1 工程概况

　　1.1 总体概况

　　援柬埔寨体育场项目位于柬埔寨首都金边，占地面积约16.22万m²，总建筑面积8.24万m²，是6万座特大型体育场，集体育比赛、集会演出、商务办公、餐饮住宿、展览会议及购物于一体，为中国政府迄今对外援助规模最大、等级最高的体育场。

　　1.2 设计概况

　　体育场南、北两侧各设99m高人字形三维空间变曲面清水混凝土索塔，索塔截面形状、几何尺寸、面积等沿高度连续变化，其造型多变，结构复杂，具有以下特点。

　　1)索塔塔顶标高为99.000m，标高6.900m处为索塔塔身折点，在标高78.000m处合龙，且A,C两个面在合龙段以上有安装了拉索的耳板突出混凝土表面。索塔如图1,2所示。

　　图1 索塔标高节点示意  

　　图2 索塔正视侧视示意(单位:m)  

　　2)索塔为现浇钢筋混凝土结构，塔身中空，内设13道隔板，角部有劲性钢骨。索塔左、右2个塔肢分别由A～E 5个自由曲面组成，其中A～C 3个面由直线旋转向上且截面不断缩小形成，D,E 2个面由不同半径的弧旋转形成，索塔隔板及单肢剖面模型如图3所示。

　　图3 索塔隔板及单肢剖面模型  

　　2 模板体系设计

　　2.1 三维变曲面模板体系

　　索塔结构造型复杂，传统的配模设计方法无法满足施工要求，须借助信息化模型进行空间模板体系设计和模拟，模板体系设计思路如下:建立索塔模型，以索塔外轮廓线作为模板体系内表面，设计模板体系;将三维模板布置图按等分原则划分为多块大模板并编号，绘制完成模板加工图;采用BIM模型与CAD三维设计方法对模板体系中呈双曲面形体的“造型木”出图。

　　1)三维模型建立

　　应用BIM和CAD三维信息化模型处理技术，建立索塔空间结构模型(见图4)，实现三维变曲面任意截面点位的坐标提取，并依据现场建立的测量控制网，实现索塔任意截面的坐标放样。

　　图4 索塔空间结构模型  

　　2)设计分段

　　根据常用施工平台宽度，估算可支撑模板体系的垂直水平投影大小，测算出索塔结构与地面倾斜角度最大处的竖向高度，并根据施工荷载与混凝土浇筑时产生的压力等确定结构浇筑分段，即设计分段，如图5所示。设计分段高度基本尺寸为3 700～4 000mm，第1次浇筑高度为3.6m，第2次浇筑高度为3.7m，第3,4次浇筑高度为4.0m，第5次浇筑高度为4.2m，第6～10次浇筑高度为3.4m，第11～15次浇筑高度为3.7m，第16～24次浇筑高度为3.9m，第25次浇筑高度为2.0m。依据设计分段图，截取出每段建立分段模型，独立设计模板体系。

　　图5 设计分段 

　　3)模板设计

　　采用“木模板+造型木+工字木梁+槽钢背楞”的三维变曲面模板体系，利用CAD三维信息化模型的平面投影技术确定曲面的矩阵矢高，由矩阵造型木确定每段模板曲面造型，实现索塔曲面形体。模板体系模型由内向外依次为木模板贴合结构曲面，脚手板贴合木模板，木模板外表面轮廓线切除脚手板直面加工成造型木。加固体系为工字木梁和槽钢背楞，在CAD三维建模完成后生成平面加工及拼装图，如图6所示。

　　图6 模板体系设计  

　　4)造型木设计

　　选取某一设计施工段，剖切提取三维模型，以实际结构模型为基础，利用截面外轮廓面生成与现场实际使用厚度(15mm)相同的面板，在面板面上贴脚手板，做辅助平面与造型木背部共面，对辅助平面进行剖切，剪切掉与结构和面板重合部分，得到所需造型木CAD三维模型，将模型导出加工CAD图纸。

　　5)模板体系建模

　　完成模板体系建模，将模板体系与实际结构相结合，绘制完成空间模板体系(见图7)。

　　图7 模板体系建模  

　　图9 三维变曲面模板体系现场加工步骤  

　　6)绘制模板施工图

　　根据空间模板体系绘制模板施工图，依次为造型木加工图、模板槽钢背楞布置图、模板工字木梁布置图、造型木布置图、模板面板布置图。

　　2.2 合龙段拱形无支撑抗滑移模板体系

　　设计拱形内隔板支撑的“木模板+木方龙骨+钢管横撑”模板体系，模板分2段加工制作，面板厚15mm，内部木方采用40mm×80mm，横向龙骨间距230mm，竖向龙骨间距200mm，内支撑隔板为15mm厚木模板，间距200mm，如图8所示。

　　图8 合龙段拱形无支撑抗滑移模板体系  

　　3 施工技术

　　3.1 三维变曲面模板体系加工及拼装

　　三维变曲面模板体系现场加工步骤如图9所示。由于面板为曲面，拼装时须使用电刨对模板拼缝处进行倒角处理，保证模板拼缝满足规范要求。

　　面板安装允许偏差为±2mm，加工完成后，通过三维激光扫描仪生成的点云模型对模板自身偏差进行复核，并在索塔结构模型上进行虚拟拼装，确保在合模前完成问题整改，避免返工。

　　3.2 合龙段拱形无支撑抗滑移模板体系施工

　　因索塔合龙段处圆弧部分高低大小发生变化，将模板分2段加工。加工完成后，借助塔式起重机将模板从合龙段两个开口位置处推入，并在模板内部进行钢管横撑辅助加固，确保模板体系不产生横向滑移，模板加工及安装效果如图10所示。

　　4 实施效果

　　本工程通过应用BIM和CAD三维信息化模型处理技术，创造性地研发了“木模板+造型木+工字木梁+槽钢背楞”的三维变曲面模板体系，实现了索塔结构形体的一次成优;并借鉴拱桥受力特点，提出一种拱形无支撑抗滑移模板体系，采用整体吊装、原位滑移的施工方法，实现了索塔高精度合龙目标。

　　图1 0 模板加工及安装效果  

　　5 结语

　　通过BIM模型形体拟合与CAD三维模板体系精细化建模的深化设计，解决了复杂异形结构模板体系设计难题，同时模型分析在结构变形控制与结构精度实现方面发挥重要作用，对桥梁工程领域中技术较为复杂的斜拉索桥的索塔施工技术创新起到推动作用，可为国内外大型体育场馆的建造实施提供借鉴和参考。