BIM技術(shù)在深基坑工程中的應(yīng)用

隨著國內(nèi)超高層建筑的迅猛發(fā)展，深基坑工程的規(guī)模和深度在不斷擴(kuò)大，而基坑坍塌等安全事故的頻發(fā)，對基坑工程的設(shè)計(jì)和施工提出了更高的要求。BIM技術(shù)作為建筑行業(yè)新興的技術(shù)手段也被逐漸應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。本文以某項(xiàng)目深基坑為例，使用Revit建立基坑支護(hù)三維模型，進(jìn)行結(jié)構(gòu)碰撞檢查、施工過程模擬以及安全監(jiān)測，用于指導(dǎo)現(xiàn)場的施工，并總結(jié)了BIM技術(shù)在深基坑工程應(yīng)用過程中產(chǎn)生的問題及原因，同時(shí)對BIM技術(shù)在深基坑領(lǐng)域應(yīng)用的發(fā)展做出展望。

1. 技術(shù)應(yīng)用背景

隨著超高層建筑在國內(nèi)的大規(guī)模興建，地下空間的開發(fā)和利用也在不斷增加和擴(kuò)大，開挖深度超過10m的深基坑工程不斷涌現(xiàn)，大多數(shù)深基坑工程都集中在建筑物和人口相對密集的市區(qū)，施工場地狹小，施工條件復(fù)雜。因此，優(yōu)化深基坑工程中支護(hù)體系的設(shè)計(jì)和施工，保證項(xiàng)目實(shí)施的安全，已經(jīng)逐步成為項(xiàng)目實(shí)施的關(guān)鍵。

深基坑工程涉及專業(yè)面廣，施工條件復(fù)雜多變，且深基坑監(jiān)測受地質(zhì)和氣候條件、場地大小、地下條件等因素影響較大。因此，深基坑工程需要進(jìn)行科學(xué)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，合理的施工組織，健全的系統(tǒng)監(jiān)測。將BIM技術(shù)應(yīng)用于深基坑工程中，通過參數(shù)化建模和項(xiàng)目相關(guān)的信息進(jìn)行整合，在Revit中建立深基坑工程安全監(jiān)測模型，實(shí)現(xiàn)深基坑工程施工安全動態(tài)警示化監(jiān)測，從而確保工程安全，提高工程質(zhì)量。

2.項(xiàng)目介紹

某項(xiàng)目包含兩棟45層高層、一棟39層高層住宅，總建筑面積11.3萬平方米，建設(shè)內(nèi)容涵蓋高層住宅、商業(yè)、學(xué)校、地下車庫等。

本項(xiàng)目深基坑工程如下圖所示，重難點(diǎn)如下：

(1) 該項(xiàng)目有兩層地下室，坑內(nèi)設(shè)有格構(gòu)柱換撐體系，與結(jié)構(gòu)樓板相連處施工處理、土方開挖方式的選擇、底板防滲漏等是本項(xiàng)目的重難點(diǎn)；

(2) 板與支護(hù)樁邊緣重疊，該處施工面狹小，給基礎(chǔ)施工帶來困難；

(3) 地下室底板面積大，且處于淤泥質(zhì)粉土層，電梯井及集水井處的土方開挖是安全管理的重點(diǎn)。

為保證現(xiàn)場實(shí)際施工質(zhì)量和安全的需要，本項(xiàng)目使用BIM技術(shù)，在前期策劃階段充分考慮結(jié)構(gòu)的合理性，進(jìn)行施工組織設(shè)計(jì)和模擬，并且在施工過程中對基坑安全進(jìn)行監(jiān)測。

3.應(yīng)用概況

3.1 前期策劃階段

基坑階段的結(jié)構(gòu)碰撞檢查重點(diǎn)在于基坑圍護(hù)體系、主體和換撐體系三者間的碰撞，通過碰撞檢查篩選出格構(gòu)柱與柱墻梁間距小于20mm的點(diǎn)位共3個(gè)。

通過Revit三維可視化，檢查各支撐體系的結(jié)構(gòu)合理性，結(jié)合支撐圍護(hù)結(jié)構(gòu)、主體以及換撐模型進(jìn)行檢查，分析結(jié)構(gòu)不合理之處，在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行消除。

格構(gòu)柱碰撞

格構(gòu)柱偏位

3.2 施工階段

(1)土方開挖：基坑階段與其他分項(xiàng)工程最大的區(qū)別就在于土方開挖。受周邊環(huán)境、場地、豎向和水平支撐體系的限制，土方開挖方案是前期進(jìn)行基坑設(shè)計(jì)需要重視的問題，如出土口、車道的設(shè)計(jì)、土方開挖順序等。

道路布置不合理

前期對項(xiàng)目場地進(jìn)行踏勘，由于本項(xiàng)目基坑階段開挖深度較深，底板面積大，采用盆式開挖法，分區(qū)域分層開挖，建立三維模型，對各階段工況進(jìn)行模擬，能夠?qū)⑹┕し桨赋浞终宫F(xiàn)，從而增強(qiáng)溝通效率。

土方開挖順序

基于支撐圍護(hù)體系和主體BIM模型，結(jié)合各階段的施工工序，通過施工機(jī)械的擺放、施工操作、以及車輛的行進(jìn)路線模擬來明確現(xiàn)場機(jī)械使用情況。

機(jī)器間操作距離測量

泵管覆蓋范圍不夠

3.3安全監(jiān)測

本項(xiàng)目深基坑開挖深度超過10m，屬于危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程?；又ёo(hù)工程的不可預(yù)見因素很多，設(shè)計(jì)和施工應(yīng)考慮的首要問題是確保基坑支護(hù)本身及周邊環(huán)境的安全，利用BIM技術(shù)的工作協(xié)同、施工模擬性、參數(shù)信息化等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)在基坑監(jiān)測過程中準(zhǔn)確快速地識別變形敏感點(diǎn)和危險(xiǎn)點(diǎn)，直接的展現(xiàn)基坑變形的細(xì)微程度，從而有效預(yù)防深基坑工程施工過程中的安全事故。

安全監(jiān)測實(shí)施流程

(1) 監(jiān)測點(diǎn)位布置：在基坑施工階段按照監(jiān)測方案中的監(jiān)測要求和檢測類型，建立深基坑監(jiān)測點(diǎn)位BIM模型，根據(jù)模型定位點(diǎn)，布置相對應(yīng)的傳感器，通過第三方軟件接口，按照監(jiān)測頻次傳至安全監(jiān)測系統(tǒng)平臺，平臺對數(shù)據(jù)進(jìn)行整合后，再將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)反映至Revit模型中，以直觀的形式來表現(xiàn)安全監(jiān)測的過程。

監(jiān)測設(shè)備安裝

(2) 數(shù)據(jù)采集：基坑變化是一個(gè)漸變的過程，短時(shí)間內(nèi)變化不明顯，傳統(tǒng)以人為肉眼測量，監(jiān)測效果不佳，利用傳感器進(jìn)行監(jiān)測可以準(zhǔn)確快速地識別變形敏感點(diǎn)和危險(xiǎn)點(diǎn)，直接的展現(xiàn)基坑變形的細(xì)微程度，從而有效預(yù)防深基坑施工過程中的安全事故。

(3)數(shù)據(jù)整合：定期采集數(shù)據(jù)，通過各類傳感器傳遞至第三方接口，再經(jīng)過安全監(jiān)測系統(tǒng)平臺的分析和統(tǒng)計(jì)，形成數(shù)據(jù)總結(jié)。

(4) 與BIM模型相關(guān)聯(lián)：通過上述數(shù)據(jù)采集，有針對性的對不同位置設(shè)置地下水位監(jiān)測、立柱樁沉降、支撐梁內(nèi)力、基坑位移、支護(hù)樁內(nèi)力、周圍建筑物沉降觀測點(diǎn)等，將上述點(diǎn)位監(jiān)測數(shù)據(jù)通過基于Revit的二次開發(fā)，與Revit中三維模型的顏色實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)，利用Revit三維可視化直觀反映基坑工程監(jiān)測的安全預(yù)警部位。

在Revit中對監(jiān)測點(diǎn)部位單獨(dú)增加參數(shù)，設(shè)置預(yù)警值和報(bào)警值，在預(yù)警值以下范圍呈現(xiàn)綠色，預(yù)警值和報(bào)警值之間呈現(xiàn)橙色，超過報(bào)警值則為紅色，并設(shè)置警報(bào)提醒。

模型與監(jiān)測數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)

基坑施工過程中，只有對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、基坑周圍的土體和相鄰的構(gòu)筑物進(jìn)行全方位的監(jiān)測，才能對基坑工程的安全性和周圍環(huán)境的影響程度進(jìn)行全面的把控，在出現(xiàn)緊急情況時(shí)及時(shí)反饋，采取必要的緊急措施，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整施工工藝和設(shè)計(jì)參數(shù)，來保證深基坑工程的安全進(jìn)行。

7 結(jié)語

深基坑工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性一直是建設(shè)方和工程技術(shù)人員在不斷追求二者之間的平衡，進(jìn)行合理的基坑設(shè)計(jì)和施工來保證深基坑工程安全和質(zhì)量。在此期間，大量的基坑工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為基坑監(jiān)測提供了數(shù)據(jù)支持；另一方面，通過基坑監(jiān)測積累的數(shù)據(jù)又為基坑優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了有效保證，使基坑設(shè)計(jì)方案能夠在保證基坑工程安全的前提下具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

在深基坑工程中運(yùn)用BIM技術(shù)，通過三維模型，利用BIM技術(shù)的信息集成、工作相關(guān)聯(lián)等特點(diǎn)，充分發(fā)揮三維可視化、協(xié)同工作、資源分享等方面的優(yōu)勢，加強(qiáng)項(xiàng)目建設(shè)過程中信息的創(chuàng)建、管理和共享，從而提高溝通效率，加強(qiáng)對安全和質(zhì)量的控制，進(jìn)一步促進(jìn)未來基坑工程信息化設(shè)計(jì)和施工的發(fā)展。

（編輯：奚雅青）