綠色施工技術(shù)在北大國際醫(yī)院工程中的應(yīng)用
相關(guān)鏈接： 中國安全網(wǎng) 中國質(zhì)量網(wǎng) 中國論文網(wǎng) 中國資訊網(wǎng)
張守磊，馬 磊，劉康寧，王 震，嚴(yán) 蒙
（中建一局集團(tuán)第三建筑有限公司，北京 100161）
[摘要]綠色施工是目前工程建設(shè)中一個(gè)非常重要的方面，合理運(yùn)用綠色施工技術(shù)不但會(huì)給工程建設(shè)帶來經(jīng)濟(jì)上的效益，也會(huì)為企業(yè)贏得良好的社會(huì)形象。北大國際醫(yī)院工程自開工伊始，積極推廣綠色施工理念，集成綠色施工技術(shù)，形成以“施工道路自動(dòng)噴灑防塵技術(shù)”、“雨水收集排放系統(tǒng)施工技術(shù)”、“基于BIM虛擬仿真施工技術(shù)”為核心，具有獨(dú)自醫(yī)療特色的綠色施工綜合技術(shù)，在四節(jié)一環(huán)保方面達(dá)到良好效果。
[關(guān)鍵詞]綠色施工；建筑信息模型；自動(dòng)噴灑防塵技術(shù)；雨水收集排放系統(tǒng)；應(yīng)用
[中圖分類號(hào)]TU74 [文章編號(hào)]1002-8498( 2016) 04-0070-05
建筑行業(yè)至今仍是我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱型產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷升級(jí)，產(chǎn)業(yè)素質(zhì)不斷增強(qiáng)，保持了良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)。但是目前建筑行業(yè)仍然有生產(chǎn)方式粗放、生產(chǎn)效率不高、能源消耗大、環(huán)境污染大等問題存在。綠色、環(huán)保、精益、智能的可持續(xù)發(fā)展道路是我國建筑行業(yè)發(fā)展的方向。隨著我國新型城鎮(zhèn)化建設(shè)步伐的加快，建設(shè)工程施工這種大規(guī)模破壞植被、改善生態(tài)環(huán)境、大量消耗自然資源的過程與環(huán)境保護(hù)的矛盾日益突出。傳統(tǒng)的建造技術(shù)已經(jīng)不能很好地滿足可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求，迫切需要通過新型綠色施工技術(shù)對(duì)這種破壞和改變加以控制。
1 工程概況
北大國際醫(yī)院工程位于北京市昌平區(qū)中關(guān)村生命科學(xué)園內(nèi)，工程建筑面積249 083m2。該工程分為門診醫(yī)技樓和住院樓，是全亞洲最大的單體醫(yī)療建筑，被業(yè)界稱為醫(yī)療建筑的航母。本工程在施工過程中積極推廣綠色施工理念，不斷自主創(chuàng)新綠色施工技術(shù)，形成以“施工道路自動(dòng)噴灑防塵技術(shù)”、“雨水收集排放系統(tǒng)施工技術(shù)”、“基于BIM虛擬仿真施工技術(shù)”為核心，具有獨(dú)自醫(yī)療特色的綠色施工綜合技術(shù)，通過管理和技術(shù)的進(jìn)步最大限度地節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材、節(jié)能和保護(hù)環(huán)境，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
2施工道路自動(dòng)噴灑防塵技術(shù)
2.1技術(shù)原理
施工道路自動(dòng)噴灑防塵技術(shù)是本工程自主研發(fā)并已申請(qǐng)國家專利的一項(xiàng)環(huán)保技術(shù)，采用一種簡(jiǎn)單、易操作的“自動(dòng)噴霧防塵裝置”來達(dá)到防塵環(huán)保的效果，原理如圖1所示。
施工道路自動(dòng)噴灑防塵裝置利用施工臨時(shí)用水可以作為本裝置的水源，通過焊接鋼管DN32進(jìn)行連接并貫通，焊接鋼管上設(shè)置電子受控截止閥，電子受控截止閥與電子設(shè)備連接，通過電子設(shè)備進(jìn)行有序控制截止閥的開啟。電子設(shè)備另一端還可連接粉塵感應(yīng)裝置，粉塵感應(yīng)裝置對(duì)空氣中粉塵含量進(jìn)行檢測(cè)，并將數(shù)據(jù)反饋于電子設(shè)備終端，通過電子設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)的分析，達(dá)到預(yù)警值后自動(dòng)開啟截止閥。
為保證噴灑的覆蓋面積，根據(jù)道路長短按照3m間距均勻分配噴灑支管段，支管微霧噴頭安裝高度為3m（施工路面標(biāo)高為起點(diǎn)標(biāo)高）。使用時(shí)，閥門開啟，水介質(zhì)通過市政管網(wǎng)壓力打人DN32的主干管，由主干管再分別進(jìn)入DN15支管段，再由各個(gè)支管段通過微霧噴頭噴出微霧水滴，噴灑出的水霧形成半徑>5m的球狀霧幕+細(xì)小的水霧充分濕潤微粒，在重力作用下降落以達(dá)到降塵目的。同時(shí)，由于細(xì)小霧珠的蒸發(fā)吸收熱量使空氣降溫。另外當(dāng)粉塵和煙霧隨著氣流穿過霧化水幕時(shí)，粉塵被濕潤降落，煙霧被水霧吸收溶解，從而達(dá)到消煙目的。
2.2噴霧壓塵
根據(jù)資料顯示，北京市道路的塵土負(fù)荷為：較清潔路面平均為4.8 g/m2；受建筑施工影響的路面平均為190. 2g/m2；非等級(jí)道路平均為71. 8g/m2。
傳統(tǒng)道路清降塵主要為人工灑水和清掃兩種手段進(jìn)行根治，然而這種做法治標(biāo)不治本。水蒸發(fā)后浮塵依然會(huì)留在路面上，而且當(dāng)路面有水時(shí)，道路與車輪作為膠體摩擦是濕摩，浮塵的產(chǎn)量可能更高，而清掃不當(dāng)反而會(huì)增加浮塵量。據(jù)估算，北京市因清掃而揚(yáng)起并飄向遠(yuǎn)距離的塵埃量約為0. 07×104t／年，因此應(yīng)逐步發(fā)展采用水沖刷路面或噴霧壓塵的抑塵方式。
本工程對(duì)人工沖刷和噴霧壓塵時(shí)間進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，沖刷試驗(yàn)是在夜間車輛較少的時(shí)候進(jìn)行，而噴霧壓塵試驗(yàn)是在白天車輛較多的時(shí)候進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果分別如表1，2所示。
用水沖刷路面的塵負(fù)荷削減率主要取決于沖水量，沖水量愈大則路面沖刷得愈干凈，沖水量超過1.3 kg/m2時(shí)路面基本可沖刷干凈。而目前施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際沖水量?jī)H為0. 33~0.43kg/m2，對(duì)道路的塵負(fù)荷削減率還不到30%，利用傳統(tǒng)防塵措施只能增大水資源消耗。
噴霧壓塵的抑塵效果主要取決于灑水后的塵含水率與灑水前的塵含水率的比值，此比值愈大則對(duì)路面的抑塵效果愈好，含水率比值>2時(shí)路面抑塵的效果才最為明顯。目前施工現(xiàn)場(chǎng)噴霧壓塵后的含水率比值達(dá)到2.3，道路抑塵效果較為明顯。
2.3 施工現(xiàn)場(chǎng)揚(yáng)塵高度控制
使用自動(dòng)噴灑防塵技術(shù)后，各階段選用不同檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，數(shù)據(jù)表明揚(yáng)塵控制達(dá)到綠色施工要求，施工現(xiàn)場(chǎng)道路揚(yáng)塵基本可控。
本技術(shù)有效解決了施工道路及現(xiàn)場(chǎng)的揚(yáng)塵問題，噴水射程遠(yuǎn)，霧化效果好，噴灑的水量分布合理，水滴大小均勻，而不像水管灑水降塵造成局部徑流，浪費(fèi)水資源。同時(shí)沒有改變?cè)袨⑺嚨穆访鏋⑺阅�，有效控制了現(xiàn)場(chǎng)揚(yáng)塵高度，揚(yáng)塵高度滿足綠色施工控制指標(biāo)。
2.4效益分析
自動(dòng)噴霧防塵裝置改變了傳統(tǒng)的人工灑水方式，不需要投入人力進(jìn)行灑水降塵，也不需要投入機(jī)械設(shè)備進(jìn)行防塵，在不影響生產(chǎn)的情況下就能進(jìn)行灑水降塵工作。
本工程“自動(dòng)噴霧防塵裝置”一次性投入安裝費(fèi)用13250元，后期運(yùn)行過程無額外費(fèi)用支出，運(yùn)行過程全部為自動(dòng)控制，每日定時(shí)噴灑3次。人工灑水方式，每日現(xiàn)場(chǎng)需要4人進(jìn)行灑水，灑水車裝水及噴灑過程較長，整個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)全部噴灑完畢需要4人耗時(shí)4h，每日僅能噴灑2次，以現(xiàn)階段工人最低工資110元/d為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行核算，每年需要投資15. 84萬元，3年的建設(shè)時(shí)間節(jié)省資金46.19萬元。
水資源節(jié)約分析，人工灑水采用的自制灑水車每桶容量為0.7m3，每平方米道路需要消耗0. 001m3．本工程現(xiàn)場(chǎng)施工道路共5 925m2，每天兩次噴灑道路消耗水資源11. 9m3。根據(jù)水表顯示，“自動(dòng)噴霧防塵裝置”每天3次噴灑道路共消耗水資源8.89m3，每日節(jié)約水資源3.01m3，一年共節(jié)約水資源1098.7m3。
3 雨水收集排放系統(tǒng)
3.1技術(shù)原理
雨水收集排放系統(tǒng)主要利用雨水PP模塊對(duì)雨水進(jìn)行過濾凈化、回滲、收集、再循環(huán)利用，雨水PP模塊由再生的聚丙烯生成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易輕便并可任意組合。與傳統(tǒng)的混凝土蓄水池相比，雨水收集排放系統(tǒng)施工周期短、安裝方便、不受土壤生物、海藻、細(xì)菌和瀝青等雜質(zhì)影響，承載能力強(qiáng)。
3.2雨水收集排放系統(tǒng)的施工流程
基坑土方開挖及墊層施工→基礎(chǔ)底板施工-鋪設(shè)復(fù)合土工膜→安裝雨水PP模塊→溢流井、設(shè)備安裝→基坑回填→調(diào)試、運(yùn)行。
3.2.1基礎(chǔ)底板施工
首先在基坑清槽完成后澆筑100mm厚C15混凝土墊層，然后澆筑200mm厚C25混凝土底板，底板采用ɸ12@250雙層雙向鋼筋網(wǎng)，最后在上面鋪5cm厚粗砂找平層，粗砂起到保護(hù)土工膜及找平的作用。在基礎(chǔ)上放置臨時(shí)墊鐵組，查明過濾器的安裝方位和標(biāo)高，然后進(jìn)行過濾器安裝。過濾器調(diào)節(jié)完畢后，對(duì)連接所用的地腳螺栓進(jìn)行灌漿固定，灌漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值后，重新布置墊鐵，進(jìn)行過濾器的二次找正、找平。合格后，擰緊地腳螺栓。
3.2.2 鋪設(shè)復(fù)合土工膜
鋪設(shè)復(fù)合土工膜是為了加強(qiáng)蓄水池的密閉性。復(fù)合土工膜為兩布一膜結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)單層鋪裝；土工膜預(yù)加工成一整張長方形的結(jié)構(gòu)，長方向沿基坑長方向鋪裝，土工膜長方向中心與底板中心重合。
3.2.3雨水PP模塊的組合與安裝
雨水PP模塊由模塊、固定卡組成，現(xiàn)場(chǎng)安裝（見圖2）。首先安裝第1層模塊，同層塑料模塊之間用固定卡連接，然后安裝上層模塊。上下塑料模塊之間用固定槽連接。
塑料模塊的連接過程中，要盡量避免垂直連接，上下層之間應(yīng)成樓梯型連接。在鋪設(shè)第1層塑料模塊時(shí)，塑料水池的反沖洗管要同時(shí)施工，在水池的進(jìn)水一側(cè)留出進(jìn)水管道彎頭，反沖洗管的端部用管堵封牢，并將反沖洗支管引至水池頂面與總管匯合。
3.2.4溢水井、設(shè)備安裝
組裝的雨水PP模塊系統(tǒng)中設(shè)置成品配水沉砂井，沉砂井主要作用為外界收集的雨水中存在雜質(zhì)，進(jìn)入沉砂井后進(jìn)行沉淀，沉砂井內(nèi)布設(shè)1臺(tái)雨水排污泵配合反沖洗管道進(jìn)行徹底清洗。沉淀后的水源進(jìn)入雨水PP模塊組合系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行儲(chǔ)存。
配置成品溢水井，主要作用為將雨水PP模塊組合系統(tǒng)內(nèi)儲(chǔ)存的水源通過溢流管路引入溢流井內(nèi)，溢流井內(nèi)設(shè)置全自動(dòng)自清洗過濾器，過濾器與出水管連接，利用水泵將水源抽取重新使用。
設(shè)備安裝流程與水流系統(tǒng)如圖3所示。
3.2.5基坑回填
設(shè)備安裝完畢后，將事先焊接好的復(fù)合土工膜緊緊圍裹在已鋪裝好的塑料模塊組合水池的骨架周圍，并按折痕將其折好。在頂面包裹時(shí)兩側(cè)搭接> 500mm。并將進(jìn)、出水管和連通管路與復(fù)合土工膜的接口做密封處理。
溝槽的回填沿水池四周進(jìn)行，從水池底部向上對(duì)稱分層實(shí)施，人工操作，不得采用機(jī)械推土回填，分層每層厚度≤0. 2m�；靥畈馁|(zhì)靠近土工布一側(cè)為0.1m厚的聚苯板作為保護(hù)板，外側(cè)可用碎石屑或土質(zhì)良好的原土。
3.3效益分析
雨水收集排放系統(tǒng)應(yīng)用于板工程，主要目的在于收集和有效利用施工現(xiàn)場(chǎng)雨水資源、非傳統(tǒng)水源及基坑抽取的地下水收集，平均每年可節(jié)約施工現(xiàn)場(chǎng)用水24t，充分減少了水資源的浪費(fèi)，為施工現(xiàn)場(chǎng)綠色施工提供了技術(shù)支持。
該系統(tǒng)與傳統(tǒng)蓄水池相比，擁有95%的儲(chǔ)水空隙率及超過60kN的抗壓能力，設(shè)施頂部可正常通行，節(jié)約占地面積，該系統(tǒng)無須工具快速組裝，大幅降低施工機(jī)械使用及施工強(qiáng)度，同時(shí)還能降低超過30%的開挖、運(yùn)輸及60%回填量，雨水PP模塊回收再利用率可達(dá)95%以上，為前期投入和后期運(yùn)營帶來一定便利。
4 基于BIM虛擬仿真施工技術(shù)
4.1 應(yīng)用介紹
本工程首層門廳12顆斜柱裝飾主要為梭形變截面石材（見圖4），每根柱高度為12.3m，傾斜角度5.20，面層為30mm厚淺黃色干掛毛面花崗石和灰色鋁板。底口石材弧度分別為R450，R2 800，R700，頂口石材弧度分別為R450，R5 673，R700，從底口到頂口逐漸變大。
傳統(tǒng)柱石材及鋁板安裝工藝僅采用現(xiàn)場(chǎng)立面吊線進(jìn)行控制，根本無法滿足梭形變截面斜柱安裝龍骨空間定位。若采用傳統(tǒng)安裝工藝施工，將會(huì)出現(xiàn)下料尺寸無法滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求，將導(dǎo)致大量返工。同時(shí)因龍骨種類較多、數(shù)量少，在加工時(shí)容易產(chǎn)生加工錯(cuò)誤，安裝使用時(shí)亦容易產(chǎn)生使用混亂的情況，導(dǎo)致石材安裝困難，垂直度局部偏差較大，安裝質(zhì)量無法保證，而且浪費(fèi)嚴(yán)重。
BIM虛擬仿真技術(shù)具有三維可視化、協(xié)同性和信息可提取的特點(diǎn)，它將建筑實(shí)體幾何形體、虛擬仿真和工程項(xiàng)目信息高度集成。可提高工作效率和工作質(zhì)量，節(jié)約資源從而達(dá)到降本增效的實(shí)際意義。
4.2技術(shù)工藝
4.2.1 圖紙深化設(shè)計(jì)
對(duì)圖紙缺失信息進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)匯總，列出深化設(shè)計(jì)需求表。然后使用REVIT軟件，建立梭形變截面斜柱石材裝飾的模型（見圖5），對(duì)石材的大小進(jìn)行合理分割，確定每塊石材的大小、形狀及弧長等加工尺寸。根據(jù)受力計(jì)算情況，確定主、次龍骨的規(guī)格。
4.2.2 施工現(xiàn)場(chǎng)龍骨及石材下料和定位應(yīng)用
根據(jù)已建立的梭形柱的BIM模型，可以得知石材的分隔及每塊石材的位置。通過石材的分隔及位置，可以在模型中直接確定每層角鋼龍骨的位置、長度等數(shù)據(jù)，根據(jù)龍骨位置及加工尺寸表，有針對(duì)性地把控每層鋼龍骨的位置、尺寸。
4.2.3 施工現(xiàn)場(chǎng)龍骨的加工控制
龍骨的規(guī)格尺寸、鉆孔預(yù)留位置直接影響石材安裝的整體效果，龍骨的加工質(zhì)量控制是整個(gè)施工過程的關(guān)鍵，BIM技術(shù)的應(yīng)用使得抽象的立體空間龍骨加工轉(zhuǎn)化為水平空間定位，使得把控過程更加數(shù)據(jù)化、規(guī)范化、可追溯化。
根據(jù)龍骨加工數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)龍骨的制作，制作完畢后進(jìn)行龍骨鉆孔，根據(jù)BIM放樣數(shù)據(jù)，將龍骨預(yù)留孔放樣到龍骨上，鉆孔采用鉆孔機(jī)，將龍骨構(gòu)件放樣后，在水平作業(yè)面上進(jìn)行鉆孔作業(yè)，此項(xiàng)工作使得所有基礎(chǔ)建筑構(gòu)件細(xì)微到每一個(gè)尺寸，將誤差降到最低，避免石材懸掛后產(chǎn)生偏差，鉆孔完畢后形成對(duì)比分析表格，檢查合格的龍骨方可投入。
4.2.4 施工動(dòng)畫模擬
通過BIM模型展示及加工動(dòng)畫演示，對(duì)加工工人進(jìn)行技術(shù)交底，可視化的展示有助于工人更好地熟悉施工方案、龍骨加工安裝流程、重點(diǎn)控制項(xiàng)目等。三維施工動(dòng)畫的模擬提升了交底的效率，有助于施工質(zhì)量的控制。
4.3效果分析
梭形石材安裝BIM技術(shù)應(yīng)用有效解決了傳統(tǒng)工藝中的梭形石材立體空間定位難的難題，將立體空間控制通過數(shù)字化手段轉(zhuǎn)換成平面空間及標(biāo)高控制，合理規(guī)避了傳統(tǒng)難題。
通過BIM模型的使用，確定了每塊石材、每根龍骨的加工尺寸及安裝位置，減少了因圖紙不明確、加工錯(cuò)誤等因素帶來的成本提升。通過對(duì)每根龍骨、每塊石材安裝工程量的統(tǒng)計(jì)，可以精確到人、機(jī)、料的每道工序的成本�？梢詫�(shí)現(xiàn)將計(jì)劃用量與實(shí)際用量進(jìn)行全面分析和對(duì)比，達(dá)到對(duì)成本的動(dòng)態(tài)管理。
BIM技術(shù)的應(yīng)用投入小，施工簡(jiǎn)便快捷，避免了二次返工的現(xiàn)象出現(xiàn)，同時(shí)也避免了材料、資金、人力的二次浪費(fèi)，有效地管控了工程成本。今后隨著人們需求的不斷增大，審美的不斷提高，異形柱將不斷增加，梭形石材安裝BIM應(yīng)用技術(shù)必將在大型公共建筑和標(biāo)志性建筑中發(fā)揮更加重要的作用。
5 結(jié)語
本工程對(duì)以“施工道路自動(dòng)噴灑防塵技術(shù)”、“雨水收集排放系統(tǒng)施工技術(shù)”、“基于BIM虛擬仿真施工技術(shù)”為核心的綠色施工技術(shù)進(jìn)行研發(fā)與應(yīng)用，四節(jié)一環(huán)保指標(biāo)得到有效控制，工程實(shí)際用水量?jī)H為目標(biāo)用水量的98.23%，降低近2%。
工程實(shí)踐證明，采用綠色施工技術(shù)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制，能有效降低施工成本，提高現(xiàn)場(chǎng)安全文明施工，提升企業(yè)品牌形象，對(duì)建筑行業(yè)今后的綠色、環(huán)保、精益、智能的可持續(xù)發(fā)展道路有著極大的意義，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。
