BIM技术在成都天府国际机场大铁T2航站楼段弧形拱顶施工中的应用研究.pdf

施工技术与测量技术四川建筑第43 卷第4期BIM技术在成都天府国际机场大铁T2航站楼段弧形拱顶施工中的应用研究陈祥云12，霍龙飞12，唐宇1.2，胥悦12，方伟名1.2（1.四川开元能信工程管理有限公司，四川成都6 10 0 9 4；2.中国华西企业股份有限公司第十二建筑工程公司，四川成都6 10 0 8 1）【摘要】以成都天府国际机场大铁T2航站楼段弧形拱顶施工作为案例，分析变截面拱顶施工的技术难点，探讨BIM技术与变截面拱顶施工的融合，以及如何发挥BIM技术的优势来弥补传统施工的不足。重点针对变截面拱顶支模，立杆高度难以控制的问题进行详细分析，讨论BIM解决方案的可行性以及落地实施性，为同类型的结构施工提供一项新思路。【关键词】弧形拱顶；BIM技术；解决方案；技术融合；精细化【中图分类号】TP317.40引言成都天府国际机场建设项目，是国家重点工程、是国家“十三五”期间规划建设的最大民用运输枢纽机场项目。项目体量大、结构复杂，由于受大铁和APM捷运系统共穿航站楼正下方的原因，地下部分的施工，成为了T2航站楼施工最大的难点。另外，该项目建设周期短，地下大铁施工成为了该项目工期关键线路上不可回避的重点。想要在有限的工期内完成如此复杂的结构，传统施工方式俨然受到了拷问,BIM技术的辅助性应用成为了关注的重点。BIM技术具有模拟性，能够快速验证方案的可行性，同时灵活地调整实施方案，并导出施工图，为加快大铁弧形拱顶施工，降低施工成本创造可能性。1大铁概况及难点研究1.1大铁概况大铁线路正线北起成都东站，经成都天府站，天府机场站、资阳西、资中西、威远，终点接拟建川南城际铁路自贡东站，通过川南城际自贡至宜宾段接规划渝昆铁路线路全长176km1-2。本期先建设天府机场段工程（DK56+250DK64+090），新建正线长度7.8 4km，以及配套的相关土建预留工程。成都天府国际机场航站区土建工程施工总承包二标段施工范围为站后咽喉DK60+176DK60+640,共46 4m,主体结构为6 线变双线（其中到发线4条，正线2 条）的拱形现浇钢筋混凝土框架结构，大铁工程在DK60+109.474DK60+502.315段下穿T2航站楼 3 （图1)。1.2难点简介大铁基坑开挖深度到达2 5 m，顶部为拱形结构，变截面多，拱顶局部位置厚度高达3 m，高度达14m（图2）。意味着拱顶施工全部为高支模，高含量的钢筋和超大体积的混凝土将带给架体巨大的负荷，对架体的强度、刚度、稳定性和抗侧倾能力要求极高。同时大铁设计时速3 5 0 km/h，为目前国内230【文献标志码】AB指廊图1大厅部分地下结构示意时速最高、最复杂的大铁车站段，大铁顶部将装配高精度的减震基础,缓解列车高速通行时给航站楼带来的冲击，所以对于结构施工有着很高的标准和要求。且工期仅11个月，施工难度大，管理要求高。1.3BIM技术的优势与大铁难点的切合在隧道工程中，赵连平 4 对BIM技术应用的现状进行了分析,BIM技术在隧道工程建设中的优势着重体现在具有可视化、信息化、集成性的特点，能够在项目建设全过程中发挥精细化管理、多维度协调的作用。大铁咽喉段施工的难点在于底板和顶板施工，而由于顶板为异形变截面结构，将涉及到庞大的支撑体系以及模板施工，精确的施工措施体系搭建也将是BIM技术切入的关键点。经过分析,将借助BIM技术在几个方面的优势解决大铁咽喉段施工的难点。（1)数据信息集成化：BIM技术应用是基于三维信息模型开展的各项工作，模型包含工程的各项组成信息，同时也定稿日期 2 0 2 3-0 5-2 9作者简介陈祥云（19 9 1一），男，本科，主要从事BIM管理相关工作；霍龙飞（19 8 3 一），男，本科，高级工程师，主要从事技术管理工作；唐宇（19 8 7 一），男，本科，工程师，主要从事工程管理工作；悦（19 8 5 一），男，本科，高级工程师，主要从事技术、质量、安全等管理工作；方伟名（19 9 5 一），男，本科，助理工程师，主要从事质量管理工作。D大厅APM本标段大铁施工范围三标段施工范围C指榔陈祥云，霍龙飞，唐宇，等：BIM技术在成都天府国际机场大铁T2航站楼段弧形拱顶施工中的应用研究DK60+257113.17157.5031.7740.90大铁4假1211DK60+640DK60+5270.10大铁10987DK60+369112.4940.90热10大铁2 段654321DK60+17581.0240.503.84.63大快设609图3 大铁分段示意（单位：m）深化设计的建模过程也是虚拟建造的过程，是论证设计建造可行性的过程。所以建模的顺序需要依据施工顺序进行，保证各道工序的体现在模型中是顺畅的，这样也映射出在实体施工过程中是不受工序穿插影响的。对于结构体本身来说，构造层次是否有问题，也是深化设计检查的重点。其中弧形拱顶参数的校核是保证拱顶施工最重要的一步，由于大铁在T2航站楼下部为2 孔渐分到5 孔的结构形式，所图2 大铁咽喉段结构以拱顶的弧度也是逐渐变化的，也就是说大铁在该段里程上将不同专业、不同类型、不同区域的内容整合到了一起，从而面每一个里程点的拱顶弧度都是不同的，需要精确建模才能解决不同环境对于工程的影响。其中，大铁在进行施工的时够保证方案设计以及方案施工图的准确性。建立的BIM模候，需要将施工措施与结构合并到一起，从而解决异形体施型具备LOD400级别精度，能够满足隧道施工高精度建模、工对于施工措施的高度要求。另外也要与外部环境结合，保数字化管理的需求 6 。以里程作为参照平面是控制里程断证各项措施安全有效。面最好的手段，按照里程进行体量融合能够精确地还原设(2)三维可视化：对于铁路轨道建设规划来说,BIM技术计。再通过参数换算来进行弧度确定，找到弧半径来确定该带来的首要优势在于其可视化的3 D技术 5 。可视化的特里程上的拱顶弧度，从而精确绘制出该段的拱顶。由于大铁点是解决复杂结构体施工的重要手段，大铁的设计图是按里拱顶弧度渐变，假设某一断面上的弧顶如图4所示，拟定单程进行的二维设计，通过里程面和平面来阐述大铁的异形孔隧道侧墙间距为L（里程段可知，L可根据设计图纸确定），渐变显然是不够清晰的,BIM的可视化特点恰好可以弥补这拱顶设计矢高为h（已知），可根据下列公式计算不同部位的一缺陷。通过深化设计和虚拟建造过程来解决设计可能给拱顶弧半径R,以此来确定模板及支撑体系在该断面上的精施工带来的阻碍，提前发现和解决设计问题，优化施工方案。确定位。在施工过程中利用三维可视化的模型来作为技术和施工的辅助，能够较大程度帮助理解设计图。(3)可出图性：BIM的灵活出图能够较好地解决大铁弧形渐变拱顶在各个里程点上识图难的问题，不必再利用整数里程剖面图来分析中间位置的结构剖面，而直接切取模型该位置的剖面，从而更好地控制结构的准确性以及支模架和模板的精度。（4)信息传递的便捷性：基于互联网的高速信息传输通道效率是远大过于人为信息传输的。大铁施工过程中，会多次组织技术会议，而参会人员就包含了工程管理人员、设计人员、地勘人员、监理单位、建设单位等，多方面的沟通会产生很大的沟通成本，同时技术交底、样板引路、过程协调、技术修改等都会产生庞大的沟通成本。信息模型相对于蓝图能够包含更多的信息量在各个网络端口间传递，同时可视化的特点又能够保证参建各方高效率进行沟通，大大降低了工程信息的沟通成本。2BIM技术在大铁拱顶施工中的应用2.1拱顶深化设计在大铁基础开挖阶段，需要建立中心文件对大铁进行深化设计，主要分为结构建模和施工措施建模，结构建模及施工措施建模需要基于同一个确定的项目基点开展工作,结构建模首先完成大铁1段的整体模型创建（大铁分段见图3），施工措施建模在此基础上进行措施深化。(R-h)?+(L/2)=R?R=h/2+L?/8hL图4一般里程断面根据上述公式可知，里程段截面上的拱顶可能存在3 种情况（图5），随着矢高h的增加，当h大于R时拱顶的圆弧直径开始大于隧道侧墙间距L，弧形拱顶将无法满足设计要求。所以在弧顶的BIM深化设计过程中,首先要排除90的情况，当出现此类情况时，采取的措施是提高该里程点上侧墙高度,压低矢高h。那么在一个里程段上就会出现侧墙高度不断变化的情况，顶板弧度和侧墙高度的双向变化让顶板施工变的更加困难，利用BIM技术进行模板和支撑体系的精确定位变的更加有必要性。231施工技术与测量技术基于以上情况分析，施工措施布置需要借助BIM技术确定顶部模板的切面变化以及立杆的高度，并且在模型中进行方案模拟以及方案优化,导出最终的方案施工图指导现场施工。并且借助模型提取措施工程量，以便于更好地制定材料筹备及周转计划，同时也能够更好地进行成本控制。LL当hR时,aR时.9004横向剪刀撑横向（c）弧顶不正常5纵向剪刀撑纵向Mb36 750 1606可调顶托顶托7主檬条模板支撑100 100 mm 方木$48.3 3.6 mm8次条模板支撑9模板质量控制、成本控制、以及可实施性等多个方面进行分析。经过反复的分析和验证，基本可以确立2 套不同的BIM技术切人思路。方案一为基于精确的模型,完全构建一套模板及支撑体系模型,用以指导施工。方案二为借助精确的模型，通过平面等高线原理，利用BIM技术进行里程切图,分析不同情况下的误差，选择合适模数的立杆。将对2 种方案思路进行对比分析（表2）。根据以上方案对比分析，可以发现方案二对于施工措施方案落地具有更高的操作性。但是需要仔细验证误差是否在可调范围内，如果存在的估算误差能够通过调节顶托高度进行弥补，那么方案二便可在实际施工中进行应用。2.5误差验证误差验证需要通过BIM模型在不同里程段进行切图，考虑各种不利因素条件下存在的误差情况，并进行误差分析。误差验证分析按照几个步骤进行。2.5.1BIM模型分段将模型按照里程进行分段（图7）。第五段里程第四段里程布置情况600 600两侧局部加强满堂布置48.3 3.6 mm横向连续布置普通钢管脚手架$48.3 3.6 mm普通钢管脚手架纵向连续布置顶部mm可调顶托沿隧道方向布置沿隧道普通钢管切面布置混凝土15mm厚木模板贴合面BIM技术是建筑设计从二维到三维的转变，弥补了平面设计在空间上的不足，能够精确反映模板以及支撑立杆在空间上的变化。所以在措施方案确定以后也就确定了BIM技术应用的切人点,由于受弧度渐变的影响,立杆在中心平行线上的高度都不一样,BIM技术要重点解决支模架立杆在不同点位的高度控制，这样就能够精确提取支撑体系的材料用量，指导模板裁切以及不同高度立杆的定位了。2.4实施方案对比相比结构建模来讲，措施建模工作更为复杂，技术要求高、信息含量大、精度控制难。为保证快速有效完成工作，实施的方案需要结合施工、技术进行深入思考，并从工期计划、232第三段里程第二段里程图7 里程分段示意2.5.2绘制等高线由于每一个里程段内的拱顶失高一致,故而拱顶相同标高的点投影到地面为一条直线。根据立杆的最小模数，选择500mm为高差将等高线在平面图中绘制以后如图7 所示。第一段里程陈祥云，霍龙飞，唐宇，等：BIM技术在成都天府国际机场大铁T2航站楼段弧形拱顶施工中的应用研究表2 BIM应用方案比较对比项方案一方案BIM整体模拟支架体系简述依靠软件自身优势，建立高度可变的立杆参数族，该族可以自动附着到板底，而大铁顶板的结构模型我们采用了类型板进行创建的。很容易理解，能够轻松利用设计BIM的工程量统计,在明细思路表里面提取立杆的参数清单，这样就能够快速而且精确的计算出不同类型的立杆数量，经过数据整理就能够统计出所有的立杆参数，从而指导材料采购以及立杆排布方案计算过程简单、快速，统计优点精确模型制作工作量大，硬件要方案求高，数据处理量大，施工缺点操作难该方案的所有立杆均是精准定位的，通过BIM模型导出的构件明细表数量庞大，需要经过整理以后与平面布置图形成对应关系，立综合杆施工时需要对应编号施分析工才能避免位置错乱导致的返工该方案适合于精度要求极高的小体量工程，对于大体量工程的应用操作和管理难度较大2.5.3立面验证在模型中设置参照平面，以参照平面设置11面，绘制竖向参照线垂直于参照平面，在11剖面图中由拱顶往下按照5 0 0 mm间距绘制等高水平线，核对等高水平线是否与垂直等高线交于拱顶弧上，完成立面验证。在实际验证过程中我们对失高较高与失高较低的2 种类型孔进行了抽样检查,单点在拱顶弧上的误差控制在3 cm以内如图8 所示。10.00 ST-大0 版-10:0 0 0大铁侧墙10.820 ST-六较E-10800等高线示意等平行线拱顶中心线垂等高示意线ST-00.800(a）平面(b)1-1剖面图8 立面验证(单位：mm)2.5.4估读误差验证在进行立杆搭设时较大一部分立杆分布在等高线之间，一部分处于材料规格选择模糊区域的立杆必然需要进行高度估读，估读的高差同样需要控制在顶托可调范围内，才能保证材料的正常使用。在保证顶托底端至少一半以上插入立杆,可调部分有5 0 3 0 0 mm的空间。将相邻竖向和水平等高线交点对角相连，在垂直方向上与拱顶弧的高差视为估方案二读误差（图9（a），就可以通过估读点距离等高线边的比例来确定该点的高度，计算方法如图9（b）。为确定估算的准利用BIM切图进行数据分析，分块出图利用已有的结构模型在弧形渐变拱顶上寻找等高线（原理同地形等高线），由于大铁在里程段上渐变，相同高度的点位在大铁弧形面上形成的等高线为直线，只要控制等高线高差同最小规格的立杆相同（承插盘扣式钢管脚手架是以3 0 0 mm为模数进行高度控制的），原则上就能够控制等高线范围内立杆的排布工作量小，数据处理难度小，方案在现场实施更灵活存在人为误差，控制不精准立杆顶部设置有顶托，顶托在一定范围内可调，只要立杆的控制精度在顶托可调范围内即可满足施工需求300确性，我们按照大铁里程段上每2 0 0 0 mm为一个点进行测算，同时对失高较高和失高较低2 种极端情况进行验证，其平均误差在5 cm左右，最大误差也不超过8 cm，相比顶托可调部分来讲已经足够满足材料选择要求。等高水平线最大误差线垂直等商线(a）误差分析图9 估读误差验证（单位：mm)已知图示中的H为某一等高线的高度，A和可以在平面图中进行测量，由此可根据公式计算该处立杆高度L。L=H-500a/Aa/A为水平方向所求立杆与相邻较高立杆间间距与此处相邻等高线长的比例,该比例可以在布置立杆时进行估算。2.5.5综合分析通过BIM技术在各个里程段面上的断面图，对立杆高度可调误差进行分析，其最大误差不超过顶托可调范围，所以方案二可以应用于现场施工。在工期紧迫的情况下，方案二能够快速地为现场立杆布置提供解决方案，同时利用BIM的可出图性将等高线及控制点导出为平面出图，方便现场技术人员操作和实施。在完成出图以后首先完成样板区域支架体系搭设，并通过BIM技术进行可视化交底，确保现场施工人员以及管理人员能够理解该实施方案。另外BIM技术部实时进行过程跟踪，就能够保证方案有效实施。2.6方案实施方案经过可行性验证以后按照流程实施。(1)BIM工程师检查模型的准确性，按照里程导出方案施工图以及等高线分布图，并在等高线分布图上标记相同模数规格的立杆。（2）通过模型结合图纸进行技术交底。（3）测量放线人员在大铁底板上将等高线用墨线弹出。（4)高支模架子工班组按照模型导出的材料表进行备料，并按照方案施工图结合地面弹出的等高线分布墨线搭设架体。（5)组织样板段施工，验证方案的可行性。(6)BIM技术部人员全过程跟踪支撑架体施工，及时通过模型检查支架体系的正确性，一旦出现超过预期的误差，及时进行处理，并明确误差出现的原因，避免技术误差与施工误差叠合。（7）通过物联网手段进行技术参数传递，通过模型进行技术沟通协调。BIM云平台技术可以在PC应用终端和移动应用终端实现各种服务，可以为现场施工人员提供可视化功能模块、现场施工管理模块、检测信息与预警预报功能模块等 9-10 。233（b）估读计算施工技术与测量技术在项目施工的过程中，可以利用BIM云平台进行过程管理，进一步提高管理效率（图10）。图10 大铁实际拱顶施工实况3效益天府国际机场大铁弧形拱顶在施工方案论证及实施过程中BIM技术从多个方面发挥了重要作用，加快了施工进度、提高工程质量、减少施工风险、降低成本投人。(1)进度方面：BIM技术通过可视化的手段快速模拟了多套对比方案，提高了方案的沟通效率，为方案调整和论证节省了时间。在方案实施的过程中,BIM技术通过可视化的交底，向施工队和管理人员快速传递了整个方案，并导出方案施工图，进一步提高了实施效率。（2)质量方面：方案在实施之前通过BIM技术对方案进行了模拟，精确确定了模板以及支撑体系的定位，使次条的弧度精确，模板裁切布置合理，支撑体系受力均匀、科学，大幅度提高了安装精度，也提高了最终混凝土的成型质量。(3）成本方面：BIM技术合理规划了支撑体系布置，同时精确地统计了措施材料用量，对于材料准备、调运和使用都能够精确进行预控，避免了传统施工中“充足备料、局部倒运”的情况，减少了材料多余的租赁费、二次搬运成本和施工中损耗。（4）风险方面：由于提前预规划了整套实施方案，在方案讨论的过程中就过滤了大部分的风险，在借助BIM技术的模拟性、可视化、集成统一的检查,更进一步降低了可能存在技术、施工、管理风险。4结束语BIM技术是建筑工程设计、施工和管理的一项新工具，四川建筑第43 卷第4期如何发挥BIM技术的优势对工程建设起到关键性的作用，是建筑工程师需要持续研究的课题。每个工程项目都具有不同的特点，通过BIM应用点垒砌式地实施容易造成资源浪费，且难以在工程建设中发挥真正价值，致使BIM技术成为“鸡肋技术”。而通过BIM技术有针对性地解决工程难点、痛点，从进度、质量、安全、成本等多个方面分析，精准找寻BIM技术切入点，才能够真正发挥BIM技术最大价值。随着社会不断进步，人们掌握新技术和开发新技术能力的提升，更多的技术手段、施工方法、管理模式都将被广泛使用。BIM技术的延伸不仅是本身技术更新，更多还有多方法、多路径的技术融合,单点式的技术切人也将逐步改变某些技术面和管理面，最终逐步形成新的建筑工程全过程管理架构体系。【1牛建青，金旭炜，杨吉忠，等。成都至自贡高速铁路引入天府机场方案分析 J.高速铁路技术，2 0 2 2，13（2）：8 0-8 5.2中铁二院工程集团有限责任公司.新建铁路成都至自贡线预可行性研究总说明书 R.成都：中铁二院工程集团有限责任公司,2 0 15.3胡明亮，周俊，段俊，等.装配式可回收（GRF）岩石锚杆支护施工技术应用 J.四川建筑，2 0 2 1，41（S01）：147-15 1.4赵连平.隧道BIM技术应用与现状分析 J四川建材，2 0 2 0，46(8):117-118.5王惠.建筑信息化模型技术对铁路建设影响的研究综述 J.科技与创新,2 0 2 2（15）：8 2-8 4.6姚金悦，闵剑勇，严紫薇，等基于三维建筑信息模型的大型隧道施工精细化管理应用研究 J智能建筑与智慧城市，2021(12):75 77.7彭建永，鲍毅，王辉，等高铁隧道异形拱结构模架支撑体系施工技术 J.建筑施工，2 0 2 1，43（10）：2 13 0-2 13 4.8雷洪波，熊伟，王留伟浅谈航站区工程总协调管理的进度管控要点 J四川建筑，2 0 2 1.41（5）：2 8 2-2 8 3.9李扬BIM技术在隧道建设中的应用 J工程建设与设计，2022(4):69-72.【10 刘剑兴，赖睿智，吴尽.BIM技术在建筑施工企业的应用思路 J重庆建筑，2 0 19，18（12)：5 9-6 0.参考文献234