林佳銘 黃圳瀚

上海建工五建集團(tuán)有限公司 上海 200063

近年來，國航空運輸業(yè)快速增長，隨著機場運行規(guī)模的不斷擴大和航班量的快速上升，飛機起降架次不斷攀升，越來越多的新建設(shè)機場更是規(guī)劃設(shè)計雙塔臺運行?？展芩_建筑具有外形特殊、高度較高、施工作業(yè)面小、施工工期短等特點，塔臺建造難度亦不斷提高。因此對機場高聳塔臺綜合施工技術(shù)進(jìn)行研究并實現(xiàn)高聳塔臺快速高效建造，顯得尤為重要。

高聳塔臺施工階段的BIM技術(shù)綜合應(yīng)用，不僅能夠優(yōu)化施工管理，而且對工程創(chuàng)優(yōu)效果顯著。從傳統(tǒng)施工階段管理存在的問題入手，提出了BIM技術(shù)在施工前期策劃階段的一攬子解決措施和施工中后期階段的一體化解決方案，并探索特殊構(gòu)筑物BIM應(yīng)用機制[1-5]。BIM技術(shù)在高聳塔臺快速建造中的應(yīng)用，將有效確保工程進(jìn)度的完成，并確保關(guān)鍵節(jié)點部位的質(zhì)量，并為類似的工程積累了成功的經(jīng)驗。

本文以BIM技術(shù)在?？诿捞m國際機場新塔臺項目快速高效建造中的應(yīng)用展開研究。圍繞項目建設(shè)過程中遇到的施工難點，結(jié)合施工現(xiàn)場進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)，以確保達(dá)到節(jié)約建設(shè)成本、縮短施工工期、保證安全質(zhì)量的目標(biāo)。通過施工前策劃、施工中控制、施工后總結(jié)，以形成專項施工技術(shù)方法，對類似項目施工有一定的借鑒價值。

1 工程概況

1.1建筑概況

?？诿捞m國際機場新塔臺工程位于海南省?？谑薪瓥|新區(qū)臨空經(jīng)濟(jì)區(qū)，場地東側(cè)為在建的機場立交橋，西側(cè)為美蘭國際機場交通中心，南側(cè)與北側(cè)為既有道路。新塔臺建成后，與原有建筑形成新的航管小區(qū)。項目包括塔臺、航管樓與變電站、柴油機房，以及新設(shè)置的停車場等相關(guān)設(shè)施。項目包含1棟22層塔臺和1棟5層航管樓，占地面積7 282.3 m2，塔臺總用地面積123.5 m2，航管樓總用地面積約為1 860 m2（圖1）。地下建筑面積4 060.37 m2，地上建筑面積約13 367.08 m2，項目總建筑面積為17 427.45 m2。

圖1 項目效果圖

1.2結(jié)構(gòu)概況

塔臺基礎(chǔ)形式為樁基筏板基礎(chǔ)，地上1層至地上12層為鋼筋混凝土筒體＋鋼結(jié)構(gòu)的混合結(jié)構(gòu)，呈圓形截面，直徑12 m；13層至17層為混凝土筒體＋外側(cè)倒錐形混凝土框架結(jié)構(gòu)；18層至22層為混凝土筒體＋外側(cè)倒錐形鋼框架結(jié)構(gòu)。

航管樓地上5層，結(jié)構(gòu)高度為22.8 m，局部5層出屋面樓梯間。采用樁基承臺基礎(chǔ)，航管樓平面呈凹字形布局。地下1層結(jié)構(gòu)為混凝土框架結(jié)構(gòu)，地上5層為鋼框架結(jié)構(gòu)。

在航管樓4層（標(biāo)高15 m）、5層（標(biāo)高18.9 m）設(shè)置連廊連接塔臺。連廊長度為12.95 m，采用單向鋼梁，一端與航管樓鉸接連接，另一端采用滑動支座連接，采用鋼筋桁架樓承板。

1.3項目工期緊張

海口美蘭國際機場新塔臺相比于國內(nèi)其他塔臺項目，建筑高度大且施工工期緊張。

西安咸陽機場新建塔臺建筑高度99.9 m，實際施工工期為21個月。北京T3新機場塔臺建筑高度100 m，實際施工工期為19個月。鄭州新鄭機場二期塔臺建筑高度94.1 m，實際施工工期為17個月。

而海口美蘭國際機場新塔臺建筑高度為108.5 m，實際施工工期僅為13個月。本項目合同工期為395 d，業(yè)主要求工期355 d，工期壓縮比例超過40%。

為保障項目在業(yè)主要求的工期內(nèi)竣工，決定使用BIM技術(shù)優(yōu)化施工管理，提高工作效率，顯著縮短工期，實現(xiàn)高聳塔臺的快速高效建造。

2 BIM技術(shù)在塔臺快速建造中關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用

2.1塔臺復(fù)雜深基坑施工技術(shù)

塔臺基坑地面僅488 m2，集水井、電梯井和鋼骨柱基礎(chǔ)有14個，開挖面相互交錯，開挖放線定位困難，存在開挖剖面多，定位放線難等難題。

通過建立三維模型，確定各開挖面交錯位置，確定邊坡線準(zhǔn)確位置，確保開挖準(zhǔn)確（圖2）。施工時結(jié)合施工方法、質(zhì)量控制要點、工藝流程、機械布置等要素，合理劃分施工區(qū)及流水段，在科學(xué)安排進(jìn)度的同時平衡資源投入，使整個工程有序進(jìn)行。

圖2 塔臺基坑開挖三維效果圖及現(xiàn)場

2.2特殊防控區(qū)高聳塔臺塔吊超長附墻施工技術(shù)

由于塔臺上部存在倒圓臺結(jié)構(gòu)，塔吊基礎(chǔ)位置需要避開塔臺倒圓臺范圍，因此塔吊需要做超長附墻，附墻桿最大長度12 m（圖3）。同時由于塔臺直徑小，附墻角度不滿足要求，需要在塔臺兩側(cè)設(shè)置型鋼支架，固定預(yù)埋件。

圖3 塔吊超長附墻三維效果圖及側(cè)視示意

塔吊作業(yè)難度較大，重點考慮到當(dāng)?shù)氐臍庀蠛椭苓叚h(huán)境影響因素，且結(jié)合塔吊設(shè)計的穩(wěn)定性及安全性，項目部對塔吊的附墻構(gòu)件加以設(shè)計，進(jìn)行附著的計算和仔細(xì)論證，確保吊運過程中的塔吊附著施工的科學(xué)性、合理性和安全性。

在編制塔吊方案的過程中，運用BIM技術(shù)進(jìn)行三維建模。搭建塔吊附墻桿件與外腳手架三維碰撞模型，對外腳手架進(jìn)行放樣，減少受影響的桿件數(shù)量，并對受影響桿件進(jìn)行加強（圖4、圖5）。

圖4 塔吊附著平面施工示意

圖5 塔吊平面布置示意

2.3異形勁性鋼骨柱施工技術(shù)

塔臺的鋼筋混凝土筒體結(jié)構(gòu)共設(shè)計8根異形勁性鋼骨柱，其中，其他異形勁性鋼骨柱4根，2根位于塔臺的正東位置，2根位于塔臺的正西位置。大截面異形勁性鋼骨柱4根，分別位于塔臺的東北角、西北角、東南角和西南角位置（圖6）。

圖6 塔臺勁性柱三維布置示意

吊裝工期要求緊，焊接量大，如何保證工期要求是工程實施的難點。異形柱的縱筋的安裝間距過小，不利于人工進(jìn)行精確定位安裝以及箍筋的安裝。運用BIM技術(shù)進(jìn)行三維建模，搭建異形勁性鋼骨柱異形柱鋼筋模型，在施工準(zhǔn)備階段對鋼筋進(jìn)行排布，及時調(diào)整鋼筋的位置。在確定最終的鋼筋排布方案之后，制作鋼筋的定位鋼板，再將鋼筋進(jìn)行安裝及焊接固定（圖7）。安裝完畢后，再用吊車進(jìn)行吊裝及安裝固定。

圖7 鋼模整體拼裝平面示意

研究異形勁性鋼骨柱施工技術(shù)及措施，確保柱腳施工精度，在縮短工期的前提下，確保主體結(jié)構(gòu)施工的安全及質(zhì)量。同時，還將該項施工技術(shù)有效編制成了發(fā)明專利《一種塔臺筒體型鋼混凝土異形柱鋼筋裝配調(diào)直施工方法》。

2.4高聳塔臺筒體弧形結(jié)構(gòu)模板支模施工技術(shù)

由于本工程外墻為圓心筒體結(jié)構(gòu)，為了保證結(jié)構(gòu)墻體的混凝土效果，外墻的外模板使用定制專用的鋼質(zhì)大模板，內(nèi)模板采用定制的圓形木模板，穿墻螺栓保證截面尺寸。整裝散拆，提高模板施工進(jìn)度，減少拼縫漏漿，提高施工質(zhì)量。

模板廠家定制大型模板，應(yīng)保證外觀尺寸合格。定制大型鋼模板有3塊鋼模板通過焊接連接，大鋼模板之間通過螺栓連接，由預(yù)留鋼筋固定位置。鋼模板的組裝單片吊裝質(zhì)量為2 123.4 kg。

模板面板為厚6 mm鋼板，長5 500 mm，寬3 930 mm。肋厚6 mm，寬100 mm，水平間距700 mm；背楞為雙根鋼管，間距500 mm。成孔直徑35 mm，水平間距490 mm；預(yù)留孔洞直徑45 mm，水平間距1 040 mm。外墻內(nèi)側(cè)模板面板材料為厚18 mm膠木板。鋼模板施工至11層后，停止施工。

筒體結(jié)構(gòu)木模板與鋼模板安裝施工時，施工工藝為：測量放線→大模板拼裝與墻柱鋼筋制作→墻柱鋼筋綁扎→內(nèi)側(cè)木模板吊裝安裝→外側(cè)鋼模板吊裝安裝→對拉螺栓安裝→檢測校正→模板加固→澆筑混凝土。

復(fù)雜的結(jié)構(gòu)及施工工藝，運用BIM技術(shù)進(jìn)行三維建模，搭建“外鋼內(nèi)木”筒體模板三維模型（圖8）。利用BIM可視化的優(yōu)勢進(jìn)行三維交底，確保筒體模板正確施工。

圖8 “外鋼內(nèi)木”筒體模板BIM模型剖面示意

2.5基于BIM的機電管線預(yù)先設(shè)計

實現(xiàn)項目的快速高效建造，很關(guān)鍵的一點是在施工前的準(zhǔn)備階段將設(shè)計存在的問題解決，為后續(xù)的施工預(yù)留充足的時間。為了達(dá)到這一目的，在施工準(zhǔn)備階段融入BIM技術(shù)，運用BIM技術(shù)的優(yōu)勢預(yù)先設(shè)計和模擬。搭建項目全專業(yè)施工圖模型，基于模型，機電施工單位進(jìn)場時進(jìn)行機電管線預(yù)先設(shè)計。

2.5.1 碰撞檢測及深化

將項目機電專業(yè)模型與土建專業(yè)模型導(dǎo)入Navisworks軟件中，進(jìn)行不同專業(yè)的模型碰撞檢測。根據(jù)確定的管線排布原則，噴淋管道最上，風(fēng)管在下，其他的水管、橋架等可以跟風(fēng)管走同一層，照明燈具在最下，盡量使照明燈具跟風(fēng)管底平齊。生成碰撞檢測分析報告，根據(jù)報告顯示，針對碰撞處進(jìn)行深化（圖9）。經(jīng)碰撞檢測，初步產(chǎn)生碰撞1 821處，再次深化后只剩13處。

圖9 碰撞檢查流程示意

2.5.2 凈高分析及優(yōu)化

經(jīng)過碰撞檢測并初步深化后的模型，將運用BIM技術(shù)繼續(xù)對建筑內(nèi)部空間進(jìn)行凈高分析。首先將Revit模型同步導(dǎo)入Fuzor中進(jìn)行漫游，通過在三維漫游中布置三維標(biāo)記，形象、直觀、準(zhǔn)確地表現(xiàn)出每個區(qū)域的凈高?？舍槍Σ煌瑓^(qū)域的凈高要求，對該區(qū)域的機電管線進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)化管線布置方案；提前發(fā)現(xiàn)不滿足凈高和功能要求部位，交由設(shè)計方進(jìn)行調(diào)整，避免后期變更造成工期和成本增加。

2.5.3 孔洞預(yù)留

完成機電管線碰撞檢測及深化和凈高分析及優(yōu)化后，運用BIM技術(shù)提前預(yù)留孔洞，保證機電管線的準(zhǔn)確性、結(jié)構(gòu)完整性、減少二次打鑿，確保質(zhì)量目標(biāo)，實現(xiàn)精細(xì)化施工，為原本緊張的工期節(jié)約了寶貴的時間。

2.5.4 明細(xì)表出量

在機電專業(yè)模型經(jīng)過預(yù)先設(shè)計之后，由模型直接精確導(dǎo)出明細(xì)表。由明細(xì)表可以直接統(tǒng)計得出各施工分區(qū)的工程量，來減少施工材料浪費，達(dá)到控制總材料計劃的目的。同時也為有限的材料堆場及材料周轉(zhuǎn)方案提供了可靠的依據(jù)。

2.5.5 出施工圖指導(dǎo)現(xiàn)場施工

完成基于BIM的機電管線預(yù)先設(shè)計后出現(xiàn)場施工圖，后續(xù)將用作施工藍(lán)圖。將機電深化前的問題解決于施工之前，在提升效率的同時減少了成本。

其中航管樓機電管線預(yù)先設(shè)計后出施工圖紙共50張，其中包括空調(diào)風(fēng)設(shè)計說明1張，航管樓各層及塔臺地下室綜合管線平面圖、暖通風(fēng)、給排水、消防水、強電橋架、弱電橋架等各6張。用于輔助施工的鋼梁留洞圖及剖面圖若干。

3 結(jié)語

海口美蘭國際機場新塔臺工程于2020年4月開工，主體結(jié)構(gòu)已于2021年4月順利封頂。先后克服了場地狹小、工期緊等情況，針對項目基坑開挖剖面多、定位放線難、異形勁性鋼骨柱鋼筋直徑大、塔吊超長附墻、筒體弧形結(jié)構(gòu)模板支模施工等難題，運用BIM技術(shù)指導(dǎo)施工作業(yè)，優(yōu)化施工方案，有序地確保了工序?qū)?。項目如期實現(xiàn)封頂節(jié)點，獲得業(yè)主方的高度好評。

隨著社會的不斷發(fā)展和建筑信息化進(jìn)程的推進(jìn)，將BIM技術(shù)融入快速高效建造的應(yīng)用已經(jīng)成為一種趨勢。BIM技術(shù)的可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性是實現(xiàn)快速高效建造，乃至實現(xiàn)建筑信息化必不可少的工具。