BIM技術(shù)在深基坑工程項(xiàng)目管理中的應(yīng)用研究

張坤杰 張利旺 張 亮 徐豪樂 常梁義

(中建八局第二建設(shè)有限公司，河南 鄭州 450000)

BIM技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用給我國建筑業(yè)的項(xiàng)目管理提供了新的解決手段，它能將項(xiàng)目十分抽象和龐雜的平面轉(zhuǎn)換成具有可視化特點(diǎn)的三維視圖，并采用模型作為數(shù)據(jù)信息的主要載體，以此在提高不同專業(yè)實(shí)際工作效率的同時(shí)，推動整個建筑業(yè)更好的發(fā)展，并且BIM技術(shù)自身應(yīng)用價(jià)值也在不斷發(fā)展與創(chuàng)新。在項(xiàng)目的全生命周期中通過對BIM技術(shù)的引入，可以處理不同方面和階段的問題，包括前期規(guī)劃與設(shè)計(jì)，中期實(shí)施與后期運(yùn)營。其中，在項(xiàng)目的實(shí)施階段，以深基坑施工為最重要的環(huán)節(jié)。對于深基坑施工，尤其是超高層建筑的深基坑，不僅基坑面積和挖深大，而且場地復(fù)雜，施工難度高，容易產(chǎn)生安全與質(zhì)量隱患。針對這種實(shí)際情況，引入BIM技術(shù)開展項(xiàng)目管理具有十分重要的作用，除了能確保深基坑施工順利完成，還能從根本上保證質(zhì)量與安全。

1 工程概況

某項(xiàng)目擬建建筑包含塔樓、裙房和地下室三部分，塔樓總高度約268.8m，地上57層，為辦公和酒店；裙房地上6層，以商業(yè)用房為主；地下室共4層，用途為設(shè)備用房、停車場和商業(yè)用房。該項(xiàng)目基坑周長可以達(dá)到672m，開挖邊線為用地紅線，塔樓基礎(chǔ)挖深在23.1m左右，裙房與地下室基礎(chǔ)挖深在18.4m~19.4m內(nèi)，坑中最大挖深在27.8m左右。該深基坑支護(hù)方法為樁錨和錨桿及掛網(wǎng)噴面相結(jié)合的形式。基坑降水與排水方式為在基坑頂部設(shè)置排水管，在基坑內(nèi)部設(shè)置集水井、降水井及排水溝，并在基坑的周圍通過止水帷幕的設(shè)置實(shí)現(xiàn)截水。

該項(xiàng)目所在地區(qū)為軟土地層，地基土表層是厚度不同的人工填土，下部以粉土、黏性土及泥炭質(zhì)土為主，其成因?yàn)楹喑练e，層厚相對較大，經(jīng)鉆探未發(fā)現(xiàn)基巖層。在基坑開挖施工范圍之內(nèi)，地基與土層包括粉土、黏性土及泥炭質(zhì)土，其中，對黏性土而言，其隔水性較強(qiáng)，但另外兩種較弱，加之基坑挖深很大，不同土層的實(shí)際分布范圍很廣，所以給實(shí)際的深基坑施工帶來了很大困難。在施工與管理中引入BIM技術(shù)已經(jīng)成為該項(xiàng)目實(shí)施的必然，必須引起相關(guān)人員的高度重視。

2 BIM建模

BIM有很多應(yīng)用軟件，但絕大多數(shù)軟件在導(dǎo)入格式方面均無統(tǒng)一要求，導(dǎo)致無法對復(fù)雜項(xiàng)目產(chǎn)生的各類問題進(jìn)行有效處理。基于此，在建模開始前，應(yīng)先確定模型中各類內(nèi)容需使用何種軟件，并對這些軟件進(jìn)行合理地配合使用，使不同軟件之間達(dá)到良好的協(xié)作。針對該項(xiàng)目實(shí)際情況，采用Revit和Tekla作為核心建模軟件，同時(shí)輔以SketchUp與Rhino，而應(yīng)用型軟件采用Fuzor、Navisworks和Lumion[1]。

針對不同模型目標(biāo)，相應(yīng)的建模標(biāo)準(zhǔn)也有所不同。在該項(xiàng)目中，BIM技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值包括實(shí)現(xiàn)施工深化設(shè)計(jì)與對施工方案進(jìn)行動態(tài)模擬，基于此，在施工中要根據(jù)施工工藝和施工現(xiàn)場實(shí)際情況對設(shè)計(jì)模型進(jìn)行不斷完善，以此獲取與施工需求相符的模型。

在按照系統(tǒng)進(jìn)行模型劃分的基礎(chǔ)上，不同的系統(tǒng)需根據(jù)施工標(biāo)段及流水段，結(jié)合具體的分區(qū)或樓層對模型做進(jìn)一步的拆分。對模型文件大小應(yīng)進(jìn)行合理且嚴(yán)格的控制，最大不能超過100M，否則后續(xù)對多專業(yè)模型進(jìn)行操作時(shí)導(dǎo)致硬件設(shè)備響應(yīng)速度過慢，給現(xiàn)場對模型的瀏覽及下載造成不利影響[2]。

任何一個模型及模型參照坐標(biāo)均應(yīng)與項(xiàng)目原始坐標(biāo)達(dá)到完全一致。在項(xiàng)目正式啟動前，應(yīng)對項(xiàng)目基點(diǎn)位置進(jìn)行約定，根據(jù)復(fù)測完成后的坐標(biāo)來確定。對于不同專業(yè)所用的模型，均采用Revit進(jìn)行建模，這樣有利于實(shí)現(xiàn)協(xié)同建模。

該項(xiàng)目的所有BIM構(gòu)件均包含材料及幾何尺寸方面的信息，而且還包含具體施工過程與運(yùn)維等方面的信息。對不同專業(yè)而言，其對信息提出的需求有所不同，需做好統(tǒng)一規(guī)劃。

該項(xiàng)目借助以上提出的核心建模軟件進(jìn)行基坑模型的建立，先進(jìn)行標(biāo)高繪制，在進(jìn)行軸網(wǎng)繪制之前將項(xiàng)目基點(diǎn)調(diào)出，最后以項(xiàng)目圖紙為依據(jù)使定位點(diǎn)和項(xiàng)目基點(diǎn)達(dá)到完全重合。建立應(yīng)用視圖樣板，同時(shí)將這一樣板的各項(xiàng)屬性傳遞至其他各樓層，然后載入項(xiàng)目所需各族；建立共享參數(shù)，具體以所需參數(shù)為依據(jù)進(jìn)行定制[3]。

3 BIM技術(shù)具體應(yīng)用

3.1 場地布置

在項(xiàng)目施工中，需要為辦公及生活設(shè)置必要的活動板房，其布置需遵循的原則為最大限度利用現(xiàn)有用地，保證經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性。對此可借助BIM技術(shù)實(shí)施綜合布置，同時(shí)利用裝配式圍擋為施工現(xiàn)場展開排版。結(jié)合施工設(shè)計(jì)方案，該項(xiàng)目深基坑施工具體可分成以下三個階段：第一階段為場地平整；第二階段為放坡平臺施工；第三階段為坑底施工[4]。對于第二階段，其場地布置相對復(fù)雜，不僅場地面積狹小，而且所需機(jī)械設(shè)備數(shù)量諸多，需要多臺設(shè)備同時(shí)施工，所以，有必要借助BIM技術(shù)實(shí)施平面及整個空間的優(yōu)化處理，結(jié)果如圖1所示。

圖1 第二階段施工場地布置優(yōu)化成果

3.2 方案模擬

3.2.1 土方開挖

該項(xiàng)目所在地區(qū)為軟土區(qū)，且地質(zhì)分布的均勻性較差。基于此，土方開挖需結(jié)合地質(zhì)情況做好區(qū)別設(shè)計(jì)。對于水平分區(qū)開挖，以A2、A1、B2、B1和塔樓的順序依次進(jìn)行，如圖2所示；而垂直開挖按照錨桿下方500mm嚴(yán)格控制。另外，對開挖區(qū)中土質(zhì)開展顏色區(qū)別，以此直觀表現(xiàn)出各層土質(zhì)具體情況，為基坑數(shù)據(jù)監(jiān)測提供幫助。在建模過程中，對不同區(qū)域的構(gòu)件信息分別進(jìn)行完善，然后將其導(dǎo)入至Navisworks開始應(yīng)用，對不同階段所用開挖方法予以動態(tài)演示，使不同區(qū)域開挖實(shí)現(xiàn)無縫銜接，進(jìn)而從整體上對繪圖模式進(jìn)行改善[5]。

圖2 水平分區(qū)開挖

3.2.2 支護(hù)施工

該項(xiàng)目深基坑支護(hù)工程量巨大，采用過去的文檔管理模式難免存在缺陷，特別是文檔之間缺乏集成性，導(dǎo)致后期資料復(fù)雜度較高時(shí)難以快速找到有價(jià)值的信息。對此，在引入BIM后，能為實(shí)際的支護(hù)施工順序提供良好指導(dǎo)，直觀表現(xiàn)出支護(hù)體系各方面信息，如位置、間隔距離、長度和直徑等。另外，通過對某個支護(hù)結(jié)構(gòu)的單選或多選，還能對該結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息進(jìn)行查詢[6]。

3.2.3 錨索施工

該項(xiàng)目深基坑施工所用錨索為可回收式，相比其他類型的錨索，工藝比較復(fù)雜。對此，在完成深基坑的建模后，采用3Dmax軟件進(jìn)行協(xié)作，為錨索施工開展動態(tài)模擬，以此形象且直觀地表現(xiàn)出整個施工過程當(dāng)中需要注意的重點(diǎn)和難點(diǎn)，以此使技術(shù)交底實(shí)現(xiàn)可視化，從而達(dá)到最佳的交底效果。

3.2.4 支模體系

對于塔樓的坑中坑，借助BIM來設(shè)計(jì)，其模板支撐體系主要由大塊鋼模、背楞、支撐與對拉螺桿四部分構(gòu)成，其中，背楞主要采用槽鋼，而支撐采用的是型鋼。相較于傳統(tǒng)工藝，除了能縮短17d左右的工期，還能減少10%左右的成本。另外，在地坑內(nèi)側(cè)，使用厚度為15mm的覆膜多層板與木枋制作尺寸固定的盒子，在做好統(tǒng)一編號后，于施工中通過吊裝直接就位[7]。

3.2.5 復(fù)雜節(jié)點(diǎn)

筏板基礎(chǔ)底部鋼筋最厚可以達(dá)到8層，且集水井與電梯井存在很多變截面，這導(dǎo)致鋼筋的綁扎施工十分復(fù)雜，尤其是交接部位的施工更加困難。對此，通過引入BIM技術(shù)，針對基礎(chǔ)界面相對復(fù)雜的地方進(jìn)行模型創(chuàng)建，然后借助模型分析施工是否可行，并制定有效措施解決施工中可能出現(xiàn)的各類問題。

3.3 進(jìn)度管理

通過對計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度之間的對比，確定差異是否處在允許范圍內(nèi)，并找出導(dǎo)致差異過大的具體原因，以此對項(xiàng)目進(jìn)度予以有效控制和必要的優(yōu)化。利用Navisworks先建立構(gòu)件選擇集合，然后將方案對應(yīng)的進(jìn)度計(jì)劃導(dǎo)入（也可進(jìn)行新建），再將建立完成的選擇集添加至進(jìn)度計(jì)劃當(dāng)中，同時(shí)將構(gòu)件實(shí)際狀態(tài)調(diào)整至構(gòu)造、臨時(shí)與拆除，以此即可完成對計(jì)劃進(jìn)度的動態(tài)模擬，達(dá)到預(yù)期的動態(tài)管理目標(biāo)[8]。

3.4 創(chuàng)新應(yīng)用

3.4.1 注漿器

該項(xiàng)目塔樓工程樁主要采用的是后注漿技術(shù)進(jìn)行施工，在項(xiàng)目管理過程中，為防止注漿期間水泥漿進(jìn)入到周圍還沒有開始注漿的樁，或?qū)е伦{管堵塞。該項(xiàng)目通過引入BIM技術(shù)，研發(fā)出可實(shí)現(xiàn)止逆的新型注漿器。

3.4.2 防護(hù)樓梯

該項(xiàng)目深基坑挖深很大，為了給現(xiàn)場施工人員提供方便，借助BIM技術(shù)研發(fā)出了可實(shí)現(xiàn)裝配的防護(hù)樓梯，以此從根本上保證施工安全。

4 結(jié)語

綜上所述，在建筑業(yè)發(fā)展過程中，BIM技術(shù)絕對是一項(xiàng)重要的催化劑，無論是在工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營，還是在管理過程中，都有著十分重要的作用。該項(xiàng)目深基坑施工及項(xiàng)目管理中通過對BIM技術(shù)的合理應(yīng)用，從根本上解決了包含場地布置、方案模擬和進(jìn)度控制在內(nèi)的問題，并在BIM技術(shù)的支持下，還實(shí)現(xiàn)了一些創(chuàng)新應(yīng)用，如研發(fā)出新型具有止逆功能的注漿器和可實(shí)現(xiàn)裝配的防護(hù)樓梯，為項(xiàng)目管理增加了科技手段，最終為項(xiàng)目實(shí)施創(chuàng)造增值效益。