1 工程概况

　　1.1 项目介绍

　　深湾汇云中心项目位于深圳市南山区深圳湾超级总部基地，本项目共分为六期开发，总用地面积为68 285.89m²，其中建设用地面积为54 077.82m²，绿地面积为11 642.97m²，道路用地面积为2 565.10m²。其中五期(J座)为超高层塔楼建筑，地下4层、地上裙房5层、塔楼79层，主体结构高度347.55m，建筑总高度358m。J座主塔楼核心筒爬模最大使用高度358m，为“巨柱+核心筒+伸臂桁架”抗侧力结构体系。

　　结合工程现场实际情况，采用模板支撑系统无线智能监测设备，于2019年9月22日对本项目五期J座主塔楼核心筒53层6号筒和8号筒模板支撑进行实时监测，监测区域平面如图1所示。

　　

　　图1 超高层核心筒监测区域平面  

　　 

　　1.2 模板支撑体系

　　模板支撑体系是建筑工程中的重要构成部分，其安全性对工程质量和工作人员人身安全有着重要影响，必须根据安全管理的有关规定确定安全可承受荷载。本项目楼层中，现浇混凝土梁的集中线荷载标准值如表1所示。由表1可知，其中LL5集中线荷载超过15k N/m，因此该楼层属于危险性较大的分部分项工程。

　　本项目监测的模板支撑高度5.1m，模板支架横向长度30m，纵向长度40m。楼板支撑系统采用轮扣式满堂架，模板采用15mm厚复合黑模板、50mm×100mm木方、方通、双钢管主龙骨;梁支撑系统采用轮扣式满堂架、对拉螺栓周转使用，模板采用15mm厚复合黑模板、50mm×100mm木方。

　　2 建立BIM监测模型

　　陈光等针对某大型地库项目以BIM技术为依托，利用Revit及其插件建立工程模型，进行施工全过程信息化精细管理应用。王璠等以贵阳中天“未来方舟”F5组团项目为依托，通过BIM技术在该项目施工全过程中的应用对工程进行分析，研究表明，BIM模型集成进度、预算、施工组织等关键信息，对施工过程进行模拟，为施工重要环节提供清晰的界面划分、资源消耗等核心数据，从而达到节约时间、成本，提升项目管理水平的目的。陈蕾等通过使用BIM模架工程设计软件，对钢管脚手架和木模板进行智能优化设计，实现了材料的精准投放，减少了施工现场固体废弃物的产生，提升了模架体系的材料周转效率。

　　通过应用BIM模板设计软件建立模板支撑体系，如图2所示，建模步骤如下。

　　1)将CAD结构施工图导入软件中。

　　2)按楼层、墙柱梁板进行识别转化快速建立结构模型。

　　3)高支模分析辨识，确定高支模区域、构件。

　　4)设置模架搭设材料参数、架体排布规则等。

　　5)智能布置模架，生成三维模型等成果，查询各计划监测点立杆轴力等信息。

　　6)导出BIM模型文件，并将BIM模型文件导入高支模监测系统。

　　7)在模型中各个计划监测点关联现场传感器，实施监测。

　　3 监测目的

　　根据课题研究要求以及深湾汇云中心五期模板支撑体系自动化监测布点方案，本项目主要对模板支架立杆轴力、支架竖向沉降、支撑体系倾角进行监测。自动化监测系统各传感器采用蓄电池供电，待机时间有限，监测过程在72h内完成，系统安装并测试完成后，各传感器将设置为待机状态，待正式开始浇筑混凝土前，启动设备进入监测状态。梁板混凝土强度达到设计强度的50%，监测数据尤其是竖向压力数据趋于稳定后，监测过程完成。

　　

　　图2 模板支撑体系BIM模型  

　　 

　　本项目采用某公司研制的模板支撑系统无线智能监测仪进行实时监测，监测目的如下。

　　1)实时监控混凝土浇筑过程中模板支撑的工作状态。密切注意模板支撑各监测参数的实时监测值及变化趋势，发现监测参数数值或变化趋势发生异常时，及时通知委托方联系人。

　　2)当模板监测参数超过设定的预警值时，立即通知现场项目负责人和2理人员，以便及时排除影响安全的不利因素。

　　3)当模板支撑监测参数超过设定的报警值时，立即通知项目负责人、项目总监和安全监督员，并通知现场作业人员和其他相关人员马上停止作业并迅速撤离现场。

　　4 监测仪器及原理

　　4.1 监测仪器

　　监测所需仪器如下:MODEL GZM1型模板支撑系统无线智能监测仪、GZM-D100型无线位移传感器、GZM-A30型无线倾角传感器、GZM-F60型无线压力传感器、声光报警器(见图3)。

　　4.2 监测原理

　　在“模板支架设计→交底→搭设→验收→监测→拆除”过程管理中的重要环节，通过“设计→监测→验证”步骤，研制出一种数字化、在线化、智能化的模板支架监测方法:采用声光电现场预警和远程平台预警的方式，实现模板支架在浇筑过程中安全状态能够直观显示，过程受控，异常预警。监测原理如图4所示。

　　  

　　表1 梁集中线荷载标准值 

　　 

　　 

　　

　　表1 梁集中线荷载标准值

　　

　　图3 监测仪器  

　　 

　　

　　图4 监测原理  

　　 

　　5 监测方法

　　本工程利用轴力传感器、倾角传感器、位移传感器分别对高支模立杆轴力、立杆倾角、模板沉降进行监测。监测频率为1Hz，当传感器信号超过报警值，声光报警器会发出报警。监测设备安装如图5所示。

　　根据GB50009—2012《建筑结构荷载规范》等相关规范规定，各监测数据预警值、报警值的设定如表2所示。

　　  

　　表2 各监测参数预警值和报警值 

　　 

　　 

　　

　　表2 各监测参数预警值和报警值

　　6 测点布置

　　根据现场考察及数据计算，在400mm×800mm和400mm×1 200mm两类梁以及200mm板厚的现浇板下设置监测点。根据实时监测方案确定模板支架关键部位及薄弱部位，将测点布置在6,8号筒工具间轴×轴、电梯厅轴轴(见图6)。

　　

　　图5 监测设备安装布置  

　　 

　　

　　图6 传感器测点三维布置  

　　 

　　1)竖向轴力监测点6个，分别布置在400mm×800mm梁下立杆顶部2个，400mm×1 200mm梁下立杆顶部2个，板下立杆顶部2个。

　　2)竖向沉降监测点4个，分别布置在水平楼板上，监测梁底跨中主横杆和板底跨中主横杆的竖向位移。

　　3)倾角监测点4个，分别布置在立杆端部，监测支模体系的倾角。

　　4)水平位移监测点2个，分别布置在顶部水平横杆上，监测支模体系两个水平方向的位移。

　　7 监测数据和结果

　　7.1 监测数据统计

　　项目在2019年9月22日15:00开始浇筑，系统根据现场传感器自动获取模板支架的监测数据，并传输到系统中。现场共设置6个测点，共16个传感器。在实际监测过程中，由于系统干扰导致测点1和测点2的水平位移与竖向沉降数据互串，导致数据不可靠，在监测结果中剔除竖向沉降数据。因此，本监测主要对6个测点的轴力、倾角和竖向沉降共12个传感器监测值进行统计。

　　传感器测点最大值的记录如表3所示。轴力的最大值出现在测点2处，为5.9k N;模板沉降的最大值出现在测点3处，为7.1mm;倾角的最大值出现在测点4处，为2.3°。同时测点1和测点2的最大值发生在9月23日2时40分左右，测点3～6最大值发生在9月22日23时30分左右。

　　  

　　表3 传感器测点最大值 

　　 

　　 

　　

　　表3 传感器测点最大值

　　7.2 监测数据分析

　　1)受力薄弱点分析

　　从表3可以看出监测过程中所有的测点最大值情况。根据测点位置，分别对测点最大倾角和最大轴力进行对比，由对比结果可知，虽然测点的轴力和倾角都远小于预警值，但测点2具有最大轴力和第2大倾角;测点4有最大倾角，但轴力较小。综上可知，测点2应力较大，为模板支撑中的受力薄弱点。此外，测点2和测点4有较大的倾角，这主要是因为测点2和测点4位于模板边缘，单侧受到混凝土浇筑荷载，因而容易产生较大倾角。

　　2)测点动荷载分析

　　系统可根据现场设置的传感器实时采集监测数据，通过深湾汇云中心项目施工临时支撑体系监测系统，获取各监测点的监测时程曲线。

　　从监测时程曲线可以得出，测点3轴力和倾角主要在9月22日23:30左右发生波动，其中最大值均发生在23:27—23:28，表明该段时间内监测点4附近正在施工。测点轴力在22:44之前稳定在0k V，之后轴力持续增大到3.4k N，然后回落到2.7k N附近，保持稳定;测点倾角在9月22日18:41前有较小幅度波动，在21:55分后大幅度波动，波动开始时间早于轴力上升时间，这表明支撑的倾角更容易受到附近其他区域施工影响，同时施工过后，倾角回落到0°附近，这表明支撑倾角在弹性变形范围内，施工过后恢复;测点3沉降曲线表明，支架分别在9月22日5:00和9月22日17:00发生幅度为3.6mm和7.1mm的沉降，沉降发生在项目施工前，可能受现场其他因素影响。

　　混凝土浇筑监测过程中，各测点轴力、沉降、倾角的监测数据始终小于预警值，表明现场支撑模板系统安全可靠。

　　8 结语

　　1)本项目模板沉降、立杆轴力、立杆倾角的实测值远小于报警值，模板搭设安全，说明本项目的模板设计和施工具有较大的安全富余，这与方案验算时的结论基本一致，在高层建筑支模架设计时，由于核心筒内的水平支撑条件较好，振动对模架水平力影响不大，在方案验算时可适当减少动荷载的影响。

　　竖向压力最大的位置出现在LL5的梁底，最大立杆轴力为5.9k N，而通过规范计算出的梁底立杆最大轴力为15.5k N，实测值仅为计算值的38%，富余量很大。可能规范的设计值安全系数较大，以及规范所提及的混凝土最不利动态因素在该项目施工中未出现。因此在实际架体搭设时，立杆的竖向承载力富余较大，但模板的变形最大达到7.1mm，从安全及混凝土浇筑效果考虑，建议采用刚度更大的模板和梁底设置成刚性材料(如钢楞)做支撑，可以加大立杆支撑间距，减少立杆材料用量，并控制模板水平面的变形。

　　2)测点2受到的轴力和倾角较大，是本项目模板支撑体系的薄弱点，同时基于测点轴力的分布情况，测点2附近可能有堆载或动荷载导致轴力相对较高。泵送管的晃动对架体的影响较大。本文建议在危险性较大的模板工程混凝土浇筑过程中，应合理控制混凝土的堆载，混凝土泵送管应与模板支架独立固定，保证不对架体造成干扰，严格控制架体晃动和倾斜变形，可提高架体稳定性。

　　3)测点2和测点4处于模板边界，倾角波动幅值和最大值相对其他测点更大，表明双侧受力不平衡对支撑的倾角有较大影响。本文建议在高层建筑水平构件模板支架设计时，适当加强边缘跨支架支撑的强度或保持稳定的构造措施，可大幅提高支架整体稳定性。

　　4)测点5和测点6分别记录了混凝土浇筑前进方向的水平构件压力。测点5到测点6的方向为混凝土浇筑的前进方向和振捣方向，测点6的水平压力明显大于测点5，证明水平混凝土构件在浇筑过程中会产生较大的水平冲击力，冲击力的方向与混凝土的浇筑和振捣方向一致，水平力则是支模架稳定性破坏的重要因素之一。本文建议在高层建筑水平混凝土构件支架设计时，应充分考虑混凝土浇筑方向所产生的水平力对支架稳定性的不利影响，建议沿混凝土浇筑方向适当增加水平支撑以部分抵消水平力对支架产生的影响。监测试验也验证了模板支架设计规范中对于增加剪刀撑设置构造措施的重要性。

　　5)由倾角的波浪形波动曲线图可知，所监测支架在施工中产生了较多晃动，但由于构造措施得当，架体波动处于弹性范围之内，会及时保持立杆初始位置，不会对支架产生不安全影响。

　　6)测点3沉降数据在9月22日15:18和17:31出现两侧突然增加，不符合实际的沉降位移发展趋势，有可能是传感器未固定好或其他原因导致，这也表明施工现场有多种因素都可能对监测结果造成干扰。