BIM技術在超高層建筑深基坑施工中的應用

朱明明，謝源，趙星煜，孫雪巖

（中建八局第二建設有限公司）

1 引言

當前，人們對建筑物的實際使用功能提出了多樣化、個性化、高層次的要求，地下室結構變得更復雜。超高層建筑深基坑施工中，對BIM技術進行有效運用，可以更加清晰地顯示地下室主體結構、基坑支護體系之間的位置關系。借助BIM，對深基坑進行深化設計、出圖，能夠為現場施工提供有效指導，確保施工進度、施工質量。

2 超高層建筑深基坑施工面臨的問題

超高層建筑深基坑施工中，面臨著諸多問題，存在著諸多隱患。首先，基坑深度較大，施工難度較大。近年來，深基坑指的是開挖深度大于5m的基坑，適用于大規模、大體量、高層及超高層建筑、復雜結構建筑、綜合體建筑等。深基坑的深度較大，因此開挖、支護等施工難度也比較大。其次，風險較高。深基坑施工中，面臨著較大的風險，若稍有不慎，或未根據實際情況全面考慮，則可能導致施工安全事故的發生。例如，基坑開挖過程中，若沒有全面了解現場實際情況、周圍環境情況，則容易出現滑坡、塌方等安全事故，不僅威脅施工人員的安全，還會給周圍環境造成不利影響。

3 超高層建筑深基坑施工中BIM技術的應用思路

3.1 應用BIM技術開展基礎造型模擬

超高層建筑深基坑施工中，針對基礎施工，即±0.000以下的施工，應借助BIM技術的可視化、模擬性特征，對基礎造型進行深化設計，明確各部位的空間位置關系，并準確掌握各類型基坑的標高、坐標信息，從而為施工定位放線提供有效指導[1]。例如，某超高層建筑工程項目，基坑最深深度高達26.036m，采用Autodesk Revit軟件，建立墊層模型，并使其完全滿足各部位的規范造型需求，包括獨立基礎、塔吊基礎、柱下墩、集水坑以及人防墻下條基等。同時，在考慮施工放坡的基礎上，在軟件中對測量點坐標進行預設，模擬各處點位、高程坐標，從而1：1模擬施工現場，將施工點位數據完整地顯示出來，并進行重點部位三維出圖。借助軟件的坐標數據輸出，并使用全站儀，為基礎造型開挖提供有效的指導（見圖1、圖2）。

3.2 深基坑開挖中BIM技術的應用

圖1 基礎造型BIM模型與現場圖

圖2 基礎造型BIM深化模型

深基坑開挖中，為保障開挖的精確性，應當對BIM技術進行有效應用，對建筑所在地的相關數據信息進行全面收集，并以此為根據，建立3D模型，從而為深基坑開挖提供有效的數據支持。在收集相關數據信息的時候，可以應用無人機傾斜攝影測量技術，借助無人機這種機動、易操作、靈活、便捷的航空攝影測量設備，來獲取高分辨率、高質量的影像數據，并借助具有高清晰、高精度、大范圍等優勢的傾斜攝影測量技術來對復雜場景進行全面感知，充分結合數據采集設備的高效性優勢以及數據處理流程的專業化優勢，來將地貌、地物的位置、外觀、高度等屬性直觀、全面地反映出來[2]。獲得詳細、準確的航測數據之后，便可以以此為根據，建立3D GIS模型。深基坑施工過程中，借助這一3D模型，便可對開挖土方量進行準確計算，為深基坑開挖提供有效的數據支撐。同時，在深基坑開挖過程中，可以借助3D模型，來對開挖高程進行動態化分析，從而避免欠挖、超挖等問題的出現，保障深基坑開挖的施工質量。

3.3 深基坑支護中BIM技術的應用

深基坑施工中，支撐體系發揮著重要的作用，是不可缺少的重要施工內容。但是，支撐體系通常比較復雜，雖然設計過程中考慮到了結構主體、支撐體系之間的空間位置關系，但一些部位依然會與結構發生碰撞，尤其是在多道內支撐體系中，碰撞問題更為常見。設計過程中，剪力墻與支撐立柱、框架柱與支撐立柱以及樓板與支撐梁之間的關系容易確定，因此很少出現碰撞。但是，結構與支撐體系間的位置關系不易確定，容易發生碰撞，主要包括結構梁與支撐立柱之間的碰撞，框架柱、結構梁與支撐梁之間的碰撞，基礎底板坑與支撐立柱之間的位置關系，降板處與支撐立柱之間的位置關系[3]。

面對上述問題，可以采用BIM技術，對結構與支撐體系進行碰撞模擬。通過在深基坑施工中對BIM技術進行有效應用，可以實現事前可控，從而有效減少實際施工中的風險。例如，某超高層建筑工程項目在深基坑施工中，針對主體結構、深基坑支護體系，采用Autodesk Revit軟件開展了碰撞檢查模擬，同時聯合設計方實施了優化調整，并結合現場實際，制定最佳施工技術方案，準確計算施工費用，實現了對施工風險的有效控制。具體來說，先借助Autodesk Revit軟件，構建了深基坑支護BIM模型（見圖3）。再按照豎向、水平兩個方向對模型進行拆分，以便于對主體與豎向支撐之間的碰撞關系、主體與水平支撐之間的碰撞關系進行分別檢查。

通過開展碰撞檢查模擬，可以將碰撞主體之間的相對關系、管線碰撞的位置等快速查找、顯示出來。但是，在復雜、密實的結構實體中，管線碰撞檢查方式難以實現。因此，該工程是分別對豎向支撐體系、水平支撐體系開展碰撞檢查，根據每個碰撞構件的ID號，來篩選碰撞構件，做出判斷，歸類標記碰撞情況[4]。在歸類標記碰撞情況的過程中，應遵循如下幾項原則。

圖3 深基坑支護BIM模型

①針對會影響主體結構抗震性能、承載力的，應盡量規避碰撞，需及時與設計方聯系，對深基坑支護體系進行優化設計、變更；

②針對需編寫在施工技術方案中的碰撞，如穿板的附加鋼筋、穿地下室外墻的防水等，應將碰撞數量、碰撞部位記錄下來，作為疑問在圖紙會審中提出，并做好記錄，以便于后續結算；

③針對降板處、基礎底板坑與支撐立柱之間的位置關系，如支撐立柱處于坡面上、支撐立柱處于坑底內部等，需及時與設計方聯系，對支撐立柱的長細比進行驗算，對施工技術方案進行綜合考慮。

4 結語

超高層建筑深基坑施工中，可以應用BIM技術開展基礎造型模擬、輔助基坑土方開挖、開展主體與支撐體系的碰撞檢查模擬，從而保障深基坑施工質量。