BIM技術在超高層建筑深基坑施工中的應用

紀豐茂

【摘要】隨著我國社會經濟的發(fā)展與進步，使我國城市化進程不斷加快，而科技的進步讓人們對城市的地下空間進行了開發(fā)利用，再加上高層建筑和地鐵、地下商場等建筑物的興建，以至于出現了較多深基坑工程。一般情況下，在基坑工程中所用到的圍護結構都是臨時的，缺乏足夠的安全性，實際建設過程中圍護結構事故不占少數，這讓現場施工人員的生命安全遭受了較大損失。為了降低深基坑工作的安全風險，文章針對BIM技術在超高層建筑深基坑工程施工中的應用進行了分析。

【關鍵詞】BIM技術;超高層建筑;深基坑施工;應用

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.02.032

隨著我國城市化建設的推進，城市繁華地段的改造項目與新建項目與日俱增。此類項目受場地狹小、周邊環(huán)境復雜等外部因素的影響，對現場施工組織管理提出了挑戰(zhàn)。比如，地鐵線路從項目旁經過使得深基坑的支護結構體系變得更為復雜。而在地下室施工工藝中，對筏板基礎、墻體和地下室頂板的防水處理要求較高，也需要在支護結構施工方案中加以考慮。人們對建筑使用功能的要求越來越高，地下室設備也隨之變多，地下室結構也更加復雜多變。BIM技術的運用使得基坑支護體系與地下室主體結構間的位置關系變得清晰，同時，采用BIM技術對深基坑進行深化設計、出圖，可以大大方便現場施工，加快施工進度，提高施工現場精細化管理程度。

1、BIM技術在深基坑工程設計階段的應用

在深基坑工程的設計階段，可以利用BIM技術建立基坑的三維模型，直接呈現整個基坑工程，然后把各時段所計算出來的相應數據導入三維模型，這樣就可以清晰表示不同時段的基坑變化情況。在進行設計技術交底時，能為業(yè)主展示三維模型形式的不同設計方案，同時深入分析深基坑工程的經濟性、施工工期、施工可行性、對周邊環(huán)境的影響以及安全性等方面的內容，使得業(yè)主單位可以清楚其中的利弊，從而選擇最佳的方案。此外，三維模型相較于二維圖紙而言，更容易發(fā)現土體沉降給管線、道理等造成的影響，從而在設計方案的階段確認應采取的保護措施，為基坑本身以及周邊事物的安全提供保障。一旦發(fā)現問題，還可以在三維模型中修改后驗證，進而達到良好的可視化效果。

2、BIM技術在超高層建筑深基坑施工中的應用

2.1BIM在土方開挖中的應用

根據土方開挖方案，建立項目土方模型，并結合場地布置與基坑模型，創(chuàng)建不同階段的項目模型。做出相應的施工模擬，以此來輔助判斷土方開挖方案是否合理，并做出最優(yōu)出土方案。應用BIM還可以準確得到土方大開挖的土方工程量，提取土方量可以輔助預算員計算土方工程造價，幫助施工人員進行施工組織設計的編制。此項目的土方造價便是根據BIM所提取的土方工程量進行。

2.2深基坑作業(yè)監(jiān)測點及監(jiān)測要求

（1）針對深基坑情況繪制監(jiān)測BIM模型，在模型中布置變形監(jiān)測點并添加參數信息，利用工程現場變形監(jiān)控數據關聯(lián)進模型從而借助BIM模型實現深基坑作業(yè)過程中的重點參數的監(jiān)控。（2）對深基坑工程施工程序進行模擬：①平整場地、定位放線、施工圍護旋挖樁、工程樁、立柱樁;②進行坑內降水并施工格構柱;③開挖基坑土方至第一道砼支撐后施工頂圈梁和砼支撐;④待第一道砼支撐達到強度，開挖基坑土方至第二道砼支撐底，施工腰梁和第二道砼支撐;⑤待第二道砼支撐達到強度后開挖基坑至坑底標高;⑥利用施工方案的數據要求將施工計劃導入模型中，導出模擬文件。（3）建立基坑模型的多維變形監(jiān)測族并添加，設置監(jiān)測報警預警值并使之形成與模型的關聯(lián)，由此便可實現對基坑情況的監(jiān)測預警設置。（4）利用監(jiān)測工具對現場各點實際情況進行監(jiān)測并將深基坑工程施工的實時監(jiān)測數據傳導給BIM模型上的警示裝置，可以形象反應基坑在任意時間點各監(jiān)測區(qū)域危險源以及變形危險程度，判別深基坑工程的危險等級，實現對深基坑支護結構的變形、受力趨勢的預測，從而能更好地即時調整深基坑作業(yè)支護情況快速消除危險點。

2.3協(xié)調性

協(xié)調意味著各單元之間不會相互影響，協(xié)調性可以通過碰撞檢測功能實現。在完整的基坑模型創(chuàng)建過程中，可以發(fā)現大量隱藏在設計圖紙中的錯漏等問題。碰撞檢測是BIM技術中應用較為廣泛的功能之一，對基坑設計和施工有一定的指導意義。在本工程中，碰撞檢查包括基坑支護體系與周邊環(huán)境的碰撞、支護體系之間的碰撞情況。檢查中共發(fā)現81處碰撞問題，具體如：在基坑的陽角位置，錨索易產生“打架”現象，通過碰撞報告，調整該區(qū)域的錨桿布置角度來減少相互間的受力影響;鋼支撐支護處，錨索與鋼支撐位置沖突，在保證滿足設計的情況下，調整該處錨桿的高度予以避免;錨索與原有環(huán)隧結構和環(huán)隧支護結構的位置沖突，對錨桿的角度和長度進行了相應的調整。將碰撞檢查作為一項預判的方法，為設計和施工人員提供一定的參考，通過設計優(yōu)化或者通過一定的施工方法予以消除。利用BIM技術提前發(fā)現圖紙問題，在現場施工前將問題解決，避免后期窩工返工等現象，為確保工程按質按量按工期完成提供了保障。

2.4BIM技術對施工進度管理的作用

一般情況下，氣候條件、時間、工程地質、水文地質以及周邊環(huán)境等都會影響深基坑安全，且其圍護結構的安全儲備本就不大，因此參與建設的單位對基坑作業(yè)的共同目標就是在合理時間內順利、快速地完成基坑工程。傳統(tǒng)的施工管理措施存在許多不便之處，以致于深基坑工程出現較多安全事故，而BIM技術可以有效沖破二維的局限性，控制施工進度，這不僅可以讓生產計劃和采購計劃的編制加快，降低工程變更或者返工導致的損失，還能把全體工作人員的工作內容具體化、程序化，最終使得工程更加順利且快速地完成，在很大程度上保障深基坑工程的質量，從而為后期的施工做好鋪墊。例如，可以應用4D施工進度模擬技術對影響施工進度的因素進行分析，并以此為依據協(xié)調各專業(yè)，從中制訂解決問題的方法，還可以分析施工過程中的重難點，然后采取相應的措施，進而實現降低成本、縮短工期、提高效率和質量的目的。

結語：

深基坑工程在城市建設中日益普遍，開挖深度和廣度也在不斷增加，其施工效果影響著建筑工程的整體質量，而傳統(tǒng)施工管理方式在很多方面已經與深基坑施工不相適應。對BIM技術在武漢清能清江錦城項目K9地塊深基坑施工過程中的應用情況加以研究，發(fā)現該技術不僅確保了工程質量和施工進度，而且提高了施工安全和成本管控水平，并加強了施工各方的信息溝通、共享效果，展現出在深基坑施工管理方面的獨特優(yōu)勢。因此，BIM技術在未來深基坑精細化管理和信息化施工的過程中將發(fā)揮越來越重要的作用。

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