CN113882863A - 基于bim技术的地下复杂框剪结构施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑施工技术领域，尤其涉及一种基于BIM技术的地下复杂框剪结构施工方法，包括以下步骤：利用BIM建模软件对所述的地下框剪结构进行三维建模，分体模块设计，每个分体模块之间的结构相互独立，分体模块至少包括有中间核心区模块和两侧辅助区模块，将地下框剪结构中的地面垫层和顶板进行分割设计形成地面垫层分割体和顶板分割体，确定所述的分割体的规格、数量及套接的接口，提前预制好；从所述两侧辅助区模块任意一侧进行土方开挖导坑施工，然后对所述的中间核心区进行土方开挖施工；采用上述技术方案的地下复杂框剪结构施工方法，减少软弱围岩大范围开挖而引起的扰动；有效地预防了隧道掌子面塌方和拱顶塌方。
Description
技术领域
本发明涉及建筑施工技术领域，尤其涉及一种基于BIM技术的地下复杂框剪结构施工方法。
背景技术
BIM技术(Building Information Modeling)，通常被翻译为建筑信息模型。作为工程建设行业的一个新的理念，BIM技术强调协调一致的信息在工程项目全生命周期的各个阶段的应用，其最直观的表达形式就是具有项目信息的三维建筑物模型。三维建筑信息模型不再是一成不变的展示品，而成为了一个智能化的信息载体，并且随着信息的丰富和传递，模型将成为项目全生命周期各阶段具体应用的核心和数据基础。
随着BIM技术在建筑工程中的逐步推广，越来越多的设计单位、施工单位和业主已经开始运用此项技术，它已经成为了建筑业信息化的发展趋势。然而在隧道中地下复杂的框剪结构施工工艺流程中，如中建地下空间有限公司淮州新城污水处理厂项目在地下两层污水处理厂复杂框剪结构施工中，框剪结构中地面垫层和顶板的布置复杂、预留孔洞和沟槽多，通常需要布线和管道连接，形成较多的有限空间，施工难度大、工期紧张的情况。
隧道中的地下框剪结构通常采用设计院出具的二维CAD建筑和结构施工图，虽然二维CAD图纸也可以框剪结构的施工，但传统二维图纸施工建造中易出现错漏、不能直观的表达建构筑物的形态、位置，尤其是复杂结构部位、预留位置多的情况下，无法清晰地把框剪结构的信息数据完全表现出来，平面图纸较多易造成空间上建模错漏、难度增大。
现有技术的施工工艺通常通过具有丰富施工经验的施工人员依据经验整体土方开挖，但由于围岩强度较弱，围岩大范围开挖而引起的较大的扰动，造成隧道掌子面塌方和拱顶塌方，从而施工难度大，存在较大的安全隐患。
发明内容
本发明的目的是解决原有地下框剪结构施工过程中，采用常规整体土方开挖工艺中存在的施工难度大，存在较大安全隐患的技术缺点，而采用BIM技术对地下框剪结构进行三维建模，确定地下框剪结构设计及编码图，施工人员只需按照地下框剪结构三维模型模块设计及编码图进行施工，施工精度高、速度快，减少了隧道掌子面塌方和拱顶塌方的危险性，提高效率，确保工期，减少了安全隐患。
为了解决上述技术问题，本发明基于BIM技术的地下复杂框剪结构施工方法，包括以下步骤：
(1)数据准备步骤，根据设计院出具的地下框剪结构二维CAD建筑结构施工图，获得地下框剪结构的数据信息；所述二维CAD建筑结构施工图为分体模块设计图，至少包括有中间核心区模块和两侧辅助区模块设计图；
(2)创建BIM数字模型步骤，利用BIM建模软件对所述的地下框剪结构进行创建BIM数字模型，将上述获取的数据信息输入地下框剪结构三维模型中，生成施工作业模型；
(3)分体模块建模步骤，每个分体模块之间的结构相互独立，分体模块，所述中间核心区模块和所述的两侧辅助区模块采用套接方式；其中，核心区模块承担主体支撑结构；
(4)施工步骤，
(4-1)先搭建提前支护，然后再从所述两侧辅助区模块任意一侧进行土方开挖导坑；
(4-2)然后对所述辅助区进行地面垫层的施工，并在导坑的四周设置导坑隔壁；
(4-3)然后对所述辅助区进行顶板的施工，绑扎钢筋，架设所述辅助区顶板的支撑模板，浇筑完混凝土后浇水养护；
(4-4)然后对所述的中间核心区进行土方开挖；
(4-5)然后拆除所述的导坑隔壁；
(4-6)然后对所述中间核心区进行地面垫层的施工；
(4-7)然后对所述中间核心区进行顶板的施工，绑扎钢筋，架设所述中间核心区顶板的支撑模板，浇筑完混凝土后浇水养护；
(4-8)然后开始做防SBS卷材防水的施工；
(4-9)卷材施工完成后，开始防水保护层的施工；
(4-10)保护层施工完成后，进行养护并按图纸设计布线。
采用上述技术方案的地下复杂框剪结构施工方法，由于1)采用了分部开挖，减少软弱围岩大范围开挖而引起的扰动；导坑作为超前地质探道，有利于把握掌子面前方地质情况；2)利用预留核心区域土起到支顶掌子面的作用；3)设置导坑隔壁，一方面，作为导坑分部开挖分区界限；另一方面，导坑隔壁与核心土形成整体发挥竖向临时支撑的作用，减少了钢材、喷射混凝土的用量，降低施工成本，有效地预防了隧道掌子面塌方和拱顶塌方，在结构质量、施工安全、工程进度方面效果明显，取得了良好的经济效益和社会效益；4)导坑隔壁用量小，拆除方便、速度快，能加快施工速度约20％。
另外，利用BIM数字创建模型在指导施工中缩短了工期。地下污水处理厂复杂框剪结构部位，数字化模型提供了可视化的三维立体实物效果图，能减少平面图纸空间建模难度和时间，促进施工工序和资源的合理安排，最大程度避免返工，缩短了工期；利用BIM数字创建模型在指导施工中提高了施工质量，通过BIM技术软件将二维图纸转换成三维动态模型，对复杂框剪结构部位进行模拟，准确掌握构件几何信息、物理信息、规则信息等，对施工方案能优化，减少建造过程中出现错漏的可能性，提高了施工质量；利用BIM数字创建模型在指导施工中节省了成本；复杂框剪结构施工中将拟建造的部位应用三维动态模型向参建全员可视化交底，直观、形象、准确，减少了人工、材料资源耗损及因施工错误导致返工的几率，有助于施工成本控制；利用BIM数字创建模型在指导施工中提高企业项目管理水平；复杂框剪结构施工实施阶段将BIM模型直观、形象的展示于项目管理人员，能有效减少施工过程中安全、质量、技术、进度、成本、管理等方面问题，提高了项目管理水平。
所述的步骤(1)数据准备步骤中，所述二维CAD建筑结构施工图还包括地面垫层和顶板设计图，其中，所述的地面垫层和顶板设计形成地面垫层分割体和顶板分割体，所述分割体之间采用套接方式，并分别对不同的分割体进行编码；在所述的(3)分体模块建模步骤和所述(4)施工步骤之间，增设(3-1)分割体模块建模步骤，将地下框剪结构中的地面垫层和顶板进行分割设计形成确定所述的分割体的规格、数量及套接的接口，提前预制好。
为了保证最终的施工效果，保证后期施工工艺流程衔接紧密，优选在所述的步骤(2)中，进行创建BIM数字模型后进行冲突检查，经内部审核后，如果不冲突则生成施工作业模型，如果发生冲突，则返回创建BIM数字模型步骤，重新创建BIM数字模型，更进一步，优化限定，在在所述的步骤(2)中，生成施工作业模型后，进行阶段性成果接收，如果设计审核不合格，则对图纸进行会审，返回数据准备步骤，如果设计审核合格，则生成最终施工作业模型，用于指导现场施工。
同样的道理，优选在在所述的步骤(3)中，分体模块设计后进行施工模拟，经内部审核后，如果发生冲突，则返回创建BIM数字模型步骤，重新分体模块设计，如果不冲突则生成施工作业模型，更进一步，优化限定，在所述的步骤(3)中，生成施工作业模型后，进行阶段性成果接收，如果施工部门审核不合格，则对施工方案资料进行确定，返回数据准备步骤，如果施工部门审核合格，则生成最终施工作业模型，形成施工图技术交底，组织落实施工。
同样的道理，优选在在所述的步骤(3-1)中，分割体设计后进行模型分段处理，经内部审核后，如果发生冲突，则返回创建BIM数字模型步骤，重新分割体设计，如果不冲突则，更进一步，优化限定，在所述的步骤(4)中，生成施工效果图后，进行阶段性成果接收，如果施工部门审核不合格，则对施工图纸进行确定，返回数据准备步骤，如果施工部门审核合格，则生成最终施工模型效果图，形成施工模型技术交底，组织现场施工。
另外，为了加快施工进度，限定在所述的步骤(4-1)、(4-2)(4-3)中，可以同步对两侧辅助区模块进行土方开挖导坑和施工。
更进一步，采用预制好地面垫层分割体和顶板分割体的方式进行施工，即限定在所述的步骤(4-2)中，所述辅助区地面垫层施工按照所述区域预制好的地面垫层分割体进行连接，并预留和所述中间核心区模块套接的地面垫层接口；在所述的步骤(4-3)中，所述的顶板按照所述区域预制好的顶板分割体进行连接，并预留和所述中间核心区模块套接的顶板接口；在所述的步骤(4-6)中，按照所述区域预制好的地面垫层分割体进行连接，并相对应预留好的地面垫层接口进行对接；在所述的步骤(4-7)中，按照所述区域预制好的顶板分割体进行连接，并相对应预留好的顶板接口进行对接。
附图说明
图1是本发明的施工深化设计原理图；
图2是本发明中施工方案模拟原理图；
图3是知道复杂框剪结构施工原理图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例一，采用现场浇筑的方式，如图1、图2和图3所示，基于BIM技术的地下复杂框剪结构施工方法，包括以下步骤：
(1)数据准备步骤，根据设计院出具的地下框剪结构二维CAD建筑结构施工图，获得地下框剪结构的数据信息；所述二维CAD建筑结构施工图为分体模块设计图，至少包括有中间核心区模块和两侧辅助区模块设计图；(2)创建BIM数字模型步骤，利用BIM建模软件对所述的地下框剪结构进行创建BIM数字模型，将上述获取的数据信息输入地下框剪结构三维模型中，生成施工作业模型，在所述的步骤(2)中，进行创建BIM数字模型后进行冲突检查，经内部审核后，如果不冲突则生成施工作业模型，如果发生冲突，则返回创建BIM数字模型步骤，重新创建BIM数字模型，在所述的步骤(2)中，生成施工作业模型后，进行阶段性成果接收，如果设计审核不合格，则对图纸进行会审，返回数据准备步骤，如果设计审核合格，则生成最终施工作业模型，用于指导现场施工；(3)分体模块建模步骤，每个分体模块之间的结构相互独立，所述中间核心区模块和所述的两侧辅助区模块采用套接方式；其中，核心区模块承担主体支撑结构；在所述的步骤(3)中，分体模块设计后进行施工模拟，经内部审核后，如果发生冲突，则返回创建BIM数字模型步骤，重新分体模块设计，如果不冲突则生成施工作业模型，在所述的步骤(3)中，生成施工作业模型后，进行阶段性成果接收，如果施工部门审核不合格，则对施工方案资料进行确定，返回数据准备步骤，如果施工部门审核合格，则生成最终施工作业模型，形成施工图技术交底，组织落实施工；
(4)施工步骤，
(4-1)先搭建提前支护，然后再从所述两侧辅助区模块任意一侧进行土方开挖导坑；
(4-2)然后对所述辅助区进行地面垫层的施工，并在导坑的四周设置导坑隔壁；
(4-3)然后对所述辅助区进行顶板的施工，绑扎钢筋，架设所述辅助区顶板的支撑模板，浇筑完混凝土后浇水养护；
(4-4)然后对所述的中间核心区进行土方开挖；
(4-5)然后拆除所述的导坑隔壁；
(4-6)然后对所述中间核心区进行地面垫层的施工；
(4-7)然后对所述中间核心区进行顶板的施工，绑扎钢筋，架设所述中间核心区顶板的支撑模板，浇筑完混凝土后浇水养护；
(4-8)然后开始做防SBS卷材防水的施工；
(4-9)卷材施工完成后，开始防水保护层的施工；
(4-10)保护层施工完成后，进行养护并按图纸设计布线。
实施例二，采用现场浇筑和预制结合的方式，如图1、图2和图3所示，基于BIM技术的地下复杂框剪结构施工方法，包括以下步骤：
(1)数据准备步骤，根据设计院出具的地下框剪结构二维CAD建筑结构施工图，获得地下框剪结构的数据信息；所述二维CAD建筑结构施工图为分体模块设计图，至少包括有中间核心区模块和两侧辅助区模块设计图，所述二维CAD建筑结构施工图还包括地面垫层和顶板设计图，其中，所述的地面垫层和顶板设计形成地面垫层分割体和顶板分割体，所述分割体之间采用套接方式，并分别对不同的分割体进行编码；(2)创建BIM数字模型步骤，利用BIM建模软件对所述的地下框剪结构进行创建BIM数字模型，将上述获取的数据信息输入地下框剪结构三维模型中，生成施工作业模型，在所述的步骤(2)中，进行创建BIM数字模型后进行冲突检查，经内部审核后，如果不冲突则生成施工作业模型，如果发生冲突，则返回创建BIM数字模型步骤，重新创建BIM数字模型，在所述的步骤(2)中，生成施工作业模型后，进行阶段性成果接收，如果设计审核不合格，则对图纸进行会审，返回数据准备步骤，如果设计审核合格，则生成最终施工作业模型，用于指导现场施工；(3)分体模块建模步骤，每个分体模块之间的结构相互独立，所述中间核心区模块和所述的两侧辅助区模块采用套接方式；其中，核心区模块承担主体支撑结构，在所述的(3)分体模块建模步骤和所述(4)施工步骤之间，增设(3-1)分割体模块建模步骤，将地下框剪结构中的地面垫层和顶板进行分割设计形成确定所述的分割体的规格、数量及套接的接口，提前预制好；在所述的步骤(3)中，分体模块设计后进行施工模拟，经内部审核后，如果发生冲突，则返回创建BIM数字模型步骤，重新分体模块设计，如果不冲突则生成施工作业模型，在所述的步骤(3)中，生成施工作业模型后，进行阶段性成果接收，如果施工部门审核不合格，则对施工方案资料进行确定，返回数据准备步骤，如果施工部门审核合格，则生成最终施工作业模型，形成施工图技术交底，组织落实施工；
(4)施工步骤，
(4-1)先搭建提前支护，然后再从所述两侧辅助区模块任意一侧进行土方开挖导坑；
(4-2)然后对所述辅助区进行地面垫层的施工，所述辅助区地面垫层施工按照所述区域预制好的地面垫层分割体进行连接，并预留和所述中间核心区模块套接的地面垫层接口，并在导坑的四周设置导坑隔壁；
(4-3)然后对所述辅助区进行顶板的施工，绑扎钢筋，架设所述辅助区顶板的支撑模板，浇筑完混凝土后浇水养护，所述的顶板按照所述区域预制好的顶板分割体进行连接，并预留和所述中间核心区模块套接的顶板接口；
(4-4)然后对所述的中间核心区进行土方开挖；
(4-5)然后拆除所述的导坑隔壁；
(4-6)然后对所述中间核心区进行地面垫层的施工，按照所述区域预制好的地面垫层分割体进行连接，并相对应预留好的地面垫层接口进行对接；
(4-7)然后对所述中间核心区进行顶板的施工，绑扎钢筋，架设所述中间核心区顶板的支撑模板，浇筑完混凝土后浇水养护，按照所述区域预制好的顶板分割体进行连接，并相对应预留好的顶板接口进行对接；
(4-8)然后开始做防SBS卷材防水的施工；
(4-9)卷材施工完成后，开始防水保护层的施工；
(4-10)保护层施工完成后，进行养护并按图纸设计布线。
采用本发明技术方案，在隧道施工过程中，能有效地预防了隧道掌子面塌方和拱顶塌方，在结构质量、施工安全、工程进度方面效果明显，取得了良好的经济效益和社会效益，本施工方法按照“新奥法”原理，遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”原则，主要原理为：分部开挖，减少软弱围岩大范围开挖而引起的扰动；导坑作为超前地质探道，有利于把握掌子面前方地质情况，利用预留核心土起到支顶掌子面的作用，设置导坑隔壁，一方面，作为导坑分部开挖分区界限；另一方面，与核心土形成整体发挥竖向导坑隔壁的作用，有效地降低了隧道掌子面中、小型塌方及局部掉块的发生频率，且节约了较多的工程材料，施工安全性进一步提高，取得了良好的经济、社会效益。该工法不仅适用于一般Ⅳ～Ⅴ级围岩地段、断层破碎带、浅埋地层隧道暗挖施工，同时也适用于大跨度、围岩条件破碎的隧道，加之在工程实际应用中取得了良好的经济、社会效益，本工法具有很好的应用价值和发展前景，是一个值得推广的施工工法。本工法导坑隔壁与核心土形成整体发挥竖向临时支撑的作用，减少了钢材、喷射混凝土的用量，与同等级围岩下的单侧壁导坑开挖法相比，大大降低施工成本。上部导坑分界面水平，能提供施工工作平台，省去了施工台车，导坑隔壁用量小，拆除方便、速度快，与同等级围岩下的单侧壁导坑开挖法相比，能加快施工速度约20％，设刚性导坑隔壁，与核心土共同作用，支撑掌子面和拱顶围岩，导坑开挖断面小，稳定性易控制，安全有保障，且该施工方法操作简单、省时省料，能有效保证隧道施工人员与机械设备的安全，获得了业主、设计、监理等单位的一致认可，为企业树立了良好的社会形象。
以上对本发明提供的基于BIM技术的地下复杂框剪结构施工方法详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.基于BIM技术的地下复杂框剪结构施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)数据准备步骤，根据设计院出具的地下框剪结构二维CAD建筑结构施工图，获得地下框剪结构的数据信息；所述二维CAD建筑结构施工图为分体模块设计图，至少包括有中间核心区模块和两侧辅助区模块设计图；
(2)创建BIM数字模型步骤，利用BIM建模软件对所述的地下框剪结构进行创建BIM数字模型，将上述获取的数据信息输入地下框剪结构三维模型中，生成施工作业模型；
(3)分体模块建模步骤，每个分体模块之间的结构相互独立，所述中间核心区模块和所述的两侧辅助区模块采用套接方式；其中，核心区模块承担主体支撑结构；
(4)施工步骤，
(4-1)先搭建提前支护，然后再从所述两侧辅助区模块任意一侧进行土方开挖导坑；
(4-2)然后对所述辅助区进行地面垫层的施工，并在导坑的四周设置导坑隔壁；(4-3)然后对所述辅助区进行顶板的施工，绑扎钢筋，架设所述辅助区顶板的支撑模板，浇筑完混凝土后浇水养护；
(4-4)然后对所述的中间核心区进行土方开挖；
(4-5)然后拆除所述的导坑隔壁；
(4-6)然后对所述中间核心区进行地面垫层的施工；
(4-7)然后对所述中间核心区进行顶板的施工，绑扎钢筋，架设所述中间核心区顶板的支撑模板，浇筑完混凝土后浇水养护；
(4-8)然后开始做防SBS卷材防水的施工；
(4-9)卷材施工完成后，开始防水保护层的施工；
(4-10)保护层施工完成后，进行养护并按图纸设计布线。
2.根据权利要求1所述的基于BIM技术的地下复杂框剪结构施工方法，其特征在于：在所述的(1)数据准备步骤，所述二维CAD建筑结构施工图还包括地面垫层和顶板设计图，其中，所述的地面垫层和顶板设计形成地面垫层分割体和顶板分割体，所述分割体之间采用套接方式，并分别对不同的分割体进行编码；在所述的(3)分体模块建模步骤和所述(4)施工步骤之间，增设(3-1)分割体模块建模步骤，将地下框剪结构中的地面垫层和顶板进行分割设计形成确定所述的分割体的规格、数量及套接的接口，提前预制好。
3.根据权利要求1所述的基于BIM技术的地下复杂框剪结构施工方法，其特征在于：在所述的步骤(2)中，进行创建BIM数字模型后进行冲突检查，经内部审核后，如果不冲突则生成施工作业模型，如果发生冲突，则返回创建BIM数字模型步骤，重新创建BIM数字模型。
4.根据权利要求3所述的基于BIM技术的地下复杂框剪结构施工方法，其特征在于：在所述的步骤(2)中，生成施工作业模型后，进行阶段性成果接收，如果设计审核不合格，则对图纸进行会审，返回数据准备步骤，如果设计审核合格，则生成最终施工作业模型，用于指导现场施工。
5.根据权利要求1所述的基于BIM技术的地下复杂框剪结构施工方法，其特征在于：在所述的步骤(3)中，分体模块设计后进行施工模拟，经内部审核后，如果发生冲突，则返回创建BIM数字模型步骤，重新分体模块设计，如果不冲突则生成施工作业模型。
6.根据权利要5所述的基于BIM技术的地下复杂框剪结构施工方法，其特征在于：在所述的步骤(3)中，生成施工作业模型后，进行阶段性成果接收，如果施工部门审核不合格，则对施工方案资料进行确定，返回数据准备步骤，如果施工部门审核合格，则生成最终施工作业模型，形成施工图技术交底，组织落实施工。
7.根据权利要求2所述的基于BIM技术的地下复杂框剪结构施工方法，其特征在于：在所述的步骤(3-1)中，分割体设计后进行模型分段处理，经内部审核后，如果发生冲突，则返回创建BIM数字模型步骤，重新分割体设计，如果不冲突则，，如果不冲突则生成施工效果图。
8.根据权利要7所述的基于BIM技术的地下复杂框剪结构施工方法，其特征在于：在所述的步骤(4)中，生成施工效果图后，进行阶段性成果接收，如果施工部门审核不合格，则对施工图纸进行确定，返回数据准备步骤，如果施工部门审核合格，则生成最终施工模型效果图，形成施工模型技术交底，组织现场施工。
9.根据权利要求2所述的基于BIM技术的地下复杂框剪结构施工方法，其特征在于：在所述的步骤(4-1)、(4-2)(4-3)中，可以同步对两侧辅助区模块进行土方开挖导坑和施工。
10.根据权利要求2所述的基于BIM技术的地下复杂框剪结构施工方法，其特征在于：在所述的步骤(4-2)中，所述辅助区地面垫层施工按照所述区域预制好的地面垫层分割体进行连接，并预留和所述中间核心区模块套接的地面垫层接口；在所述的步骤(4-3)中，所述的顶板按照所述区域预制好的顶板分割体进行连接，并预留和所述中间核心区模块套接的顶板接口；在所述的步骤(4-6)中，按照所述区域预制好的地面垫层分割体进行连接，并相对应预留好的地面垫层接口进行对接；在所述的步骤(4-7)中，按照所述区域预制好的顶板分割体进行连接，并相对应预留好的顶板接口进行对接。
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