塔吊基礎(chǔ)綠色施工與BIM技術(shù)的應(yīng)用

中建八局第一建設(shè)有限公司 濟(jì)南 250100

1 工程概況

某工程位于上海市閔行區(qū)，東至申長(zhǎng)路，西至申濱南路，南側(cè)為舟虹路，北側(cè)為紹虹路，為3 層地下結(jié)構(gòu)，基坑深16.7 m。地下結(jié)構(gòu)施工階段分為C、D和E 3 個(gè)區(qū)域。

按照現(xiàn)場(chǎng)要求，D、E區(qū)布置5 臺(tái)塔吊。3#、6#塔吊為T(mén)CT6016，4#、5#塔吊為T(mén)C6015A-10B，7#塔吊為T(mén)CT7015-10E。平面布置見(jiàn)圖1。

圖1 平面布置

2 構(gòu)思理念

2.1 整體設(shè)想思路

塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工的整個(gè)過(guò)程，圍繞綠色施工的理念，引入BIM技術(shù)全程跟蹤和指導(dǎo)，成功地規(guī)避掉施工的技術(shù)缺陷，節(jié)約了材料，同時(shí)提早使塔吊投入了現(xiàn)場(chǎng)使用，節(jié)約了工期。

2.2 綠色施工理念

以往格構(gòu)式塔吊的基礎(chǔ)采用混凝土承臺(tái)，不僅施工工期長(zhǎng)還占地面積大，而且施工完畢后不能重復(fù)利用還得進(jìn)行機(jī)械破碎拆除外運(yùn)處理。這種工藝對(duì)一些工期要求短緊、可利用面積緊張的施工現(xiàn)場(chǎng)是極其不利的。一般來(lái)說(shuō)，格構(gòu)式塔吊都必須進(jìn)行樁基施工，如果可以利用部分工程樁作為塔吊樁的話，能節(jié)約成本的投入。

為此，我方構(gòu)思從綠色施工理念出發(fā)，利用原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和材料替換兩方面進(jìn)行了塔吊的設(shè)計(jì)，力求達(dá)到節(jié)材、節(jié)地、環(huán)境保護(hù)的目的。具體有以下兩方面：將混凝土+格構(gòu)柱塔吊承臺(tái)基礎(chǔ)替換為型鋼+格構(gòu)柱塔吊承臺(tái)基礎(chǔ)；部分塔吊樁可利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程樁替代。

2.3 BIM應(yīng)用理念

鋼基礎(chǔ)的構(gòu)造復(fù)雜，如果提前結(jié)合BIM技術(shù)，便可建立可視化思路，讓圖紙與構(gòu)件形成三維立體實(shí)物。整個(gè)過(guò)程的策劃和實(shí)施都在可視化的狀態(tài)下進(jìn)行。現(xiàn)場(chǎng)操作遇到問(wèn)題需要開(kāi)會(huì)協(xié)調(diào)，找原因出變更解決問(wèn)題。BIM技術(shù)可提前處理這種問(wèn)題，可在施工前對(duì)碰撞進(jìn)行協(xié)調(diào)解決，減少了返工，設(shè)計(jì)過(guò)程中BIM技術(shù)可以構(gòu)思復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化。

鋼基礎(chǔ)復(fù)雜構(gòu)造使鋼結(jié)構(gòu)工程量多而雜，手算極其麻煩而且不準(zhǔn)確。若引入BIM技術(shù)，能精確計(jì)算各個(gè)構(gòu)件的實(shí)物量，變更后的量也可隨要隨來(lái)。減少材料浪費(fèi)，加快了工程量計(jì)算。

3 總體部署

3.1 設(shè)計(jì)階段

（a）技術(shù)工程師結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求，編制塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案圖紙，經(jīng)專(zhuān)家論證通過(guò)。某塔吊立面示意見(jiàn)圖2。

圖2 塔吊立面示意

（b）設(shè)計(jì)鋼承臺(tái)的塔吊，BIM工程師根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行BIM族與模型的建立。

3.2 施工階段

（a）塔吊鋼承臺(tái)基礎(chǔ)，根據(jù)BIM模型，結(jié)合設(shè)計(jì)，進(jìn)行廠家加工半成品構(gòu)件。

（b）鋼承臺(tái)基礎(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)連接安裝。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際誤差情況，調(diào)整BIM模型，尤其是一些加強(qiáng)鋼板構(gòu)件具體位置和尺寸的確定，確定好后再讓廠家加工。

3.3 拆除階段

塔吊的鋼承臺(tái)按照要求切割、維修打磨后，進(jìn)行下一工地的重復(fù)使用。

4 施工安排[1-2]

4.1 塔吊基礎(chǔ)

（a）塔吊采用灌注樁+格構(gòu)柱+鋼承臺(tái)形式。基礎(chǔ)底板下為Φ800 mm鉆孔灌注樁。3#～6#塔吊樁距2.4 m，7#塔吊樁距2.8 m。格構(gòu)柱為4∠160 mm×160 mm×16 mm組成600 mm×600 mm格構(gòu)柱，綴板520 mm×320 mm×12 mm@700 mm，插入灌注樁4 m。格構(gòu)柱間采用槽鋼焊接加強(qiáng)。

（b）鋼承臺(tái)采用Q345型，H400 mm×400 mm×13 mm×21 mm型鋼制作。上層與下層采取焊接方式。3#、4#～7#塔吊底座與鋼結(jié)構(gòu)采用焊接螺栓加強(qiáng)的方式連接。5#塔吊則采用高強(qiáng)螺栓的方式連接。

4.2 塔吊樁利用工程樁設(shè)計(jì)

塔吊樁利用工程樁時(shí)要考慮2 點(diǎn)。一是工程樁與塔吊樁性能比較，性能強(qiáng)的優(yōu)先選用。二是工程樁位置一般都是承臺(tái)的位置，設(shè)計(jì)與施工要考慮高低差（圖3）。

圖3 承臺(tái)位置示意

4.3 鋼基礎(chǔ)BIM應(yīng)用設(shè)計(jì)

BIM技術(shù)工程師根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，進(jìn)行BIM模型的建立，流程如下：

部分構(gòu)件族的建立→格構(gòu)柱模型的建立→進(jìn)行1層鋼承臺(tái)模型的建立→進(jìn)行2層鋼承臺(tái)模型的建立→進(jìn)行塔吊基礎(chǔ)連接件模型的建立→進(jìn)行格構(gòu)柱加固件模型的建立。

4.4 設(shè)計(jì)與BIM結(jié)合檢查

設(shè)計(jì)圖紙審閱完成后，立即進(jìn)行BIM模型的建立，過(guò)程進(jìn)行跟蹤和檢查，發(fā)現(xiàn)1 處設(shè)計(jì)欠考慮的部位。5#塔吊鋼基礎(chǔ)塔吊機(jī)座安裝節(jié)點(diǎn)與槽鋼連接處沖突，在安裝過(guò)程中，對(duì)槽鋼進(jìn)行了切割，并在6#、7#塔吊設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行了改進(jìn)。

4.5 現(xiàn)場(chǎng)與BIM結(jié)合施工

塔吊鋼基礎(chǔ)加工前，結(jié)合BIM模型，拆分了3 個(gè)施工步驟。

第一步，現(xiàn)場(chǎng)1層承臺(tái)測(cè)量后廠家加工；第二步，廠家按照設(shè)計(jì)圖紙加工2 層承臺(tái)；第三步，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行1層、2層鋼承臺(tái)及加勁板的焊接連接工作。

4.6 工程量計(jì)算

BIM技術(shù)精確計(jì)算單個(gè)塔吊鋼基礎(chǔ)的各個(gè)構(gòu)件的工程實(shí)物量。

4.7 BIM節(jié)點(diǎn)優(yōu)化

6#、7#塔吊底座與鋼結(jié)構(gòu)采用螺栓和焊接結(jié)合方式連接。原設(shè)計(jì)的圖紙很難讓施工人員讀懂圖紙，經(jīng)過(guò)BIM三維模型的確立，對(duì)塔吊與鋼承臺(tái)節(jié)點(diǎn)的改進(jìn)了如指掌。由原焊接改成螺栓連接，使得塔吊的基礎(chǔ)連接件可重復(fù)多次利用（圖4、圖5）。

圖4 原設(shè)計(jì)BIM節(jié)點(diǎn)

圖5 優(yōu)化設(shè)計(jì)BIM節(jié)點(diǎn)

5 注意事項(xiàng)

（a）設(shè)計(jì)圖紙一旦確認(rèn)，必須馬上進(jìn)行BIM建模。建模時(shí)，所有材質(zhì)必須和設(shè)計(jì)一致。建模過(guò)程中發(fā)現(xiàn)與圖紙不吻合之處，馬上通知技術(shù)員進(jìn)行圖紙檢查完善。模型建立后，及時(shí)進(jìn)行工程量的編制和匯總。

（b）施工中，根據(jù)模型拆分過(guò)程，確定哪些構(gòu)件可以根據(jù)圖紙直接加工，哪些必須考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況測(cè)量后才能加工。

（c）三維渲染動(dòng)畫(huà)建立后，立即組織相關(guān)人員進(jìn)行交底，讓員工帶著真實(shí)感去施工。

（d）下層鋼承臺(tái)和涉及到的加勁板，考慮到現(xiàn)場(chǎng)誤差，需進(jìn)行實(shí)際量取，再回廠家加工。鋼承臺(tái)涉及到的所有焊縫，必須全部進(jìn)行探傷檢測(cè)，檢測(cè)報(bào)告合格后，方可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工。

6 結(jié)語(yǔ)

（a）將混凝土+格構(gòu)柱塔吊基礎(chǔ)替換為型鋼+格構(gòu)柱塔吊基礎(chǔ)，鋼承臺(tái)可重復(fù)利用至少3 次，并且不需破除外運(yùn)，拆除方便，節(jié)約了材料，保護(hù)了施工環(huán)境。

（b）部分塔吊樁基利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程樁替代后，成本降低了約1/3。

（c）每個(gè)鋼承臺(tái)占地面積比原混凝土承臺(tái)占地面積少了約16 m2，對(duì)于施工可利用場(chǎng)地極少的工地相當(dāng)有利。并且在后期結(jié)構(gòu)施工時(shí)，樓層預(yù)留面積也會(huì)減少。

（d）結(jié)合BIM技術(shù)，從技術(shù)、施工到成本控制各個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化，增加了效益。

總體來(lái)說(shuō)，塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工的整個(gè)周期，圍繞綠色施工的理念，引入BIM技術(shù)全程的管控，在安全、質(zhì)量、工期各方面均取得了良好的效益。這種施工技術(shù)與理念，可以在類(lèi)似的項(xiàng)目中進(jìn)行推廣與應(yīng)用。