BIM技术在静压管桩工程中的应用

余健豪，张 波，张树明，孟 珊

(中国建筑第二工程局有限公司，广东 深圳 518045)

生益电子四期项目位于广东省东莞市东城区(同沙)科技工业园，占地面积约51 198 m2，建筑面积约238 909.81 m2，主要包含生产厂房、化学品库、污水处理站、废弃物仓库、生活垃圾站、研发楼等建筑。

本项目采用高强度预应力混凝土管桩基础，其中2栋生产厂房采用直径600 mm，桩身混凝土强度等级为C80的PHC管桩，壁厚为130 mm，混凝土的有效预应力不低于4.8 MPa，持力层为强风化花岗岩层，桩端阻力特征值4 000 kPa，单桩竖向抗压承载力特征值2 600 kN，桩长预估值15～30 m。

本项目管桩施工采用静压法沉桩，根据设计提供的桩长预估长度及现场实际情况，图纸要求当桩长>9 m时，最终静压值宜取单桩竖向承载力特征值的2.2倍。最终桩尖进入强风化层深度不小于1.5倍管桩直径。施工以静压值控制为主，桩长控制为辅，确保桩端到达指定的持力层。

项目PHC管桩施工中，因岩土工程勘察报告数据量大，二次提取利用不便，无法直观预计桩长，容易出现截桩长度长、进场材料慢等降低施工效率的现象。为加快施工进度、提升项目精细化管理水平，项目部决定将BIM技术应用于管桩配桩、管桩的施工进度管理。

桩基施工中需以岩土工程勘察报告、工程桩设计图纸作为依据，本项目岩土工程勘察报告中，勘察孔的布置间距为12～24 m，大部分距离在20 m左右，勘察孔间距较大，对于土质起伏变化较大的地质条件，不利于静压管桩施工持力层标高判断。为此，本项目通过岩土工程勘察报告中CAD平面图、柱状图、剖面图，用Civil3D软件配合Revit软件拟合岩土工程勘察报告，创建三维岩土工程勘察报告模型。

通过岩土工程勘察报告中柱状图，提取孔号、孔口标高、坐标以及各地质岩层的标高等参数制作为一张Excel表格作为基础素材。Excel表格参数在使用前应做参数缺省补足处理，若孔号无土层标高参数时，采用上一层土层标高参数作为信息补充。即ZK1孔号素填土标高为10.05 m，下层土淤泥质土、粉质黏土在柱状图中无标示时，均为10.05 m；强风化花岗岩标高为-5.75 m，中风化花岗岩破碎层在柱状图中无标示时，填充为-5.75 m。将处理好的Excel表格中，坐标Y、X以及各土层标高分别制作为*.csv文件格式表格，分别保存。

用Civil3D软件在工具空间选项卡中，使用曲面工具创建曲面，以土层名称分别命名曲面，在各自下列表中找到定义下方的点文件进行添加*.csv文件。此时已完成数据的迁移工作，随后依次选取各曲面点选从曲面提取实体，选择上下两个土层执行创建实体命令。完成上述步骤后即可获得一份*.dwg格式的三维地层模型。

为保证三维模型的可靠性，可利用岩土勘察报告中剖面图对三维模型进行检查。用Revit新建一个项目，通过插入链接CAD的方式导入*.dwg格式的三维地层模型。在三维模型界面下，使用剖面框对模型沿岩土勘察报告中剖面图相同的剖切线进行剖切。获得的剖切图和CAD剖面图进行比对，判断是否有数据录入出错的情况。上述方法亦可用于岩土勘察报告中剖面图的生成。

通过仅保留强风化花岗岩及以下地质层的三维模型，可以用于岩层整体情况的分析。由图1可以看出，本项目强风化花岗岩层的起伏变化较大，对于判断项目整体管桩施工中的管桩配桩具有较大难度，无法较为精确地统计需要进场管桩的数量。

图1 Revit三维地质模型2

为提高现场施工可视化、参数化的要求，采用Revit自制PHC管桩族模型，通过点选模型即可了解PHC管桩的编号、设计顶标高、有效桩长、外径、壁厚等信息。见图2～3。

图2 Revit管桩属性信息界面1

图3 Revit管桩属性信息界面2

将处理好的工程桩设计图纸通过CAD链接方式链接进Revit软件，根据工程桩设计图纸，输入直径、壁厚等相关管桩参数后逐一布置PHC管桩三维模型并填写管桩编号，调整管桩设计顶标高和管桩底标高。见图4。

图4 Revit管桩三维平面布置图

将Civil3D软件生成的岩土工程勘察地层模型,仅保留地表层和强风化花岗岩层以链接CAD方式导入管桩的Revit软件三维模型中。以一个十五桩承台为例，目前通过现场放线可知场地平整后的地坪标高为29.53 m，建筑高度为±30.30 m，设计桩顶标高为25.90 m。如编号2-1管桩，设计桩顶标高填入模型参数中，根据三维岩土工程勘察模型调整管桩底标高，满足最终桩尖进入强风化层深度不小于1.5倍管桩直径，即900 mm，入强风化花岗岩深度。

传统做法是通过工程桩设计图纸确定桩顶标高、定位及静压桩最终静压值。静压管桩施工时通常通过岩土工程勘察报告获取桩尖持力层的标高，结合现场实际地坪高度确定管桩入土深度及送桩深度，公式如下：

管桩入土深度：

L=H0-H2+1.5d

(1)

有效桩长：

l=L-ls

(2)

截桩长度：

s=H0-H1-ls

(3)

实际桩长：

A=l-s=H0-H2+1.5d-ls-H0+H1+ls=H1-H2+1.5d

(4)

式(4)中，H0为地坪标高；H1为桩顶设计标高；H2为桩尖持力层的标高；1.5d为最终桩尖进入强风化层深度不小于1.5倍管桩直径；ls为送桩长度。

运用BIM技术的方法，可以通过现场实际情况和工程桩施工图纸先确定的信息有H0、H1和1.5d。其中s为控制截桩长度和满足施工条件假定参数值为1 000 mm。通过调整模型中管桩的入岩深度可以在属性列表中获取A和H2。通过式(1)计算可知L。通过式(4)计算倒推出l。再通过式(2)可以获得ls参数。

通过上述计算把静压管桩在施工中的参数推导出来，并在模型中得到体现。在施工中点选某根桩时即可获取相关参数信息，并与现场施工作为判断依据。即提高了施工的效率，也发挥了图纸和报告的深层次作用。

利用建模后获得高强度预应力混凝土管桩的长度信息，及可视化交底中对于静压桩机的数量和高强度预应力混凝土管桩施工先后顺序的规划、根据以往项目施工的经验，一台静压桩机施工高强度预应力混凝土管桩一天施工300～500 m为参照，通过Excel表格可以对高强度预应力混凝土管桩的整体施工进度进行规划安排。对于总工期计划，单项工程进度计划具有科学性合理性，大大提高了项目进度、成本的可控性。

通过Revit软件和Navisworks软件联动，将三维模型导入Navisworks软件，将进度计划中计划开始时间、计划结束时间录入。施工过程中，通过实时录入实际开始时间、实际结束时间，直观展示现场形象进度和体现施工进展情况。对于发生施工工期滞后于计划工期的情况时，可以做到实时知悉，实时更进。

项目原计划于2020年11月19日开始施工，2021年1月12日完成生产厂房管桩施工，总工期为55天。由于计划工期调整，要求2020年12月18日完成生产厂房管桩施工，调整后计划工期为30天。为保障施工计划的顺利完成，通过现场工程量的确定，确定在2020年11月24日投入一台静压桩机可满足基本的施工要求，通过与分包单位沟通，2020年12月18日顺利完成计划目标。

为提高现场施工的科学化、合理化，利用BIM技术的可视化理念，展示各个施工阶段的施工工序做法。利用三维场平模型模拟静压管桩机的移动路径、材料堆放等进行规划，减少静压管桩机的转移次数，提高项目工作效率。将高强度预应力混凝土管桩以承台为单位进行分块施工制作项目单项工程进度计划，利用Navisworks软件展示每日的工期进展，直观了解项目现场的施工进度情况，合理调配资源，满足计划工期。通过Revit模型创建各施工节点模型的方式，使项目管理人员和现场施工人员更加直观了解高强度预应力混凝土管桩的施工工艺。

为直观表达静压管桩施工的流水，进一步起到技术在施工中指导的作用。通过Revit软件创建的场布模型，利用施工场布判断静压管桩流水情况，提高场地利用率。结合PowerPoint软件和AE软件制作交底图片和视频，通过箭头及串联的线段直观展示现场静压管桩施工流水过程，为领导决策提供直观参照。

本项目将BIM技术应用于管桩配桩、管桩的施工管理。BIM技术的运用提高了工程岩土工程勘察报告数据在PHC管桩施工的运用效率，并在PHC管桩进度管理、施工管理、竣工资料信息化管理方面开展BIM技术应用实践，取得较好的效果。

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四川建材2022年2期