BIM技術在復雜深基坑內支撐拆除中的應用

張 鵬，李 元，白峰振，李 同，曾 旭

（中國建筑第二工程局有限公司，北京 100160）

隨著社會經濟高速發展，城市建筑用地越來越緊缺。為最大效益發揮建筑用地的作用，地下空間利用率越來越大，地下室層數越來越多，基坑支護結構越來越復雜。

出于軟土地區基坑及周邊建筑物、附屬設施等環境的安全考慮，地下連續墻支護結構成為不二選擇；為保證整個基坑的穩定性、安全性，增設內支撐顯得尤為重要。地下連續墻與內支撐相結合支護體系，可謂是為基坑施工階段穿上了一件堅不可摧的“鐵甲衣”，也為主體施工階段戴上了一個燒腦的“緊箍咒”。支撐拆除更是整個基坑安全的重中之重，制訂符合實際的拆除方案,選擇合理的拆除方式至關重要。本文以昆明春之眼商業中心項目復雜深基坑內支撐拆除為例，介紹BIM技術是怎樣為內支撐拆除過程保駕護航的。

1 項目概況

1.1 工程概況

春之眼商業中心建設項目位于昆明市中央核心區域，占地面積約4萬m2，總建筑面積約60萬m2，由2棟超高層摩天大廈與高端商業中心組成，包括一棟高度為407m主塔和一棟高308m的副塔，商業裙房高49.8m，裙樓5層地下空間，主副塔4層地下室空間。

1.2 BIM應用概況

基坑支護采用地連墻+三道混凝土內支撐，地連墻為兩墻合一構件，截面尺寸為1000mm。基坑大面開挖深度22.7m，地連墻總長度45m，嵌固23m。支撐梁強度等級為C30、地連墻強度等級為水下C35。第一道與第二、三道支撐垂直投影不完全重合，第二三道支撐梁在第一道基礎上增加較多ZC2支撐梁。支撐平面布置如圖1。

圖1 支撐平面布置圖

2 BIM應用重點、難點分析

2.1 基坑周邊環境復雜

基坑東側距離文保建筑一約16.5m,文保建筑二約5.68m，文保建筑基礎較差；距離天主教堂約9.7m；距離大地保險約18.67m；距離地鐵二號線風亭約5.85m，明挖區間約28m。

基坑南側臨近地鐵六號線塘子巷站（城市值機大廳），距離約34m。基坑西側臨近盤龍江,距離約17～22m，距離濱河路上埋深約7.0m的DN1200污水干管約7.1m。基坑北側為東風廣場。基坑周邊環境如圖2。

圖2 基坑周邊環境

2.2 場地先后移交影響大

現場場地實際移交先后時間相差超過60天，各區域結構施工進度差異較大，工期難以保證。

2.3 碰撞點多

基坑支護與結構設計為兩家不同單位。基坑支護結構設計時，主體結構圖紙不完整，導致結構與支撐碰撞問題未在設計階段進行處理，出現大量碰撞。

第一道支撐與負2層梁板凈空700mm，第二道支撐與負3層梁板凈空1000mm，第三道支撐與負5層梁板凈空300mm，基坑支護結構主體結構關系如圖3所示。

圖3 基坑支護結構主體結構關系圖

2.4 交通組織受限

現有道路各種運輸車輛交錯進場，與起重機站位沖突，道路使用受限，構件吊裝和運輸效率降低。影響其他運輸車輛通行。

2.5 安全風險大

拆除工程量大，專項工序多，持續時間長；拆撐與結構施工交叉進行，切割、吊裝及內支撐各階段的安全性均存在風險。

3 BIM技術應用目標

BIM技術在復雜深基坑內支撐拆除過程的應用主要通過拆撐方案比選、托換節點優化，施工進度模擬科學管理等方面開展，來提高施工效率，減少工期，有效控制拆撐成本，提高施工管理水平。

4 BIM技術在拆撐階段的應用

4.1 BIM模型建立

采用Revit對設計院提供的CAD圖紙進行基坑支護結構地連墻、格構柱、內支撐梁，地下室主體結構進行精細化建模如圖4，保證所建基坑支護模型與施工現場基坑支護結構完全一致，地下室模型與施工圖要求完全吻合。

圖4 基坑支護模型

4.2 模型整合及碰撞檢查

4.2.1 模型整合

將基坑支護模型與地下室結構模型導入Luban iWorks平臺，并建立相應的工作集，方便后期進行碰撞檢測、漫游及三維交底。

4.2.2 碰撞檢測

在預先設置好的工作集中，通過類別、條件篩選、碰撞模式、排除構件等條件設置控制圖形中構建是否參與碰撞。

檢測完成后對結果進行分層、分區查看碰撞信息，按照專業、構件、處理方式控制碰撞點顯示篩選。最終篩選出6種碰撞類型，1718個碰撞點。

4.3 運用BIM技術進行方案比選

原設計拆撐工況為整體拆除，拆撐流程如下：整體底板完成達到85%強度→整體拆除第三道支撐→B4層頂板（除主副塔外）完成達到85%強度→整體拆除第二道支撐→B2層頂板（除主副塔外）完成達到85%強度→拆除第第一道支撐。

因現場場地實際移交先后時間相差超過60天，各區域結構施工進度差異較大，無法滿足原設計拆撐工況。結合BIM技術，最終確定將支撐分為兩個獨立體系，支撐投影范圍內的筏板基礎形成閉合，方可進行第三道支撐拆除。第一、二道支撐根據工況選擇悶拆。影響豎向結構施工的碰撞點可以進行局部拆除。

4.4 碰撞節點托換設計

4.4.1 局部水平拋撐深化設計

BIM技術與有限元技術相結合對內支撐受力進行分析，棧橋位置為整個北區內支撐結構受力體系的薄弱位置。其中第三道支撐處于最不利因素，薄弱處需設置加固措施。根據北環結構體系分析在棧橋跨中位置架設7處拋撐作為約束支座。

采用Revit對加固措施進行建模,如圖5所示，并對安裝順序、控制要點進行深化設計，利用三維模型對工人進行安全技術交底。

圖5 拋撐節點

4.4.2 格構柱與結構梁碰撞點托換設計

由于結構設計單位不同意結構梁后做，為滿足設計要求項目針對結構梁與格構柱相交碰撞節點處采取結構托換技術進行處理，然后割除與結構梁碰撞的格構柱角鋼，保證結構梁鋼筋貫通。

項目應用BIM技術進行托換節點1∶1精度建模，如圖6所示，并對該節點的可行性、合理性、安全性進行了驗證。驗證通過后利用三維節點模型對工人進行安全技術交底。

4.5 順拆內支撐梁分段細化

第一道與第二、三道支撐垂直投影不完全重合，第二三道支撐梁在第一道基礎上增加較多ZC2支撐梁。

支撐梁的幾何尺寸及受力情況不同，為避免拆除順序導致的基坑變形，造成安全事故。利用BIM技術對第三道支撐模型進行分段、編號。根據叉車的載重能力，利用Revit明細表對支撐梁長度、體積、切割長度、切割段數、重量等數據進行分析統計。將明細表以Excel形式導出，方便打印出來指導現場施工。如表1所示。

圖6 施工立面詳圖及BIM模型示意圖

表1 支撐梁截面尺寸一覽表 （單位：mm）

4.6 拆撐路線規劃

第三道支撐由兩家專業拆撐單位負責拆撐，以棧橋為界限，將拆撐分為主塔區和副塔區。

結合現場實際施工進度情況，內支撐拆除與主體結構施工須同步進行，且互不影響。為保證內支撐拆除進度與主體施工進度，利用BIM三維可視化，對內支撐分布狀態進行分析，選擇最優的運輸路線及出料口，最終依托1#、6#棧橋設置2個出料口。拆撐砼塊及混凝土渣運輸路線以2個出料口為中心。拆撐外運與主體施工材料運輸互不影響。地下運輸路線及出料口，如圖7所示。

圖7 地下運輸路線及出料口

4.7 虛擬進度與實際進度對比

將施工進度計劃整合進魯班進度計劃平臺中并與項目模型相關聯，進行4D施工進度模擬，對工程實際施工進度情況與虛擬進度情況進行對比分析，檢查施工工序銜接的合理性及進度計劃的可行性，并借助BIM管理協同平臺進行項目施工進度管理，提高施工管理質量與水平。

4.8 三維動畫安全技術交底

根據施工部署、拆撐順序、材料、設備、勞動力配置制作三維動畫如圖8所示。施工前進行可視化交底，便于作業人員快速掌握施工順序、操作要點，保證施工質量和安全的同時節約溝通成本。

圖8 三維動畫

5 BIM協作平臺管理

BIM技術和移動互聯網技術相互結合，依托LubanBuilder系統，將模型數據上傳至云端數據庫，對模型進行輕量化處理，幫助項目現場管理人員，高效、便捷的查詢BIM信息并進行協同合作。打破傳統的PC客戶端攜帶不便的束縛，提升工作效率。

日常巡查過程中，管理人員發現質量、安全等問題第一時間通過協作平臺，將問題與模型關聯后，把問題描述清楚并附相應的照片，發送給相應的責任人，責任人收到信息后及時作出回復，并對問題進行整改、回復，直至合格。通過在協調平臺進行日常巡檢，省去線下整改環節，真正做到了綠色高效辦公。

6 結語

項目協同管理平臺的線上使用，實現協同作業管理、模型及文檔管理、權限管理等，加強各參與方的協同作業，提高項目管理質量和效率。

內支撐拆除過程中應用BIM技術解決了方案對比、節點深化、拆撐路線規劃、進度模擬以及重要節點的三維技術交底，降低溝通成本，減少溝通錯誤，爭取工期，為項目創造出實際的價值，真正做到降本增效。