摘要：文章以中曹司站盖挖地铁车站钢管柱工程设计应用实例，采用BIM软件设计钢管柱、矩形定位器、平台定位器模型，设计钢管柱定位安装方法。利用BIM直观、可视化优点，解决施工过程中的问题。为今后同类型工程设计及BIM技术的深入应用探索了一種新的途径。
关键词：BIM、钢管柱、施工应用、三维设计
引言：钢管柱作为盖挖逆作地铁车站的永久支撑，施工方案的设计、比选等主要基于文字叙述与二维的CAD图纸，该方法存在效率低、修改繁琐、方案可视效果差等弊端。为改变传统设计之不足，此处利用BIM技术三维可视化的特点，使方案更加清晰直观，配合图纸和规范对工人进行技术交底，使交底更加直白，容易理解。主要利用BIM软件，设计了钢管柱矩形定位器、新型人工定位平台等，取得了较好的效果，其设计思路和方法可为以后同类型工程施工提供参考。
1.设计概述
在地铁车站施工中，钢管柱作为施工过程的永久支撑柱，在车站结构尚未封闭时，承受已施工完毕的框架结构自重和施工荷载;结构封闭后，钢管柱作为车站主要竖向承载和传力结构。钢管柱定位精度要求高，立柱不垂直度允许偏差L/1000mm。
该地铁车站现场地质基本上为中风化白云岩，旋挖钻机钻桩成孔后水位较低，只有部分岩层缝隙渗水，渗水量不大。孔壁完整，无坍塌风险。拟定采用人工下至孔底安装定位器的施工方法，利用BIM软件，建立三维模型，设计矩形定位器、新型人工定位平台。
2.钢管柱、矩形定位器、新型人工定位平台模型建立
2.1.参数化族建立
根据施工图纸建立钢管柱参数化族的模型。在建模过程中，选择合适的参数进行参数化，例如：钢管柱内径、外径、桩基长度、钢管柱长度、钢管柱标高等参数，以达到用参数控制模型的目的。将建模过程转化为模型参数的统计，提高了建模效率。
2.2.钢管柱参数设置
利用dynamo程序，可实现对已导入模型参数的批量更改，例如：更改桩号的参数，可实现对桩基的自动编号，更改桩长的参数，可批量改变钢管柱模型长度。在revit建模中，大量简单、重复的建模过程可以利用dynamo编程，可以节省大量时间，减少建模人员的工量。
2.3.钢管柱工程量计算
Revit中可以对模型的体积，重量等自动计算，利用revit明细表中材料提取的功能，提取钢管柱的钢板、混凝土等材料，并进行汇总，实现工程量自动计算。
2.4.定位平台和定位器设计
根据钢管柱前端锥形设计尺寸合适的矩形定位器，定位器使用L20mm角钢制成。定位器使用4颗膨胀螺栓锚固于桩顶，防止钢管柱插入卡住时矩形定位器发生位移。钢管柱底端插入矩形定位器后，钢管柱顶端好调节垂直度并固定。设计钢管柱定位平台设计尺寸为2000mm*2000mm，使用4根I20工字钢制作，上部铺设钢板厚度为14mm，钢板中心预留1060mm直径孔，四周预留8个22mm的孔，通过φ20钢筋与地面连接固定。为保证平台刚度，设置14mm加劲肋板。钢板之间均采用焊接。定位平台在四角设置4根48mm粗牙螺杆和配套的螺母，外套内径50mm无缝钢管，壁厚5mm， 4根粗牙螺杆底部各焊接一块400mm*400mm的钢板，钢板上应预留4个22mm的孔，通过φ20钢筋与地面连接固定，用于定位平台快速调平。平台上使用4根螺杆对钢管柱进行垂直度调整及固定。
3.施工应用
3.1施工准备
（1）桩基成孔：旋挖钻机钻进过程中，钻杆垂直度（即钻孔垂直度）满足1/300时，方可继续钻进，成孔到底后使用超声波成孔垂直度检测仪检测成孔垂直度。在钻孔达设计标高时，使用抽水机抽干孔内积水，检查无危险后人工下至孔底清理全部沉渣，由项目部技术员进行孔底标高、沉渣自检，经监理报检合格后方可进行下一步施工。
（2）材料及机具准备：由专业厂家完成新型人工定位平台加工、矩形定位器加工、钢管柱加工、钢管柱与工具管拼接等。
（3）垂直度检测仪器：施工前，需准备全站仪、铅锤、激光垂准仪、定位反光贴等。
3.2 首次桩基混凝土浇筑并安装定位器
钻孔灌注桩（抗拔桩）第一次浇注混凝土至矩形定位器底标高上15cm。待混凝土初凝后，人工下到桩顶凿除浮浆至矩形定位器底标高，矩形定位器位置打磨平整，标高允许偏差值为±5mm，顶面不平度允许偏差±5mm。其余位置凿毛，使用铅锤定位桩中心位置，用激光垂准仪进行复核，桩基基础中心线偏差控制在±5mm以内，确保定位精度，矩形定位器使用膨胀螺丝固定。安装矩形定位器时，严禁出现变形、破坏、移位现象。
3.3 钢管柱与工具管的连接
考虑到钢管柱柱顶至原地面最大深度有4～5米，柱顶至地面采用工具管进行连接，工具管与钢管柱之间利用12个高强度螺栓进行连接，工具管长8米。
待钢管柱桩基砼浇筑完成后，通过爬梯人工进入工具管拆除连接螺栓，通过吊车拔出工具管。
3.4 新型人工定位平台安装
矩形定位器安装完成后，立即安装新型人工定位平台。
⑴用吊车或挖机配合人工吊装新型人工定位平台。根据桩位放样十字线进行平面控制定位。
⑵根据水平仪精平原理调整定位平台平整度，通过脚螺杆调节平整度，保证偏差小于2mm。
⑶平面位置和水平高度调整完毕后，平台的四个撑脚在硬地坪内通过膨胀螺栓固定，以增加定位平台的稳定性。
3.5 钢管柱吊装
当新型人工定位平台固定后，钢管柱采用100t吊车主吊及25t副吊纵向两点同时吊装。钢管柱吊装入矩形定位器后，采用加工好的定位十字架放在工具管上口，通过全站仪定出钢管柱中心点，并在中心点位置悬挂铅锤，并通过新型人工定位平台上的4个水平定位螺杆调整工具管，当悬挂铅锤尖与预贴在钢管柱底部定位反光贴中心重合后，使用激光垂准仪对钢管柱垂直度进行复测，钢管柱不垂直度偏差L/1000mm以内，复测合格后对工具管顶端进行固定。
3.7 桩基混凝土二次灌注
待导管安装后，使用双孔料斗进行对称灌注。使用C35P10水下混凝土进行灌注。当灌注到设计标高后，由于灌注混凝土的扰动，钢管柱可能会倾斜。采用激光激光垂准仪进行复测，当出现偏移时，通过新型人工定位平台上的4根水平螺杆进行调整，复测合格后对工具管顶端进行固定。
3.8 钢管柱外空隙回填细沙
待桩基二次灌注混凝土达到强度后，需对柱体与孔壁之间空隙用细沙对称进行回填。先拆除工具管，使用钢板封闭钢管柱上口，防止回填细沙掉入钢管柱柱芯内。钢管柱柱芯C60自密实、无收缩混凝土，待施工顶板时挖开安装钢筋笼后再进行浇筑。
4. 结语
本文应用revit三维建模软件，建立了钢管柱模型，计算工程量，并按施工方案设计了新型人工定位平台，矩形定位器，形象直观的展示了钢管柱安装时采用的“上下两点人工定位法”。类似方法在施工过程中可用于方案设计、方案比选、施工模拟、节点展示等，将BIM技术应用到施工中，使得方案、交底更加生动形象，便于理解。
参考文献
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