一、任务来源
该课题项目研究来源于公司内部自主立项项目，由公司工程技术研究院主导，公司科技质量部及各子分公司科技质量部共同参与，开展“大型商业综合体不规则超限结构施工技术”研究开发。
二、应用领域
本成果主要应用于新一代大型商业综合体或类似结构形式的工程。
三、技术原理
本研究项目为超限工程，存在大开洞及跃层柱，且平面体型不规则，属于楼板不连续、凹凸不规则结构，存在多种结构形式。在商场的出入口处有高挑空大跨悬挑式环桁钢结构，施工难度大。中建八局第一建设有限公司针对本项目的平面不规则超限结构进行了施工组织及策划，并成立了大型商业综合体超限结构技术团队，经过积极开展技术攻关与研究总结出了以下技术：大空间型钢混凝土转换构件施工技术、超长大面积不规则楼面结构无缝施工技术、大跨度高挑空环桁施工技术、大跨梁板及超高悬挑露台支模架施工技术、塔吊分布群塔协调技术、钢筋桁架楼承板施工技术、云平台深度互联管理技术。该关键技术获得3项发明专利，6项实用新型专利、2项省级工法，4项市级工法，5项国家级QC,1项 BIM国家级奖等多项相关成果。大型商业综合体不规则超限结构施工技术是指在建筑施工过程中，针对大型商业综合体中的不规则形状和超过常规建筑规范限制的结构部分所采用的特殊 施工技术。这些技术通常包括但不限于复杂结构的预制、现场拼装、高空作业、大跨度结构施工、复杂钢结构安装等。
1.研究内容
本项目主要研究内容包括： （1）大平面不规则超限结构深化技术研究; （2）大跨度高挑空环桁施工技术研究;（3）建造过程的低碳优化与综合降碳关键技术;（4）超长大面积不规则楼面结构无缝施工技术研究; （5）BIM助力不规则超限结构建造技术研究。
2.技术路线
针对大型商业综合体超限结构的设计与施工，分别开展超限结构的设计优化工作、大跨度高挑空环桁施工技术、钢筋桁架楼承板施工技术、超长大面积不规则楼面结构无缝施工技术、大跨梁板及超高悬挑露台支模架施工技术、BIM助力不规则超限结构建造技术。
3.原理
（1）大平面不规则超限结构深化技术
根据施工蓝图，对大空间转换梁柱进行优化，通过方案钢筋混凝土构件与型钢混凝土构件进行比选，最终采用型钢与混凝土的复合结构，能够充分发挥两者的优势，提高承载力和抗震性能，施工简单，成本相对较低，且结构转换梁可以实现不同结构的连接，方便实现建筑结构的布局和变化。结构转换柱的施工通过钢箱柱在混凝土框架柱中准确定位及钢箱柱内外栓钉与钢筋混凝土的连接，实现混凝土框架柱向钢箱柱的有效过渡；利用混凝土框架梁中钢筋与钢箱柱的可靠连接（焊接）及钢箱柱内外、框架柱和框架梁同时浇筑的混凝土使该节点成为一个安全可靠的结构节点，实现混凝框架结构向钢结构的顺利转换。
（2）大跨度高挑空环桁施工技术
根据设计要求借助BIM技术制造桁架模块，包括桁架主梁和连接节点等。在地下库顶板上进行安装转换胎架，用于支撑大跨环形主梁，以及固定桁架的支承点。利用起重机等设备将桁架模块吊装至指定位置，然后进行拼装和连接，通过研发一种大长度横跨钢结构的导向式焊接设备提高环桁合拢焊接精度。最后根据设计抗震要求，在桁架的关键位置进行加固，以增加其抗震性能。
使用转换钢梁将支撑胎架大吨位钢结构的荷载传递至地下车库结构 柱，然后传递到筏板基础，有效解决了车库顶板等结构板上方大吨位 钢结构支撑胎架的荷载分散问题，保证结构安全，同时节约回顶支撑 的成本与工期。

通过建模及受力分析进行可行性验算，验算支撑胎架及转换钢梁 的选材型号，确保胎架稳定及转换钢梁产生的形变对车库结构无影响。 采用3D3s及MidasGen有限元软件对大跨度双层空腹异形桁架结构进 行施工验算分析，选取连接节点处及应力最大处布置胎架支撑立柱， 经过受力分析计算，本工程共设置了6根胎架立柱，根据桁架的弧 形桁架截面宽度，立柱选取了600*600*14箱型钢柱。

大跨度弧形桁架散拼定位控制：利用BIM技术辅助环桁拼接定 位，使用数字化监测平台，运用线形智能测量系统及环桁单元偏位监 测系统，实现环形桁架的精准定位，完成高空拼装合拢。建模生成轮 廓控制坐标；深化拆分安装单元，减少连接焊缝数量，降低累计偏差； 出厂前场内预拼装消除加工误差并提前释放形变；现场散拼精确定位 并根绝坐标利用扫描仪进行精确校正；按照方案合理安排焊接顺序， 避免焊接偏差，实现高空合拢。

（3）建造过程的低碳优化与综合降碳关键技术
建造过程自动化碳排放计算和计量关键技术与建造过程的低碳优化与综合降碳关键技术相结合，应用基于BIM模型的碳排放速算系统。通过BIM模型导入，结合设计文件，进行工程量统计，碳排放自动化计算技术，5min内生成项目碳排放的预估值，其内容涉及主材及所有建筑构件、材料。


1）过程中使用低碳建材，通过在混凝土中加入高比例的矿物掺合料来替代部分水泥，将废弃混凝土破碎加工成高品质骨料来再生混凝土，实现混凝土的低碳化。


2）使用组合式围护结构低碳设计与施工关键技术，提出了集成ALC板+新型高性能STP板+高性能节能窗的新型“围护结构材料组合外墙”，与常规装配式混凝土实心外墙板相比，重量减轻50%，墙厚减少16%，施工工期缩短40%，与预制夹心混凝土外墙板相比，重量减轻70%，墙厚减少24%。

3）临建能源系统能耗与碳排放监测技术：应用智能设备设置分层分区采集系统，检测能源消耗与碳排放。


4）超长大面积不规则楼面结构无缝施工技术
目前大型单体建筑多采用伸缩后浇带,用以减少或消除混凝土因内部温度变化及收缩造成的混凝土开裂现象,但由于后浇带施工工序繁多、杂物难以清理,新旧混凝土结合性能较差,在混凝土干缩作用下极易形成贯穿性裂缝,不仅会造成渗漏还会降低人防工程防护密闭功能,故选择膨胀加强带抵消温度及收缩内应力,可形成无缝施工,从而达到混凝土结构自防水及良好密闭的效果，利用氧化镁膨胀机理,补偿部分收缩值，”。即通过混凝土在硬化过程中的膨胀来抵消因温度和收缩产生的拉应力,以提高其抗裂、抗渗性能。
应用于超长无缝施工中的补偿收缩混凝土技术，其设计思路是“抗放兼备、以抗为主”，即采用膨胀剂配制补偿收缩混凝土作为结构材料。膨胀剂的有效成分自身的水化或与水泥水化产物反应会生成一定的膨胀产物，使混凝土产生一定膨胀，由于钢筋和邻位约束可在结构中建立一定预应力，这一预压应力大致可以补偿混凝土在硬化过程中产生的温差和干缩拉应力，从而把裂缝控制在无害裂缝范围内。

制作缩尺试件，选取上部超长结构中跨度最大、最具代表性的一跨梁为参照，按缩尺比例，在施工现场制作空白试验组；无配筋掺加氧化镁膨胀剂试件。
在模拟实际施工方式和养护条件下，通过预埋振弦式应变计，进行内部应变的同步采集。为保证准确测量，排除应变的不均匀收缩，将应变计埋设在构件截面的形心部位，同时为保证对称性，每个试件设置3个埋设点，分别处于梁的端部、跨中及1/4位置处。为防止试件受地面雨水浸泡，地面采用坡度0.5%的C15垫层硬化处理（最厚处150mm）；为减小地面摩擦约束对试件收缩的影响，在每个试件六等分点处设置100mm宽度的垫块，并在垫块与试件之间设置两层聚四氟乙烯板作为滑移层。

试验测得1d、2d、3d、4d、5d、6d、7d、10d、14d、28d、45d、52d、60d、67d、75d、82d、90d、104d的干燥收缩值，及28d抗压强度。
并进行跳仓法施工， 先浇筑划分的较短的分仓，适应施工阶段的收缩，以“放”为主，而后浇筑成整体，以“抗”为主，适应长期作用的较小收缩及较低温差，从而达到取消后浇带及节省工期的目的。配合施工过程中控钢筋间距、控浇筑及保障养护效果的方式，实现超长混凝土结构的无缝施工。
5）BIM助力不规则超限结构建造技术
以BIM技术为辅助手段，协调设计单位实现钢结构构件的合理优化，模拟并优化现场施工组织及场地部署，保障钢结构施工顺利实施。通过BIM技术与物联网结合，形成智慧物联管理。设计、生产接入平台，完成预制构件的生产、运输、进场等过程监管。各个终端信息交互处理，施工、质量、安全、无人机监控联动，实现平台实时反馈。
运用BIM技术进行场地布置之前，就现场工程体量的大小、 劳务作业人员数量、材料加工棚数量和位置、大临数量和位置、道路 位置和宽度、塔吊布置数量等进行详细技术交底。最终先后完成建筑、结构、临建、道路塔吊等BIM模型的建模。不断优化场地布置方案。
图纸会审2D设计图纸及设计院提供的模型，利用BIM技 术深化过程中，检验设计的可施工性，可以直观的检查到相互矛盾、 无数据信息、数据错误等方面的图纸与模型问题，在施工前能预先发 现存在的问题，帮助图纸会审。
碰撞检测，收集各专业模型进行协调汇总，利用BIM的三 维技术在前期可以对管道空间碰撞、管道综合排布、构建空间位置排 布、钢结构安装顺序和方式、钢筋搭接位置、模板安装顺序和排布方 式等进行检查，对各个专业进行碰撞检查，优化工程设计。减少在建 筑施工阶段可能存在的错误损失和返工的可能性，而且优化净空，优 化管线排布方案。最后施工人员可以利用碰撞优化后的三维管线方案， 进行施工交底、施工模拟，提高施工质量。
深化设计，为保证BIM深化设计图纸作为施工依据的合理 性，根据业主提供LOD300模型以及最终应用于竣工图的出图，在前 期策划时制定了以下的图纸应用流程，并且在图纸深化出图中制定了 三级深化流程。严格按照流程制度对工程重难点分部分项工程进行深 化，使模型指导施工，施工丰富模型。使得模型与现场施工同步推进。


四、成果的创新性、先进性
1.作为EPC项目，通过设计生产施工各单位相结合，合理调优化复杂设计节点，优化构件接头节点，易于工厂生产及现场施工。
2.结合BIM技术与云平台管理技术，形成深度互联管理技术，采用信息化的手段进行供应链全流程的实时可视化管控。
3.大跨高挑空环桁施工采用转换胎架技术将荷载通过转换胎架传递给结构柱，受力合理，易于操作，为悬挑大跨梁提供稳定支撑。
4.钢-砼组合梁框结构钢筋桁架楼承板施工技术实现了工厂化生产，简省了传统支架现浇的地基处理、支架搭设和模板拆除三道工序，简化了施工程序，提高了楼板施工效率。
5.大长度横跨钢结构的导向式焊接设备提高了环桁合拢焊接精度，保证了环桁各单元的顺利合拢。
土节点处连接施工难度大的问题，以及焊接机器人或新的施工工艺， 提高钢结构焊接质量。
五、经济效益分析
1.经济效益
提高施工效率：采用先进的施工技术可以缩短工期，减少人力和机械的使用时间，从而降低施工成本。降低材料浪费：精确的施工技术和材料预制可以减少现场切割和浪费，提高材料利用率。减少后期维护成本：高质量的施工可以减少建筑在使用过程中的维修和保养费用。提升建筑品质：先进的施工技术有助于提升建筑的整体质量和美观度，增加商业价值。共形成以下经济效益：
（1）环桁钢结构安装焊接效率低，且精装度不高，焊接质量一般，往往需要通过探伤后对不合格的焊缝进行二次处理，根据计算，后处理节点需要10%，1440个焊缝需要进行处理，每个焊缝需要焊接按1小时算，每个焊缝产生的费用为:800(元/工日)/8小时=1000元/每焊缝，总费用=1440*1000=1440000元2、通过BIM精细化建模，对图纸进行优化，在三维中自动查找接缝不到位，且通过有限元分析，查找受力薄弱点，对桁架进行合理优化调整，与原设计相比，节约材料费用600000元，节省工期30工日，且提高了安装质量。
节省费用:1440000+600000=2040000元。
（2）通过本项目无缝施工（建筑面积15万平），预计减少返修费用125万元，节省材料及施工成本100万元，累计带来效益225万元，折合到15元/平。如形成市场化规划使用，将带来15元/平的经济效益。节省费用：225万元
（3）通过BIM对管线综合排布的优化，节约费用240万元，BIM对超限结构设计的优化，辅助施工图审共节约60万元，通过BIM对施工建造进行优化共节约30万元。节省费用330万元
总计节约759万元。
2.社会效益
促进技术创新：不规则超限结构的施工挑战推动了建筑行业技术的创新和发展。增加就业机会：大型项目的施工需要大量的人力资源，为社会提供了就业机会。提升城市形象：大型商业综合体的建设和运营可以提升城市的商业氛围和形象，吸引更多的投资和游客。促进经济发展：商业综合体的成功运营可以带动周边地区的经济发展，增加税收和地方财政收入。提高生活质量：商业综合体通常集购物、娱乐、餐饮等功能于一体，为居民提供便利的生活服务，提高生活质量。总之，大型商业综合体不规则超限结构施工技术的应用，不仅能够带来经济上的效益，如降低成本、提高效率和增加价值，还能够带来社会上的效益，如促进技术进步、增加就业、提升城市形象和提高居民生活质量。

一、应用前景
1.市场需求增加：随着城市化进程加快，商业综合体成为城市发展的重要组成部分。不规则超限结构能够创造更具吸引力和功能多样性的建筑形态，以满足市场对创新设计和功能复合的需求。
2.建筑材料和施工技术的不断进步为超限结构的设计与建造提供了更多的可能性，例如高强度混凝土、预应力技术以及计算机辅助设计等，提升了结构的安全性和经济性。
3.设计灵活性：不规则结构设计能够打破传统建筑的局限，允许设计师发挥更大的创造力，设计出独特的建筑形态，增强商业体的市场竞争力。
4.可持续发展：在设计不规则超限结构时，可以考虑绿色建筑设计理念，提高资源利用效率，降低能耗，从而符合可持续发展的要求。
二、推广措施
1.加强技术研究与开发：鼓励高校和研究机构开展对不规则超限结构建造技术的基础研究和应用研究，推动新材料、新工艺的研发。
2.通过展示成功的商业综合体项目案例，分享经验和教训，增强行业对不规则超限结构的信心，促进其在实际项目中的应用。
3.培养专业人才：加强相关专业人才的培养，包括建筑设计师、结构工程师和施工管理人员，提升他们对不规则超限结构的理解和应用能力。
4.加强项目管理：在实施不规则超限结构项目时，强化项目管理，确保设计、施工和运营等各环节的协调，降低风险，提高项目的整体效率。
通过以上措施的落实，可以有效推动大型商业综合体不规则超限结构建造技术的推广与应用，满足市场对个性化、创新性商业空间的需求。
本成果主要应用于新一代大型商业综合体或类似结构形式的工程。存在大型钢结构及超限结构的大型单体。
三、推广应用的范围、条件和前景
1.通过技术创新和成果总结，在省、市级等单位或协会进行科技成果的申报。根据权威主管部门对本技术的指导意见，不断进行完善并推广应用。
2.形成《大型商业综合体不规则超限结构施工技术》（作业指导书），编制技术应用要点及注意事项，便于其他同类工程的学习和认识。在相似工程依据具体施工条件和环境因素，可参考本技术，进行方案调整，得到更符合其工程本身要求。
3.通过科技成果评价，得到最具权威的技术评定水准，在企业内部和其他建筑领域得以宣传和推广实施。
四、存在的问题和改进意见
目前本项目大型商业综合体不规则超限结构施工技术应用方面还不够深入，未来将继续探索研究如何实现建筑物复杂节点实现预制施工，解决型钢混凝土节点处连接施工难度大的问题，以及焊接机器人或新的施工工艺，提高钢结构焊接质量。