晉兆豐 李長(zhǎng)江 余江川 袁文俊 胥悅

以成都新津人民醫(yī)院項(xiàng)目直線加速室為例，介紹基于BIM技術(shù)的醫(yī)院直加室混凝土施工應(yīng)用，重點(diǎn)闡述施工過(guò)程中基于BIM的支模架體系、大體積混凝土溫控措施、施工縫預(yù)留等應(yīng)用。保證支模體系安全、預(yù)防混凝土開裂，施工縫的合理選取，提前建模分析，減少方案瑕疵，規(guī)避施工質(zhì)量缺陷。本項(xiàng)目直線加速室四周結(jié)構(gòu)的鋼筋及管線排布密集復(fù)雜，按設(shè)計(jì)要求均需預(yù)留施工，不允許成型后鉆孔，也不允許出現(xiàn)穿透性的施工縫。直加室作為重要的醫(yī)用設(shè)備間在常規(guī)建筑施工中較為少見，該技術(shù)的應(yīng)用對(duì)今后醫(yī)院項(xiàng)目的直加室施工起到參考借鑒作用。

BIM技術(shù)； 直加室； 支模架； 施工縫； 大體積混凝土

TU741.3 B

［定稿日期］2022-12-01

［作者簡(jiǎn)介］晉兆豐（1991—），男，碩士，工程師，主要從事BIM相關(guān)工作；李長(zhǎng)江（1994—），男，本科，主要從事BIM相關(guān)工作；余江川（1991—），男，本科，助理工程師，主要從事BIM相關(guān)工作；袁文?。?990—），男，碩士，工程師，主要從事技術(shù)管理工作；胥悅（1985—），男，本科，高級(jí)工程師，主要從事技術(shù)、質(zhì)理、安全等管理工作。

直加室是放置醫(yī)用電子直線加速器的特殊醫(yī)用功能性房間。直線加速器能產(chǎn)生高能X射線以及高能電子線，具有較強(qiáng)輻射性質(zhì)，長(zhǎng)期接觸或接觸輻射過(guò)量都會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生傷害，輻射以光波、電磁波的形式向外傳播，對(duì)混凝土密實(shí)性，成型質(zhì)量施工提出了新要求。本工程直線加速室混凝土厚度在豎向及頂板重點(diǎn)防護(hù)位置超過(guò)3 m厚，最薄處混凝土厚度1.3 m。通過(guò)BIM建模對(duì)直加室施工的前、中、后期進(jìn)行施工的三維推演，模擬混凝土施工重難點(diǎn)并對(duì)BIM云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。施工前期的重點(diǎn)問(wèn)題梳理歸類解決，施工中通過(guò)三維模型以及云平臺(tái)記錄主控信息，對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行管控和推演，土建施工后期對(duì)醫(yī)療設(shè)備維護(hù)、后續(xù)升級(jí)改造以及運(yùn)營(yíng)檢修提供模型和過(guò)程數(shù)據(jù)支撐。

1 工程概況

新津人民醫(yī)院項(xiàng)目直線加速室位于地下室負(fù)1層長(zhǎng)15.86 m、寬13 m，占地面積203.18 m2。豎向混凝土墻后度1.3～3.0 m不等，結(jié)構(gòu)凈高5.13 m，頂板厚1.9～3.1 m不等。直加室混凝土總澆筑量約1 300 m3，為保障工程相關(guān)質(zhì)量要求，在施工前對(duì)支模架體系、施工縫定位、混凝土溫度控制、后期養(yǎng)護(hù)等作出了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募夹g(shù)方案要求，確保滿足使用要求。

2 施工技術(shù)難點(diǎn)

針對(duì)醫(yī)院直加室超高超厚的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，梳理出混凝土施工前支模體系、大體積混凝土控溫、施工縫預(yù)留等技術(shù)難點(diǎn)。

2.1 支模體系受力大

本項(xiàng)目支模架采用重型承插型盤扣式鋼管支架，立管為Q345A-60×3.2，橫桿采用Q235B-48×2.5，斜拉桿采用Q235B-33×2.3，底托采用Q235B-48×6.5×460，頂托采用Q235B-48×6.5×460。立桿間距大面積按600 mm×600 mm，局部位置按600 mm×300 mm、300 mm×300 mm布置。水平剪刀撐在搭設(shè)時(shí)需在水平桿第一步設(shè)置一道、頂層設(shè)置一道，中間自下往上設(shè)置間距4跨設(shè)置一道，夾角為45°～60°［1］。支模架每2 m設(shè)置一層水平兜網(wǎng)。支承立桿上下部分別設(shè)置上頂托、下頂托，下頂托用于調(diào)平立桿，上頂托調(diào)節(jié)立桿與頂部模板之間的間隙，在施工時(shí)頂托的外露長(zhǎng)度≤300 mm。在支撐體系四周有已澆筑墻柱時(shí)，采用鋼管抱箍、拉結(jié)對(duì)現(xiàn)有支模體系行成固結(jié)點(diǎn)加強(qiáng)架體穩(wěn)定性。四周若有其他架體的，采用構(gòu)件鋼管與四周架體行成拉結(jié)。對(duì)于側(cè)向模板受混凝土沖擊力較大位置設(shè)置側(cè)向斜撐，角度為45°～60°。頂板凈高大于5 m屬于高支模的大體積混凝土，且頂板厚度達(dá)到3.1 m，擋墻厚度達(dá)到3.0 m，支模架的受力遠(yuǎn)超常規(guī)建筑支模體系受力。架體在滿足豎向受力的同時(shí)還需擁有足夠的側(cè)向剛度，為滿足受力要求，直加室支模架方案間距遠(yuǎn)小于常規(guī)支模架間距，使得架體必須一次性成型，這對(duì)架體搭設(shè)和施工過(guò)程監(jiān)督檢查提出了更高層次的要求。由支模體系的特殊性以及方案的復(fù)雜性，除對(duì)操作工人反復(fù)交底、實(shí)時(shí)溝通、全過(guò)程監(jiān)督及時(shí)糾偏，對(duì)施工管理的要求也更高（圖1）。

2.2 大體積混凝溫控難

該工程大體積混凝土基礎(chǔ)邊長(zhǎng)>20 m、厚度>1 m、體積>400 m3，墻體厚度為1.3～3.2 m，總混凝土澆筑總混凝土用量約1 300 m3，單次最大混凝土澆筑量約為800 m3。豎向最大高差為8.35 m?；炷翝仓笤谀Y(jié)期會(huì)產(chǎn)生大量水化熱，參照硅酸鹽水泥水化熱集中在澆筑后1～3 d放熱量約為總放熱量50%，7 d為75%的理論基礎(chǔ)，混凝土拌制時(shí)溫度不大于20 ℃，澆筑前監(jiān)測(cè)混凝土入模溫度不大于25 ℃，澆筑后監(jiān)測(cè)混凝內(nèi)部土與混凝土外表面≤25 ℃，嚴(yán)格執(zhí)行養(yǎng)護(hù)過(guò)程中的測(cè)溫工作，最大混凝土降溫速率≤2 ℃/d，且連續(xù)4 h降溫速度不超過(guò)1 ℃。澆筑時(shí)間預(yù)計(jì)為11月、12月，歷史平均溫度為6～21 ℃。

由于環(huán)境溫度較低，本項(xiàng)目主要考慮為澆筑后混凝土構(gòu)件在升溫階段內(nèi)部水化反應(yīng)過(guò)快，或由于澆筑構(gòu)件尺寸太大，導(dǎo)致構(gòu)件內(nèi)部核心溫度過(guò)高，與外部低溫環(huán)境形成過(guò)大溫差，引起混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大，大體積混凝土防開裂，溫度控制成為難點(diǎn)［2］。本地區(qū)冬季最大風(fēng)速20 m/s、空氣濕度70%～80%、風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)且較為干燥，大風(fēng)天氣會(huì)引起混凝土構(gòu)件外露部分溫度流失過(guò)快，在混凝土水化反應(yīng)前期內(nèi)外溫差過(guò)大易導(dǎo)致混凝土開裂，嚴(yán)重降低混凝土質(zhì)量，且不能滿足直加室防輻射要求。

2.3 施工縫預(yù)留困難

直加室鋼筋密集豎向鋼筋、橫向鋼筋均采用C22@100的形式，加強(qiáng)位置采用多排C22@100鋼筋水平、豎向相同排列形式，墻體鋼筋豎向密集位置可達(dá)7排。密集分布的鋼筋對(duì)施工作業(yè)造成困難，支模架體的復(fù)雜性，對(duì)直加室施工縫的布置也帶來(lái)了挑戰(zhàn)。由于施工縫必須采用防輻射形式以及構(gòu)件的大截面尺寸，所以相對(duì)常規(guī)施工縫預(yù)留，工程需要綜合考慮繁瑣施工工序、不同厚度位置的變尺寸加固、雙向坡斜的機(jī)電預(yù)留通道、錯(cuò)開鋼筋加密位置等限制條件，且必須滿足防輻射設(shè)計(jì)要求，極大影響了預(yù)先判斷，增加了施工難度。

3 基于BIM技術(shù)的施工重難點(diǎn)解決對(duì)策

3.1 基于BIM技術(shù)的支模架交底

首先創(chuàng)建支模體系的三維模型，將圖紙和方案轉(zhuǎn)換為模型的過(guò)程中，可以發(fā)現(xiàn)二維圖紙和方案文字難以描述全面的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)支模架體系高精度建模，能在最短時(shí)間內(nèi)使所有不同知識(shí)基礎(chǔ)的參會(huì)人員理解方案內(nèi)容。通過(guò)三維模型對(duì)支模架方案進(jìn)行討論，在方案討論的時(shí)候通過(guò)三維模型的直觀展示效果，把方案的重難點(diǎn)快速直觀的展現(xiàn)出來(lái)（圖2）。

通過(guò)已建立的模型，可以通過(guò)BIM軟件計(jì)算分析受力參數(shù)，找到受力薄弱位置加強(qiáng)架體布置，優(yōu)化支模架布置形式，輔助支模架材料的選擇，提前計(jì)算出精準(zhǔn)的材料用量，精確支模架變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分布。項(xiàng)目BIM部門以模型、數(shù)據(jù)、受力分析、空間布局、型材受力及選擇、預(yù)估精準(zhǔn)材料用量、變形點(diǎn)監(jiān)測(cè)等多個(gè)方面為方案的制定與選擇提供數(shù)據(jù)支撐。

安全、質(zhì)量、材料、技術(shù)等部門在模型平臺(tái)可以通過(guò)已建立的模型，快速發(fā)現(xiàn)屬于各自職責(zé)范圍內(nèi)需考慮的重點(diǎn)問(wèn)題，然后BIM技術(shù)人員依據(jù)各專業(yè)的要求，動(dòng)態(tài)聯(lián)動(dòng)，優(yōu)化模型，修改后的模型可以實(shí)時(shí)同步至云平臺(tái)。施工現(xiàn)場(chǎng)管理中，各部門人員可以利用云平臺(tái)型通過(guò)手機(jī)端、平板電腦、電腦端、網(wǎng)址鏈接、二維碼掃碼等多種形式查看BIM輕量化模成果。有效控制方案的各專業(yè)協(xié)同風(fēng)險(xiǎn)，縮短方案編制周期，有效避免架體二次返工、方案缺陷、節(jié)點(diǎn)位置考慮不足、交底不明確、被交底人思維不一致、方案二次修改二次交底流程復(fù)雜等實(shí)際問(wèn)題提高項(xiàng)目整體管理水平。

3.2 大體積混凝土云端輔助應(yīng)用

通過(guò)BIM模型地進(jìn)行混凝土量計(jì)算，預(yù)設(shè)優(yōu)化測(cè)溫點(diǎn)數(shù)量及布置點(diǎn)位，在混凝土澆筑后將測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)上傳BIM云平臺(tái)，對(duì)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行收集與對(duì)比。應(yīng)用BIM4D施工模擬技術(shù)，對(duì)直加室大體積混凝土的澆筑的分層澆筑、澆筑間隔時(shí)間、布料機(jī)擺動(dòng)、防輻射后澆帶澆筑形式等施工重點(diǎn)做模擬動(dòng)畫，用于混凝土澆筑前的技術(shù)交底。

把混凝土模型導(dǎo)入混凝土水化熱模擬軟件，輸入混凝土類型信息以及相關(guān)環(huán)境信息后，模擬出水化熱反應(yīng)情況，提前找到溫度變化較大、水化反應(yīng)較大、溫度差值較大的幾種特殊位置，有針對(duì)性的制定不同點(diǎn)位的控溫措施，提前制定相關(guān)解決對(duì)策。

測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)導(dǎo)入云平臺(tái)可自動(dòng)生成數(shù)據(jù)圖表，預(yù)測(cè)未來(lái)趨勢(shì)，合理設(shè)置預(yù)警溫度提前發(fā)現(xiàn)溫度異常情況，精確定位溫度異常點(diǎn)位，提高管控效率，精細(xì)管理方式，合理運(yùn)用技術(shù)方法。

3.3 基于BIM技術(shù)的施工縫預(yù)留

在施工縫預(yù)留比選策劃期間，創(chuàng)建施工縫階段模型（圖3）。模型包含施工縫、鋼筋、模板及支模架、本階段結(jié)構(gòu)模型，通過(guò)模型能直觀看到鋼筋、模板、支模架、施工縫、機(jī)電預(yù)留預(yù)埋等構(gòu)件的相對(duì)位置，到達(dá)快速明確施工縫布局的效果。通過(guò)模型對(duì)比施工縫在不同高度設(shè)置時(shí)的情況，可避免施工縫與不同高度機(jī)電孔洞碰撞，精準(zhǔn)避開豎向鋼筋密集位置。在滿足施工要求的情況下優(yōu)化施工縫位置，方便施工縫鑿毛，施工縫隙防漏漿措施選用，高支模架體預(yù)埋拉桿定位以及對(duì)上層模板搭設(shè)有利的施工縫預(yù)留高度。

通過(guò)“先建后施”，打破傳統(tǒng)施工過(guò)程中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員經(jīng)驗(yàn)的過(guò)度依賴，云平臺(tái)的使用可以使同一技術(shù)方案持續(xù)應(yīng)用在不同項(xiàng)目、不同工人、不同管理人員的同類型交底上，避免人腦的記憶完整性風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)云平臺(tái)可以收集施工全過(guò)程的圖片、圖紙、文檔、錄入信息等多種信息源，可以有效把控施工質(zhì)量的前、中、后各階段。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)及技術(shù)水平的不斷提高，建筑行業(yè)也在奔跑向前，運(yùn)用信息化手段可以有效提高工作效率，提高技術(shù)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)降本增效的效果。BIM技術(shù)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，已成為大型項(xiàng)目必備的技術(shù)工具之一，合理運(yùn)用BIM技術(shù)融入生產(chǎn)工作，為項(xiàng)目的順利推進(jìn)貢獻(xiàn)科技的力量。在國(guó)家科技興國(guó)，智慧人文城市政策的引領(lǐng)下，做好自己的本職工作，在自己的崗位上運(yùn)用技術(shù)發(fā)光發(fā)熱［3］，直加室作為重要的醫(yī)用設(shè)備間在常規(guī)建筑施工中較為少見，將BIM技術(shù)應(yīng)用在醫(yī)院的直加室混凝土施工中，希望為今后醫(yī)院直加室施工起到參考借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

［1］ 喬振偉.高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層施工方案優(yōu)化設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用［D］.安徽：安徽理工大學(xué)，2013：33-34.

［2］ 熊華飛.一次性澆筑厚尺寸承臺(tái)大體積混凝土溫控防裂研究［D］.湖北：武漢理工大學(xué)，2013：47-48.

［3］ 徐凱蕾.基于雙因素理論的J中煙公司員工激勵(lì)機(jī)制研究［D］.江西：南昌大學(xué)，2018：7.