沈 鍇 劉 鑫

中建三局第三建設(shè)工程有限責(zé)任公司 湖北 武漢 430074

隨著城市的發(fā)展，土地資源日益稀缺，地下建筑設(shè)計(jì)層數(shù)越來越多，地基抗浮設(shè)計(jì)的優(yōu)劣往往成為整個(gè)基礎(chǔ)甚至整個(gè)項(xiàng)目安全性和經(jīng)濟(jì)性的決定因素[1]。其中，抗浮錨桿施工是目前設(shè)計(jì)中最常用、性價(jià)比最高的措施。但是抗浮錨桿施工過程中存在諸多弊端，需要進(jìn)行優(yōu)化。以某醫(yī)院建筑地下室抗浮錨桿工程為例，利用BIM技術(shù)三維可視化優(yōu)勢(shì)，對(duì)項(xiàng)目錨桿施工進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高錨桿施工質(zhì)量，并與測(cè)量機(jī)器人聯(lián)動(dòng)放樣，可縮短30%施工工期。

1 工程概況

某醫(yī)院建筑工程為現(xiàn)澆鋼混框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，總建筑面積20 萬m2，地上建筑面積11.4 萬m2，地下面積 8.6 萬m2，包括康復(fù)樓、病房樓、門診醫(yī)技大樓、體檢中心等7棟單體建筑及2層地下室。地下室層高最高為5.7 m，基礎(chǔ)形式為500 mm厚筏板＋下柱墩，柱墩697個(gè)、電梯井30個(gè)、集水井80個(gè)、抗浮錨桿共3 294根。本工程抗浮錨桿設(shè)計(jì)要求入持力層（中風(fēng)化巖層）深度不小于4 m。

2 傳統(tǒng)抗浮錨桿施工的不足

傳統(tǒng)的抗浮錨桿施工過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)以下弊端：錨桿施工過程中點(diǎn)位與電梯井、集水井等邊坡沖突，柱墩內(nèi)部錨桿施工困難、成形質(zhì)量差；錨桿施工中未對(duì)錨桿進(jìn)行分區(qū)編號(hào)[2]，施工過程混亂，存在放線定位或鉆機(jī)成孔時(shí)個(gè)別錨桿遺漏問題，形成安全隱患；局部筏板設(shè)計(jì)底標(biāo)高未達(dá)到抗浮錨桿錨固段土質(zhì)要求（一般為中風(fēng)化巖層），導(dǎo)致地下錨固段長(zhǎng)度不符合設(shè)計(jì)要求；錨桿施工中測(cè)量定位精度低，導(dǎo)致整體抗浮能力下降；抗浮錨桿點(diǎn)位體量大，外業(yè)放樣工期長(zhǎng)。

3 BIM技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)抗浮錨桿施工的改進(jìn)

為解決傳統(tǒng)抗浮錨桿施工中遇到的問題及造成的質(zhì)量缺陷，該工程在收到設(shè)計(jì)圖紙后，利用BIM技術(shù)對(duì)其進(jìn)行施工模擬，將傳統(tǒng)的抗浮錨桿施工弊端在模擬施工中消除。利用BIM可視化對(duì)抗浮錨桿點(diǎn)位進(jìn)行優(yōu)化，以“策劃先行、BIM為輔”為主要手段，真正做到虛擬施工、查漏補(bǔ)缺，實(shí)現(xiàn)零返工、短工期、高質(zhì)量。

1）電梯井、集水井邊坡及柱墩內(nèi)部錨桿點(diǎn)位優(yōu)化。本項(xiàng)目地下室底板電梯井、集水井?dāng)?shù)量多，基坑深度0.9～ 2.0 m，在土方開挖過程中均按照60°放坡處理。原設(shè)計(jì)錨桿點(diǎn)位已經(jīng)對(duì)電梯井、集水井等點(diǎn)位進(jìn)行優(yōu)化，避開深基坑位置，由于設(shè)計(jì)階段未考慮實(shí)際施工過程中的放坡距離，在BIM技術(shù)三維碰撞檢查中，發(fā)現(xiàn)抗浮錨桿有25個(gè)點(diǎn)位處于坑中坑邊坡處（圖1）；工程基礎(chǔ)模式為筏板＋下柱墩形式（柱墩最大邊長(zhǎng)5.5 m），通過BIM技術(shù)可視化可以直觀發(fā)現(xiàn)位于柱墩內(nèi)的抗浮錨桿，共計(jì)30個(gè)點(diǎn)位，由于鉆孔機(jī)在作業(yè)時(shí)無法深入內(nèi)部進(jìn)行打孔施工（打孔機(jī)最遠(yuǎn)打孔距離為2 m），導(dǎo)致打孔機(jī)成孔作業(yè)難。本項(xiàng)目施工順序?yàn)橄仁┕|層后施工錨桿，以上2種情況如果直接施工會(huì)導(dǎo)致錨桿施工困難、成形質(zhì)量差，嚴(yán)重破壞墊層質(zhì)量。無論是邊坡上還是柱墩內(nèi)部抗浮錨桿，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，錨固端須深入持力層（中風(fēng)化巖層）4 m以上，錨桿上部錨固筏板鋼筋需加長(zhǎng)，導(dǎo)致工程材料浪費(fèi)（圖2）。針對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題，立刻對(duì)此處錨桿點(diǎn)位進(jìn)行優(yōu)化，以不減少原錨桿設(shè)計(jì)數(shù)量為基本原則，盡可能避開與邊坡碰撞部位，將錨桿移出邊坡位置，并對(duì)邊坡周圍3排×3排錨桿進(jìn)行等間距重新排布，以保證每根抗浮錨桿受力均勻?？垢″^桿原間距3 m×3 m，經(jīng)過優(yōu)化后邊坡周邊錨桿間距實(shí)際為2.6 m× 2.6 m（圖3）。

圖1 錨桿與集水井邊坡碰撞

圖2 錨桿錨固鋼筋加長(zhǎng)

圖3 局部?jī)?yōu)化前后方案展示

2）抗浮錨桿分區(qū)編號(hào)（圖4）。在抗浮錨桿建模過程中，本工程根據(jù)后澆帶劃分對(duì)地下室進(jìn)行分區(qū)，分為A區(qū)～Y區(qū)，共25個(gè)區(qū)。在BIM模型創(chuàng)建中實(shí)行分區(qū)建模、統(tǒng)一命名編號(hào)，統(tǒng)計(jì)每個(gè)區(qū)錨桿數(shù)量，為后面導(dǎo)出圖紙及施工做準(zhǔn)備，并以此為依據(jù)編制各區(qū)錨桿施工進(jìn)度計(jì)劃，合理規(guī)劃施工部署，避免錨桿施工過程中因未對(duì)錨桿進(jìn)行分區(qū)編號(hào)，造成施工混亂，以及放線定位或鉆機(jī)成孔過程導(dǎo)致個(gè)別錨桿遺漏等傳統(tǒng)錨桿施工問題。

圖4 錨桿分區(qū)編號(hào)

3）BIM技術(shù)信息化解決錨桿地下錨固段不足。根據(jù)地勘報(bào)告，本工程PQ區(qū)筏板底標(biāo)高未達(dá)到抗浮錨桿錨固土質(zhì)要求，距中風(fēng)化巖層仍需開挖500～800 mm深度，而設(shè)計(jì)文件未明確PQ區(qū)錨桿長(zhǎng)度，統(tǒng)一設(shè)計(jì)為：錨桿長(zhǎng)度入持力層（第四層中風(fēng)化巖）不小于4 m。在BIM建模階段，根據(jù)地勘報(bào)告PQ區(qū)實(shí)際地質(zhì)情況中筏板底土質(zhì)巖層到中風(fēng)化巖層實(shí)際深度，創(chuàng)建錨桿實(shí)際長(zhǎng)度（4 500～4 800 mm）模型。利用BIM技術(shù)信息化，在Revit軟件中可以直接生成錨桿明細(xì)表，根據(jù)錨桿長(zhǎng)度進(jìn)行分類篩選，即可統(tǒng)計(jì)出在此區(qū)域的錨桿數(shù)量以及錨桿自身編號(hào)等具體信息。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，共發(fā)現(xiàn)105根長(zhǎng)度大于4 m的抗浮錨桿，導(dǎo)出明細(xì)表，記錄錨桿編號(hào)，避免后期施工造成錨桿錨固段長(zhǎng)度不足。通過Revit軟件查詢功能（按ID選擇），在三維圖中可自動(dòng)準(zhǔn)確定位到柱墩內(nèi)部錨桿，進(jìn)行二次檢查。

錨桿設(shè)計(jì)圖經(jīng)過BIM技術(shù)優(yōu)化后，將優(yōu)化后的方案（錨桿優(yōu)化原因、錨桿位置、數(shù)量）整理匯總，提交給設(shè)計(jì)單位。設(shè)計(jì)單位對(duì)方案重新進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)計(jì)算、標(biāo)高復(fù)核等工作，方案復(fù)核確認(rèn)后發(fā)出設(shè)計(jì)變更單。項(xiàng)目方根據(jù)設(shè)計(jì)方下達(dá)的變更指令便可施工[3]。

4 放樣機(jī)器人在抗浮錨桿施工中的應(yīng)用

在抗浮錨桿施工中，由于放樣點(diǎn)位數(shù)量大，利用傳統(tǒng)的測(cè)量放樣方式需要每個(gè)點(diǎn)輸入坐標(biāo)系，嚴(yán)重影響工作效率。項(xiàng)目利用BIM技術(shù)優(yōu)化后的點(diǎn)位坐標(biāo)，與測(cè)量機(jī)器人（Leica TS15）相結(jié)合，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測(cè)量缺陷，提高了錨桿點(diǎn)位精度。

將BIM優(yōu)化后的錨桿模型在Revit中生成圖紙，并導(dǎo)出.dwg文件。在CAD中使用align命令，將導(dǎo)出后的錨桿平面圖相對(duì)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成絕對(duì)坐標(biāo)系，用工具中坐標(biāo)數(shù)據(jù)提取命令（DATAEXT）選擇錨桿編號(hào)數(shù)據(jù)，根據(jù)屬性篩選出錨桿點(diǎn)位坐標(biāo)，并輸出.csv格式，另存為.dat格式。將.dat格式坐標(biāo)文件直接導(dǎo)入放樣機(jī)器人，施工過程中選擇導(dǎo)入文件夾進(jìn)行常規(guī)測(cè)量工作即可。直接輸入點(diǎn)位編號(hào)，儀器即可自動(dòng)照準(zhǔn)，避免外業(yè)測(cè)量作業(yè)中手動(dòng)循環(huán)輸入點(diǎn)位 坐標(biāo)。

Leica TS15測(cè)量精度可以達(dá)到0.1 mm級(jí)，測(cè)量精度是工程項(xiàng)目常用全站儀的10倍，提高了錨桿點(diǎn)位放樣精度，避免了因施工過程鉆孔、下筋、注漿等后續(xù)工作累積誤差大而影響最終錨桿整體受力分布情況，提升工程質(zhì)量。項(xiàng)目抗浮錨桿體量大，數(shù)量約3 294個(gè)，1臺(tái)機(jī)器一天約施工20根抗浮錨桿，2臺(tái)鉆孔機(jī)同時(shí)施工，計(jì)劃工期約80 d，利用放樣機(jī)器人后實(shí)際工期僅為60 d，節(jié)約近20 d施工工期。

5 結(jié)語

通過本項(xiàng)目工程實(shí)例，利用BIM技術(shù)對(duì)抗浮錨桿施工進(jìn)行優(yōu)化并聯(lián)動(dòng)測(cè)量機(jī)器人提高放樣效率，累計(jì)對(duì)原方案優(yōu)化共160處區(qū)域。與傳統(tǒng)抗浮錨桿施工相比，可得出以下 結(jié)論：

1）錨桿優(yōu)化布置合理，分區(qū)施工效果顯著，解決了傳統(tǒng)錨桿施工混亂的弊端，提高了錨桿成形質(zhì)量，提前發(fā)現(xiàn)錨固段不足，采取措施，減少了不必要的返工時(shí)間，提升工作效率；通過錨桿位置優(yōu)化，節(jié)約錨桿原材料[4]，通過工程實(shí)例證明本優(yōu)化方案切實(shí)可行。

2）BIM技術(shù)可視化為本方案提供更加直觀的三維視覺，專項(xiàng)查詢定位功能使優(yōu)化工作更準(zhǔn)確、簡(jiǎn)潔。同時(shí)，利用BIM技術(shù)信息化手段，能準(zhǔn)確地在三維模型中篩選錨桿長(zhǎng)度，解決錨固端不足的問題，便于優(yōu)化設(shè)計(jì)人員檢查方案，極大地提高了工作的便捷性、準(zhǔn)確度。通過BIM技術(shù)優(yōu)化的錨桿模型可直接導(dǎo)出二維圖紙，并且保留建模過程中的數(shù)據(jù)屬性，包括點(diǎn)位相對(duì)坐標(biāo)、分區(qū)、編號(hào)等，便于項(xiàng)目實(shí)施人員在CAD中處理、查看。

3）測(cè)量機(jī)器人可進(jìn)行自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別、自動(dòng)跟蹤照準(zhǔn)，施工過程中自動(dòng)記錄放樣點(diǎn)位，測(cè)量精度可達(dá)0.1 mm級(jí)別，防止因鉆孔、下筋、注漿等后續(xù)工作累積誤差大而影響施工質(zhì)量。根據(jù)錨桿編號(hào)分區(qū)、分時(shí)段有序施工，避免施工混亂。同時(shí)，通過內(nèi)業(yè)坐標(biāo)點(diǎn)位導(dǎo)出，避免在實(shí)施過程中輸入大量點(diǎn)位坐標(biāo)，節(jié)約施工工期。

4）本文內(nèi)容適用于基礎(chǔ)設(shè)計(jì)有抗浮錨桿施工的工程項(xiàng)目，尤其適用于基礎(chǔ)深、淺基坑較多，抗浮錨桿施工面積廣、體量大的項(xiàng)目。