扬州闸泵站工程基于BIM技术异形流道施工技术应用

宋 力 汤 阳 陈远兵

(1.江苏省水利科学研究院材料结构研究室，江苏 扬州 225002；2.连云港市鑫海水利工程质量检测有限公司，江苏 连云港 222000；3.扬州水利建筑工程有限公司，江苏 扬州 225002)

1 研发背景

当前水利工程大中型泵站流道通常为变截面异形混凝土结构，模板工程施工技术难度大。传统施工工艺主要依靠施工人员根据设计流道型线进行模板放样和施工控制，由于流道形状特殊、浇筑量大，在混凝土浇筑过程中易产生模板上浮、侧倾以及胀模等问题，导致流道的成型质量不佳，运行时影响过流，且容易在流道混凝土面层形成汽蚀，对混凝土耐久性造成不利影响。针对大中型泵站异形流道模板传统施工工艺的不足，“基于BIM背景异形流道预拼整体式木模多点锚拉对称浇筑施工技术”研发而成，并在扬州闸泵站工程得到了成功应用。

2 研究项目简介

扬州闸泵站工程(见图1)位于扬州市境内。主体工程建设内容为新建双向引排泵站一座，等别为Ⅱ等。泵站共布置4台潜水型全贯流泵(设计叶轮直径2400mm)，其中2台为双向泵，2台为单向泵，泵站提水设计总流量值为29m3/s，排涝设计总流量为72m3/s，最大总装机容量为4480kW[1]，工程批复概算总投资为21576万元。工程于2021年2月中旬开工，2023年4月7日通过完工验收。

图1 扬州闸泵站工程效果

3 工艺原理及技术特点

3.1 工艺原理

“基于BIM背景异形流道预拼整体式木模多点锚拉对称浇筑施工技术”主要适用于大中型泵站大体积、变截面的异型流道施工。通过BIM技术建立三维模型，将异形流道模板进行分解，然后导出分解图及相应数据，模板在构建好的钢管骨架上拼装成整体后吊到泵站底板上进行整体安装加固[2]。泵站底板上预埋有工字钢，用于安装模板。工字钢预先设置模板连接点，采用千斤顶配合全站仪，实现整体式模板的精准定位。通过在底板预埋的φ16锚筋与钢管骨架进行焊接，侧向模板通过φ14双向拉锚式螺栓固定，按0.60m×0.45m间距网格状布置，并通过两端对称浇筑的方式，防止浇筑过程中的起浮和侧倾。在浇筑过程中通过在模板内部安装拉绳位移传感器，实时显示混凝土浇筑过程中异形流道模板的变形情况(见图2、图3)。将监测信息通过集成平台接入相应数据库接口，调取监测数据，并在BIM背景平台上实时可视化展示，形成动态预警反馈调整机制，以保证混凝土浇筑的安全与质量[3-4]。

图2 异形流道模板框架BIM模型

图3 预拼整体式木模多点锚拉结构示意图

3.2 主要特点

通过BIM技术，建立支架、骨架片以及模板模型，导出精准的数据，保证模板制作及安装的精细度；通过在模板拼装场地构建好的钢管骨架上拼装成整体后吊到泵站底板上进行整体安装加固，提升施工效率，保证异形流道模板的成型质量；模板整体吊装到位后有空隙的地方用工字钢和铁板垫实，并通过千斤顶微调钢管骨架来实现异形流道模板的位置调整，确保精准定位；通过在底板预埋锚筋与钢管骨架进行焊接，侧向模板通过对拉螺栓与侧墙钢筋固定，形成多点锚拉，同时采用两端对称浇筑的方式，防止浇筑过程中的起浮和侧倾；流道模板内侧安装拉绳位移传感器采集浇筑过程中的形变量数据，实现了浇筑过程的实时监测，保证了浇筑安全。

4 施工要点

基于BIM背景异形流道预拼整体式木模多点锚拉对称浇筑施工工艺流程见图4。

图4 工艺流程

4.1 预埋锚拉钢筋

根据工程实际情况工程管理人员加强对施工技术及安全质量标准的学习，并对作业人员进行详细的安全交底、技术交底。在泵站底板施工过程中，提前按照受力要求在底板中预埋φ16锚拉钢筋(见图5)。

图5 锚拉钢筋预埋示意图

4.2 BIM建模及数据导出

根据施工图纸，将断面尺寸绘制为轮廓，利用路径融合，绘制参数化体量族。同时利用三维激光扫描技术，获取现场云点数据形成三维模型，实现逆向建模。根据建好的流道模型，利用Revit软件和CAD软件的交互功能，精确地将各部位模板以平面下料图的形式出图，据此下料制作，保证流道的曲面精度和下料的统一性(见图6)。

图6 流道模板下料示意图

4.3 钢管骨架制作安装

根据BIM模型中骨架片尺寸，先用钢管加工骨架片，每个流道模板骨架片从正圆到正方按50cm间距共设置12片，骨架片用直径48mm钢管制作，制作时扣除木方和面板的厚度。根据流道设计型线图，制作模板，在已经搭设好的支撑系统上进行钢管骨架片拼(组)装，骨架片纵向间距50cm。安装骨架片时，从正圆断面的骨架片开始向正方断面逐榀安装，骨架片之间用钢管联系固定。流道骨架制作完毕后复核外形尺寸，合格后安装木方和面板。

4.4 异形流道模板制作及安装

异形流道模板首先根据设计流道型线图进行放样，然后在加工区域完成模板分片制作。模板加工完成后应进行覆盖保护，防止已完成的模板块变形。流道内模制作要求其表面光滑，总体型线平顺，以确保泵站运行时，流道过水面线形流畅，降低水流阻力。骨架与模板之间采用断面为3.5cm×8.5cm的木方衔接，木方间距20cm。流道模板尺寸核验无误后，流道模板拼接缝隙要进行封闭处理，通常采用环氧腻子找平，油漆封闭，以此来提升模板表面光滑度[5](见图7)。

图7 流道模板拼装

4.5 成形流道模板吊装及加固

流道模板吊装采用吊车主副吊钩双吊点整体安装就位。要求在吊装过程中模板不能有形状变形，根据模板整体骨架的尺寸及刚度经过仿真计算确定起吊点位置，经计算流道模板的重心位置在距离正圆断面3.1m处，即吊索捆绑点位置分别在距离圆断面1.9m和4.5m处。

4.6 拉绳位移传感器安装

模板加固完成后，在左右两端模板面每间隔2m安装一组拉绳位移传感器，利用其精确的位移变化感应，实时显示混凝土浇筑过程中模板的变形情况。将监测信息通过BIM集成平台接入相应数据库接口，调取监测数据，并在平台进行可视化展示，一旦出现模板轴线偏差过大问题，立即进行模板支架的加固，形成动态预警反馈机制[6-7](见图8、图9)。

图8 拉绳传感器安装BIM建模示意图

图9 拉绳传感器工作原理及监控系统

4.7 混凝土浇筑

混凝土浇筑方式综合考虑混凝土浇筑过程中侧压力对流道模板的冲击影响，实际浇筑过程中采取纵向分段、水平交错分层模式。为保证对应节段对称平衡施工，现场至少配备两套混凝土浇筑设备及人员，浇筑过程中对应节段相同方量的混凝土浇筑，必须同时开始、同时结束，对应两个节段浇筑混凝土差异量不得超过2m3。浇筑过程中，实时观测传感器传输至监测平台的数据[8]，发现异常后立刻停止浇筑，对模板进行加固处理后再继续浇筑(见图10)。

图10 流道层分层浇筑三维模型示意图

5 经济效益分析

扬州闸泵站工程60m2模板安装工程施工技术较传统依靠人工依据流道单线图和断面图进行模板放样及模板制作施工工艺，可大大提高模板的加工及安装效率，节约人工10个左右，节约成本约400×10=4000元。模板在加固过程中通过在泵站底板预埋锚拉钢筋，对模板支撑骨架进行锚拉加固，并通过对拉螺栓与侧墙钢筋固定对侧模进行加固的形式，与传统的用钢架防止上浮的加固形式相比，节省人工约15个，节约人工成本约400×15=6000元，节约加固材料成本约8000元。采用该技术施工60m2模板，共节约工程成本约4000+6000+8000=18000元。

6 结 语

扬州闸泵站工程于2023年4月7日通过完工验收，工程外观质量评定得分率为93.3%，质量等级被评定为优良等级。“基于BIM背景异形流道预拼整体式木模多点锚拉对称浇筑施工技术” 通过BIM技术将流道模板和骨架进行分解，并指导现场工人进行流道模板的制作及组装，预拼成整体后吊入泵站底板，通过多点锚拉加固、分层对称浇筑以及拉绳位移传感器模板监测系统，保证了混凝土浇筑安全和成型质量。与传统的复杂异形流道立模工艺相比，整个施工过程简单、易操作，施工效率高，经济效益显著，可为类似大中型泵站流道施工提供质量保障。