淺析樁基礎節能減排創新技術應用*

劉艷剛

(中鐵十二局集團建筑安裝工程有限公司 太原 030000)

目前結合我國建筑行業的發展狀態來看,生產方式以及技術體系存在不同程度的環境污染問題,尤其建筑工程周期較長,資源消耗量較大,若未能制定科學的施工管理體系,必然會導致資源浪費以及環境污染,因此落實節能減排建設是新時期建筑工程發展的核心任務。

建筑樁基礎的施工對于建筑工程的影響較大,在落實節能減排的過程中,還需要維護原有樁基礎的綜合質量,滿足各方的發展需求。筆者以此為依托,結合經驗總結以及理論分析,提出了以現代信息技術為主體進行樁基礎節能減排的施工規劃方案,以期能夠為相關工程的開展提供參考。

1 建筑樁基礎綠色施工概況

1.1 BIM 技術

BIM 技術是建立在信息共享的基礎上,并打造的新型建筑施工管理體系,最初應用在建筑工程的設計領域。

而隨著新時期技術體系的不斷發展和創新,生態文明思想的貫徹落實,也推動了該項技術的發展,比如以節能環保為依托打造的BIM 施工方案,更強調圍繞著施工的各個環節進行全生命周期管理,從所有的施工設備、材料、方案等領域,通過信息提取、更新、分析、評估,可以將工程施工期間的資源消耗、環境問題分析、能耗模擬、視線模擬、碰撞計算等來作為工程節能減排的主要依據[1]。

這種方式可以讓建筑樁基礎施工的各項細節更加清晰,確保每一個環節的開展都可以服務于節能減排政策和相關規定,從而提升工程的生態效益。

1.2 綠色施工

綠色施工是當前建筑工程施工體系中的重要組成部分,主要是在滿足建筑結構以及質量安全的需求下,通過生態手段以及新型的科技手段,減少施工期間對周邊環境造成的影響,降低施工期間不必要的資源浪費發生概率,其核心邏輯如圖1所示。

圖1 綠色施工邏輯

通過現有的技術體系進行施工管理,打造管理手段與技術方法相融合的施工管控方案,堅持提升工程地生態效益,確保所有的技術選擇以及材料應用都可以滿足節能環保的需求。

2 建筑樁基礎綠色施工中節能減排技術的應用體現

筆者主要以BIM 技術作為切入點,配合其他的節能減排施工技術體系,進一步提升建筑工程的整體效益,確保能夠滿足各方主體的實際需求。

2.1 可視化設計

在建筑樁基礎施工前期,需要通過BIM 技術進行施工過程可視化模擬,主要了解施工的整體方案,掌握其中的各項參數,通過大數據技術構建可視化模型,模型用于樁基礎施工碰撞檢查、細節分析、施工任務分配以及各個班組的人員調整,能夠了解工程的實際進展,也可以作為資源使用和優化的依據。

2.2 工程沖突檢查

樁基礎施工是整體工程最為關鍵的環節,為了提升施工的質量,需要考慮樁基礎施工與其他環節之間是否存在沖突。尤其在路橋工程領域,樁基礎施工對于周邊地質環境產生的影響較大,在沖突檢查方面還會涉及人工建筑與周邊自然環境之間的沖突和檢查,比如與周邊水文環境、地質結構之間的沖突檢查,其結果可以為工程優化提供參考,避免施工規劃,造成環境破壞或環境污染。

2.3 實現能源的優化利用

在現階段的技術手段下,BIM 技術已經可以結合建筑工程的施工規劃構建信息模型,其中會包含多種類型的能量控制元素,這就實現了通過信息技術手段實現能源控制的目的。系統會結合工程建造的整體規模、不同工序、不同結構的施工需求等因素進行分析,得到最終消耗的能源數值。在綜合可利用能源以及不可利用能源進行有機分配,在施工期間可以減少能源浪費,更可以促使既有能源合理分配,從而實現節能減排的效果。

2.4 實現資源節約

2.4.1 可以實現土地資源的優化

在建筑樁基礎施工規劃的過程中,可以通過針對現有建設用地的使用情況進行規劃,針對工程可能導致的污染場地和廢棄場所進行特殊處理,確保所有指標能夠滿足后續的施工需求。

2.4.2 實現水資源的優化

樁基礎施工涉及大量用水,比如鉆孔灌注樁需要利用泥漿護壁的方式進行施工,在工程開展的過程中,可以通過信息技術模擬不同設備、不同施工工序、不同流程所消耗的用水量[2]。并將生活用水、施工用水劃分成不同的類型,使用專業軟件進行給水量和用水量的調節,能夠最大限度上避免水資源浪費。

2.4.3 實現材料的節約

通過BIM 技術能夠準確無誤地設計施工模型,尤其可以通過前期的地質勘查,了解周邊地質結構的實際信息,計算樁基礎施工的具體難度。其結果將作為材料準備、設備優化等各項施工的依據,從而減少由于生產或運輸導致的材料損失,也可以結合具體的施工配比需求篩選材原材料的類型,避免不必要的材料采購和租賃,從而節省資源。

3 綠色施工在建筑樁基礎工程中的應用案例分析

為了進一步提升文章論述的科學性和有效性,筆者在具體案例的基礎上展開論述。

3.1 工程概況分析

某工程為地鐵工程,在施工的過程中涉及樁基礎施工,基坑最大開挖深度達到了18.2 m,整體樁基礎采取預制復合樁配合內支撐的方式進行施工,實際的施工流程見圖2。

圖2 建筑樁基礎施工流程

經過前期的地質勘查以及各項文件資料的整合,發現該車站的樁基礎施工涉及黃土、粉質粘土、粉土、卵石等復雜的地質結構以及相關參數,如表1 所示。同時該區域有較為明顯的地下水,地下水位較高,主要為孔隙潛水和承壓水。

表1 土層參數

由于工程整體規模較大,為了進一步提升施工質量,同時減少對周邊環境產生的影響,在施工期間要堅持落實好安全文明施工,并且著重針對節能減排施工理念進行分析,構建節能環保型的工程體系。通過各方主體的商討以及相關案例分析,擬定利用BIM 技術作為工程綠色施工輔助技術。

3.2 BIM 技術在綠色施工中的應用切入點

3.2.1 建立施工模型

通過前期施工方案的分析提取其中的各項參數,利用BIM 技術配合軟件平臺打造工程可視化模型,采用Revit軟件對整體工程進行建模,然后通過軟件自帶功能導入Navisworks Manage進行分析,形成了整體樁基礎的可視化結構,有助于分析不同模塊的施工細節,減少重復性施工、施工修整、臨時更改的概率,減少材料和能源浪費[3]。

3.2.2 進行施工過程模擬

本工程采用復合樁施工,施工期間需要使用大扭矩長螺旋鉆機,為減少不必要的資源以及能源損失,在前期通過施工模擬的方式,模擬了鉆井以及樁基礎施工過程,確定前期設計的施工方案可行。在這一環節,該工程還新增了綠色施工技術體系,其主要優勢如下:①工程施工采取無泥鉆孔施工技術,能夠減少鉆孔施工過程中產生的泥漿,同時也可以降低泥漿對周邊環境產生的污染,也會大大降低用水量。②水泥漿選擇預混合漿,其整體性能優于現有水泥漿,由于施工過程中并不會產生廢漿,水泥的用量縮減到傳統施工工藝的3/4左右,進一步縮減了材料消耗量。③在鉆孔施工的過程中,起重機將樁下放到鉆孔之后,利用震動錘以及自重將水泥樁下放到適量的高度。這種方式可以減少樁頭的混凝土用量,也可以進一步避免不必要的噪聲污染,減少廢料的產生。以上通過BIM 技術進行施工模擬檢測,確定了對周邊環境產生的影響較小,可以達成綠色施工的目的。

3.2.3 進行施工進度模擬

通過BIM 技術配合4D 進度配置模擬,在可視化的狀態下,針對工程開發的實際情況進行進度分析。著重鏈接工程的計劃文件以及3D 模型,分析不同工序的施工時間以及可能遇到的困難。重新進行施工班組以及各項設備的配置,并且初步探查施工進度表,針對其中可能花費較長時間的施工工序進行優化,并且由專業人員進行施工過程管理。這一過程能夠遇見一部分可能出現的問題,并且為施工現場配備專業的材料和設備,在問題出現時可以快速進行優化,避免長時間的擱置延長施工進度,也就避免了人工費用、設備費用以及由于木工導致的材料消耗費用的出現[4],也從本質上避免了反攻等問題的發生,從一定程度上提升了施工流暢程度。

3.2.4 節能減排效益分析

建立在BIM 技術的基礎上,進行了工程過程模擬和優化,建立在既定施工方案的基礎上,進行了綠色施工效益的分析。其結果表明,通過BIM 打造綠色施工體系,可以減少建筑樁基礎施工期間的故障發生概率,復合樁經過質量檢查之后,合格率高達100%;在工程施工期間節省了大量的建筑材料和傳統施工工藝相比,混凝土用量減少了約1 000 m3,樁頭破除費用減少了3萬元左右;通過施工工序和班組的優化配置,縮短施工周期,達到了傳統施工工藝的2/3左右,避免了額外的成本支出。

3.3 綠色施工現場管控方案

建立在BIM 技術的基礎上進行節能減排管理,是發揮信息技術價值的重要手段,同時施工現場的復雜程度較高,還需要制定全方位的施工現場綠色管控體系,有助于提升工程項目的生態效益。

3.3.1 環境保護控制措施

工程施工期間,了解項目產生噪聲的主要來源,及時監測施工現場的噪聲指數,通過控制現場車速,降低噪聲對周邊環境產生的影響,采用新型的旋挖鉆機,由于其性能較好,施工期間的噪聲較弱。施工期間產生的一系列廢水廢渣以及泥漿,在工程現場設置污水排放池、廢渣堆放場地、泥漿排放池,統一進行專業處理之后才可以排放,或者作為二次利用的材料。施工期間產生的粉塵主要利用霧炮機、灑水車進行控制,工程周邊安置防護欄,避免大規模的粉塵擴散;周邊安裝附壁式降塵噴霧裝置,能夠最大限度降低粉塵污染;施工現場的所有裸露土地進行日常灑水處理和硬化處理,減少施工揚塵的出現。

3.3.2 資源節約及使用措施

項目設計了自動噴淋洗車系統、排水系統、沉淀池、排水與回水溝,降水井以及現場抽排水系統也設計了三級沉淀池[5],所有的工業廢水以及污水,通過分流處理之后進行回收,或者排放到市政污水管道。項目中針對16 mm 以上的鋼筋進行焊接時,采用直螺紋套筒進行連接,最大程度上減少電焊產生的廢氣和光污染。工程的一系列材料和設備均使用國家乃至行業推薦的節能高效設備;需要長時間運轉的機械或者系統采取變頻技術進行能源控制。施工期間使用了高強鋼筋,能夠提升結構性能,也可以減少資源消耗,避免了不必要的鋼筋加強措施。施工用地地保護將重點放置在不同區域的劃分方面,合理安排不同空間的功能,建立配套設施,減少土地浪費。

3.3.3 綠色施工技術優化措施

工程施工期間建立了綠色施工專項小組,結合不同的施工內容以及施工項目,制定專項綠色施工方案,通過全過程組織管理,確定施工順序、施工模式、施工措施,全過程避免污染的出現。本工程的立柱樁基礎施工,主要利用灌注樁和立柱樁相結合的方式進行施工,能夠減少不必要的資源浪費。

3.3.4 綜合管理控制措施

項目施工期間進行全過程的動態管控,所有的施工環節都需要進行拍照驗收、專人驗收才可以執行下一道工序;建立了嚴格的驗收系統,每一步完成之后需要進行自檢,每周需要進行一次項目,全流程周檢,第三方監管局的專業人員需要到場進行細節評估。

本項目設置了安置環保部,著重針對施工期間產生的一系列安全文明細節進行專門管理,并且做好施工人員、基層負責人、主要管理人員的技術交底和培訓,全面提升人員團隊的安全文明意識。結合施工的具體要求以及人員要求,施工現場設置了休息區、固定廁所、食堂、飲水處、吸煙處,每日由專人進行消毒、清掃,避免人為行為導致的環境污染和資源浪費。

綜上所述,建筑工程施工體系較為復雜,尤其樁基礎施工的要求較多,在施工的過程中堅持將節能減排作為施工原則,需要在保證安全和質量的前提下,打造多元化的節能減排體系。其中,BIM 技術對于綠色施工方案的制定有多項促進作用,在此基礎上還需要通過人工管理打造多元化節能減排方案,不僅可以提升工程地生態效益,而且可以為我國新時期綠色城市建設奠定基礎。