基于BIM技術的基坑施工安全管理

許國超

(中交第二公路勘察設計研究院有限公司，江蘇 南京 210000)

0 引 言

新形勢下我國正處于建設發展的繁榮期，各類工程承包商多達十萬余家。每年存在數百萬在建工程項目，工程技術人員不下百萬余人。工程建設中的深基坑施工項目數量可觀，基坑變形監測及施工安全管理成為項目管理的重難點。然而，施工過程中基坑監測數據龐大，不能直觀表達基坑變形情況。[1]因此，基于BIM的深基坑施工現場安全管理系統需求使迫切的。BIM技術將基坑變形情況以三維可視化呈現，較傳統圖表分析方式更直觀、高效，能更好的指導施工，方便采取措施控制基坑變形[2、3]。

隨著近年來建筑業信息化革命進程，工程建設行業通過第一次信息化革命擺脫了手繪工程制圖的枷鎖。走向了基于CAD技術電子繪圖，并利用二維線型和文字信息呈現三維設計的平面表達時代。然而，隨著高層和大型建筑物大規模建設步伐邁進，圖紙信息判讀專業度高、各專業圖紙信息關聯度差等弊端逐漸顯露，引發了建筑業信息化發展的第二次技術變革。依托建筑信息模型(Building Information model，簡稱BIM)技術，使工程全壽命周期內各環節的信息收集、管理、交互處于可視化集成環境。BIM技術正在改變各項目參與方的協作方式，將成為下一代主流技術。

1 工程概況

寧波市軌道交通3#線一期工程TJ3108標位于寧波市鄞州區，包括2個車站，分別為錦寓路站和錢湖北路站。錦寓路站是寧波市軌道交通3#線一期工程的第7站，車站長度173.2 m，標準段主體結構寬度19.7 m，端頭井處主體結構寬度23.8 m，有效站臺中心里程處底板埋深約17.61 m，端頭井處底板埋深19.30 m。本站采用下雙層單柱雙跨鋼筋混凝土框架結構。車站為地下兩層11 m島式車站，設2個出入口2組風亭。錢湖北路站是寧波市軌道交通3#線一期工程的第8個車站為地下二層島式車站，車站長度153 m，標準段主體結構寬度19.7(20.65)m，端頭井處主體結構寬度23.38 m，有效站臺中心里程處底板埋深約為19.73 m，端頭井處底板埋深20.42 m，計劃總工期41個月，擬于2019年10月30日竣工完成。

圖1 基坑施工安全管理進程

2 安全管理需求分析

2.1 靜態危險源

在基坑工程結構施工過程中，暗梁、暗柱、盾構圈梁、附屬與主體相接等復雜節點的施工難度比較大，且施工問題也比較多。另外，基坑邊緣、集水井口、塔吊、腳手架等存在相應危險區域需格外關注[4，5，6]。

2.2 地下管線遷改

錦寓路站處于嵩江中路與錦寓路十字路口及交通主干道上，地下管線復雜，主要是污水、供水、燃氣、供電、通信等管線。尤其錦寓路站北側DN1000污水管埋深6 m，管道為頂管法施工，鋼筋混凝土管，壁厚10 cm；污水井最大深度約7 m，呈南北走向，大部分與地墻重合，嚴重影響地下連續墻施工。

3 基于BIM技術安全管理實現

3.1 平面建模

為加強基坑工程在施工組織設計和方案編制階段安全管理，利用BIM技術對現場施工臨時便道、塔吊等大型機械位置、堆料區以及其他靜態危險源區域進行建模。對于施工平面布置的三維模型進行統籌規劃，動態調配能夠優化平面空間協調性，有效降低安全事故觸發幾率。

3.2 綜合管線

本項目車站范圍內存在10 kV架空電力、38 kV供電管、雨水管、污水管、給水管、燃氣管、電信管、軍用光纖、路燈線、化糞池、雕塑等管線錯綜復雜。通過BIM技術建立管線三維模型進行碰撞檢查，對現場復雜管線分析核查規范強條的符合性，降低安全管理成本，提高安全管理可靠性。

圖2 土方分塊及施工信息錄入

3.3 土方關聯

BIM施工信息管理軟件提供土方分塊功能，將基坑土方按照已評審的土方開挖專項方案進行三維分塊。分塊采用revit2016內置常規模型進行繪制[7]。

用戶除可以設置土方關聯外，還可以進行該土方與該位置對應的鋼支撐(混凝土支撐)進行關聯，方法與土方關聯一致。軟件通過實際施工節點信息輸入，比如土方開挖，支撐架設的實際施工時間。將已完工和未完工的顏色進行區分，到達施工進度信息可視化的目的。在這里把已完成設置成白色，未完工設置灰色。

3.4 監測預警和數據錄入

通過BIM施工信息管理軟件對施工圖設計文件中平面圖形進行翻模后，可同步講模型包括主體基坑及支撐情況、周圍建筑物和檢測點位的檢測數據錄入模型。建立符合工程項目現有條件和使用用途的BIM模型[8]。

測點關聯完成后進行預警值配置，點擊預警值配置按鈕，彈出“預警值配置”的界面?？稍诖颂幗y一設置各類報警值。根據已配置的預警值，在監測系統界面可以自動進行檢測預警，并以已設置顏色/透明度顯示在三維圖形中，到達檢測預警目的。

4 基于BIM技術基坑5D監測

4.1 傳統基坑監測數據管理方式

傳統基坑工程安全監測數據管理通過第三方監測單位每日監測數據采取、匯總、形成龐大的數據報告，采用人為對數據表格、二維變形曲線、文字描述等多種信息進行分析篩選，在進行現場基坑施工管理。傳統方法人為工作量大，且數據不能直觀反映基坑變形情況[5]。

4.2 基坑5D監測技術優勢

為解決以往基坑監測工作中結果呈現方式不直觀快捷的弊端，引入5D技術(三維模型，簡稱3D+時間軸+變形量色譜云圖)基于BIM理念的Revit軟件進行建模及監測數據錄入，可將工程現場信息反映在三維模型上，并實現以下功能[5-7]：

(1)模擬開挖過程，合理配置開挖場地及機械配置。

(2)開挖階段實時反映現場進度信息

(3)檢測數據實時查看，智能進行數據篩選，最大值查看。

(4)檢測預警顯示，對于檢測值到達預警標準時，智能識別，及時反映。

圖3 BIM模型建立

5 結 語

BIM技術將土方按照實際施工情況進行分塊，利用軟件的圖元顏色標注，將現場實施完成的工程實體變為紅色，未施工的工程實體設置為半透明，明確開挖狀態，提供全工程過程實時進度。能夠對開挖及后續施工所需場地、設備進行優化配置。本軟件提供初始檢測數據錄入功能，且能自動識別、自動分析和自動抽取相應的物理參數，運算后直接反應在3D模型上，形成風險預警系統。避免了人工計算，極大地改善了查找、分析的過程，減少了繁復作業和差錯，貼合了實際工程狀況。更適合于初級技術人員，其先進性不言而喻。

在建筑及市政行業中，傳統基坑工程管理通過第三方監測單位每日監測數據采取、匯總、形成龐大的數據報告，人為對數據進行分析篩選，在進行現場基坑施工管理。傳統方法人為工作量大，且數據不能直觀反映基坑變形情況。本軟件在研發初始，經廣泛調研，聽取用戶的需求，在傳統管理上，采用信息可視化技術，即基于BIM理念，將傳統方法進行改造升級，充分適應各級用戶的不同需求。本軟件可以對土方進行分塊并對實際施工節點進行管理，支持查看進度及無支撐暴露時間，且接受參數輸入及圖形導入。也可以將工程節點中的點位和Revit模型中的監測點關聯，且支持多種查看方式并可生成圖表。與用戶的實際工程所需一致，所見即所得具有首創性。