来源 | 施工技术作者 | 王志珑 彭飞 梅晓丽 高峰 中建一局集团第三建筑有限公司
摘要：二次结构往往是连接结构和后期机电精装等一系列工作的衔接点，真正体现了多专业的穿插施工。结构和机电应用BIM技术进行综合布置，往往在总包和机电工程分开招标的常规模式下各自进行应用。美瑞泰富大厦在地上标准层二次结构深化设计中应用BIM技术，结合多专业交叉碰撞解决施工问题。重点介绍核心筒内，电梯间隔梁、门洞口、二次结构排砖、机电洞口预留、管线综合等内容。
1 BIM技术应用背景及工程概况
1.1 BIM技术应用背景
随着建筑行业的不断发展BIM技术已经逐渐被广泛应用，主要有3种形式，大多都服务于“高精尖”的项目，这使得应用BIM技术条件充足，但BIM技术的优势不仅仅体现在服务于那些重点项目，而是要在建筑行业的普遍性项目上开展壮大。图1为BIM技术在总包方的应用形式。
图1 BIM技术在总包方应用形式
二次结构往往是在主体结构即将施工完成，机电安装陆续插入时进行的，真正体现了多专业的穿插施工。较主体结构施工更复杂，较机电安装更丰富，真正体现了施工管理的复杂性和综合性。二次结构施工质量将直接影响后期与精装修、电梯之间的交接。图2为总包施工流程。
图2 总包施工流程
1. 2 工程概况
美瑞泰富工程位于北京市朝阳区崔各庄乡大望京村，总建筑面积为124500m2，其中地下为45000m2。工程分为主塔楼、裙楼2部分，主塔楼地下5层，地上40层，建筑总高度为220m(见图3) 。建成后将成为沿京密路进京映入眼帘的第一座建筑。本工程安全质量定位高，确保“长城建筑结构双金杯”，争创鲁班奖，为朝阳区重点工程。二次结构砌筑采用蒸压加气混凝土砌块。地上地下总建筑用砖量为9850m3，植筋根数为98140根。墙体复杂多变，弧形墙体、变截面墙体、斜交墙体等数量多。且地下室共5层墙体，预留洞口数量多、尺寸多、标高多。砌筑量大，砌筑形式多变，给二次结构深化工作带来很大难度。
图3 美瑞泰富工程
2 二次结构深化重点及难点
2. 1 图纸描述不清晰
图纸中对于二次结构的描述一般多为文字叙述，例如图纸中明确写到，构造柱设置于转角处、端部、墙厚变化处，且不大于4m设置1个构造柱。门口设置抱框、门口上方设置过梁，层高超过4m设置圈梁等。施工只能依据建筑图进行。本工程精装修标准高，电梯为瑞士进口电梯，所以项目部对二次结构施工质量特别关注。
2. 2 CAD深化图局限性过大
深化图主要描述构造柱定位、圈梁过梁位置，满足图纸规范要求。如果每道墙都画立面图、每个构造柱都画详图，工作量大，效果也不好。本工程构造柱尺寸、标高变化多，相邻两道墙过梁都会不交圈，有些部位只能靠凭空想象。
2. 3 洞口留置的调整问题
机电综合布线后必会涉及管道、桥架的调整，洞口留置十分麻烦(见图4) ，且后期修补、堵洞会造成多家扯皮及高额费用。如不统一考虑会造成二次结构后期拆改，或迟迟交付不了工作面，造成经济损失和进度拖延。
图4 洞口留置的调整
2. 4 标准层高高，圈梁数量多
核心筒标准层高4. 80m，按设计说明需设2道圈梁，加之门洞口，每层将近设置3道圈梁。加大了二次结构构造柱混凝土浇筑量和运输的困难。遇到电梯井道还要考虑间隔梁的位置，又要增加圈梁，且间隔梁间距不一。
2. 5 超短墙质量安全隐患
构造柱布置可以用CAD进行深化设计，有些转角墙和抱框柱距离过近(400～600mm，见图5) ，而砌筑材料加气砌块截面尺寸多为600mm×200mm×300mm，加上200mm马牙槎造成每个砌块都要切割，浪费材料。没有错缝，存在质量隐患，在构造柱浇筑前存在很大安全隐患。
图5 短墙肢
2. 6 体量统计困难，分包价格高
二次结构是项目的亏损项，收入较低。与分包结算按体量的综合单价，但分包提出由于是加气块施工，层高高、构造柱量大、不好施工，植筋数量多等原因，价格居高不下。
3 BIM技术做二次结构深化流程
项目BIM小组集思广益，制定了本项目的深化流程(见图6) 。虽然机电未入场施工，针对二次结构总结出的重点及难点，逐一深化解决。
图6 BIM技术深化流程
4 深化关键点
4. 1 建立二次结构相关结构模型解决图纸描述问题
通过BIM软件Revit系列建立模型，利用BIM的可视化功能能很直观地知道图纸是如何设计的，解决了图纸描述不清、不直观的问题。可以利用建立的模型直观看到各层各功能房间的布局，包括任意位置的平立剖图，也可以在模型中进行实时剖切，在模型中漫游，很好地理解设计意图。
BIM技术二次结构深化是在结构模型的基础上，直接添加砌筑墙体模型。而往往结构模型的建立需要耗费大量时间。一个成熟的BIM应用项目，结构模型应该在平时工作中已经建立完善，直接拿来用即可。如果没有完整的结构模型，针对二次结构的深化，仅需建立与砌筑墙体相关的结构模型，其余无关的不需要耗费时间去建立。对于砖块可以建立族进行使用。
该项目BIM团队由于基本上都为兼职，在完成本职工作的情况下利用4个月的时间完成混凝土结构和钢结构模型建立，应用碰撞检测等功能已经解决了大量钢结构和混凝土结构的冲突问题。随后标准层二次结构模型建立后，再次进行碰撞检查，仅标准层就出现5处结构和建筑不符的问题，及时与设计沟通进行修改。图7为标准层结构模型剖面。
图7 标准层结构模型剖面
4. 2 可视化环境解决CAD深化局限性
利用模型及族进行深化，构造柱涵盖十字形墙体、丁字形墙体、转角墙体、端部墙体等，构造柱截面形式多达100种。通过深化提前做好构造柱族及族参数的设置，有效整合将构造柱族的数量控制在15以内，只通过调整参数完成构造柱深化，大大减少工作量。并且可以全方位调整圈梁标高，使各面交圈。工作效率、准确度都有所提高。
墙体排砖完成后，按设计要求、规范要求对墙体细部构造进行完善。此过程主要难点为构造柱，构造柱截面尺寸为200mm×墙厚，但由于墙体复杂多变往往会出现各种截面尺寸构造柱。而且构造柱按照十字形墙体、丁字形墙体、转角墙体、端部墙体等部位分为不同立体三维形式。需要提前做好构造柱族及族参数的设置。本工程构造柱截面形式多达100种，通过合理的创建族及参数，将构造柱族的数量控制在15以内，大大减少工作量。较CAD深化方式工作效率高，可循环性高、准确度高，并且视觉感官强。
还有一个细部构造是CAD无法完整表达的——墙体植筋。本工程植筋胶成本昂贵，因此严格管理控制植筋数量很好地节约了成本。在模型中，按照设计图纸要求，将所有涉及植筋的部位用相应直径的钢筋分布在模型中，不仅可以快速统计钢筋植入的根数，而且可以准确地知道钢筋分布规律，便于管理。
4. 3 综合各相关专业模型解决洞口留置问题
建立该层机电管线的综合排布，再进行与结构墙体的碰撞检查，确定留洞位置。由机电专业进行管线综合、碰撞检测，解决专业内的冲突问题，再解决专业间的冲突问题，最后和二次结构确定预留洞口。穿砌筑墙体的机电管线，砌筑墙体上的门窗洞口、暖通设备洞口、消火栓箱预留洞口、电梯井道内钢梁埋件等相关模型，用洞口、管线、埋件族等形式准确地体现在砌筑墙体上。避免后期开槽造成的质量问题，尤其是墙厚100mm的砌筑墙体，多次开槽会对受力有很大影响。
4. 4 利用BIM技术优化间隔梁、圈梁
本工程电梯间隔梁包括钢梁和混凝土梁，分高、中、低3个区。间隔梁共计558根，分布在电梯井筒内，在220m全高范围内不规律分布。与圈梁、门洞口过梁综合考虑，通过BIM技术综合深化并进行碰撞检测，首先查出低区井道设计图纸少了5根间隔梁，后经过优化过梁、圈梁减少近50根，浇筑体量、植筋根数都有所减少。
4. 5 排砖深化降低材料损耗
CAD里排砖是最麻烦的，不同工程采用不同砌块尺寸，要求横竖向灰缝厚度也不一样，包括一些洞口、构造柱等细部处理，均需要手动绘制。工程量极大，并且不同工程不能重复利用。
在Revit软件里，可以对墙体模型表面填充图案进行编辑。软件内默认砌块图案尺寸仅200mm×400mm，225mm×225mm，225mm×400mm等几种，尺寸非常有限。本工程采用立面尺寸为600mm×200mm，600mm×300mm蒸压加气混凝土砌块。此尺寸填充图案需在指定软件内提前制作，形成．pat格式文件，然后将文件导入Revit软件内，即可使用自定义尺寸的填充图案，一旦导入Revit件使用，可通过整体图案的x，y坐标来确定最终最少排砖方式(见图8) ，做到精细管理，控制成本。
图8 墙体排砖
4. 6 数据统计细化成本
利用标准层砌筑深化模型进行量的统计，得到: 砌筑量为126. 79m3，共约4050块600mm×300mm×200mm标准加气砌块；构造柱为68个。抹灰砂浆为1915. 27m2；植筋根数为1586根。根据砌块使用数量，合理控制材料进场时间，节约施工场地。尤其在本项目施工用地非常紧张的情况下，精细化管理更为重要。根据规范《砌体结构工程施工规范》GB50924—2014要求，拉接钢筋植筋检验批的容量为1201～3200时，样本容量为50。标准层每层植筋1586根，据此安排每2层为1检验批进行φ6钢筋拉拔试验。
5 现场实施情况
5. 1 低区井道间隔梁施工
低区井道间隔梁已经施工完毕，间隔梁及埋件定位准确、垂直度满足要求，没有遗漏，没有出现返工现象，和电梯完成井道交接。
5. 2 弧形墙体施工
弧形墙体通过排砖深化及弧度放样，建议分包从厂家购买300mm×300mm砖块，直接砌筑，为分包单位减少了损耗，达到共赢。
5. 3 首层大堂砌体施工
首层超高区域过梁设置满足规范要求，且施工效果美观(见图9) 。
图9 模型及现场对比
6 结语
二次结构深化一直是比较困难的一项工作，现场实际施工时也比较少按照深化设计来施工，导致砌筑工程质量下降严重，缺失管控，对后期工作造成很大影响，且砌筑材料浪费现象比较普遍，希望通过BIM技术在砌筑深化设计上的应用，使得总包单位更加切实有效地落实总包管理，对于后期的机电、精装提供较好的施工条件，建造优质工程。
参考文献:
［1］张洋．基于BIM的建筑工程信息集成与管理研究［D］．北京:清华大学，2009．
［2］罗文林，刘刚．基于BIM技术的Revit族在工程项目中的应用研究［J］． 施工技术，2015，44( S1) : 761-764．
［3］张树捷．BIM在工程造价管理中的应用研究［J］．建筑经济，2012(2) : 20-24．
［4］陈前，张原． 浅谈BIM技术及其应用［J］． 价值工程，2012(23) : 61-62．
［5］王旭，潘建峰，于雷，等． BIM技术在无梁楼盖结构施工中的应用［J］． 施工技术，2015，44( 18) : 53-55．
［6］晏平宇． 施工企业BIM技术发展及探索［J］． 施工技术，2015，44(6) : 4-8．
来源 | 施工技术作者 | 王志珑 彭飞 梅晓丽 高峰 中建一局集团第三建筑有限公司
摘要：二次结构往往是连接结构和后期机电精装等一系列工作的衔接点，真正体现了多专业的穿插施工。结构和机电应用BIM技术进行综合布置，往往在总包和机电工程分开招标的常规模式下各自进行应用。美瑞泰富大厦在地上标准层二次结构深化设计中应用BIM技术，结合多专业交叉碰撞解决施工问题。重点介绍核心筒内，电梯间隔梁、门洞口、二次结构排砖、机电洞口预留、管线综合等内容。
1 BIM技术应用背景及工程概况
1.1 BIM技术应用背景
随着建筑行业的不断发展BIM技术已经逐渐被广泛应用，主要有3种形式，大多都服务于“高精尖”的项目，这使得应用BIM技术条件充足，但BIM技术的优势不仅仅体现在服务于那些重点项目，而是要在建筑行业的普遍性项目上开展壮大。图1为BIM技术在总包方的应用形式。
图1 BIM技术在总包方应用形式
二次结构往往是在主体结构即将施工完成，机电安装陆续插入时进行的，真正体现了多专业的穿插施工。较主体结构施工更复杂，较机电安装更丰富，真正体现了施工管理的复杂性和综合性。二次结构施工质量将直接影响后期与精装修、电梯之间的交接。图2为总包施工流程。
图2 总包施工流程
1. 2 工程概况
美瑞泰富工程位于北京市朝阳区崔各庄乡大望京村，总建筑面积为124500m2，其中地下为45000m2。工程分为主塔楼、裙楼2部分，主塔楼地下5层，地上40层，建筑总高度为220m(见图3) 。建成后将成为沿京密路进京映入眼帘的第一座建筑。本工程安全质量定位高，确保“长城建筑结构双金杯”，争创鲁班奖，为朝阳区重点工程。二次结构砌筑采用蒸压加气混凝土砌块。地上地下总建筑用砖量为9850m3，植筋根数为98140根。墙体复杂多变，弧形墙体、变截面墙体、斜交墙体等数量多。且地下室共5层墙体，预留洞口数量多、尺寸多、标高多。砌筑量大，砌筑形式多变，给二次结构深化工作带来很大难度。
图3 美瑞泰富工程
2 二次结构深化重点及难点
2. 1 图纸描述不清晰
图纸中对于二次结构的描述一般多为文字叙述，例如图纸中明确写到，构造柱设置于转角处、端部、墙厚变化处，且不大于4m设置1个构造柱。门口设置抱框、门口上方设置过梁，层高超过4m设置圈梁等。施工只能依据建筑图进行。本工程精装修标准高，电梯为瑞士进口电梯，所以项目部对二次结构施工质量特别关注。
2. 2 CAD深化图局限性过大
深化图主要描述构造柱定位、圈梁过梁位置，满足图纸规范要求。如果每道墙都画立面图、每个构造柱都画详图，工作量大，效果也不好。本工程构造柱尺寸、标高变化多，相邻两道墙过梁都会不交圈，有些部位只能靠凭空想象。
2. 3 洞口留置的调整问题
机电综合布线后必会涉及管道、桥架的调整，洞口留置十分麻烦(见图4) ，且后期修补、堵洞会造成多家扯皮及高额费用。如不统一考虑会造成二次结构后期拆改，或迟迟交付不了工作面，造成经济损失和进度拖延。
图4 洞口留置的调整
2. 4 标准层高高，圈梁数量多
核心筒标准层高4. 80m，按设计说明需设2道圈梁，加之门洞口，每层将近设置3道圈梁。加大了二次结构构造柱混凝土浇筑量和运输的困难。遇到电梯井道还要考虑间隔梁的位置，又要增加圈梁，且间隔梁间距不一。
2. 5 超短墙质量安全隐患
构造柱布置可以用CAD进行深化设计，有些转角墙和抱框柱距离过近(400～600mm，见图5) ，而砌筑材料加气砌块截面尺寸多为600mm×200mm×300mm，加上200mm马牙槎造成每个砌块都要切割，浪费材料。没有错缝，存在质量隐患，在构造柱浇筑前存在很大安全隐患。
图5 短墙肢
2. 6 体量统计困难，分包价格高
二次结构是项目的亏损项，收入较低。与分包结算按体量的综合单价，但分包提出由于是加气块施工，层高高、构造柱量大、不好施工，植筋数量多等原因，价格居高不下。
3 BIM技术做二次结构深化流程
项目BIM小组集思广益，制定了本项目的深化流程(见图6) 。虽然机电未入场施工，针对二次结构总结出的重点及难点，逐一深化解决。
图6 BIM技术深化流程
4 深化关键点
4. 1 建立二次结构相关结构模型解决图纸描述问题
通过BIM软件Revit系列建立模型，利用BIM的可视化功能能很直观地知道图纸是如何设计的，解决了图纸描述不清、不直观的问题。可以利用建立的模型直观看到各层各功能房间的布局，包括任意位置的平立剖图，也可以在模型中进行实时剖切，在模型中漫游，很好地理解设计意图。
BIM技术二次结构深化是在结构模型的基础上，直接添加砌筑墙体模型。而往往结构模型的建立需要耗费大量时间。一个成熟的BIM应用项目，结构模型应该在平时工作中已经建立完善，直接拿来用即可。如果没有完整的结构模型，针对二次结构的深化，仅需建立与砌筑墙体相关的结构模型，其余无关的不需要耗费时间去建立。对于砖块可以建立族进行使用。
该项目BIM团队由于基本上都为兼职，在完成本职工作的情况下利用4个月的时间完成混凝土结构和钢结构模型建立，应用碰撞检测等功能已经解决了大量钢结构和混凝土结构的冲突问题。随后标准层二次结构模型建立后，再次进行碰撞检查，仅标准层就出现5处结构和建筑不符的问题，及时与设计沟通进行修改。图7为标准层结构模型剖面。
图7 标准层结构模型剖面
4. 2 可视化环境解决CAD深化局限性
利用模型及族进行深化，构造柱涵盖十字形墙体、丁字形墙体、转角墙体、端部墙体等，构造柱截面形式多达100种。通过深化提前做好构造柱族及族参数的设置，有效整合将构造柱族的数量控制在15以内，只通过调整参数完成构造柱深化，大大减少工作量。并且可以全方位调整圈梁标高，使各面交圈。工作效率、准确度都有所提高。
墙体排砖完成后，按设计要求、规范要求对墙体细部构造进行完善。此过程主要难点为构造柱，构造柱截面尺寸为200mm×墙厚，但由于墙体复杂多变往往会出现各种截面尺寸构造柱。而且构造柱按照十字形墙体、丁字形墙体、转角墙体、端部墙体等部位分为不同立体三维形式。需要提前做好构造柱族及族参数的设置。本工程构造柱截面形式多达100种，通过合理的创建族及参数，将构造柱族的数量控制在15以内，大大减少工作量。较CAD深化方式工作效率高，可循环性高、准确度高，并且视觉感官强。
还有一个细部构造是CAD无法完整表达的——墙体植筋。本工程植筋胶成本昂贵，因此严格管理控制植筋数量很好地节约了成本。在模型中，按照设计图纸要求，将所有涉及植筋的部位用相应直径的钢筋分布在模型中，不仅可以快速统计钢筋植入的根数，而且可以准确地知道钢筋分布规律，便于管理。
4. 3 综合各相关专业模型解决洞口留置问题
建立该层机电管线的综合排布，再进行与结构墙体的碰撞检查，确定留洞位置。由机电专业进行管线综合、碰撞检测，解决专业内的冲突问题，再解决专业间的冲突问题，最后和二次结构确定预留洞口。穿砌筑墙体的机电管线，砌筑墙体上的门窗洞口、暖通设备洞口、消火栓箱预留洞口、电梯井道内钢梁埋件等相关模型，用洞口、管线、埋件族等形式准确地体现在砌筑墙体上。避免后期开槽造成的质量问题，尤其是墙厚100mm的砌筑墙体，多次开槽会对受力有很大影响。
4. 4 利用BIM技术优化间隔梁、圈梁
本工程电梯间隔梁包括钢梁和混凝土梁，分高、中、低3个区。间隔梁共计558根，分布在电梯井筒内，在220m全高范围内不规律分布。与圈梁、门洞口过梁综合考虑，通过BIM技术综合深化并进行碰撞检测，首先查出低区井道设计图纸少了5根间隔梁，后经过优化过梁、圈梁减少近50根，浇筑体量、植筋根数都有所减少。
4. 5 排砖深化降低材料损耗
CAD里排砖是最麻烦的，不同工程采用不同砌块尺寸，要求横竖向灰缝厚度也不一样，包括一些洞口、构造柱等细部处理，均需要手动绘制。工程量极大，并且不同工程不能重复利用。
在Revit软件里，可以对墙体模型表面填充图案进行编辑。软件内默认砌块图案尺寸仅200mm×400mm，225mm×225mm，225mm×400mm等几种，尺寸非常有限。本工程采用立面尺寸为600mm×200mm，600mm×300mm蒸压加气混凝土砌块。此尺寸填充图案需在指定软件内提前制作，形成．pat格式文件，然后将文件导入Revit软件内，即可使用自定义尺寸的填充图案，一旦导入Revit件使用，可通过整体图案的x，y坐标来确定最终最少排砖方式(见图8) ，做到精细管理，控制成本。
图8 墙体排砖
4. 6 数据统计细化成本
利用标准层砌筑深化模型进行量的统计，得到: 砌筑量为126. 79m3，共约4050块600mm×300mm×200mm标准加气砌块；构造柱为68个。抹灰砂浆为1915. 27m2；植筋根数为1586根。根据砌块使用数量，合理控制材料进场时间，节约施工场地。尤其在本项目施工用地非常紧张的情况下，精细化管理更为重要。根据规范《砌体结构工程施工规范》GB50924—2014要求，拉接钢筋植筋检验批的容量为1201～3200时，样本容量为50。标准层每层植筋1586根，据此安排每2层为1检验批进行φ6钢筋拉拔试验。
5 现场实施情况
5. 1 低区井道间隔梁施工
低区井道间隔梁已经施工完毕，间隔梁及埋件定位准确、垂直度满足要求，没有遗漏，没有出现返工现象，和电梯完成井道交接。
5. 2 弧形墙体施工
弧形墙体通过排砖深化及弧度放样，建议分包从厂家购买300mm×300mm砖块，直接砌筑，为分包单位减少了损耗，达到共赢。
5. 3 首层大堂砌体施工
首层超高区域过梁设置满足规范要求，且施工效果美观(见图9) 。
图9 模型及现场对比
6 结语
二次结构深化一直是比较困难的一项工作，现场实际施工时也比较少按照深化设计来施工，导致砌筑工程质量下降严重，缺失管控，对后期工作造成很大影响，且砌筑材料浪费现象比较普遍，希望通过BIM技术在砌筑深化设计上的应用，使得总包单位更加切实有效地落实总包管理，对于后期的机电、精装提供较好的施工条件，建造优质工程。
参考文献:
［1］张洋．基于BIM的建筑工程信息集成与管理研究［D］．北京:清华大学，2009．
［2］罗文林，刘刚．基于BIM技术的Revit族在工程项目中的应用研究［J］． 施工技术，2015，44( S1) : 761-764．
［3］张树捷．BIM在工程造价管理中的应用研究［J］．建筑经济，2012(2) : 20-24．
［4］陈前，张原． 浅谈BIM技术及其应用［J］． 价值工程，2012(23) : 61-62．
［5］王旭，潘建峰，于雷，等． BIM技术在无梁楼盖结构施工中的应用［J］． 施工技术，2015，44( 18) : 53-55．
［6］晏平宇． 施工企业BIM技术发展及探索［J］． 施工技术，2015，44(6) : 4-8．