基于BIM的灌注樁智能建造技術(shù)

Summary：旋挖鉆孔灌注樁施工技術(shù)在當今工程建設中應用較為普遍，在樁基施工階段引入BIM技術(shù)，輔助樁基施工管理。依據(jù)西安咸陽國際機場三期擴建工程的實際情況，通過對revit二次開發(fā)插件的研究，對灌注樁、擠密樁進行樁位編號，輔助工程技術(shù)人員繁雜的編碼工作。通過對模型后臺樁位坐標數(shù)據(jù)的提取，輔助現(xiàn)場施工人員放線定位。整合局資源優(yōu)勢，依據(jù)局自主研發(fā)的BIM管理平臺，輔助現(xiàn)場數(shù)據(jù)的收集、三維可視化交底及進度模擬，為內(nèi)業(yè)資料的整理及巡檢提供了幫助，解決了傳統(tǒng)樁基施工繁瑣的工作，為后期提高樁基成型質(zhì)量和施工管理水平提供了保障。Keys：BIM技術(shù)；revit二次開發(fā)；BIM管理平臺；可視化交底；資料管理工程概況西安咸陽國際機場三期擴建工程一標段施工總承包主要建設內(nèi)容包含東航站樓主樓、北一、北二、北三指廊及北連接區(qū)（共計約58萬㎡），機坪塔臺、綜合管廊、信息中心、1#能源站、2#制冷站改造工程。東航站工程：采用集中式主樓+六指廊構(gòu)型，總建筑面積70萬㎡，建筑高度47.5m，主樓地上四層、局部地下三層；機坪塔臺工程：建筑高度45米，采用核心筒結(jié)構(gòu)；綜合管廊工程：包括A東段、A西段，B段、C段、D段管廊，約3600m;信息中心工程：建筑面積3.8萬㎡，高42.2m，東段地上八層、中段地上三層、西段地上五層，整體地下二層；能源中心工程：由制冷站、鍋爐房以及綜合樓組成，總建筑面積為2.96萬㎡。本航站樓工程全部采用機械旋挖鉆孔灌注樁，擬建場地為自重濕陷性黃土場地，濕陷等級為Ⅱ（中等）級~Ⅳ（很嚴重）級。根據(jù)勘探揭露，場地的地層從上至下依次為人工填土、第四系上更新統(tǒng)風成黃土、殘積古土壤、中更新統(tǒng)晚期風成黃土、殘積古土壤、中更新統(tǒng)早期風成黃土。土層分布模型樁基施工重難點和解決方案施工重難點擬建場地為自重濕陷性黃土場地，濕陷等級為Ⅱ（中等）級~Ⅳ（很嚴重）級?，F(xiàn)場樁基工程量大，共有灌注樁6589根，擠密樁146365根。樁基施工工期要求緊，僅有不到46個工作日。質(zhì)量要求高，目標是創(chuàng)中國建設魯班獎、中國土木工程詹天佑大獎?，F(xiàn)場涉及的標段多、道路共用多、圍界涉及多次導改，地基處理、土方開挖、冠梁、錨索等同步施工，施工質(zhì)量和進度相互制約，互相影響。航站樓灌注樁、信息中心擠密樁模型分布解決辦法樁基工程傳統(tǒng)的施工管理要兼顧內(nèi)外業(yè)，工作量巨大，協(xié)調(diào)困難，工作效率低?；贐IM技術(shù)提取樁位坐標信息可以輔助樁基定位，減少樁基定位龐大的工作量;通過BIM技術(shù)二次開發(fā)的應用對構(gòu)件進行快速編碼，解決了工程技術(shù)人員對六千多余根灌注樁，十四萬余根擠密樁人工手動編碼的痛苦，極大的提高了工作效率;基于BIM技術(shù)的明細表功能，工程量信息所見即所得，輔助樁基工程量參考及復核;基于BIM的三維可視化交底，制作交底工藝動畫，將枯燥無趣的文字變得動態(tài)化、形象化、具體化，提高現(xiàn)場交底效率以及加強管理人員及操作人員對方案、流程的了解，減少錯誤及避免返工;基于BIM管理平臺的資料管理，按照地方性建筑工程施工質(zhì)量驗收技術(shù)資料統(tǒng)一用表制作規(guī)范化的流程表單，現(xiàn)場管理人員采用手機端實時填寫數(shù)據(jù)，資料員可以從平臺中將數(shù)據(jù)導出，將資料員從繁重的資料工作中解放出來，直接獲取實時現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息，減少工作量。項目在樁基施工階段亟需通過BIM技術(shù)輔助現(xiàn)場施工管理。BIM技術(shù)在樁基階段的應用BIM技術(shù)輔助樁基定位傳統(tǒng)采用的樁基定位辦法是測量人員在辦公室用CAD軟件提取每根樁的坐標點，注釋到圖紙中，接著拿圖紙到現(xiàn)場用全站儀對圖紙上的坐標進行換算，放線定位到相應位置，這種手動提取坐標及換算工作量大而且效率低下,經(jīng)常會因為疏忽導致某些樁基定位不準，并且現(xiàn)場測量員一般分時間段提取樁基坐標數(shù)據(jù)，占用時間多，還可能因為測量員之間交接緣故帶來溝通不及時而導致錯誤發(fā)生。為了有效的解決此類問題的發(fā)生，本項目在VisualStudio開發(fā)平臺上使用C#語言對Revit軟件進行二次開發(fā)，借助Autodesk公司提供的RevitAPI自主研發(fā)出可一鍵按規(guī)則進行樁基編號、一次性提取所有換算好的樁基坐標并導出Excel表格數(shù)據(jù)，只需幾分鐘即可得到所有樁基編號和定位數(shù)據(jù)，直接供現(xiàn)場測量員測量使用以及監(jiān)理單位復核，減少人工錄入和換算帶來不精確的問題，極大提高了工作效率，降低錯誤。Revit二次開發(fā)平臺及工具本文所說的Ｒevit二次開發(fā)是基于Ｒevit2020，開發(fā)平臺為VisualStudio2019。在Ｒevit二次開發(fā)過程中往往需要識別項目文件中不同的元素，ＲevitLookup可以幫助我們調(diào)試Ｒevit數(shù)據(jù)庫，并可以輔助我們理解和查找元素及元素的參數(shù)。ＲevitAddInManger是用來調(diào)試代碼的，它的優(yōu)點是每次修改完代碼在Ｒevit中試運行時不用重啟Ｒevit。在VisualStudio2019中創(chuàng)建新項目，項目模板一般選擇為類庫。右鍵解決方案資源管理器中的引用，選擇添加引用，在Revit安裝目錄下選擇ＲevitAPI.dll與ＲevitAPIUI.dll。接下來創(chuàng)建IExternalCommand或者IExternalApplication接口。接口寫好后就可以正式編寫代碼了，通過AddInManager進行代碼的調(diào)試，調(diào)試完成后生成addin文件來注冊插件。VisualStudio2019項目界面基于BIM的樁基定位方法創(chuàng)建灌注樁模型，設置并且添加樁基族樁長、樁徑、體積、構(gòu)件編號、施工日期、孔口標高、實際超灌長度、實際孔深、實際澆筑方量、值班人員、樁頂設計標高、樁底設計標高、樁位坐標等數(shù)據(jù)信息，按照圖紙平面定位放置各種類型的灌注樁族?；趓evit二次開發(fā)的功能對灌注樁進行編號。基于VisualStudio2019的樁編號功能基于繪制好的承臺和底板，根據(jù)1000mm樁徑嵌入承臺或承臺梁100mm，700樁徑嵌入承臺50mm條件，定義樁頂設計標高。通過VisualStudio2019平臺調(diào)試生成好的addin文件注冊插件，運行插件，revit后臺會自動提取坐標數(shù)據(jù)，然后在通過revit明細表功能輸出excel數(shù)據(jù)。工程樁施工數(shù)據(jù)統(tǒng)計表本項目采用基于BIM技術(shù)的樁基定位方法后，測量人員工作量明顯減少，只需在手機上查看數(shù)據(jù)直接輸入全站儀進行放樣，工作效率提高至少30%，同時加快了監(jiān)理工程師的復核速度，通過模型查看數(shù)據(jù)與現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行比對，全面提高了樁基放線定位及復核效率，為加快工程的建設鋪平了道路。BIM管理平臺的應用本工程體量大，單體多，結(jié)構(gòu)形體復雜，依托于局自主研發(fā)的BIM管理平臺，結(jié)合工程部、商務部、技術(shù)部、資料室等各方需求，將所需的數(shù)據(jù)匯總，信息共享。為了減輕現(xiàn)場施工人員填寫數(shù)據(jù)的繁雜，通過excel數(shù)據(jù)整理與收集，運用基礎的VLOOKUP函數(shù)將各信息表進行關聯(lián)，上傳到BIM管理平臺上；現(xiàn)場人員可根據(jù)手機APP進行數(shù)據(jù)的填寫，最終將所需的數(shù)據(jù)信息匯總導出。BIM數(shù)據(jù)錄入、灌注樁施工數(shù)據(jù)統(tǒng)計導出工程量統(tǒng)計傳統(tǒng)樁基工程量統(tǒng)計為人工核算，工作量大，并且混凝土澆筑作業(yè)基本在夜間，容易產(chǎn)生疲勞導致工程量核算錯誤。BIM模型是一個含有信息的模型，在前期創(chuàng)建灌注樁族時設置了樁長、樁徑和體積等數(shù)據(jù)參數(shù)，創(chuàng)建鉆孔灌注樁模型后便自動計算統(tǒng)計每根樁的體積。同時，在前期創(chuàng)建樁基族時添加了實際工程量的數(shù)值參數(shù)，后期施工完各根樁時可錄入實際的樁基工程量進行比對。根據(jù)工程計劃進度和實際進度，統(tǒng)計出各工區(qū)的完成量，幫助項目管理人員實時掌握工程實際完成情況，對計劃完成和實際完成進行對比分析，當發(fā)生偏差時，及時采取糾偏措施，進行動態(tài)調(diào)整。灌注樁工程量明細表同時，可以根據(jù)revit灌注樁模型自動統(tǒng)計的工程量情況，提前策劃，按區(qū)域判斷人工、機械的投入，根據(jù)現(xiàn)場實際情況反饋到模型中進行記錄，逐步提升項目整體策劃能力，為商務人員提供工程量參考及計算依據(jù)?？梢暬坏资┕がF(xiàn)場情況復雜，施工作業(yè)人員文化水平不一，理解圖紙的能力有限，遇到的問題較多，傳統(tǒng)施工技術(shù)交底很難起到有效的作用，現(xiàn)場可能因理解不當導致施工中發(fā)生錯誤，產(chǎn)生大量的返工現(xiàn)象。每到工序開展前期，集中管理人員和作業(yè)人員在項目會議室進行BIM三維可視化技術(shù)交底。利用樁基施工模擬動畫的形式對樁基施工可視化預演，利用樁基BIM模型詳細講解施工重點、難點、工藝復雜的施工區(qū)域，分析施工過程中的各個危險因素，讓施工作業(yè)人員了解危險因素的存在部位，掌握防范措施。通過多角度全方位查看模型，更加簡單明了，直觀清晰，大大提高了工作效率。如下圖所示：泥漿護壁鉆孔灌注樁工作流程資料管理樁基階段資料數(shù)據(jù)龐大，本項目甲方要求嚴格，數(shù)據(jù)資料高達十幾萬份兒，資料的實時性、有效性等在傳統(tǒng)紙質(zhì)文檔管理模式下無法得到很好的保障，手工整理龐大的樁基資料，費時費力，效率低下，而且可能因為人員調(diào)任等導致交接不及時，發(fā)生遺漏和錯誤，在檢查時無法得到及時的追溯和處理。本工程在前期BIM策劃準備階段，已為樁基信息錄入設置了樁位編號、施工日期、值班人員、孔口標高、澆筑方量等施工參數(shù)，通過錄入這些參數(shù)即可實時掌握樁基施工動態(tài)情況，發(fā)現(xiàn)問題時可以及時找到相應的負責人進行解決，提高了工作效率。根據(jù)現(xiàn)場情況，BIM工程師協(xié)助施工管理人員把灌注樁施工原始資料及時錄入樁基模型中，同時將相關資料信息掛接到樁基模型。項目管理人員可通過BIM模型及BIM管理平臺設置及錄入相關參數(shù)及信息進行檢索，可視化顯示所需資料，使信息可以實時錄入及查看，建立與工程實體建筑相一致的虛擬建筑信息庫。同時，也可導出每根樁的明細表，并轉(zhuǎn)化為Excel表格等數(shù)據(jù)，可以快速整理樁基原始記錄，便于施工資料的巡查。鉆孔灌注樁樁基信息錄入結(jié)束語基于BIM的灌注樁智能建造技術(shù)在本項目中發(fā)揮了顯著的成效。后續(xù)要繼續(xù)推廣和應用BIM技術(shù)，挖掘BIM技術(shù)在主體、機電安裝、裝飾裝修等階段的應用價值，持續(xù)提高項目的管理效益。Reference：［1］閻超