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基于BIM技術(shù)的鉆孔灌注樁樁長預(yù)控制施工技術(shù)

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（三）基于BIM技術(shù)的鉆孔灌注樁樁長預(yù)控制施工技術(shù)
1. 技術(shù)背景
在工程建設(shè)過程中，樁基礎(chǔ)的施工效率通常較低，主要是因?yàn)楝F(xiàn)場施工過程中無法提前預(yù)知樁
孔開挖深度，導(dǎo)致樁孔開挖過程中需要根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的嵌巖要求邊開挖邊判斷；同時(shí)由于無法預(yù)知
樁孔開挖深度，也導(dǎo)致了無法預(yù)估鋼筋籠長度、施工時(shí)間等，對進(jìn)度管理、物資材料準(zhǔn)備等都產(chǎn)生
了影響，降低了生產(chǎn)效率。
為了達(dá)到提前預(yù)估樁長、鋼筋籠提前制作以提高施工效率的目的，基于BIM 技術(shù)的特點(diǎn)，提出
了一種基于BIM 技術(shù)的鉆孔灌注樁樁長預(yù)控制施工技術(shù)，通過模擬樁基礎(chǔ)模型與巖土分層模型的關(guān)
系預(yù)控制樁基礎(chǔ)長度的同時(shí)施工現(xiàn)場可提前進(jìn)行鋼筋籠的制作。有效提高了樁基礎(chǔ)施工的效率。
2. 技術(shù)簡介
基于BIM 技術(shù)的鉆孔灌注樁樁長預(yù)控制施工技術(shù)是對傳統(tǒng)樁基礎(chǔ)施工方法的改進(jìn)。通過模擬巖
土分層情況，建立巖土分層模型與樁基礎(chǔ)模型并依據(jù)實(shí)際位置關(guān)系組合模型，根據(jù)設(shè)計(jì)要求對每個(gè)
樁的樁身長度進(jìn)行測算，計(jì)算理論預(yù)控制樁長、鋼筋籠長度、混凝土澆筑量等，并組織專業(yè)分包進(jìn)
行預(yù)控制樁長交底，現(xiàn)場進(jìn)行樁孔開挖過程中鋼筋后臺便可開始同步制作鋼筋籠，現(xiàn)場樁孔開挖到
理論挖深后組織進(jìn)行巖土層判斷與收方，將收方實(shí)際數(shù)據(jù)輸入計(jì)算表中，對理論數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，若
鋼筋籠長度修正后與理論值誤差在500mm 范圍內(nèi)，則鋼筋籠長度可不進(jìn)行修正，若在誤差范圍外則
需要及時(shí)通知現(xiàn)場進(jìn)行鋼筋籠長度的修正，修正驗(yàn)收后即可下放鋼筋籠澆筑混凝土，省去了樁孔邊
開挖邊判斷的時(shí)間與開挖后再根據(jù)樁孔深度進(jìn)行鋼筋籠制作的時(shí)間，提高了施工效率。
3. 適用范圍
該技術(shù)適用于非詳勘點(diǎn)項(xiàng)目或設(shè)計(jì)未明確各樁身長度的樁基礎(chǔ)工程施工。
4. 施工工藝流程及操作要點(diǎn)
4.1 施工工藝流程
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基于BIM 技術(shù)的樁長預(yù)控制施工技術(shù)工藝流程圖
4.2 施工操作要點(diǎn)
4.2.1 圖紙識讀
熟悉設(shè)計(jì)圖紙，熟悉樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)圖紙要求的嵌巖深度、鋼筋籠長度、基頂標(biāo)高、嵌巖層要求等；
熟悉地勘點(diǎn)位，明確地勘點(diǎn)與各樁基礎(chǔ)的關(guān)系；熟悉場地下各巖土層大致分布情況與關(guān)系。
4.2.2 建立地質(zhì)分層模型
1、整理地勘點(diǎn)：在Excel 中建立不同的工作表，每個(gè)工作表代表一個(gè)巖土層，在每個(gè)工作表
中輸入各地勘點(diǎn)的X、Y 坐標(biāo)與該工作表對應(yīng)的巖土層的底標(biāo)高，分別輸入至表中第一、二、三列中。
將每個(gè)工作表單獨(dú)導(dǎo)出為txt 文件。
2、建立模型：在Civil3D 中使用【點(diǎn)】工具分別導(dǎo)入上述的txt 文件，建立地勘點(diǎn)模型，將
同一巖土層的標(biāo)高點(diǎn)創(chuàng)建為一個(gè)點(diǎn)編組，創(chuàng)建后每個(gè)點(diǎn)位上應(yīng)有不同的標(biāo)高，分別代表不同的巖土
層分層標(biāo)高；使用【曲面】工具創(chuàng)建出不同巖土層名稱的曲面，曲面的巖土層名稱需與Excel 工作
表中的巖土層名稱對應(yīng)，便于建模時(shí)的辨別，在【曲面】工具下使用點(diǎn)編組定義曲面模型，曲面名
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稱與點(diǎn)編組名稱對應(yīng)，即可創(chuàng)建出不同巖土層分界的曲面；選擇一個(gè)曲面，使用【從曲面提取實(shí)體】
功能創(chuàng)建地質(zhì)層實(shí)體模型，創(chuàng)建時(shí)選擇與該曲面相鄰的曲面進(jìn)行創(chuàng)建，同時(shí)將創(chuàng)建的單層實(shí)體模型
導(dǎo)出為單獨(dú)的dwg 文件，最底層巖土模型創(chuàng)建至設(shè)計(jì)要求的嵌巖層即可。
根據(jù)地勘點(diǎn)創(chuàng)建地質(zhì)分層模型圖
4.2.3 Dynamo 轉(zhuǎn)化地質(zhì)分層模型
啟動(dòng)Revit，分別將單層巖土層dwg 文件導(dǎo)入至Revit 中；啟動(dòng)Revit 插件Dynamo，輸入Dynamo
節(jié)點(diǎn)并連接，將導(dǎo)入的dwg 文件轉(zhuǎn)化為Revit 中的實(shí)體模型。
Dynamo 轉(zhuǎn)化模型節(jié)點(diǎn)及邏輯圖
4.2.4 建立樁基礎(chǔ)模型
將項(xiàng)目樁基礎(chǔ)模型圖紙與場地地勘圖紙疊加，判斷出樁基礎(chǔ)與地勘點(diǎn)的位置關(guān)系，將圖紙導(dǎo)入
Revit 中，并與已建立好的地質(zhì)分層模型對齊，使兩者位置關(guān)系正確；在Revit 中根據(jù)樁基礎(chǔ)圖紙
建立樁基礎(chǔ)模型，首先創(chuàng)建的樁基礎(chǔ)模型需接觸至嵌巖層模型的底部，測量出開挖標(biāo)高至嵌巖標(biāo)高
的高度，然后依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙?jiān)僭黾訕痘A(chǔ)的嵌巖長度，測量計(jì)算出初步預(yù)控制樁長。
樁基礎(chǔ)模型的建立圖
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4.2.5 剛性角判斷
根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的要求，對每根樁進(jìn)行剛性角的判斷，在Revit 中對每根樁基礎(chǔ)與其周圍的樁基
礎(chǔ)做剖面，進(jìn)入剖面圖中，對每根樁基礎(chǔ)及其周圍的樁基礎(chǔ)進(jìn)行剛性角的判斷，若有樁基礎(chǔ)不滿足
剛性角的要求，則對樁長較短的樁基礎(chǔ)模型進(jìn)行加長處理，使其滿足剛性角的要求，并重新對周圍
的樁基礎(chǔ)進(jìn)行剛性角的判斷，最終使所有樁基礎(chǔ)滿足剛性角的要求。
剛性角的判斷與修正圖
4.2.6 記錄與計(jì)算
對所有樁基礎(chǔ)的剛性角要求進(jìn)行判斷與調(diào)整后，將最終的樁基礎(chǔ)模型從開挖標(biāo)高至樁底標(biāo)高的
長度記錄至Excel 計(jì)算表中，即可計(jì)算出開挖前的預(yù)控制數(shù)據(jù)，現(xiàn)場樁基礎(chǔ)施工過程中主要需要的
數(shù)據(jù)為預(yù)計(jì)開挖深度、預(yù)計(jì)鋼筋籠長度、混凝土澆筑量與混凝土澆筑至距離場地平面的距離，各數(shù)
據(jù)計(jì)算公式如下：預(yù)計(jì)開挖深度=場地平面標(biāo)高-基底標(biāo)高；預(yù)計(jì)鋼筋籠長度=樁頂標(biāo)高-基底標(biāo)高+35d
（d 為鋼筋直徑）；混凝土澆筑至距離場地平面的距離=場地平面標(biāo)高-樁頂標(biāo)高-超灌高度；混凝土
澆筑量=樁截面積×（預(yù)計(jì)開挖深度-混凝土澆筑至距離場地平面的距離）。將計(jì)算過程及結(jié)果等數(shù)
據(jù)錄入統(tǒng)計(jì)表，方便統(tǒng)一管理。
樁基礎(chǔ)預(yù)控制計(jì)算表圖
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4.2.7 交底
組織樁基礎(chǔ)施工交底會，明確樁基礎(chǔ)采用預(yù)控制樁長技術(shù)開挖，要求專業(yè)分包按照預(yù)控制開挖
深度進(jìn)行開挖，開挖至預(yù)控制深度后再進(jìn)行巖土層判斷，并要求鋼筋后臺按照預(yù)控制鋼筋籠長度提
前進(jìn)行鋼筋籠的制作，混凝土澆筑應(yīng)按預(yù)控制要求澆筑至指定的標(biāo)高，交底時(shí)應(yīng)明確鋼筋籠的長度
受開挖深度的影響較大，所以現(xiàn)場在樁孔開挖過程中需控制好與理論挖深的誤差。
4.2.8 現(xiàn)場施工與反饋
樁孔開挖完成后，現(xiàn)場進(jìn)行巖土層的判斷與收方，并將收方的樁孔深度數(shù)據(jù)輸入至計(jì)算表中，
與理論的樁孔深度進(jìn)行對比，若誤差在500mm 之內(nèi)，則鋼筋籠長度可不進(jìn)行修正，若在誤差范圍外
則需要及時(shí)通知現(xiàn)場進(jìn)行鋼筋籠長度的修正。
4.2.9 現(xiàn)場調(diào)整
現(xiàn)場鋼筋后臺若收到調(diào)整通知后，則需要對鋼筋籠進(jìn)行長度的調(diào)整以滿足實(shí)際的樁基礎(chǔ)施工要
求。
4.2.10 驗(yàn)收
現(xiàn)場樁孔開挖完成及鋼筋籠制作完成后，通知監(jiān)理單位進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后即可下放鋼筋籠、
澆筑混凝土，完成樁基礎(chǔ)的施工，混凝土澆筑量也可根據(jù)計(jì)算進(jìn)行控制，澆筑至預(yù)計(jì)的高度即可停
止?jié)仓?，此時(shí)已滿足超灌高度。
5. 材料與設(shè)備
5.1 材料
表5.1-1 主要材料表
序號材料名稱規(guī)格主要指標(biāo)用途
1 鋼筋按設(shè)計(jì)要求抗拉強(qiáng)度、伸長率、冷彎性能
樁鋼筋籠
鋼筋網(wǎng)片
2 混凝土按設(shè)計(jì)要求抗壓強(qiáng)度、塌落度樁身澆筑
鋼筋需對原材、焊接進(jìn)行檢驗(yàn)，混凝土進(jìn)場時(shí)需進(jìn)行塌落度測試，澆筑時(shí)需對每根樁基礎(chǔ)制作
混凝土抗壓強(qiáng)度試塊，并按檢驗(yàn)要求進(jìn)行檢驗(yàn)。
5.2 設(shè)備
表5.2-2 主要設(shè)備表
序號設(shè)備名稱規(guī)格技術(shù)指標(biāo)用途
1 鋼筋切斷機(jī)GQ40 2.2kW 鋼筋切割
2 鋼筋彎曲機(jī)GW40 3kW 鋼筋彎曲
3 鋼筋調(diào)直機(jī)GT4--10 5.5kW 鋼筋調(diào)直
4 旋挖機(jī)三一SR250R 261kW 旋挖成孔
5 車載混凝土泵三一SY5271THB 38E 265kW 澆筑混凝土
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序號設(shè)備名稱規(guī)格技術(shù)指標(biāo)用途
6 履帶式挖機(jī)三一SY245H 147kW
棄土轉(zhuǎn)運(yùn)、場地
平整
7 吊車徐工QY25 192kW 鋼筋籠吊裝
8 全站儀ZT30R Pro / 樁位放樣
9 GPS 千尋星耀SE / 樁位放樣
10 混凝土抗壓試模/ / 試塊制作
11 坍落度筒+搗棒/ / 塌落度測試
12 高性能電腦/ /
BIM 模型處理
數(shù)據(jù)處理與計(jì)算
6. 效益計(jì)算分析
6.1 經(jīng)濟(jì)效益分析
通過BIM 技術(shù)預(yù)控制樁長，能夠預(yù)知材料用量，提前規(guī)劃材料使用，同時(shí)能夠預(yù)知開挖深度，
提前制作鋼筋籠，有效提高了樁基礎(chǔ)施工效率。通過對比每100 根樁基礎(chǔ)的施工情況，經(jīng)過綜合測
算統(tǒng)計(jì)，經(jīng)濟(jì)效益對比見表3。
材料損耗費(fèi)用：鋼筋籠所使用的鋼筋重量×鋼筋單價(jià)+鋼筋籠制作損耗的鋼筋重量×鋼筋單價(jià)。
使用BIM 技術(shù)預(yù)控制樁長每制作7 個(gè)鋼筋籠損耗2m 鋼筋；傳統(tǒng)樁基礎(chǔ)開挖每制作10 個(gè)鋼筋籠損耗
2m 鋼筋。
機(jī)械節(jié)省的費(fèi)用：（傳統(tǒng)樁基礎(chǔ)開挖施工的工期-使用BIM 技術(shù)預(yù)控制樁長的工期）×（樁機(jī)租
賃費(fèi)用+吊車租賃費(fèi)用）。
人工節(jié)省的費(fèi)用：（傳統(tǒng)樁基礎(chǔ)開挖施工的工期-使用BIM 技術(shù)預(yù)控制樁長的工期）×（樁機(jī)司
機(jī)費(fèi)+鋼筋工費(fèi)用+鋼筋籠安裝工費(fèi)用+吊車司機(jī)費(fèi)）。
表6.1-1 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比表
名稱
分項(xiàng)
基于BIM技術(shù)的預(yù)控制樁長
（每100根樁）
傳統(tǒng)樁基礎(chǔ)施工
（每100根樁）
效益對比
（每100根樁）
材料損耗費(fèi)用1612.06元1152.04元增加460.02元
機(jī)械費(fèi)用19600元29400元減少9800元
人工費(fèi)用4200元6300元減少2100元
工期28天42天減少14天
總計(jì)節(jié)省工期約33%，節(jié)省成本費(fèi)用約31%。
6.2 社會效益分析
本技術(shù)充分利用BIM 技術(shù)的特點(diǎn)，快速計(jì)算出預(yù)估樁長，樁孔的開挖可以直接開挖至預(yù)估深度
后再進(jìn)行是否到持力層的判斷，不再需要開挖到一定深度后邊開挖邊判斷，現(xiàn)場可同時(shí)進(jìn)行樁孔開
挖與鋼筋籠的制作，經(jīng)過驗(yàn)收與判斷修正后即可將鋼筋籠放入，提高了開挖效率，減少了樁基礎(chǔ)施
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工的工期，符合國家節(jié)能環(huán)保要求。得到了業(yè)主、監(jiān)理單位的一致肯定，打造公司及集團(tuán)的企業(yè)品
牌形象，取得了良好的社會效益。
7. 應(yīng)用實(shí)例
渝興.環(huán)湖企業(yè)公園（二期）位于重慶市渝北區(qū)青竹東路渝興環(huán)湖企業(yè)公園，占地面積
53681.12m2，總建筑面積181154.78m2，其中地上面積126410.35m2，地下建筑面積54744.43m2，共5
棟建筑，建筑高度最高為98.20m（4#樓25F）；地下車庫為兩層，配建停車位1657 個(gè)。1#、2#、3#、
5#樓及地下車庫為框架結(jié)構(gòu)，4#樓為框架核心筒結(jié)構(gòu)。開工時(shí)間為2021 年9 月9 日，竣工時(shí)間為
2023 年11 月28 日。
本工程的421 根樁基礎(chǔ)均采用了基于BIM 技術(shù)的鉆孔灌注樁樁長預(yù)控制施工技術(shù)，將預(yù)計(jì)開挖
深度與實(shí)際收方的開挖深度進(jìn)行對比，經(jīng)過綜合統(tǒng)計(jì)測算，實(shí)際開挖深度與預(yù)計(jì)開挖深度平均相差
363mm，共節(jié)省成本約4.8 萬元，減少樁基礎(chǔ)施工工期55 天，提高了樁基礎(chǔ)施工的效率。得到了業(yè)
主、監(jiān)理單位的一致肯定，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
施工方案及技術(shù)交底現(xiàn)場施工
鋼筋籠提前制作現(xiàn)場驗(yàn)收與收方
8. 技術(shù)咨詢服務(wù)單位聯(lián)系方式
技術(shù)提供單位中建一局集團(tuán)第二建筑有限公司
主要完成人李曉東、夏松、吳海、張宇航、周順勇、江偉、王濤
技術(shù)咨詢聯(lián)系人吳海聯(lián)系電話17585959767

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