BIM技術在水利深基坑工程安全質監過程中的應用研究

汪結春

摘 要：近年來隨著我國經濟的發展，水利工程建設規模日益擴大，結構形式愈加復雜，尤其是深基坑工程項目層出不窮。與一般工業與民用建筑相比，水利深基坑工程牽涉面廣、專業類型多、工程環境復雜，在建設過程中稍有不慎，就有可能造成重大安全、質量隱患，甚至引發社會事故。在信息化高速發展的今天，如何在確保水利深基坑工程安全質量的同時，運用信息化手段有效提升安全質量監督效率，解決傳統深基坑監管的困難，是亟需解決的難題之一。本文旨在通過一個典型的水利深基坑工程項目，探索BIM技術在政府安全質量監督管理（以下簡稱安質監）過程中的應用方法及路線，為今后政府監管的轉型升級和模式的優化提供實踐參考。

關鍵詞：BIM;水利工程;深基坑;安全質量監督

中圖分類號：TV551 ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1006—7973（2020）08-0115-04

近年來隨著我國經濟的發展，水利工程建設規模日益擴大，結構形式愈加復雜，尤其是深基坑工程項目層出不窮，使得水利項目面臨著巨大的質量和安全風險。與一般工業與民用建筑相比，水利深基坑工程牽涉面廣、專業類型多、工程環境復雜，在建設過程中稍有不慎，就有可能造成重大安全質量隱患，甚至引發社會事故。

我國工程安全質量政府監管制度始于20世紀80年代初，主要以行政干預、微觀監管手段為主。雖然經過多次改革，但當前的監管模式和信息化手段都無法適應現代化建設的需要。在信息化高速發展的今天，如何在確保水利建設工程安全質量的同時，運用信息化手段有效提升安全質量監督效率，解決傳統深基坑監管的困難，是亟需解決的難題之一。

2016年9月上海市水務局發布了《上海市水務局關于推進建筑信息模型技術水務應用三年行動計劃（2017-2019年）》[1]的通知，文件中強調要“促進以BIM技術為基礎的水務工程信息廣泛共享，提高水務工程項目全生命周期各方協同參與的效率和質量，促進水務行業工程管理和政府監管方式轉變，提高水務行業工程項目現代化管理的水平、效率和價值。”

利用BIM技術促進政府監管方式的轉變，是上海水利工程監管方式轉型升級的重要手段。袁曉、周婷婷從智慧城市建設所需的建筑信息采集入手，結合BIM技術應用，對建設工程政務監管模式進行了分析和探討[3]。高惕非從政府支持、業主驅動和主導 BIM 技術應用及監管人員能力四個方面分析了真正、有效地實現基于 BIM 技術的工程質量監管的相關前提 [4]。李菁、王穎將監測三維BIM模型應用于大壩安全監測及資料分析，形成可進行分析的三維模型和多維數據應用[5]。黃靖程在研究了國內外建設工程質量政府監管的現狀基礎上，提出了現行建設工程質量政監管存在的不足，探討了基于BIM的建設工程質量政府監管模式[6]。

盡管行業內對政府監管BIM技術有部分研究成果，但普遍基于理論探討，很少有安全質量監管過程中的實際BIM應用案例。本次研究旨在通過一個典型的水利深基坑工程項目案例，探索BIM技術在安質監過程中的應用方法及路線，為今后政府監管的轉型升級和模式的優化提供實踐參考。

1 依托項目BIM應用分析

1.1 依托水利項目深基坑工程概況

某水利工程泵閘項目深基坑，順水流向長約103m，垂直水流向寬約70m，基坑周長339.78m，基坑面積6931m?，最大開挖深度為11.1m，工程安全等級為二級，開挖面積約為7500m2。基坑周圍采用鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁止水帷幕圍護結構，設二道鋼筋砼內支撐，站身與閘首底板高程不同處采用水泥土重力式圍護墻。

本項目最小開挖深度為7m，最大開挖深度達11.1m，屬于典型的深基坑工程。其基坑開挖施工方案詳見下表。

1.2 安質監過程中的BIM應用分析

當前我國水利建設工程安全質量政府監管都是圍繞確保建設工程安全和質量為目的，通過采取直接或間接的行政手段，對影響工程建設活動的不利因素進行綜合協調，使各因素保持穩定在一定范圍，從而確保建設工程活動規范、有序進行[7]。上海市水利工程項目監督工作流程詳見下圖。

深基坑作為水利工程的一個重要分項，“施工階段的監督管理”是監督重點階段。根據相關安全質量監督規范文件，本項目水利工程水閘與泵站深基坑工程開挖施工過程安質監要點分別為：

（1）安全監督：抽查施工現場的基坑監測報告，檢查監測數據達到報警限值的解決方案，若已發生過報警險情，檢查處置情況的相關資料。

（2）質量監督：檢查樁基施工情況，包括樁位偏差等;抽查基坑開挖方案、基坑開挖深度寬度和標高。

本次主要目標為通過BIM技術，對施工安全及質量監管進行動態分析，對水利深基坑工程進行系統、全面、科學的監管。

2 基于BIM的施工安全監管動態分析

水利深基坑工程安全監督工作，是對水利深基坑工程參建各方和人員在施工現場執行有關安全生產法律法規和工程建設強制性標準情況實施政府監督的活動[7]。

水利深基坑周邊變形監測數據監管是施工安全保障的重要反映指標之一。利用施工中不斷獲得的監測變形數據來判斷基坑周邊安全情況，并用以指導下一步施工工作，是基坑工程中必須應用的重要信息化手段之一，也是安全監管的主要依據。

本項目采用加拿大莫尼特測斜儀或北京航天CX-06型測斜儀進行基坑圍護結構深層水平位移監測，基坑周邊設立P01～P08共計8個測斜孔，測孔埋深為20m，每0.5m測量一個數據。基坑開挖階段測量頻率不小于1次/天，結果由儀器生成txt文件，轉存至電腦。

本項目深基坑開挖至底板混凝土澆筑時間約6個月，每日獲得水平位移監測數據320個，開挖期間共計約5.7萬個水平位移監測值。傳統模式下監測數據一般以圖、表形式呈現（詳見圖4）。監督過程中需逐條核查每日數據是否達到報警限值，工作量大且效率不高，為安全監督帶來了障礙。

運用BIM技術，將二維數據三維化，運用3D空間模型展現基坑周邊監測變形情況，并結合時間與報警限值，自動高亮提醒監督人員是否出現報警情況，形成監測變形的4D動態模型，輔助監督員快速、高效進行深基坑施工過程的安全監管動態分析。水利深基坑工程施工安全監管應用流程詳見圖5。

從基坑監測變形監管角度出發，本項目基于BIM的施工安全監管動態分析具體步驟包含：

（1）獲得監測文件，分析監測數據表格類型及規律。

（2）基于BIM軟件建立三維基坑變形模型，實現可通過調整時間、變形放大比例等參數，自動建立不同時間段變形模型，快速反應現狀。

（3）提取各監測點變形最大值，用模型展現其具體位置。根據規范對每個監測點設定規范允許閾值，通過BIM軟件判定各點最大變形是否超過允許值，若超過則進行紅色高亮顯示報警。

（4）對紅色高亮警示點進行現場巡檢復核，結合施工4D進度模擬，查看不同施工期間內變形最大值的變化情況，分析其安全風險及問題，形成監督記錄，提出相應監督整改要求。

（5）整改完成后，返回監測文件獲取更新狀態，重復應用BIM技術輔助安全監管動態分析。

本項目在基坑開挖至基槽底部時，P02、P03、P04出現紅色報警，監督人員根據報警信息立即巡檢現場施工狀態，并召開監督會議，提出復核、整改要求，檢查處置情況。

3 基于BIM的施工質量監管中應用分析

水利工程質量監督工作，是依據有關法律法規和工程建設強制性標準，對涉及工程主體結構安全、主要使用功能的工程實體質量情況，以及水利工程參建各方和人員在施工現場履行法定質量責任和義務的情況實施政府監督的活動[7]。

水利深基坑工程在施工階段的質量監管是項目最重要的階段之一，這一過程時間長，參與人員多，一旦任何部位出現任何質量問題，都會在不同程度上影響著工程項目的最終質量，更有甚者會引發項目后續的安全質量事故，影響國計民生。

傳統模式下深基坑工程的質量驗收多通過“聽”“看”

“查”“測”“驗”的方式完成日常巡檢及地基驗槽工作，對監督人員的專業和經驗要求相對較高。

依托工程利用傾斜攝影技術，通過無人機采集施工現場實體信息，生成三維實景模型，與BIM設計模型進行擬合、對比分析，通過不同的顏色來標識質量偏差大小，掌握深基坑工程的實體質量情況，實現快速巡檢，科技驗收。基于BIM技術的施工質量監管流程詳見下圖。

結合傾斜攝影技術，本項目基于BIM的施工質量監管應用步驟包含：

（1）無人機采集現場數據，生成三維實景模型。

（2）結合原有的BIM設計模型，與實景模型進行對比分析。

（3）運用軟件測量、擬合等方式進行偏差分析，查看偏差量是否超過規范要求。

（4）對未超過允許偏差的，進行分部工程質量驗收;對超過規范要求的開展監督會議，進行質量安全復核。

（5）在復核滿足要求后，整改BIM模型，不滿足要求則提出整改方案，整改完成后重新進行傾斜攝影，重復工作流程。

依托工程在混凝土支撐檢查、地基驗槽、隱蔽工程驗收等階段，均通過實景模型與BIM模型進行對比分析。在隱蔽工程驗收時發現個別樁位偏差大于規范允許偏差，監督人員以監督記錄的方式發至項目法人并督促其組織相關參建單位對坑底整體樁位偏差進行復核。

4結論

本文依托一個典型的水利深基坑工程項目，探索了BIM技術在政府安全質量監督管理過程中的應用方法及路線。研究結果表明，運用BIM技術，將二維監測數據三維可視化，運用3D空間模型展現基坑周邊監測變形情況，并結合時間與報警限值，自動高亮提醒安全報警情況，能有效輔助監督員進行深基坑施工過程中的安全監管。結合傾斜攝影技術，生成現場三維實景模型，與BIM設計模型進行擬合、對比分析，信息化監管深基坑工程實體質量，并輔助進行關鍵節點質量驗收，最終實現科技監管。

安全質量監督作為水利工程建設管理中重要的一環，其BIM技術應用還處于探索階段。相信隨著信息技術的快速發展，采用BIM+互聯網、大數據、云計算、物聯網、人工智能等技術輔助水利工程進行高效安全質量監管，必將成為水利行業轉型升級的重要引擎之一。

參考文獻：

[1]上海市水務局.關于推進建筑信息模型技術水務應用三年行動計劃（2017-2019年）[Z].

[2]宮仁.上海市人民政府辦公廳轉發《關于在本市推進建筑信息模型技術應用的指導意見》[J].建筑工人，2014，35（12）：48.

[3]袁曉，周婷婷. 基于智慧城市和BIM理念的建設工程管理政府全過程監管模式探討[A]. 袁曉.大數據時代工程建設與管理——第五屆工程建設計算機應用創新論壇論文集[C]. 2015.232-237.

[4]高惕非.實現基于BIM技術的建設工程質量監管的前提[J].工程質量，2019，37（04）：89-92.

[5]黃靖程. 基于BIM的建設工程質量政府監管模式研究[D].廣西大學，2017.

[6]李菁，王穎.基于BIM技術的大壩安全監測應用初探[J].水電站設計，2020，36（01）：71-73.

[7] SSSQ2015-01，上海市水務工程項目安全質量監督規范[S].