王大兵
【摘 要】随着社会的发展，部分行业的竞争已进入白热化。工程施工作为传统行业之一，其竞争也愈发激烈。要想处于不败之地，就必须构建现代化的施工管理体系，本文以长兴科技二期办公楼暨厂房工程项目为例，从基坑支撑体系、节点质量控制、超高支模安全控制等多个角度，以及BIM建筑模型在施工组织、多维成本分析等方面的应用，对施工质量、安全控制、模拟施工及成本管控进行全面阐述。
【关键词】基坑;高支模;BIM建筑模型
中图分类号： TU753;TU755.2 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）17-0196-003
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.17.093
0 引言
大城市土地稀缺已经成为市场无法避免的话题之一，为充分利用现有土地资源，地下室成为新建办公楼不可或缺的配置之一。在地下室建设中，基坑围护成为施工成败的关键。此外，安全生产是第一要务，超高支模施工难度高，危险性较大，其安全把控是施工管理的重中之重。而通过BIM技术在施工管理中的运用，对施工质量、进度、成本管控等方面也起到了如虎添翼的效果。
1 工程概况
长兴科技二期办公楼暨厂房工程位于上海市徐汇区宜山路1397号，该工程占地面积达1.8万平方米，是由两栋主辅楼组成的办公大楼，总建筑面积为4.8万平方米，地下两层1.6万平方米，层高分别3.9m和5.9m;地上辅楼4层、主楼15层，共3.2万平方米;首层大厅挑空高度9.3米，二至四楼层高4.5米，其余层高4.2米，总高度69.5米。
2 基坑支撑体系构建与节点质量控制
2.1 周边情况要求分析监测要求
该工程开挖面积8500m2，周长约为400m，普遍开挖深度10.35m，局部深坑开挖深度达12.55m，周边环境较为复杂，距离基坑边线3倍基坑开挖深度范围内（约32m）有一期厂房;北侧宜山路下为地铁9号线，东侧为古美路，沿线道路下及场地内地下管线较多。根据上海市的相关规定，综合判断基坑监测等级为二级。
为了在施工期间建立起有效的安全监测系统，特请专业监测单位编制基坑及周边环境监测实施方案，明确监测内容及报警值，并依据实际情况及相关规定布置监控点，确定监控的工期和监测频率，定期提供监测资料，同时做好应急预案，明确应急预案启动的条件、准备工作及需要采取的相应措施。
2.2 支撑体系设计
对支撑体系设计采用钢筋混凝土钻孔灌注桩+两道钢筋混凝土水平梁支撑+三轴水泥土搅拌桩，其中水泥土搅拌桩达到止水帷幕的作用。
1）北侧、南侧、西侧围护结构
三侧围护结构采用了Φ900@1100钻孔灌注桩，止水帷幕采用三轴搅拌桩Φ850@600。钻孔灌注桩桩底标高为-25.05m，有效桩长22.7m，1200×800的砼压顶。三轴水泥土搅拌桩桩底标高为-18.55m，有效桩长18.0m，水泥掺量20%。
2）东侧围护结构
采用Φ1000@1200钻孔灌注桩，止水帷幕采用三轴搅拌桩Φ850@600。钻孔灌注桩桩底标高为-25.050m，有效桩长22.7m，1200×800的砼压顶。三轴水泥土搅拌桩桩底标高为-18.550m，有效桩长18.0m，水泥掺量20%。
3）内支撑结构
本基坑平面形状呈L形，同时考虑到基坑挖深、坑外环境保护要求相对较高，因此采用二道钢筋混凝土支撑，支撑布置形式为：角撑+对撑+边桁架。
4）立柱桩结构
临时支撑立柱采用型钢格构柱的形式，普通区域钢格构柱由4L140×12组成，栈桥区域钢格构柱由4L160×14组成，截面尺寸均为为460×460，缀板分别采用440×300×8@700、440×300×10@700钢板。
立柱桩采用Φ800钻孔灌注桩，普通支撑区域的立柱桩共31根，樁长21m，普通支撑区域的立柱桩兼做副楼区域工程桩共1根，桩长21m，桩承载力设计值均为1050kN;立柱桩混凝土强度等级为水下C30。
5）坑内加固
坑内加固主要为被动区加固与坑内局部深坑加固。为了增加被动区土体抗力，减小基坑变形，在基坑边被动区设置墩式土体加固。加固搅拌桩呈格栅状布置。被动区土体加固采用Φ700@500的双轴水泥土搅拌桩，加固宽度为4.7m，水泥掺量不小于13%。
2.3 节点质量控制
在施工过程中，除了做好钢筋混凝土结构的钻孔灌注桩、水平支撑外，水泥土搅拌桩止水帷幕的施工质量，也是关乎基坑安全的重要环节。重点质量控制如下：
首先，孔位放样误差小于2cm，桩位偏差不超过±5cm，桩径偏差不得大于1cm，桩身垂直度偏差不超过1/100（止水桩不大于1/150）;其次，在浆液的配制过程中，要严格按设计要求控制水泥的掺入量，在傍边竖立标识牌，并做好浆液搅拌的水泥用量记录，该用量记录定期与进货单进行对比，确保两者数据要基本吻合。最后，为了不使浆液出现离析的现象，需控制好水泥浆液的搅拌时间，一般要搅拌30秒后才能倒入存浆桶。
3 超高支模施工安全控制
3.1 超高支模方案
主楼一层南侧及北侧采用挑空的大厅，挑空高度9.3米，属于层高超限设计。由于建筑物空间较高、跨度和混凝土的自重较大，施工时要求高度较高，可以采用跨度较大的满堂脚手架模板支撑，同时也需要增加支模系统的强度、刚度及稳定性要求。否则，支撑系统一旦发生坍塌，必将造成重大的安全事故。
基于以上分析，依据荷载计算及脚手架搭设相关规范要求确定满堂脚手架的搭设方案：采用Φ48×3.0mm钢管，板底支撑连接采用方木支撑;横向间距1m、纵距1.2m、步距1.6m;杆上端伸出至模板支撑点0.1m;模板支架搭设高度9.1m。
3.2 高支模架荷载计算
1）荷载的计算参数
木板和模板静载值：0.36kN/m2;钢筋混凝土静载值：25kN/m3;
施工均布活荷载标准值：3.0kN/m2;
2）材料的计算参数
竹胶合板厚度：15mm;板底水平支撑采用50mm*100mm方木;
竹胶合板弹性模量：10000N/mm2;竹胶合板抗弯强度值：15N/mm2;
方木抗剪强度设计值：1.5N/mm2;方木之间距离：250mm;
方木弹性模量：10000N/mm2;方木抗弯强度值：13N/mm2;
3）钢筋混凝土楼板的计算参数
钢筋混凝土楼板的计算厚度：130mm;
3.2.1 竹胶合板计算：
以三跨连续钢筋混凝土梁对竹胶合板进行验算其抗弯强度和刚度，竹胶合板的截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为：
W=120×1.52/6=45cm3;
I=120×1.53/12=33.75cm4;
竹胶合板的以三跨连续梁计算，每一跨的间距250mm。
1）荷载计算
（1）活荷载为施工人员+设备荷载（kN/m）：
q2=3×1.2=3.6kN/m;
（2）钢筋混凝土楼板+竹胶合板自重（kN/m）：
q1=25×0.13×1.2+0.36×1.2=4.33kN/m;
2）竹胶合板的抗弯强度计算如下：
M=0.1ql2
竹胶合板的抗弯强度值[f]=15N/mm2;
其中：q=1.2×4.33+1.4×3.6=10.236kN/m
最大弯矩M=0.1×10.236×2502=63975kN·m;
竹胶合板的抗弯强度σ=M/W=63975/45000=1.4217N/mm2;
竹胶合板的抗弯强度1.4217N/mm2小于竹胶合板的抗弯强度设计值15N/mm2，满足要求。
3）竹胶合板的挠度计算
ν=0.677ql4/（100EI）≤[ν]=l/250
其中q=q1=4.33kN/m
竹胶合板最大挠度计算
ν=0.677×4.33×2504/（100×10000×33.74×104）=0.03393mm;
竹胶合板最大允许挠度[ν]=250/250=1mm;
竹胶合板的最大挠度计算值0.03393mm小于竹胶合板的最大允许挠度1mm，满足要求。
3.2.2 满堂脚手架立杆荷载计算：
满堂脚手架立杆荷载包括静荷载与动荷载。
1）主要静荷载值主要有以下项目内容：
（1）钢筋混凝土楼板静荷载：
NG1=25×0.13×1×1.2=3.9kN;
（2）满堂脚手架的静荷载：
NG2=0.138×8.9×1.1=1.351kN;
脚手架钢管静荷载依据《扣件式规范》附录A。
（3）竹胶合板的静荷载：
NG3=0.4×1×1.2=0.48kN;
静荷载标准值NG=NG1+NG2+NG3=5.731kN;
2）活荷载为施工均布荷载和振捣混凝土时产生的荷载。
活荷载标准值NQ=（2.5+2.5）×1×1.2=6.0kN;
3）满堂脚手架立杆的轴向压力值计算（未考虑风荷载）
N=NG×1.2+NQ×1.4=15.277kN;
3.2.3 满堂脚手架立杆的稳定性计算：
满堂脚手架立杆的稳定性计算如下：
σ=N/（φA）≤[f]
其中
φ脚手架立杆轴心受压的稳定系数，由长细比lo/i查表得到;
N脚手架立杆的轴心压力值：N=14.222kN;
A-脚手架立杆净截面面积：A=4.24cm2;
W-脚手架立杆净截面模量：W=4.49cm3;
i-脚手架立杆的截面回转半径：i=1.59cm;
Σ-脚手架立杆最大应力计算值
[f]-钢管立杆抗压强度设计值：[f]=205N/mm2;
按下式计算：
l0=h+2a=1.6+0.1×2=1.8m;
a-钢管立杆上端伸出至模板支撑点0.1m;
l0/i=1800/15.9=113.2;
查表得出长细比Lo/i的值得到立杆轴心受压稳定系数φ=0.516;
钢管立杆的最大应力值：σ=14222.4/（0.516×424）=65N/mm2;
钢管立杆的最大应力值σ=65N/mm2小于钢管立杆的抗压强度设计值[f]=205N/mm2，满足要求。
3.3 高支模脚手架松动、变形情况处理
为了控制施工荷载不超过设计荷载以及均衡受载，要求上楼面的钢筋等材料机具要分散堆放，在浇筑混凝土时采用由中部向两边扩展的浇筑方式浇筑;并派人检查支架和支承情况，发现松动和变形时，要立即安排人员进行加固或者增加支撑的方式处理，若出现变形交大、明显下沉时，要立即停止混凝土的浇筑，组织相关人员进行研判，必要时启动应急预案，及时排除安全隐患。
4 BIM在工程管理中的應用
4.1 建筑模型构建
由于该项目定位较高，要求达到超5A的甲级写字楼的标准，且各种通排风、空调新风、强弱电桥架等管线非常复杂。在施工中引进了BIM建筑模型，将设计各专业及施工单位的相关信息通过BIM平台进行汇总，使各方第一时间掌握所需的信息，并将信息结合三维模型进行存储和汇整。
4.2 模拟试验
在设计阶段，各建筑专业之间缺乏有效沟通，就会出现各建筑专业间的碰撞问题。这种问题一般在施工过程中或者施工后才能发现，在结构已经完成的情况下，会造成无法补救的技术问题。若建立了BIM建筑模型，就可以通过这个模型发现并找出碰撞位置以及需要协调的数据，各专业再进行协商，共同讨论制定出来最合理的解决方案，避免这些问题在施工后才被发现。在本工程后期的会所装修施工过程中，由于吊顶采用大空间的异型GRG吊顶，通过BIM进行优化设计和模拟，大大降低了施工难度，有效降低造价和缩短工期。
4.3 施工组织模拟
在BIM环境下绘制《施工现场布置模型》，可以准确地定位施工塔吊及施工电梯的安装位置，合理布局各施工场地。
通过BIM建筑模型可以提前对复杂的建筑做法进行预演，提高提前掌握施工难点、要点以及安全隐患，进而优化施工组织设计，使其更具科学性、针对性和操作性;通过对建筑安装工程进行模拟对比，找出各专业最优的安装顺序、布线位置及入场安装时间，能最大限度地减少返工、怠工及措施费;对一些新施工工艺及新材料，或部分重要施工环节，采用BIM模型，能够预演其实施的可能性，并从中找出问题，有针对性进行改进处理，从而使新材料、新工艺及高难度施工得以实现。
4.4 快速实行多维度（时间、空间、WBS）成本分析
建立实际成本BIM模型，定期或不定期对相关数据进行及时更新或补充，BIM模型能及时通过其高效的统计分析能力进行数据处理，从而满足对成本的数据需求。使用总量统计的方法，有效减少累积误差，对成本数据进行动态维护，能够实时得到成本数据的分析结果。基于BIM模型建立多维的成本数据库，可增加系统的运算、分析能力，并提高分析的精确度和速度。此外运用实际成本BIM模型，也可以在发现那些实际发生，而未计入成本的项目，使所有发生的成本项目能得到实时的监控和入账，及时发现盈亏情况，提供准确的决策依据。
5 结论
综上所述，通过在工程建设中构建完备的施工管理体系，在工程施工质量、安全、进度及成本等方面可以更为有效地进行把控。此外，在构建管控体系的同时，将BIM技术引入到施工管理中，使管控过程变得更为精细、高效。
