余健豪，張 波，張樹明，孟 珊

(中國建筑第二工程局有限公司，廣東 深圳 518045)

1 工程概況

生益電子四期項(xiàng)目位于廣東省東莞市東城區(qū)(同沙)科技工業(yè)園，占地面積約51 198 m2，建筑面積約238 909.81 m2，主要包含生產(chǎn)廠房、化學(xué)品庫、污水處理站、廢棄物倉庫、生活垃圾站、研發(fā)樓等建筑。

本項(xiàng)目采用高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)，其中2棟生產(chǎn)廠房采用直徑600 mm，樁身混凝土強(qiáng)度等級為C80的PHC管樁，壁厚為130 mm，混凝土的有效預(yù)應(yīng)力不低于4.8 MPa，持力層為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層，樁端阻力特征值4 000 kPa，單樁豎向抗壓承載力特征值2 600 kN，樁長預(yù)估值15～30 m。

本項(xiàng)目管樁施工采用靜壓法沉樁，根據(jù)設(shè)計(jì)提供的樁長預(yù)估長度及現(xiàn)場實(shí)際情況，圖紙要求當(dāng)樁長>9 m時，最終靜壓值宜取單樁豎向承載力特征值的2.2倍。最終樁尖進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化層深度不小于1.5倍管樁直徑。施工以靜壓值控制為主，樁長控制為輔，確保樁端到達(dá)指定的持力層。

項(xiàng)目PHC管樁施工中，因巖土工程勘察報告數(shù)據(jù)量大，二次提取利用不便，無法直觀預(yù)計(jì)樁長，容易出現(xiàn)截樁長度長、進(jìn)場材料慢等降低施工效率的現(xiàn)象。為加快施工進(jìn)度、提升項(xiàng)目精細(xì)化管理水平，項(xiàng)目部決定將BIM技術(shù)應(yīng)用于管樁配樁、管樁的施工進(jìn)度管理。

2 基于BIM的靜壓管樁配樁技術(shù)

2.1 巖土工程勘察報告數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用

樁基施工中需以巖土工程勘察報告、工程樁設(shè)計(jì)圖紙作為依據(jù)，本項(xiàng)目巖土工程勘察報告中，勘察孔的布置間距為12～24 m，大部分距離在20 m左右，勘察孔間距較大，對于土質(zhì)起伏變化較大的地質(zhì)條件，不利于靜壓管樁施工持力層標(biāo)高判斷。為此，本項(xiàng)目通過巖土工程勘察報告中CAD平面圖、柱狀圖、剖面圖，用Civil3D軟件配合Revit軟件擬合巖土工程勘察報告，創(chuàng)建三維巖土工程勘察報告模型。

通過巖土工程勘察報告中柱狀圖，提取孔號、孔口標(biāo)高、坐標(biāo)以及各地質(zhì)巖層的標(biāo)高等參數(shù)制作為一張Excel表格作為基礎(chǔ)素材。Excel表格參數(shù)在使用前應(yīng)做參數(shù)缺省補(bǔ)足處理，若孔號無土層標(biāo)高參數(shù)時，采用上一層土層標(biāo)高參數(shù)作為信息補(bǔ)充。即ZK1孔號素填土標(biāo)高為10.05 m，下層土淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土在柱狀圖中無標(biāo)示時，均為10.05 m；強(qiáng)風(fēng)化花崗巖標(biāo)高為-5.75 m，中風(fēng)化花崗巖破碎層在柱狀圖中無標(biāo)示時，填充為-5.75 m。將處理好的Excel表格中，坐標(biāo)Y、X以及各土層標(biāo)高分別制作為*.csv文件格式表格，分別保存。

用Civil3D軟件在工具空間選項(xiàng)卡中，使用曲面工具創(chuàng)建曲面，以土層名稱分別命名曲面，在各自下列表中找到定義下方的點(diǎn)文件進(jìn)行添加*.csv文件。此時已完成數(shù)據(jù)的遷移工作，隨后依次選取各曲面點(diǎn)選從曲面提取實(shí)體，選擇上下兩個土層執(zhí)行創(chuàng)建實(shí)體命令。完成上述步驟后即可獲得一份*.dwg格式的三維地層模型。

為保證三維模型的可靠性，可利用巖土勘察報告中剖面圖對三維模型進(jìn)行檢查。用Revit新建一個項(xiàng)目，通過插入鏈接CAD的方式導(dǎo)入*.dwg格式的三維地層模型。在三維模型界面下，使用剖面框?qū)δＰ脱貛r土勘察報告中剖面圖相同的剖切線進(jìn)行剖切。獲得的剖切圖和CAD剖面圖進(jìn)行比對，判斷是否有數(shù)據(jù)錄入出錯的情況。上述方法亦可用于巖土勘察報告中剖面圖的生成。

通過僅保留強(qiáng)風(fēng)化花崗巖及以下地質(zhì)層的三維模型，可以用于巖層整體情況的分析。由圖1可以看出，本項(xiàng)目強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層的起伏變化較大，對于判斷項(xiàng)目整體管樁施工中的管樁配樁具有較大難度，無法較為精確地統(tǒng)計(jì)需要進(jìn)場管樁的數(shù)量。

圖1 Revit三維地質(zhì)模型2

2.2 創(chuàng)建管樁平面布置圖

為提高現(xiàn)場施工可視化、參數(shù)化的要求，采用Revit自制PHC管樁族模型，通過點(diǎn)選模型即可了解PHC管樁的編號、設(shè)計(jì)頂標(biāo)高、有效樁長、外徑、壁厚等信息。見圖2～3。

圖2 Revit管樁屬性信息界面1

圖3 Revit管樁屬性信息界面2

將處理好的工程樁設(shè)計(jì)圖紙通過CAD鏈接方式鏈接進(jìn)Revit軟件，根據(jù)工程樁設(shè)計(jì)圖紙，輸入直徑、壁厚等相關(guān)管樁參數(shù)后逐一布置PHC管樁三維模型并填寫管樁編號，調(diào)整管樁設(shè)計(jì)頂標(biāo)高和管樁底標(biāo)高。見圖4。

圖4 Revit管樁三維平面布置圖

2.3 Revit和Civil3D協(xié)同配樁

將Civil3D軟件生成的巖土工程勘察地層模型,僅保留地表層和強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層以鏈接CAD方式導(dǎo)入管樁的Revit軟件三維模型中。以一個十五樁承臺為例，目前通過現(xiàn)場放線可知場地平整后的地坪標(biāo)高為29.53 m，建筑高度為±30.30 m，設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高為25.90 m。如編號2-1管樁，設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高填入模型參數(shù)中，根據(jù)三維巖土工程勘察模型調(diào)整管樁底標(biāo)高，滿足最終樁尖進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化層深度不小于1.5倍管樁直徑，即900 mm，入強(qiáng)風(fēng)化花崗巖深度。

傳統(tǒng)做法是通過工程樁設(shè)計(jì)圖紙確定樁頂標(biāo)高、定位及靜壓樁最終靜壓值。靜壓管樁施工時通常通過巖土工程勘察報告獲取樁尖持力層的標(biāo)高，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際地坪高度確定管樁入土深度及送樁深度，公式如下：

管樁入土深度：

L=H0-H2+1.5d

(1)

有效樁長：

l=L-ls

(2)

截樁長度：

s=H0-H1-ls

(3)

實(shí)際樁長：

A=l-s=H0-H2+1.5d-ls-H0+H1+ls=H1-H2+1.5d

(4)

式(4)中，H0為地坪標(biāo)高；H1為樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高；H2為樁尖持力層的標(biāo)高；1.5d為最終樁尖進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化層深度不小于1.5倍管樁直徑；ls為送樁長度。

運(yùn)用BIM技術(shù)的方法，可以通過現(xiàn)場實(shí)際情況和工程樁施工圖紙先確定的信息有H0、H1和1.5d。其中s為控制截樁長度和滿足施工條件假定參數(shù)值為1 000 mm。通過調(diào)整模型中管樁的入巖深度可以在屬性列表中獲取A和H2。通過式(1)計(jì)算可知L。通過式(4)計(jì)算倒推出l。再通過式(2)可以獲得ls參數(shù)。

通過上述計(jì)算把靜壓管樁在施工中的參數(shù)推導(dǎo)出來，并在模型中得到體現(xiàn)。在施工中點(diǎn)選某根樁時即可獲取相關(guān)參數(shù)信息，并與現(xiàn)場施工作為判斷依據(jù)。即提高了施工的效率，也發(fā)揮了圖紙和報告的深層次作用。

3 基于BIM的靜壓管樁進(jìn)度控制技術(shù)

3.1 進(jìn)度估算模擬

利用建模后獲得高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的長度信息，及可視化交底中對于靜壓樁機(jī)的數(shù)量和高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工先后順序的規(guī)劃、根據(jù)以往項(xiàng)目施工的經(jīng)驗(yàn)，一臺靜壓樁機(jī)施工高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁一天施工300～500 m為參照，通過Excel表格可以對高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的整體施工進(jìn)度進(jìn)行規(guī)劃安排。對于總工期計(jì)劃，單項(xiàng)工程進(jìn)度計(jì)劃具有科學(xué)性合理性，大大提高了項(xiàng)目進(jìn)度、成本的可控性。

3.2 施工形象進(jìn)度展示與資源調(diào)配

通過Revit軟件和Navisworks軟件聯(lián)動，將三維模型導(dǎo)入Navisworks軟件，將進(jìn)度計(jì)劃中計(jì)劃開始時間、計(jì)劃結(jié)束時間錄入。施工過程中，通過實(shí)時錄入實(shí)際開始時間、實(shí)際結(jié)束時間，直觀展示現(xiàn)場形象進(jìn)度和體現(xiàn)施工進(jìn)展情況。對于發(fā)生施工工期滯后于計(jì)劃工期的情況時，可以做到實(shí)時知悉，實(shí)時更進(jìn)。

項(xiàng)目原計(jì)劃于2020年11月19日開始施工，2021年1月12日完成生產(chǎn)廠房管樁施工，總工期為55天。由于計(jì)劃工期調(diào)整，要求2020年12月18日完成生產(chǎn)廠房管樁施工，調(diào)整后計(jì)劃工期為30天。為保障施工計(jì)劃的順利完成，通過現(xiàn)場工程量的確定，確定在2020年11月24日投入一臺靜壓樁機(jī)可滿足基本的施工要求，通過與分包單位溝通，2020年12月18日順利完成計(jì)劃目標(biāo)。

4 基于BIM的管樁施工部署交底技術(shù)

為提高現(xiàn)場施工的科學(xué)化、合理化，利用BIM技術(shù)的可視化理念，展示各個施工階段的施工工序做法。利用三維場平模型模擬靜壓管樁機(jī)的移動路徑、材料堆放等進(jìn)行規(guī)劃，減少靜壓管樁機(jī)的轉(zhuǎn)移次數(shù)，提高項(xiàng)目工作效率。將高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁以承臺為單位進(jìn)行分塊施工制作項(xiàng)目單項(xiàng)工程進(jìn)度計(jì)劃，利用Navisworks軟件展示每日的工期進(jìn)展，直觀了解項(xiàng)目現(xiàn)場的施工進(jìn)度情況，合理調(diào)配資源，滿足計(jì)劃工期。通過Revit模型創(chuàng)建各施工節(jié)點(diǎn)模型的方式，使項(xiàng)目管理人員和現(xiàn)場施工人員更加直觀了解高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的施工工藝。

為直觀表達(dá)靜壓管樁施工的流水，進(jìn)一步起到技術(shù)在施工中指導(dǎo)的作用。通過Revit軟件創(chuàng)建的場布模型，利用施工場布判斷靜壓管樁流水情況，提高場地利用率。結(jié)合PowerPoint軟件和AE軟件制作交底圖片和視頻，通過箭頭及串聯(lián)的線段直觀展示現(xiàn)場靜壓管樁施工流水過程，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供直觀參照。

5 結(jié) 語

本項(xiàng)目將BIM技術(shù)應(yīng)用于管樁配樁、管樁的施工管理。BIM技術(shù)的運(yùn)用提高了工程巖土工程勘察報告數(shù)據(jù)在PHC管樁施工的運(yùn)用效率，并在PHC管樁進(jìn)度管理、施工管理、竣工資料信息化管理方面開展BIM技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐，取得較好的效果。

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