基坑氣膜施工技術(shù)及項(xiàng)目實(shí)踐中的應(yīng)用研究

中圖分類號(hào)：TU74；TU502.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-6903（2025）06-0004-04

0 引言

隨著城市化進(jìn)程加快和環(huán)保要求日益嚴(yán)格，傳統(tǒng)基坑施工方式面臨的揚(yáng)塵污染、噪聲擾民等問題日益突出。基坑氣膜技術(shù)作為一種創(chuàng)新的綠色施工解決方案，近年來在建筑工程領(lǐng)域得到快速發(fā)展和應(yīng)用。朝陽(yáng)區(qū)大屯地區(qū)0205-659地塊B4綜合性商業(yè)金融服務(wù)業(yè)用地項(xiàng)目（1#酒店）基坑氣膜工程，通過采用先進(jìn)的PVDF膜材和智能控制系統(tǒng)，確保了施工過程的環(huán)境友好與高效安全。

本文通過分析該項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用案例，結(jié)合張士振[1]和阿不都如蘇·阿不拉[2]的研究成果，系統(tǒng)探討基坑氣膜技術(shù)的技術(shù)原理、施工工藝和實(shí)際效益。研究采用案例分析法、文獻(xiàn)研究法和數(shù)據(jù)分析法[3，重點(diǎn)考察氣膜技術(shù)在防塵降噪、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、施工效率等方面的表現(xiàn)，以期為類似工程項(xiàng)目提供技術(shù)參考和實(shí)踐指導(dǎo)。

1項(xiàng)目概況

1.1項(xiàng)目基本情況

朝陽(yáng)區(qū)大屯地區(qū)0205-659地塊項(xiàng)目（1#酒店）位于北京市朝陽(yáng)區(qū)大屯地區(qū)亞運(yùn)村板塊，建設(shè)為高端星級(jí)酒店，綠色建筑三星。項(xiàng)目用地面積約1萬 m² ，容積率1.76 總建筑面積為3.75萬 m² ，其中地上1.76萬 m² ，地下1.99萬 m² ，地上6層，地下3層。規(guī)劃有全日制餐廳、中餐廳、宴會(huì)廳、會(huì)議、康體等功能空間，總客房數(shù)為118間，其中套房12間。同步配建地下車庫(kù)。

2024年8月開工建設(shè)，預(yù)計(jì)2026年年中建成投入使用。大屯地區(qū)0205659地塊項(xiàng)目西立面效果圖如圖1所示。

項(xiàng)目的設(shè)計(jì)通過建筑、景觀、室內(nèi)空間統(tǒng)籌考慮，打造新時(shí)代的高品質(zhì)酒店建筑空間；通過功能、交通合理組織，實(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)的地塊開發(fā)；通過高品質(zhì)空間重點(diǎn)刻畫，形成富有特色的空間體驗(yàn)。在建筑布局、空間組織、公共空間和室內(nèi)空間的營(yíng)造中，多層次體現(xiàn)傳統(tǒng)文化的現(xiàn)代演繹，形成具有安徽特色、古都風(fēng)韻的建筑空間。大屯地區(qū)0205—659地塊項(xiàng)目鳥瞰圖如圖2所示。

圖1大屯地區(qū)0205-659地塊項(xiàng)目西立面效果圖

圖2大屯地區(qū)0205-659地塊項(xiàng)目鳥瞰圖

1.2 項(xiàng)目周邊環(huán)境

項(xiàng)目東側(cè)南側(cè)為干楊樹16號(hào)（國(guó)家機(jī)關(guān)事務(wù)管理局小區(qū)），西側(cè)為北苑路和地鐵5號(hào)線，北側(cè)為總政干休所，西北角為光大名筑住宅小區(qū)。項(xiàng)目周邊用地開發(fā)較早，建設(shè)較為成熟，離基坑最近的住宅僅約 8.7m 。

1.3 項(xiàng)目工程地質(zhì)條件

本工程基坑埋深 15m ，基坑深度范圍內(nèi)分布有人工堆積土層，該層土成分雜亂、土質(zhì)松軟，較易于開挖，但自穩(wěn)能力較差。第四紀(jì)沉積的粉土、黏性土和砂土層，該層厚度較大，適于開挖，但粉土、砂土自穩(wěn)性能較差，尤其是位于地下水位以下時(shí)易坍塌。

1.4項(xiàng)目水文地質(zhì)條件

自1959年最高地下水位接近自然地面，近 3～5 年最高地下水位標(biāo)高為 41.50m 左右。場(chǎng)區(qū)主要接受大氣降水入滲、地下水側(cè)向徑流及地表水體或管道滲漏等方式補(bǔ)給，以蒸發(fā)及地下水側(cè)向徑流等方式排泄。其水位年動(dòng)態(tài)變化規(guī)律一般為 6～9 月份水位較高，其他月份水位相對(duì)較低，其水位年變化幅度一般為 2～4m 。

2基坑氣膜技術(shù)原理與特點(diǎn)

2.1技術(shù)原理

基坑氣膜技術(shù)本質(zhì)上是一種氣承式膜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)[45]，其工作原理是通過機(jī)械送風(fēng)系統(tǒng)在封閉膜體內(nèi)建立并維持高于外部環(huán)境的氣壓（通常為 200～500Pa） ，使膜面產(chǎn)生張力以形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系。這種內(nèi)外壓差不僅保證了膜體的形態(tài)穩(wěn)定性，還能有效防止外部污染物進(jìn)入施工區(qū)域，控制內(nèi)部施工產(chǎn)生的粉塵和噪聲向外擴(kuò)散。

在該項(xiàng)目中，氣膜尺寸為 89.8m（L）×88.16m （寬）×35m （高），總投影面積約 8000m². 。通過5臺(tái)風(fēng)機(jī)（3臺(tái)工頻 +2 臺(tái)變頻）聯(lián)合工作，最大送風(fēng)量達(dá)到15萬 m³/h 確保了大型基坑的空間需求和氣壓穩(wěn)定性。這種設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了氣膜結(jié)構(gòu)以空氣為支撐的核心原理，與傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)臨時(shí)棚架相比，具有明顯的輕量化優(yōu)勢(shì)。大屯地區(qū)0205-659地塊項(xiàng)目基坑氣膜現(xiàn)場(chǎng)照片如圖3所示。

圖3大屯地區(qū)0205-659地塊項(xiàng)目基坑氣膜現(xiàn)場(chǎng)照片

2.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

采用具有優(yōu)異的耐候性能，厚度 1mm ，燃燒性能達(dá)到B1級(jí)，滿足GB8624一2012標(biāo)準(zhǔn)要求的PVDF膜材 （聚偏氟乙烯）。創(chuàng)新性地采用了縱橫索網(wǎng)系統(tǒng)，經(jīng)向膜彈性模量 900MPa ，緯向 600MPa ，使膜面受力更為均勻。鋼索采用 6×36WS+IWR-1960MPa 規(guī)格，Φ20PE24 ，通過預(yù)埋件與冠梁牢固連接，大大增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能。

項(xiàng)目還配置了智能控制系統(tǒng)，通過壓差傳感器實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，維持內(nèi)壓穩(wěn)定，基本保證2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)天氣壓。當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)啟動(dòng)備用設(shè)備并通過短信報(bào)警，體現(xiàn)了高度智能化特點(diǎn)。這些設(shè)計(jì)使得該氣膜能夠抵御12級(jí)大風(fēng)和 0.25kN/m² 的雪荷載，確保了在各種氣候條件下的運(yùn)行安全。

2.3 環(huán)保優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)開放式基坑施工相比，氣膜技術(shù)具有顯著的環(huán)境友好特性。該項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，氣膜內(nèi)部PM2.5 濃度維持在 30～40μg/m³ ，遠(yuǎn)低于常規(guī)基坑施工的 100μg/m³ 水平；噪聲從85dB降至55dB，達(dá)到GB12523一2011標(biāo)準(zhǔn)要求。這些數(shù)據(jù)與阿不都如蘇·阿不拉的研究結(jié)果高度一致，證實(shí)了氣膜在粉塵和噪聲控制方面的有效性。

氣膜的封閉性有利于降低施工對(duì)周邊居民區(qū)的影響，特別是在緊鄰居民區(qū)的大屯項(xiàng)目中，這一優(yōu)勢(shì)更為突出。項(xiàng)目采用的灰色PVDF膜材有效避免了光污染問題，體現(xiàn)了全方位的環(huán)保設(shè)計(jì)理念。

3基坑氣膜施工工藝關(guān)鍵技術(shù)

3.1膜材加工與質(zhì)量控制

膜材加工作為氣膜施工的首要環(huán)節(jié)，其質(zhì)量直接關(guān)系到整體結(jié)構(gòu)的性能。該項(xiàng)自采用全自動(dòng)數(shù)控裁剪技術(shù)，按照三維建模軟件生成的精確圖紙進(jìn)行加工。嚴(yán)格控制焊接工藝參數(shù)，要求溫度 350～450^°C ，速度1～2m/min ，焊縫寬度 50mm ，飽滿度 100‰ 這些參數(shù)與阿不都如蘇·阿不拉研究中提出的標(biāo)準(zhǔn)相符，確保了焊縫強(qiáng)度達(dá)到膜材主材強(qiáng)度的 80% 以上。

項(xiàng)目特別重視質(zhì)量檢測(cè)環(huán)節(jié)，每片膜單元完成后都需經(jīng)過嚴(yán)格的尺寸檢查（誤差 ?0.2% 、針孔檢測(cè)（直徑 ?0.1mm ）和破損檢查（面積 ?0.5cm². 。所有焊縫還需進(jìn)行漏水試驗(yàn)，這種全方位的質(zhì)量控制體系為后續(xù)施工奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。項(xiàng)目采用試焊制度，每天正式焊接前必須用邊角料試焊并進(jìn)行拉伸測(cè)試，這一做法大大降低了批量出現(xiàn)質(zhì)量問題的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2膜片攤鋪與連接

膜片攤鋪是氣膜施工中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。該項(xiàng)目采取了系統(tǒng)化的攤鋪流程：先清理并平整場(chǎng)地，鋪設(shè)防塵網(wǎng)保護(hù)膜材，然后按照編號(hào)順序展開膜片，使用超重機(jī)等設(shè)備輔助定位。膜片連接采用專用鋁制夾片和螺栓固定，夾片向下、螺母向上的安裝方式有效防止了充氣時(shí)松動(dòng)。

項(xiàng)目創(chuàng)新性地采用了分段充氣法：先充氣至60～100Pa 初步成形，檢查連接質(zhì)量后再升至工作壓力。這種方法與張士振研究中提出的階段性充氣理念一致，大大降低了施工風(fēng)險(xiǎn)。汽車通道門的安裝采用4.5m×4.5m 的快卷門設(shè)計(jì)，配備車輛感應(yīng)裝置和互鎖系統(tǒng)，確保了大型設(shè)備的順利進(jìn)出而不影響氣密性。

3.3智能控制系統(tǒng)集成

該項(xiàng)目的智能控制系統(tǒng)代表了當(dāng)前氣膜技術(shù)的先進(jìn)水平。系統(tǒng)通過PLC（可編程邏輯控制器）集成各類傳感器數(shù)據(jù)，包括壓差、溫度、濕度、有害氣體濃度等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)內(nèi)壓異常時(shí)，系統(tǒng)能在30s 內(nèi)啟動(dòng)備用發(fā)電機(jī)，確保氣膜安全。這些功能與張土振研究的智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相呼應(yīng)，體現(xiàn)了氣膜技術(shù)向數(shù)字化、智能化方向的發(fā)展趨勢(shì)。

項(xiàng)目還配置了環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)檢測(cè)PM2.5、CO₂ 等濃度，與新風(fēng)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)空氣質(zhì)量。數(shù)據(jù)顯示，這套系統(tǒng)能使氣膜內(nèi)空氣質(zhì)量始終保持在職業(yè)健康標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，為施工人員提供了良好的作業(yè)環(huán)境。這種集成化的智能控制系統(tǒng)不僅提高了施工安全性，還大幅降低了人工管理成本。

3.4特殊氣候應(yīng)對(duì)

針對(duì)北京地區(qū)的氣候特點(diǎn)，該項(xiàng)目制定了詳細(xì)的季節(jié)性施工方案。夏季高溫期，通過增加通風(fēng)量和調(diào)整作業(yè)時(shí)間（避開正午時(shí)段）防止中暑；冬季則加強(qiáng)保溫措施，確保膜內(nèi)溫度適宜施工。項(xiàng)目特別重視雪荷載管理，當(dāng)預(yù)報(bào)有大雪時(shí)，提前將內(nèi)壓增至 450Pa 以上，防止積雪壓垮膜頂。

在防風(fēng)方面，項(xiàng)目采用了多重保障措施增強(qiáng)索網(wǎng)系統(tǒng)整體穩(wěn)定性，采用應(yīng)變傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)拉索受力，風(fēng)速超過警戒值時(shí)自動(dòng)增加內(nèi)壓。這些措施與張士振研究中風(fēng)振響應(yīng)分析的結(jié)論相印證，有效解決了輕量化結(jié)構(gòu)抗風(fēng)難題。實(shí)際應(yīng)用中，該氣膜成功抵御了多次大風(fēng)天氣考驗(yàn)，驗(yàn)證了這些技術(shù)的可靠性。

4項(xiàng)目實(shí)證效果分析

4.1環(huán)境保護(hù)效益

該項(xiàng)目的氣膜應(yīng)用產(chǎn)生了顯著的環(huán)境改善效果。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，施工期間的粉塵排放量減少了約 70% ，周邊居民區(qū)的噪聲水平始終低于55dB，完全符合北京市的環(huán)保要求。這些成果與阿不都如蘇·阿不拉研究中PM2.5濃度 30～40μg/m³ 的結(jié)論相互驗(yàn)證，證實(shí)了氣膜在環(huán)境中的適用性。

項(xiàng)目中所有廢水經(jīng)收集處理后回用于降塵或綠化，實(shí)現(xiàn)了施工廢水的零外排，體現(xiàn)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念。氣膜本身的PVDF材料可回收率達(dá) 65% 以上，施工結(jié)束后拆除的膜材可重復(fù)用于其他項(xiàng)目，大幅降低了建筑垃圾產(chǎn)生量。這種全生命周期的環(huán)保設(shè)計(jì)，使該項(xiàng)目成為綠色施工的典范。

4.2 施工效率提升

項(xiàng)目實(shí)踐統(tǒng)計(jì)表明，氣膜的使用使雨天施工停工時(shí)間減少 42% ，晚上也可適當(dāng)加班，增加了有效施工時(shí)長(zhǎng)，整體工期縮短約 30d 這一數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)中工期節(jié)省約30d的結(jié)論高度一致，驗(yàn)證了氣膜在提升施工效率方面的價(jià)值。

氣膜的封閉性使各工種可以并行施工而不受外界干擾。項(xiàng)目采用的模塊化安裝工藝，使氣膜本身的搭建僅需7個(gè)工作日，最大限度地減少了對(duì)主體工程進(jìn)度的影響。特別值得一提的是，氣膜內(nèi)部形成了穩(wěn)定的微氣候環(huán)境，冬季溫度可比室外高 8～10^°C ，顯著提高了混凝土等工藝的施工質(zhì)量。

4.3安全性能驗(yàn)證

該項(xiàng)目的氣膜在結(jié)構(gòu)安全方面表現(xiàn)出色。通過32個(gè)應(yīng)變監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（與張士振研究中的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)類似），項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成功預(yù)警了多次大風(fēng)天氣的影響，并及時(shí)調(diào)整內(nèi)壓確保安全。氣膜在雪荷載 0.25kN/m² 和風(fēng)壓 0.30kN/m² 的組合作用下保持完好，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)參數(shù)的可靠性。

項(xiàng)目配置了完善的消防系統(tǒng)，包括防火等級(jí)B1級(jí)的膜材、充足的滅火器材、明確的疏散通道。特別是基坑?xùn)|南角應(yīng)急門的設(shè)置！ （2.2m×2.4m） ，確保了緊急情況下人員的快速撤離。整套系統(tǒng)經(jīng)過多次演練，證明能夠有效應(yīng)對(duì)各類突發(fā)情況。

5技術(shù)難點(diǎn)與解決方案

5.1大跨度結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)借鑒張士振的研究成果，采用了多項(xiàng)創(chuàng)新措施：首先，優(yōu)化索網(wǎng)布置，增加橫向拉索密度。其次，在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝應(yīng)變傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)受力。最后，開發(fā)了自動(dòng)調(diào)壓算法，根據(jù)風(fēng)速變化動(dòng)態(tài)調(diào)整內(nèi)壓。這些措施共同作用，成功將風(fēng)振位移控制在允許范圍內(nèi) （小于跨度的1200）。

由于基坑周邊地質(zhì)條件差異，部分區(qū)域基礎(chǔ)出現(xiàn)了輕微沉降。針對(duì)此問題，團(tuán)隊(duì)通過增設(shè)沉降觀測(cè)點(diǎn)和調(diào)整索網(wǎng)張力分布，有效補(bǔ)償了沉降影響。

5.2空氣質(zhì)量保障

封閉環(huán)境下的空氣凈化是另一大技術(shù)難點(diǎn)。該項(xiàng)目采用了監(jiān)測(cè)-凈化聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，6個(gè)進(jìn)氣口和6個(gè)排氣口形成對(duì)流， CO₂ 傳感器控制新風(fēng)量，高壓微霧降塵系統(tǒng)根據(jù)PM2.5數(shù)據(jù)自動(dòng)啟停。這套系統(tǒng)使膜內(nèi)空氣質(zhì)量始終符合標(biāo)準(zhǔn)，與張士振研究中氣體質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念不謀而合。

在土方開挖階段配置了多氣體檢測(cè)儀（檢測(cè) CH_4? H₂S 等），并與排風(fēng)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。當(dāng)檢測(cè)到有害氣體時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)增加排風(fēng)量并報(bào)警，確保作業(yè)人員安全。這種預(yù)防性設(shè)計(jì)避免了多起潛在事故，體現(xiàn)了安全第一的施工理念。

5.3 能源消耗優(yōu)化

基坑氣膜系統(tǒng)的能耗管理直接影響運(yùn)營(yíng)成本，該項(xiàng)自通過多項(xiàng)措施實(shí)現(xiàn)節(jié)能。變頻風(fēng)機(jī)根據(jù)內(nèi)壓需求自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，夜間降低內(nèi)壓至 200Pa 以節(jié)約能源，利用智能照明系統(tǒng)減少電力消耗。數(shù)據(jù)顯示，這些措施使日均能耗降低約 25% ，年節(jié)省電費(fèi)超過15萬元。

項(xiàng)目還創(chuàng)新性地采用了太陽(yáng)能輔助供電系統(tǒng)，在膜頂安裝柔性光伏板，為部分照明設(shè)備供電。雖然目前貢獻(xiàn)比例不高（約占總耗電的 8% ），但為氣膜技術(shù)的綠色化發(fā)展提供了有益探索。這種清潔能源利用方式，與“雙碳”目標(biāo)高度契合。

6結(jié)束語

通過對(duì)朝陽(yáng)區(qū)大屯項(xiàng)目基坑氣膜技術(shù)的系統(tǒng)研究，可以得出以下結(jié)論： ① 基坑氣膜技術(shù)通過其獨(dú)特的氣承式結(jié)構(gòu)和智能控制系統(tǒng)，能夠有效控制施工揚(yáng)塵（PM2.5降低 60%～70% ）和噪聲污染（降至55dB以下），顯著提升施工環(huán)保性能。 ② 該項(xiàng)目采用的PVDF膜材、縱橫索網(wǎng)系統(tǒng)和智能監(jiān)控平臺(tái)等關(guān)鍵技術(shù)，解決了大跨度氣膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和環(huán)境控制難題，為類似項(xiàng)目提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。 ③ 應(yīng)用氣膜技術(shù)不僅改善了作業(yè)環(huán)境，還通過創(chuàng)造全天候施工條件縮短工期約 30d 展現(xiàn)了良好的綜合效益。 ④ 研究驗(yàn)證了應(yīng)變監(jiān)測(cè)、自動(dòng)調(diào)壓、空氣質(zhì)量聯(lián)動(dòng)控制等創(chuàng)新技術(shù)的實(shí)用性，為氣膜技術(shù)的智能化發(fā)展指明了方向。

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