，用芯帶銷插緊，保證模板的整體性，使模板受力合理、可靠。

模板拼裝流程：放置背楞—木梁組裝—多層板上彈線下料—鋪面板—彈線鋪木梁豎肋上槽鋼背楞和吊鉤—釘端頭木方—模板吊升靠在堆放架上。

因設計圖紙要求，外側墻不能采用對拉螺桿，故外側墻模板采用桁架模板體系。混凝土澆筑速度不超過0.6 m/h。

中隔墻采用對拉，對拉螺栓選用M14 mm型號，間距為500 mm×500 mm（計算按500 mm×500 mm進行計算）。側模采用15 mm厚竹膠板面板。豎向主楞采用48×3.2 mm雙鋼管，間距500 mm，水平次楞采用100 mm×50 mm方木，間距250 mm（圖3）。

頂板支撐體系采用盤扣式腳手架，間距600 mm×600 mm，在靠近側墻部位加強為300 mm×600 mm。主楞采用100 mm×100 mm木枋，縱向布置，間距600 mm，次楞采用50 mm×100 mm木枋間距100 mm，面板采用15 mm厚的木模竹膠板。布置效果圖見圖4。

拱形頂板為多跨鋼筋混凝土拱形結構，頂板超厚、跨度大、曲率大，沿隧道方向凈寬不規則漸變［2］，主龍骨制作成弧形且尺寸各不相同，利用BIM技術建成模型，直觀反映成形質量。主龍骨采用3根弧形鋼管捆綁組合而成，沿隧道環向布置，在加工棚中利用BIM模型彎曲數字加工后運送至現場進行安裝，由立桿端部的頂托將其支撐。根據設計圖紙資料、加工方式、材料的不同對每個節點構件進行深化，確保模型中造型尺寸、線型曲線的正確，及時發現支模體系施工中不合理之處并做相應的深化設計，并在軟件內調整空間系坐標，確定每段步距主要位置的定位點數據方便后期測量定位使用。根據通過BIM技術建立變截面厚重弧形拱板支撐體系模型，做到腳手架材料的精細化統計管理，自動生成明細表，包含立桿高度、間距等參數。對腳手架安全系統進行高度模擬保障，最大程度的降低施工風險，節約施工成本，提高施工質量。利用三維可視化手段輔助進行零件深化，保證了零件加工精度，降低了次品率和材料損耗率，而且基于三維技術輔助更便于控制構件表面曲度和整體精度，提高了構件的生產質量和現場安裝精度，同時通過虛擬預拼裝提高了現場管理效率，降低了安全風險，減少了質量和安全事故（圖5）。

3 效益分析

應用BIM技術最大優勢為動態監管和主動獲取信息，結合設計圖紙進行工程分解，拓展三維部件模型制作工序，獲取部件的規格尺寸、體積重量、材質質量等信息，在整個建造過程中提高工作效率和質量。

3.1 成本分析

應用BIM深化設計解決變截面厚重弧形拱板高大模板施工重難點，極大降低了腳手架搭設工人的安全風險。同時，本工法避免了采用重型龍骨，人工操作即可，無需起重機械輔助，使模架體系成本節約約30%。通過精細化模型，準確控制周轉材料使用量，杜絕浪費現象，最大程度地降低材料成本。

3.2 工期分析

由于利用BIM模型模擬施工過程，將工程施工中可能遇見的問題一一通過模型進行反映，減少安裝拆除返工，使高大模板體系在安裝時節約工期約30天，拆除時節約工期約30天。

3.3 協同分析

本項目高大模板及支撐體系施工的主要風險有：支架坍塌、失穩、暴雨及洪災、模板變形過大、火災事故、觸電事故、有毒、有害環境、高處墜落或物體打擊、起重吊裝作業等。BIM模型可視化將高大模板體系中的各個環節及諸多施工難點展現，加強危險源管控，有針對性地提升安全保證措施，利用BIM協調平臺便于現場進行溝通協調。最大程度減小腳手架施工的風險，提高施工效率與安全質量。

4 結論

本文提供了一種基于BIM技術的高大模板體系施工方法，確保了厚重頂板結構施工安全，提高定型加工精確性，實現信息數字化，在經濟效益和工期控制等方面具有良好的效果。

利用三維可視化手段輔助進行零件深化，保證了零件加工精度，降低了次品率和材料損耗率，而且基于三維技術輔助更便于控制構件表面曲度和整體精度，提高了構件的生產質量和現場安裝精度，同時通過虛擬預拼裝提高了現場管理效率，降低了安全風險，減少了質量和安全事故。

參考文獻

［1］ 莊棱凱.天府機場大鐵車站咽喉區主體結構設計及施工方案研究［D］.重慶： 重慶大學，2018：5.

［2］ 王東冬.變截面厚重拱板的支模體系的探討［J］.磚瓦世界，2020（10）：91.