辦公樓工程建設中的施工管理體系構建

王大兵

【摘 要】隨著社會的發展，部分行業的競爭已進入白熱化。工程施工作為傳統行業之一，其競爭也愈發激烈。要想處于不敗之地，就必須構建現代化的施工管理體系，本文以長興科技二期辦公樓暨廠房工程項目為例，從基坑支撐體系、節點質量控制、超高支模安全控制等多個角度，以及BIM建筑模型在施工組織、多維成本分析等方面的應用，對施工質量、安全控制、模擬施工及成本管控進行全面闡述。

【關鍵詞】基坑;高支模;BIM建筑模型

中圖分類號： TU753;TU755.2? ?文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）17-0196-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.17.093

0 引言

大城市土地稀缺已經成為市場無法避免的話題之一，為充分利用現有土地資源，地下室成為新建辦公樓不可或缺的配置之一。在地下室建設中，基坑圍護成為施工成敗的關鍵。此外，安全生產是第一要務，超高支模施工難度高，危險性較大，其安全把控是施工管理的重中之重。而通過BIM技術在施工管理中的運用，對施工質量、進度、成本管控等方面也起到了如虎添翼的效果。

1 工程概況

長興科技二期辦公樓暨廠房工程位于上海市徐匯區宜山路1397號，該工程占地面積達1.8萬平方米，是由兩棟主輔樓組成的辦公大樓，總建筑面積為4.8萬平方米，地下兩層1.6萬平方米，層高分別3.9m和5.9m;地上輔樓4層、主樓15層，共3.2萬平方米;首層大廳挑空高度9.3米，二至四樓層高4.5米，其余層高4.2米，總高度69.5米。

2 基坑支撐體系構建與節點質量控制

2.1 周邊情況要求分析監測要求

該工程開挖面積8500m2，周長約為400m，普遍開挖深度10.35m，局部深坑開挖深度達12.55m，周邊環境較為復雜，距離基坑邊線3倍基坑開挖深度范圍內（約32m）有一期廠房;北側宜山路下為地鐵9號線，東側為古美路，沿線道路下及場地內地下管線較多。根據上海市的相關規定，綜合判斷基坑監測等級為二級。

為了在施工期間建立起有效的安全監測系統，特請專業監測單位編制基坑及周邊環境監測實施方案，明確監測內容及報警值，并依據實際情況及相關規定布置監控點，確定監控的工期和監測頻率，定期提供監測資料，同時做好應急預案，明確應急預案啟動的條件、準備工作及需要采取的相應措施。

2.2 支撐體系設計

對支撐體系設計采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁+兩道鋼筋混凝土水平梁支撐+三軸水泥土攪拌樁，其中水泥土攪拌樁達到止水帷幕的作用。

1）北側、南側、西側圍護結構

三側圍護結構采用了Φ900@1100鉆孔灌注樁，止水帷幕采用三軸攪拌樁Φ850@600。鉆孔灌注樁樁底標高為-25.05m，有效樁長22.7m，1200×800的砼壓頂。三軸水泥土攪拌樁樁底標高為-18.55m，有效樁長18.0m，水泥摻量20%。

2）東側圍護結構

采用Φ1000@1200鉆孔灌注樁，止水帷幕采用三軸攪拌樁Φ850@600。鉆孔灌注樁樁底標高為-25.050m，有效樁長22.7m，1200×800的砼壓頂。三軸水泥土攪拌樁樁底標高為-18.550m，有效樁長18.0m，水泥摻量20%。

3）內支撐結構

本基坑平面形狀呈L形，同時考慮到基坑挖深、坑外環境保護要求相對較高，因此采用二道鋼筋混凝土支撐，支撐布置形式為：角撐+對撐+邊桁架。

4）立柱樁結構

臨時支撐立柱采用型鋼格構柱的形式，普通區域鋼格構柱由4L140×12組成，棧橋區域鋼格構柱由4L160×14組成，截面尺寸均為為460×460，綴板分別采用440×300×8@700、440×300×10@700鋼板。

立柱樁采用Φ800鉆孔灌注樁，普通支撐區域的立柱樁共31根，樁長21m，普通支撐區域的立柱樁兼做副樓區域工程樁共1根，樁長21m，樁承載力設計值均為1050kN;立柱樁混凝土強度等級為水下C30。

5）坑內加固

坑內加固主要為被動區加固與坑內局部深坑加固。為了增加被動區土體抗力，減小基坑變形，在基坑邊被動區設置墩式土體加固。加固攪拌樁呈格柵狀布置。被動區土體加固采用Φ700@500的雙軸水泥土攪拌樁，加固寬度為4.7m，水泥摻量不小于13%。

2.3 節點質量控制

在施工過程中，除了做好鋼筋混凝土結構的鉆孔灌注樁、水平支撐外，水泥土攪拌樁止水帷幕的施工質量，也是關乎基坑安全的重要環節。重點質量控制如下：

首先，孔位放樣誤差小于2cm，樁位偏差不超過±5cm，樁徑偏差不得大于1cm，樁身垂直度偏差不超過1/100（止水樁不大于1/150）;其次，在漿液的配制過程中，要嚴格按設計要求控制水泥的摻入量，在傍邊豎立標識牌，并做好漿液攪拌的水泥用量記錄，該用量記錄定期與進貨單進行對比，確保兩者數據要基本吻合。最后，為了不使漿液出現離析的現象，需控制好水泥漿液的攪拌時間，一般要攪拌30秒后才能倒入存漿桶。

3 超高支模施工安全控制

3.1 超高支模方案

主樓一層南側及北側采用挑空的大廳，挑空高度9.3米，屬于層高超限設計。由于建筑物空間較高、跨度和混凝土的自重較大，施工時要求高度較高，可以采用跨度較大的滿堂腳手架模板支撐，同時也需要增加支模系統的強度、剛度及穩定性要求。否則，支撐系統一旦發生坍塌，必將造成重大的安全事故。

基于以上分析，依據荷載計算及腳手架搭設相關規范要求確定滿堂腳手架的搭設方案：采用Φ48×3.0mm鋼管，板底支撐連接采用方木支撐;橫向間距1m、縱距1.2m、步距1.6m;桿上端伸出至模板支撐點0.1m;模板支架搭設高度9.1m。

3.2 高支模架荷載計算

1）荷載的計算參數

木板和模板靜載值：0.36kN/m2;鋼筋混凝土靜載值：25kN/m3;

施工均布活荷載標準值：3.0kN/m2;

2）材料的計算參數

竹膠合板厚度：15mm;板底水平支撐采用50mm*100mm方木;

竹膠合板彈性模量：10000N/mm2;竹膠合板抗彎強度值：15N/mm2;

方木抗剪強度設計值：1.5N/mm2;方木之間距離：250mm;

方木彈性模量：10000N/mm2;方木抗彎強度值：13N/mm2;

3）鋼筋混凝土樓板的計算參數

鋼筋混凝土樓板的計算厚度：130mm;

3.2.1 竹膠合板計算：

以三跨連續鋼筋混凝土梁對竹膠合板進行驗算其抗彎強度和剛度，竹膠合板的截面慣性矩I和截面抵抗矩W分別為：

W=120×1.52/6=45cm3;

I=120×1.53/12=33.75cm4;

竹膠合板的以三跨連續梁計算，每一跨的間距250mm。

1）荷載計算

（1）活荷載為施工人員+設備荷載（kN/m）：

q2=3×1.2=3.6kN/m;

（2）鋼筋混凝土樓板+竹膠合板自重（kN/m）：

q1=25×0.13×1.2+0.36×1.2=4.33kN/m;

2）竹膠合板的抗彎強度計算如下：

M=0.1ql2

竹膠合板的抗彎強度值[f]=15N/mm2;

其中：q=1.2×4.33+1.4×3.6=10.236kN/m

最大彎矩M=0.1×10.236×2502=63975kN·m;

竹膠合板的抗彎強度σ=M/W=63975/45000=1.4217N/mm2;

竹膠合板的抗彎強度1.4217N/mm2小于竹膠合板的抗彎強度設計值15N/mm2，滿足要求。

3）竹膠合板的撓度計算

ν=0.677ql4/（100EI）≤[ν]=l/250

其中q=q1=4.33kN/m

竹膠合板最大撓度計算

ν=0.677×4.33×2504/（100×10000×33.74×104）=0.03393mm;

竹膠合板最大允許撓度[ν]=250/250=1mm;

竹膠合板的最大撓度計算值0.03393mm小于竹膠合板的最大允許撓度1mm，滿足要求。

3.2.2 滿堂腳手架立桿荷載計算：

滿堂腳手架立桿荷載包括靜荷載與動荷載。

1）主要靜荷載值主要有以下項目內容：

（1）鋼筋混凝土樓板靜荷載：

NG1=25×0.13×1×1.2=3.9kN;

（2）滿堂腳手架的靜荷載：

NG2=0.138×8.9×1.1=1.351kN;

腳手架鋼管靜荷載依據《扣件式規范》附錄A。

（3）竹膠合板的靜荷載：

NG3=0.4×1×1.2=0.48kN;

靜荷載標準值NG=NG1+NG2+NG3=5.731kN;

2）活荷載為施工均布荷載和振搗混凝土時產生的荷載。

活荷載標準值NQ=（2.5+2.5）×1×1.2=6.0kN;

3）滿堂腳手架立桿的軸向壓力值計算（未考慮風荷載）

N=NG×1.2+NQ×1.4=15.277kN;

3.2.3 滿堂腳手架立桿的穩定性計算：

滿堂腳手架立桿的穩定性計算如下：

σ=N/（φA）≤[f]

其中

φ腳手架立桿軸心受壓的穩定系數，由長細比lo/i查表得到;

N腳手架立桿的軸心壓力值：N=14.222kN;

A-腳手架立桿凈截面面積：A=4.24cm2;

W-腳手架立桿凈截面模量：W=4.49cm3;

i-腳手架立桿的截面回轉半徑：i=1.59cm;

Σ-腳手架立桿最大應力計算值

[f]-鋼管立桿抗壓強度設計值：[f]=205N/mm2;

按下式計算：

l0=h+2a=1.6+0.1×2=1.8m;

a-鋼管立桿上端伸出至模板支撐點0.1m;

l0/i=1800/15.9=113.2;

查表得出長細比Lo/i的值得到立桿軸心受壓穩定系數φ=0.516;

鋼管立桿的最大應力值：σ=14222.4/（0.516×424）=65N/mm2;

鋼管立桿的最大應力值σ=65N/mm2小于鋼管立桿的抗壓強度設計值[f]=205N/mm2，滿足要求。

3.3 高支模腳手架松動、變形情況處理

為了控制施工荷載不超過設計荷載以及均衡受載，要求上樓面的鋼筋等材料機具要分散堆放，在澆筑混凝土時采用由中部向兩邊擴展的澆筑方式澆筑;并派人檢查支架和支承情況，發現松動和變形時，要立即安排人員進行加固或者增加支撐的方式處理，若出現變形交大、明顯下沉時，要立即停止混凝土的澆筑，組織相關人員進行研判，必要時啟動應急預案，及時排除安全隱患。

4 BIM在工程管理中的應用

4.1 建筑模型構建

由于該項目定位較高，要求達到超5A的甲級寫字樓的標準，且各種通排風、空調新風、強弱電橋架等管線非常復雜。在施工中引進了BIM建筑模型，將設計各專業及施工單位的相關信息通過BIM平臺進行匯總，使各方第一時間掌握所需的信息，并將信息結合三維模型進行存儲和匯整。

4.2 模擬試驗

在設計階段，各建筑專業之間缺乏有效溝通，就會出現各建筑專業間的碰撞問題。這種問題一般在施工過程中或者施工后才能發現，在結構已經完成的情況下，會造成無法補救的技術問題。若建立了BIM建筑模型，就可以通過這個模型發現并找出碰撞位置以及需要協調的數據，各專業再進行協商，共同討論制定出來最合理的解決方案，避免這些問題在施工后才被發現。在本工程后期的會所裝修施工過程中，由于吊頂采用大空間的異型GRG吊頂，通過BIM進行優化設計和模擬，大大降低了施工難度，有效降低造價和縮短工期。

4.3 施工組織模擬

在BIM環境下繪制《施工現場布置模型》，可以準確地定位施工塔吊及施工電梯的安裝位置，合理布局各施工場地。

通過BIM建筑模型可以提前對復雜的建筑做法進行預演，提高提前掌握施工難點、要點以及安全隱患，進而優化施工組織設計，使其更具科學性、針對性和操作性;通過對建筑安裝工程進行模擬對比，找出各專業最優的安裝順序、布線位置及入場安裝時間，能最大限度地減少返工、怠工及措施費;對一些新施工工藝及新材料，或部分重要施工環節，采用BIM模型，能夠預演其實施的可能性，并從中找出問題，有針對性進行改進處理，從而使新材料、新工藝及高難度施工得以實現。

4.4 快速實行多維度（時間、空間、WBS）成本分析

建立實際成本BIM模型，定期或不定期對相關數據進行及時更新或補充，BIM模型能及時通過其高效的統計分析能力進行數據處理，從而滿足對成本的數據需求。使用總量統計的方法，有效減少累積誤差，對成本數據進行動態維護，能夠實時得到成本數據的分析結果。基于BIM模型建立多維的成本數據庫，可增加系統的運算、分析能力，并提高分析的精確度和速度。此外運用實際成本BIM模型，也可以在發現那些實際發生，而未計入成本的項目，使所有發生的成本項目能得到實時的監控和入賬，及時發現盈虧情況，提供準確的決策依據。

5 結論

綜上所述，通過在工程建設中構建完備的施工管理體系，在工程施工質量、安全、進度及成本等方面可以更為有效地進行把控。此外，在構建管控體系的同時，將BIM技術引入到施工管理中，使管控過程變得更為精細、高效。