创新结构解决方案重建伦敦著名建筑

利用 RAM 和 PLAXIS 提供创新的结构解决方案，节省 25％的设计时间

重建历史上著名的基础设施

海军拱门是伦敦最具标志性的建筑之一，建于 1911 年左右，其设计彰显了皇家海军总部前身拥有的地位和恢弘气势。该建筑由地上六层和地下两层组成，有三条分别通往白金汉宫和特拉法尔加广场的通道。重建计划是要将这一历史上著名的地标性建筑改建为华尔道夫酒店、住所和私人会员俱乐部，全球性工程公司 WSP 承接了其中部分工程，负责为拱门两侧现有道路正下方的两个新地下室提供结构和岩土工程服务。特拉法尔加广场地下室深 12 米，新改建的豪华酒店两个地下房屋设施将作为水疗中心、游泳池和宴会厅。

作为具有重要历史意义的建筑，该改建工程具有极其苛刻的要求，带来了重大设计挑战。伦敦的两个地下隧道可能会给地下室挖掘深度造成限制，粘土可能会导致地面隆起，该项目需要精确的结构和岩土工程解决方案。此外，在伦敦其中一条最著名的道路下方建造地下室，需要周密的施工计划。团队需要保持恒定的交通流量，并确保在皇家仪仗队穿过拱门时，现场没有任何施工迹象。为了优化设计并简化交付和施工流程，WSP 采用了 Bentley 支持数据互用的数字化建模和分析应用程序。

克服场地限制

针对地下室的位置在两条隧道上方这种情况，团队实施了“盒中盒”设计方法，为房间实现隔音。面临的挑战是，在场地限制条件下，如何对地下室实现结构支撑。WSP 首先评估了现有结构和新的地下部分将如何与土壤相互作用，以及土方工程和施工可能会对场地下方的两个现有地下隧道产生哪些影响。

由于土壤是粘土，WSP 必须解决隆起问题，避免当承重从土壤上方移开时，发生土壤的移动或位移。虽然通常会允许隆起情况的发生，但在本施工案例中，隧道的完整性可能会受到影响。向上移动可能会导致变形并永久损坏隧道，影响铁轨和火车的安全。

该团队使用 Bentley 的岩土分析软件 PLAXIS 制定了详细的地面位移评估方案，以全面了解土壤成分、土壤与拱形结构的相互作用以及每个施工阶段的隧道位移。在标准施工中，地下室支撑着上面的上部结构，承受的所有力都向下。而该地下室上方没有上部结构，地下室桩需要位于隧道六米隔区的两侧，以便在粘土膨胀时将地下室压住。桩会产生张力，使地下结构固定在地下，同时隧道保持在正确的位置。

WSP 使用 Bentley 的岩土工程应用程序，分析和预测了三维模型在横截面水平上的位移和力，以确定如何控制地下室的位移，并有效地提供所需抗拔桩和平衡荷载。该团队通过二维和三维有限元分析来预测整个隧道沿轴线的位移效应，确定将隧道位移限制在可接受水平内的最佳解决方案。

利用RAM 优化结构设计

WSP 还使用 Bentley 的 RAM 结构分析软件分析并设计模型，以确保根据地面位移的评估结果，在不同桩上实施不同的弹簧刚度。团队利用RAM确定了施工地下室底板和筏板基础的最有效解决方案。虽然 WSP 倾向于较厚的筏板和底板，但建筑师和承包商希望它们尽可能薄，并尽量减少开挖量。团队面临的挑战是如何尽量减少结构构件厚度，以创造最大的空间，交付高度更高的地下室，同时确保有足够的重量来控制隧道的位移并减少桩中的张力。

WSP借助RAM 与第三方软件的数据互用性，与架构师一起为多次迭代创建几何图形。借助Bentley的结构设计和分析应用程序，团队通过迭代建模和分析，寻找板厚、钢筋需求和自重之间最有利于防止地下室抬升的合适平衡点。WSP 针对每个板阀构建了 16 个不同阶段的模型，以确保全面考虑每个施工阶段、荷载工况以及桩的所有不同弹簧条件。WSP 建筑结构部门副总监 Diego Padilla Phillipps 表示：“我们使用 RAM Concept 的目的，是通过出色的迭代尝试，得出合适的结构数量。”RAM 助力加快了迭代建模的速度，节省了 25％的结构设计时间，帮助 WSP 确定了具有成本效益的结构解决方案，从而顺利交付创新、经济的设计。

数据互用性简化了自上而下的施工方法

借助 Bentley 的集成式岩土工程和结构数字化应用程序，WSP 确定了最佳设计解决方案。然而，更大的挑战是要把它建在这样一个独特的地点上，同时还要求该地区保持交通畅通。McGee 采用分阶段的自上而下施工流程。这种流程方法要求首先建造桩，然后建造底层板阀。一旦建成这些资产后，道路就能重新开放，并开始挖掘工作。

三维模型简化了跨多个专业的工作流，并有助于通过法定审批。从初始方案设计到最终施工的整个过程中，团队充分利用了 Bentley 数据可互用的应用程序，设计时间缩短了一个月，复杂的施工工序也得到了优化。