0 引言

　　混凝土灌注桩施工时噪声和振动较小、施工速度较快，常应用于建筑、桥梁等各类工程中。但其现场成孔位置和钻孔深度不易控制，尤其在灌注桩长度较大且数量较多的情况下，如何精确控制钢筋笼吊装成为工程中的难题。应用建筑信息化技术是解决这一难题的有效方法。复杂的桩基工程施工涉及大量地物信息，采用信息化手段(如BIM,GIS技术等)一方面可提高施工效率，另一方面可协助项目管理者进行决策，并安全顺利地推进施工进展。在国家速滑馆工程中，BIM技术的应用极大地保证了桩基施工的质量和进度。

　　1 工程概况

　　国家速滑馆规划用地范围约160 000m²，总建筑面积约9.7万m²，建筑高15.400～33.800m，场馆有座席约12 000席^[1,2]。工程建设场地卫星遥感影像如图1所示。

　　图1 国家速滑馆卫星遥感影像  

　　国家速滑馆桩基础分布如图2所示。本工程设计标高±0.000(绝对标高49.000m)，依据设计图纸，主场馆看台区域(Ⅱ区)采用桩筏基础，基础桩采用机械钻孔灌注桩，共654根，其中抗拔桩259根(Ⅲ区)，承压桩395根，桩径均为1.0m。

　　图2 桩基础分布  

　　本工程有效桩基长度根据桩端持力层中细砂、中砂的具体分布确定，共有16种桩长，最短为22.70m，最长为29.50m。桩长分布如图3所示，采用后压浆技术(即侧压浆+端压浆技术)。设计时桩身混凝土强度等级为C40，施工时提高一级，采用C45混凝土，桩竖向承载力6 500kN，桩顶进入基础底板100mm。

　　国家速滑馆工程看台支柱区域(Ⅱ区)集中荷载较大，对地基变形较敏感，而外围地下车库区域(Ⅳ区)荷载较小，受桩基变形影响较小。速滑馆上部结构类型、基础刚度不同，结构荷载差异较大，因此地基与基础条件较复杂。本工程基底(筏板底)标高如图4所示(13种)。比赛场地标高为-6.700m，看台区域标高为-15.800～-11.900m。出于建筑功能需要，主场馆看台区域各类机房及管沟等环绕比赛场地布置，导致基底标高异常复杂。沿比赛场地布有制冰管沟和通风电缆管沟，且空调机房、制冷机房等散布四周;其中，地下夹层对称布置通风管沟和电缆管沟。

　　图3 桩长分布  

　　图4 基底标高分布  

　　速滑馆地下2层布有制冰机房、制冷机房、污水机房、制冰管沟等有水房间，基槽底分布有集水坑111个、电梯基坑18个及其他功能性基坑6个(总计135个)，其中主场馆有集水坑80个。集水坑与电梯基坑等成群布置、彼此重叠，嵌套在不同标高的筏板上，尤其嵌套在筏板交界处，工况复杂。集水坑局部布置如图5所示。

　　2 桩基施工高效化技术

　　2.1 精准编码

　　为实现对桩基的精确管理和高效施工，对395根承压桩和259根抗拔桩逐一进行编号，其中承压桩以C字母开头、抗拔桩以K字母开头，并在钢筋笼上粘贴编码牌。编码牌同时录入施工组织图中。

　　图5 集水坑局部布置 

　　2.2 一体化静载试验

　　常规灌注桩需二次浇筑成型，在第1次浇筑后，需将桩基表面浮浆凿除，并在桩头处放置3～5片钢筋网片，再进行二次浇筑至试验标高。每个桩头二次浇筑后要重新等待28d，待混凝土达到设计强度后进行桩基静载试验。本工程为缩短工期，采用了一体化静载装置，使桩头和桩身同时浇筑、一次浇筑，缩短了工期。一体化静载桩头如图6所示。

　　3 桩基施工信息化技术

　　国家速滑馆桩基工程涉及复杂的基槽三维关系，鉴于此，本工程充分应用了建筑信息技术，根据施工流水作业安排，对基槽进行了多手段、多角度、高效率的可视化分析，辅助开槽图的绘制和逐段交底。具体技术路线如图7所示。

　　3.1 BIM技术

　　3.1.1 参数化BIM建模

　　本工程采用以Revit为主、SketchUp为辅的方法，进行BIM模型建立^[3,4,5]。

　　3.1.2 SketchUp建立粗精度模型

　　SketchUp操作简单，可快速进行三维空间关系的分析，在工程前期使用SketchUp进行粗精度模型的创建，辅助开槽图的绘制。SketchUp虽然可快速实现一般的集水坑项目，但其效率较低，且精度不足，尤其在弧形段会导致模型失真。

　　3.1.3 Revit高精度建模

　　Revit软件功能丰富，一般的地形模型可通过带有高程点、等高线等要素的场地模块进行创建^[6,7]。本工程需对基槽进行60°放坡，逐个进行地形建模异常繁琐，因此应用参数化技术创建集水坑族，通过对基底模型进行剪切，批量进行集水坑创建，显著提高建模的速度与精度。通过Revit对后期模型进行调整，得到高精度基槽BIM模型(见图8)。同时，精确BIM模型可进一步用作三维土方量计算。基于Revit软件的BIM模型可作为交互模型在其他平台进行二次处理和开发。

　　图6 一体化静载桩头  

　　图7 信息技术流程  

　　3.1.4 Lumion可视化建模

　　Lumion是实现实时3D可视化的工具，常用来制作即时漫游和静帧作品，将快速和高效的工作流程结合在一起，可大量节省时间、精力和费用。本工程以Revit模型为基础，应用Lumion对桩基工程进行了三维可视化建模，进一步提高了工作效率和施工进度。Lumion 3D可视化建模如图9所示。

　　3.2 GIS技术

　　图8 国家速滑馆基槽BIM模型  

　　图9 Lumion 3D可视化建模 

　　地理信息系统(geographic information system,GIS)是一种重要的空间信息技术^[8,9]。GIS的三维分析多是在数字高程模型即DEM(digital elevation model)模型上进行的，其中DEM用来表现工程所在区域的地表特征和空间属性。高精度的DEM模型可实现各种复杂多样的地形，已被广泛应用于模拟地形的三维表现、真实场景、电子沙盘等工程中。

　　DEM模型常通过ArcGis软件来实现。ArcGis的扩展模块3DAnalyst可创建三维模型并进行空间分析计算。其中，3DAnalyst的关键模块ArcScene是一个高效的三维处理分析工具，通过ArcScene不仅可对传统的三维地物地形进行创建，还可进行各种三维地质空间分析。

　　本工程使用了GIS技术，通过ArcGis软件对开槽前和清槽后的点、线、面域等要素进行高精度建模，生成高程模型、DEM模型。开槽前和清槽后的DEM模型如图10所示。

　　图1 0 DEM模型建立过程 

　　同时，本工程通过3DAnalyst模块模拟空间坡度、坡向、地表径流等地貌信息，也进行了土方开挖方量计算。

　　4 结语

　　本文以国家速滑馆桩基工程为例，针对桩长种类众多、工期紧等特点，通过精细化编码和一体化静载试验技术，提高了施工效率，缩短工期28d以上。同时，本工程应用Revit,SketchUp,Lumion等多种软件建立了完整的BIM模型，并将BIM模型应用于复杂基坑的三维校核和交底，提高了对复杂图纸的解译能力和工作效率。本工程还应用GIS技术进行了高效、精准的土方量计算。本工程实践经验为同类工程提供了新的思路，具有显著的示范作用。