基于BIM的醫院直加室混凝土施工應用

摘要：以成都新津人民醫院項目直線加速室為例，介紹基于BIM技術的醫院直加室混凝土施工應用，重點闡述施工過程中基于BIM的支模架體系、大體積混凝土溫控措施、施工縫預留等應用，保證支模體系安全、預防混凝土開裂，施工縫的合理選取，提前建模分析，減少方案瑕疵，規避施工質量缺陷。本項目直線加速室四周結構的鋼筋及管線排布密集復雜，按設計要求均需預留施工，不允許成型后鉆孔，也不允許出現穿透性的施工縫。直加室作為重要的醫用設備間在常規建筑施工中較為少見，該技術的應用對今后醫院項目的直加室施工起到參考借鑒作用。

關鍵詞：BIM技術； 直加室； 支模架； 施工縫； 大體積混凝土

中國分類號：TU755B

0 引言

直加室是放置醫用電子直線加速器的特殊醫用功能性房間。直線加速器能產生高能X射線以及高能電子線，具有較強輻射性質，長期接觸或接觸輻射過量都會對人體產生傷害，輻射以光波、電磁波的形式向外傳播，對混凝土密實性，成型質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防護位置超過3 m厚，最薄處混凝土厚度1.3 m。通過在BIM建模對直加室施工的前、中、后期進行施工的三維推演，模擬混凝土施工重難點并BIM云平臺進行數據統計。施工前期的重點問題梳理歸類解決，施工中通過三維模型以及云平臺記錄主控信息對施工過程進行管控和推演，土建施工后期對醫療設備維護、后續升級改造以及運營檢修提供模型及過程數據支撐。

1 工程概況

新津人民醫院項目直線加速室位于地下室負1層長15.86 m、寬13.0 m，占地面積203.18 m2。豎向混凝土墻后度1.3 m～3.0 m不等，結構凈高5.13 m，頂板厚1.9 m至3.1 m不等。直加室混凝土總澆筑量約1 300 m3，為保障工程相關質量要求，在施工前對支模架體系、施工縫定位、混凝土溫度控制、后期養護等作出了嚴謹的技術方案要求，確保滿足使用要求。

2 施工技術難點

針對醫院直加室超高超厚的結構特點，梳理出混凝土施工前支模體系、大體積混凝土控溫、施工縫預留等技術難點。

2.1 支模體系受力大

本項目支模架采用重型承插型盤扣式鋼管支架，立管為Q345A-φ60×3.2 mm，橫桿采用Q235B-φ48×2.5 mm，斜拉桿采用Q235B-φ33×2.3 mm，底托采用Q235B-φ48×6.5×460 mm，頂托采用Q235B-φ48×6.5×460 mm。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。水平剪刀撐在搭設時需在水平桿第一步設置一道、頂層設置一道，中間自下往上設置間距4跨設置一道，夾角為45°～60°［1］。支模架每2 m設置一層水平兜網。支承立桿上下部分別設置上頂托、下頂托，下頂托用于調平立桿，上頂托調節立桿與頂部模板之間的間隙，在施工時頂托的外露長度≤300 mm。在支撐體系四周有已澆筑墻柱時，采用鋼管抱箍、拉結對現有支模體系行成固結點加強架體穩定性。四周若有其他架體的，采用構件鋼管與四周架體行成拉結。對于側向模板受混凝土沖擊力較大位置設置側向斜撐，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，且頂板厚度達到3.1 m，擋墻厚度達到3.0 m，支模架的受力遠超常規建筑支模體系受力。架體在滿足豎向受力的同時還需擁有足夠的側向剛度，為滿足受力要求，直加室支模架方案間距遠小于常規支模架間距，使得架體必須一次性成型，這對架體搭設和施工過程監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雜性，除對操作工人反復交底、實時溝通、全過程監督及時糾偏，對施工管理的要求也更高。

2.2 大體積混凝溫控難

該工程大體積混凝土基礎邊長gt;20 m、厚度gt;1 m、體積gt;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。混凝土澆筑后在凝結期會產生大量水化熱，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，混凝土拌制時溫度不大于20 ℃，澆筑前監測混凝土入模溫度不大于25 ℃，澆筑后監測混凝內部土與混凝土外表面小于等于25 ℃，嚴格執行養護過程中的測溫工作，最大混凝土降溫速率≤2 ℃/d，且連續4 h降溫速度不超過1 ℃。澆筑時間預計為11、12月，歷史平均溫度為6～21 ℃。

由于環境溫度較低，本項目主要考慮為澆筑后混凝土構件在升溫階段內部水化反應過快，或由于澆筑構件尺寸太大，導致構件內部核心溫度過高，與外部低溫環境形成過大溫差，引起混凝土內外溫差過大，大體積混凝土防開裂，溫度控制成為難點［2］。本地區冬季最大風速20 m/s、空氣濕度70%～80%、風向為西北風且較為干燥，大風天氣會引起混凝土構件外露部分溫度流失過快，在混凝土水化反應前期內外溫差過大易導致混凝土開裂，嚴重降低混凝土質量，且不能滿足直加室防輻射要求。

2.3 施工縫預留困難

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7排。密集分布的鋼筋對施工作業造成困難，支模架體的復雜性，對直加室施工縫的布置也帶來了挑戰。由于施工縫必須采用防輻射形式以及構件的大截面尺寸，所以相對常規施工縫預留，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、雙向坡斜的機電預留通道、錯開鋼筋加密位置等限制條件，且必須滿足防輻射設計要求，極大影響了預先判斷，增加了施工難度。

3 基于BIM技術的施工重難點解決對策

3.1 基于BIM技術的支模架交底

首先創建支模體系的三維模型，將圖紙和方案轉換為模型的過程中，可以發現二維圖紙和方案文字難以描述全面的問題，通過對支模架體系高精度建模，能在最短時間內使所有不同知識基礎的參會人員理解方案內容（圖2）。通過三維模型對支模架方案進行討論，在方案討論的時候通過三維模型的直觀展示效果，把方案的重難點快速直觀的展現出來。

通過已建立的模型，可以通過BIM軟件計算分析受力參數，找到受力薄弱位置加強架體布置，優化支模架布置形式，輔助支模架材料的選擇，提前計算出精準的材料用量，精確支模架變形監測點的分布。項目BIM部門以模型、數據、受力分析、空間布局、型材受力及選擇、預估精準材料用量、變形點監測等多個方面為方案的制定與選擇提供數據支撐。

安全、質量、材料、技術等部門在模型平臺可以通過已建立的模型，快速發現屬于各自職責范圍內需考慮的重點問題，然后BIM技術人員依據各專業的要求，動態聯動，優化模型，修改后的模型可以實時同步至云平臺。施工現場管理中，各部門人員可以利用云平臺型通過手機端、平板電腦、電腦端、網址鏈接、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協同風險，縮短方案編制周期，有效避免架體二次返工、方案缺陷、節點位置考慮不足、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雜等實際問題提高項目整體管理水平。

3.2 大體積混凝土云端輔助應用

通過BIM模型地進行混凝土量計算，預設優化測溫點數量及布置點位，在混凝土澆筑后將測溫數據上傳BIM云平臺，對測溫數據進行收集與對比。應用BIM4D施工模擬技術，對直加室大體積混凝土的澆筑的分層澆筑、澆筑間隔時間、布料機擺動、防輻射后澆帶澆筑形式等施工重點做模擬動畫，用于混凝土澆筑前的技術交底。

把混凝土模型導入混凝土水化熱模擬軟件，輸入混凝土類型信息以及相關環境信息后，模擬出水化熱反應情況，提前找到溫度變化較大、水化反應較大、溫度差值較大的幾種特殊位置，有針對性的制定不同點位的控溫措施，提前制定相關解決對策。

測溫數據導入云平臺可自動生成數據圖表，預測未來趨勢，合理設置預警溫度提前發現溫度異常情況，精確定位溫度異常點位，提高管控效率，精細管理方式，合理運用技術方法。

3.3 基于BIM技術的施工縫預留

在施工縫預留比選策劃期間，創建施工縫階段模型（圖3）。模型包含施工縫、鋼筋、模板及支模架、本階段結構模型，通過模型能直觀看到鋼筋、模板、支模架、施工縫、機電預留預埋等構件的相對位置，到達快速明確施工縫布局的效果。通過模型對比施工縫在不同高度設置時的情況，可避免施工縫與不同高度機電孔洞碰撞，精準避開豎向鋼筋密集位置。在滿足施工要求的情況下優化施工縫位置，方便施工縫鑿毛，施工縫隙防漏漿措施選用，高支模架體預埋拉桿定位以及對上層模板搭設有利的施工縫預留高度。

通過“先建后施”，打破傳統施工過程中對現場作業人員經驗的過度依賴，云平臺的使用可以使同一技術方案持續應用在不同項目、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險。同時云平臺可以收集施工全過程的圖片、圖紙、文檔、錄入信息等多種信息源，可以有效把控施工質量的前、中、后各階段。

4 結語

隨著科學及技術水平的不斷提高，建筑行業也在奔跑向前，運用信息化手段可以有效提高工作效率，提高技術價值，實現降本增效的效果。BIM技術經過多年發展，已成為大型項目必備的技術工具之一，合理運用BIM技術融入生產工作，為項目的順利推進貢獻科技的力量。在國家科技興國，智慧人文城市政策的引領下，做好自己的本職工作，在自己的崗位上運用技術發光發熱［3］，直加室作為重要的醫用設備間在常規建筑施工中較為少見，將BIM技術應用在醫院的直加室混凝土施工中，希望為今后醫院直加室施工起到參考借鑒作用。

參考文獻

［1］ 喬振偉.高層建筑梁式轉換層施工方案優化設計及工程應用［D］.安徽.安徽理工大學，2013：33-34.

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

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