BIM技術在某工程基坑錨索施工中的應用

黃文平，張宏

（中國建筑第二工程局有限公司）

1 引言

基于BIM技術搭建的建筑參數模型，涵蓋了項目相關的所有參數和數據，各參建方可以實現數據信息共享，在權限范圍內及時更新和查閱相關數據，確保建筑信息準確無誤。在建筑深基坑開挖和支護等高危工程中，基坑支護通常采用樁錨結構，支護工程的重點和難點在于在特殊地理位置和復雜地形環境下提高預應力錨索的施工質量。采用BIM 技術進行錨索施工項目管理可以為項目施工提供更加精細的設計、科學的決策、有效的措施，降低因管理不到位造成的施工返工等，同時保障了施工工期和項目成本。基于BIM技術平臺可以為各參加方提供一個信息溝通和數據共享的平臺，從數據源頭上為工程品質提供技術支撐[1-3]。

2 工程概況

某大型建筑項目，占地面積6.7萬m2，建筑面積22 萬m2。項目基坑面積4.84 萬m2，其中東西長度410m、南北寬度185m，周長為1110m，基坑開挖的深度為3.4m～16.4m。基坑支護工程形式為旋挖成孔灌注樁+連系梁+預應力錨索+基坑側壁砼護面形式，采用2066 根預應力錨索，成孔直徑均為150mm。按照基坑實際情況和周圍環境設置錨索，除基坑東側采用永久性錨索外，其余位置均為臨時性錨索，并且錨索數量隨著基坑深度會發生變化。

3 施工重難點

3.1 地理位置特殊

本工程項目地形為東高西低，東面有一高坡，場地南側距離基坑邊界0.7m～17m的外圍設置有地下光纜，場地東南側除了有地下電纜外還安裝了抗滑樁，另有一建筑兩層高的變電站。沿著項目紅線，東西走向是一排工業園區內部用房以及公共基礎設施，園區用房采用混凝土框架結構和砌體結構等，園區西側距離工程23m 的距離為地下電纜通道。在進行基坑施工時，一定做好現場地質、地形勘測，確保周圍建筑物基礎免受錨索施工影響。

3.2 地質條件復雜

基坑開挖前需要做地質勘察，根據地勘數據得出，項目地質土壤內為全風化泥質粉砂巖、粉質黏土、中風化泥質粉砂巖及強風化泥質粉砂巖，土壤粉砂含量高，成分差異較大且巖土層分布不規律，并且有較大面積的軟弱夾層，當水力強度大時容易產生流砂流土。項目地下水位較高、水量大，主要分為三類：第四系粘土層中和人工填土的上層滯水，卵石層中和第四系淤泥質粉質粘土的潛水，中、強風化基巖中的裂隙水。

3.3 錨索數量多

因本工程基坑開挖和支護作業復雜，采用2066 根錨索，基坑現場有20 處陰陽角。因此，本工程基坑錨索施工的重點是合理布置錨索位置，確保陰陽角處錨索不會碰撞。

3.4 施工質量要求高

建筑工程基坑支護施工中最關鍵的分部工程就是預應力錨索施工，該分部工程質量對整個基坑支護質量至關重要。施工作業中的錨索制作安裝、成孔及泥漿配比是影響預應力錨索質量的主要因素，同時，施工作業的現場管理和施工技術也非常重要。基于BIM 技術環境下，采用Revit軟件，根據基坑工程各類圖紙、地質勘察報告，結合基坑實際情況，搭建樁錨模型，在該模型的輔助下可以提高預應力錨索的施工質量和效率。

4 BIM技術應用

4.1 模型建立

4.1.1 整體模型建立

搭建基坑支護結構的BIM 模型一般采用Revit 軟件，基坑支護模型涵蓋了預應力錨索、旋挖支護樁、腰梁和冠梁等。此外，為了確保BIM模型更好地指導基坑支護的施工作業，還應結合項目周邊地下管網和建筑環境、現場地質勘察報告等具體情況，進行地質巖土和地下管網建模。

4.1.2 精細化模型建立

將二維圖紙及相關數據導入Revit軟件中可以生成預應力錨索的三維模型，該模型涵蓋了錨索施工中的各類構件和配件，比如預應力錨索的錨具、錨墊板、導向帽、鋼絞線、架線環、波紋管、緊固環及輔助材料等。

4.2 碰撞檢查及設計優化

基于BIM 技術可以實現項目施工不同構件和工序的碰撞檢測，將搭建完成的模型文件導入Navisworks 軟件，利用ClashDetective 工具可以進行錨索施工的不同類構件（錨索、周邊地下環境、旋挖支護樁）以及同類構件（不同錨索）之間的施工碰撞檢測。項目管理人員根據碰撞檢測報告對施工作業進行核對檢查，并得到碰撞點。該項目的碰撞檢測共檢測到300處碰撞點，其中，同類碰撞及不同錨索施工碰撞占據91%，而旋挖支護樁與錨索的碰撞檢測占比9%。本項目基坑周圍環境較復雜，不規則結構和陰陽角較多，很容易產生錨索之間的碰撞，錨索錨固段與自由段是常見的碰撞位置。

項目管理人員根據BIM 模型碰撞檢測對施工中的碰撞位置進行調整和優化，一般是在符合結構設計規范的條件下調整預應力錨索的鉆孔角度，將調整后的模型導入Navisworks中進行模擬演示，再次進行碰撞檢測。待上述步驟完成后，技術人員編制錨索施工前問題匯總，并提出碰撞問題的優化調整方案，反饋給設計單位。經過核實與確認，最終方案取消2根錨索、修改7處陰陽角，調整300根預應力錨索，其中，調整24處旋挖支護樁與錨索的碰撞，276 處錨索之間的碰撞。設計單位在滿足規范要求的條件下，將施工碰撞和困難的基坑角度進行相應調整，預應力錨索調整角度在正負3°以內，調整的方位一般為放射式鉆入、垂直向下和垂直向上。現場施工時技術人員和施工人員根據調整后的方案以及BIM 模型進行施工技術交底，更科學合理地指導現場施工。

4.3 錨索與原建（構）筑物碰撞調整

通過對周邊環境和地下情況勘察，可以得出項目周圍地下管線和建筑物較多。項目場南側位于基坑邊線0.7m～17m 處有電力設施，該設施的建筑采用鋼筋混凝土結構且其基礎位于基準面以下3m～20m 左右。根據基坑支護設計圖紙和BIM模型可以看出錨索長度大于23m，最長處達34m，鉆孔角度為20°。根據現場位置、角度測量以及基坑模型碰撞檢測，可以得出錨索施工時盡管角度偏差在允許范圍內，也會與電力設施的左下角發生碰撞，例如，鉆孔角度在16.5°則無法躲過障礙物。經過設計人員對現場的反復調整和驗證分析，確定此處錨索鉆孔施工角度為25°角。

4.4 地質條件較差區域的設計優化

根據項目的地質模型可以發現基坑北側地質情況比較復雜，但是施工設計方案并未對此處進行加固處理。為了保障施工質量，項目管理人員和技術工程師建議增加錨索，以提高基坑錨索施工質量，降低基坑結構隱患。經過設計單位測算和驗證，新增一排共計17 根錨索，并對BIM模型進行修改，經過錨索施工碰撞檢測后進行施工。

4.5 三維可視化交底

基于BIM技術采用Revit搭建的預應力錨索模型，將模型的FBX 文件導入3Dmax，可以根據施工方案制作動畫形式的技術交底資料。該交底技術資料可以通過動畫視頻形式直觀形象地展示錨索施工從物料準備、現場定位、成孔施工、錨索制作安裝和注漿等所有施工工藝。相較于傳統二維圖紙技術交底的晦澀難懂、溝通理解困難等弊端，借助BIM技術進行技術交底可以向施工人員演示施工步驟，加強雙方的溝通和理解，提高施工技術交底，保障了錨索施工的質量。

5 結語

綜上所述，建筑項目的基坑開挖與支護工程作為一項高危工程，經常由于項目的地質條件和周圍環境特殊，增加了基坑工程的施工難度。本文基于某建筑基坑項目進行工程地質和環境勘察，對于環境特別、錨索施工困難的情況，提出了BIM技術加強施工管理。基于BIM 技術的預應力錨索模型，可以實現可視化展示、模擬性演示等功能。不僅可以直接展示基坑支護各個參數和數據，還可以對基坑支護作業過程進行動態模擬，通過模擬演示進行構件的碰撞檢測，施工前對同類構件和不同類構件的碰撞檢測出的問題進行優化調整。通過設計單位的核實與驗證，進行可錨索角度和位置的精細化調整，消除了現場施工的安全隱患，對錨索施工作業起到指導作用。BIM 技術的應用進一步提高了預應力錨索施工的質量和效率，降低了現場隱患率和返工率，以及由此帶來的施工成本，進一步促進建筑行業科學化發展。