揚州閘泵站工程基于BIM技術異形流道施工技術應用

宋 力 湯 陽 陳遠兵

(1.江蘇省水利科學研究院材料結構研究室，江蘇 揚州 225002；2.連云港市鑫海水利工程質量檢測有限公司，江蘇 連云港 222000；3.揚州水利建筑工程有限公司，江蘇 揚州 225002)

1 研發背景

當前水利工程大中型泵站流道通常為變截面異形混凝土結構，模板工程施工技術難度大。傳統施工工藝主要依靠施工人員根據設計流道型線進行模板放樣和施工控制，由于流道形狀特殊、澆筑量大，在混凝土澆筑過程中易產生模板上浮、側傾以及脹模等問題，導致流道的成型質量不佳，運行時影響過流，且容易在流道混凝土面層形成汽蝕，對混凝土耐久性造成不利影響。針對大中型泵站異形流道模板傳統施工工藝的不足，“基于BIM背景異形流道預拼整體式木模多點錨拉對稱澆筑施工技術”研發而成，并在揚州閘泵站工程得到了成功應用。

2 研究項目簡介

揚州閘泵站工程(見圖1)位于揚州市境內。主體工程建設內容為新建雙向引排泵站一座，等別為Ⅱ等。泵站共布置4臺潛水型全貫流泵(設計葉輪直徑2400mm)，其中2臺為雙向泵，2臺為單向泵，泵站提水設計總流量值為29m3/s，排澇設計總流量為72m3/s，最大總裝機容量為4480kW[1]，工程批復概算總投資為21576萬元。工程于2021年2月中旬開工，2023年4月7日通過完工驗收。

圖1 揚州閘泵站工程效果

3 工藝原理及技術特點

3.1 工藝原理

“基于BIM背景異形流道預拼整體式木模多點錨拉對稱澆筑施工技術”主要適用于大中型泵站大體積、變截面的異型流道施工。通過BIM技術建立三維模型，將異形流道模板進行分解，然后導出分解圖及相應數據，模板在構建好的鋼管骨架上拼裝成整體后吊到泵站底板上進行整體安裝加固[2]。泵站底板上預埋有工字鋼，用于安裝模板。工字鋼預先設置模板連接點，采用千斤頂配合全站儀，實現整體式模板的精準定位。通過在底板預埋的φ16錨筋與鋼管骨架進行焊接，側向模板通過φ14雙向拉錨式螺栓固定，按0.60m×0.45m間距網格狀布置，并通過兩端對稱澆筑的方式，防止澆筑過程中的起浮和側傾。在澆筑過程中通過在模板內部安裝拉繩位移傳感器，實時顯示混凝土澆筑過程中異形流道模板的變形情況(見圖2、圖3)。將監測信息通過集成平臺接入相應數據庫接口，調取監測數據，并在BIM背景平臺上實時可視化展示，形成動態預警反饋調整機制，以保證混凝土澆筑的安全與質量[3-4]。

圖2 異形流道模板框架BIM模型

圖3 預拼整體式木模多點錨拉結構示意圖

3.2 主要特點

通過BIM技術，建立支架、骨架片以及模板模型，導出精準的數據，保證模板制作及安裝的精細度；通過在模板拼裝場地構建好的鋼管骨架上拼裝成整體后吊到泵站底板上進行整體安裝加固，提升施工效率，保證異形流道模板的成型質量；模板整體吊裝到位后有空隙的地方用工字鋼和鐵板墊實，并通過千斤頂微調鋼管骨架來實現異形流道模板的位置調整，確保精準定位；通過在底板預埋錨筋與鋼管骨架進行焊接，側向模板通過對拉螺栓與側墻鋼筋固定，形成多點錨拉，同時采用兩端對稱澆筑的方式，防止澆筑過程中的起浮和側傾；流道模板內側安裝拉繩位移傳感器采集澆筑過程中的形變量數據，實現了澆筑過程的實時監測，保證了澆筑安全。

4 施工要點

基于BIM背景異形流道預拼整體式木模多點錨拉對稱澆筑施工工藝流程見圖4。

圖4 工藝流程

4.1 預埋錨拉鋼筋

根據工程實際情況工程管理人員加強對施工技術及安全質量標準的學習，并對作業人員進行詳細的安全交底、技術交底。在泵站底板施工過程中，提前按照受力要求在底板中預埋φ16錨拉鋼筋(見圖5)。

圖5 錨拉鋼筋預埋示意圖

4.2 BIM建模及數據導出

根據施工圖紙，將斷面尺寸繪制為輪廓，利用路徑融合，繪制參數化體量族。同時利用三維激光掃描技術，獲取現場云點數據形成三維模型，實現逆向建模。根據建好的流道模型，利用Revit軟件和CAD軟件的交互功能，精確地將各部位模板以平面下料圖的形式出圖，據此下料制作，保證流道的曲面精度和下料的統一性(見圖6)。

圖6 流道模板下料示意圖

4.3 鋼管骨架制作安裝

根據BIM模型中骨架片尺寸，先用鋼管加工骨架片，每個流道模板骨架片從正圓到正方按50cm間距共設置12片，骨架片用直徑48mm鋼管制作，制作時扣除木方和面板的厚度。根據流道設計型線圖，制作模板，在已經搭設好的支撐系統上進行鋼管骨架片拼(組)裝，骨架片縱向間距50cm。安裝骨架片時，從正圓斷面的骨架片開始向正方斷面逐榀安裝，骨架片之間用鋼管聯系固定。流道骨架制作完畢后復核外形尺寸，合格后安裝木方和面板。

4.4 異形流道模板制作及安裝

異形流道模板首先根據設計流道型線圖進行放樣，然后在加工區域完成模板分片制作。模板加工完成后應進行覆蓋保護，防止已完成的模板塊變形。流道內模制作要求其表面光滑，總體型線平順，以確保泵站運行時，流道過水面線形流暢，降低水流阻力。骨架與模板之間采用斷面為3.5cm×8.5cm的木方銜接，木方間距20cm。流道模板尺寸核驗無誤后，流道模板拼接縫隙要進行封閉處理，通常采用環氧膩子找平，油漆封閉，以此來提升模板表面光滑度[5](見圖7)。

圖7 流道模板拼裝

4.5 成形流道模板吊裝及加固

流道模板吊裝采用吊車主副吊鉤雙吊點整體安裝就位。要求在吊裝過程中模板不能有形狀變形，根據模板整體骨架的尺寸及剛度經過仿真計算確定起吊點位置，經計算流道模板的重心位置在距離正圓斷面3.1m處，即吊索捆綁點位置分別在距離圓斷面1.9m和4.5m處。

4.6 拉繩位移傳感器安裝

模板加固完成后，在左右兩端模板面每間隔2m安裝一組拉繩位移傳感器，利用其精確的位移變化感應，實時顯示混凝土澆筑過程中模板的變形情況。將監測信息通過BIM集成平臺接入相應數據庫接口，調取監測數據，并在平臺進行可視化展示，一旦出現模板軸線偏差過大問題，立即進行模板支架的加固，形成動態預警反饋機制[6-7](見圖8、圖9)。

圖8 拉繩傳感器安裝BIM建模示意圖

圖9 拉繩傳感器工作原理及監控系統

4.7 混凝土澆筑

混凝土澆筑方式綜合考慮混凝土澆筑過程中側壓力對流道模板的沖擊影響，實際澆筑過程中采取縱向分段、水平交錯分層模式。為保證對應節段對稱平衡施工，現場至少配備兩套混凝土澆筑設備及人員，澆筑過程中對應節段相同方量的混凝土澆筑，必須同時開始、同時結束，對應兩個節段澆筑混凝土差異量不得超過2m3。澆筑過程中，實時觀測傳感器傳輸至監測平臺的數據[8]，發現異常后立刻停止澆筑，對模板進行加固處理后再繼續澆筑(見圖10)。

圖10 流道層分層澆筑三維模型示意圖

5 經濟效益分析

揚州閘泵站工程60m2模板安裝工程施工技術較傳統依靠人工依據流道單線圖和斷面圖進行模板放樣及模板制作施工工藝，可大大提高模板的加工及安裝效率，節約人工10個左右，節約成本約400×10=4000元。模板在加固過程中通過在泵站底板預埋錨拉鋼筋，對模板支撐骨架進行錨拉加固，并通過對拉螺栓與側墻鋼筋固定對側模進行加固的形式，與傳統的用鋼架防止上浮的加固形式相比，節省人工約15個，節約人工成本約400×15=6000元，節約加固材料成本約8000元。采用該技術施工60m2模板，共節約工程成本約4000+6000+8000=18000元。

6 結 語

揚州閘泵站工程于2023年4月7日通過完工驗收，工程外觀質量評定得分率為93.3%，質量等級被評定為優良等級?！盎贐IM背景異形流道預拼整體式木模多點錨拉對稱澆筑施工技術” 通過BIM技術將流道模板和骨架進行分解，并指導現場工人進行流道模板的制作及組裝，預拼成整體后吊入泵站底板，通過多點錨拉加固、分層對稱澆筑以及拉繩位移傳感器模板監測系統，保證了混凝土澆筑安全和成型質量。與傳統的復雜異形流道立模工藝相比，整個施工過程簡單、易操作，施工效率高，經濟效益顯著，可為類似大中型泵站流道施工提供質量保障。