BIM技術(shù)在復(fù)雜深基坑內(nèi)支撐拆除過程中的應(yīng)用*

翁邦正，李 元，王文淵，喬趨超，彭銘旭

(中國建筑第二工程局有限公司，北京 100160)

0 引言

出于軟土地區(qū)基坑及周邊建筑物、附屬設(shè)施等環(huán)境的安全考慮，常采用地下連續(xù)墻作為支護結(jié)構(gòu)。為保證整個基坑的穩(wěn)定性、安全性，增設(shè)內(nèi)支撐顯得尤為重要。地下連續(xù)墻與內(nèi)支撐相結(jié)合支護體系中，支撐拆除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(guān)重要。以昆明春之眼商業(yè)中心項目復(fù)雜深基坑內(nèi)支撐拆除為例，介紹BIM技術(shù)在內(nèi)支撐拆除過程中的應(yīng)用。

1 工程概況

1.1 項目概況

春之眼商業(yè)中心建設(shè)項目位于昆明市中央核心區(qū)域，東風(fēng)廣場工人文化宮以南，拓東路以北，盤龍江以東，北京路以西，占地面積約4萬m2，總建筑面積約60萬m2，由2棟超高層建筑與高端商業(yè)中心組成，包括1棟高407m的主塔樓和1棟高308m的副塔樓，商業(yè)裙房高49.8m，裙樓地下5層，主副塔樓地下4層。

1.2 BIM應(yīng)用概況

基坑支護采用地下連續(xù)墻+3道混凝土內(nèi)支撐，地下連續(xù)墻為兩墻合一構(gòu)件，截面尺寸為1 000mm。基坑大面開挖深度22.7m，地下連續(xù)墻總長度45m，嵌固23m。支撐梁混凝土強度等級為C30、地下連續(xù)墻混凝土強度等級為水下C35。第1道與第2，3道支撐垂直投影不完全重合，第2,3道支撐梁在第1道基礎(chǔ)上增加較多支撐，如圖1所示。

圖1 支撐平面布置

2 BIM應(yīng)用重點與難點分析

2.1 基坑周邊環(huán)境復(fù)雜

1)基坑?xùn)|側(cè) 距離文物保護建筑1約16.5m,距離文物保護建筑2約5.68m，文物保護建筑基礎(chǔ)較差；距離天主教堂約9.7m；距離大地保險大樓約18.67m；距離地鐵2號線風(fēng)亭站約5.85m，明挖區(qū)間約28m。

2)基坑南側(cè) 臨近地鐵6號線塘子巷站(城市值機大廳)，距離約34m。

3)基坑西側(cè) 臨近盤龍江，距離17～22m，距離濱河路上埋深約7.0m的DN1 800污水干管約7.1m。

4)基坑北側(cè) 東風(fēng)廣場。基坑周邊環(huán)境如圖2所示。

圖2 基坑周邊環(huán)境

2.2 場地先后移交影響大

現(xiàn)場場地實際移交先后時間相差超過60d，各區(qū)域結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計為兩家不同單位，基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計時，主體結(jié)構(gòu)圖紙不完整，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)與支撐碰撞問題未在設(shè)計階段進行處理，出現(xiàn)大量碰撞。

第1道支撐與地下2層梁板凈空700mm，第2道支撐與地下3層梁板凈空1 000mm，第3道支撐與地下5層梁板凈空300mm。基坑支護結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖3所示。

圖3 基坑支護結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)關(guān)系

2.4 交通組織受限

現(xiàn)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(gòu)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(fēng)險大

拆除工程量大，專項工序多，持續(xù)時間長；拆撐與結(jié)構(gòu)施工交叉進行，切割、吊裝及內(nèi)支撐各階段的安全性均存在風(fēng)險。

3 BIM技術(shù)在拆撐階段的應(yīng)用

BIM技術(shù)在復(fù)雜深基坑內(nèi)支撐拆除過程的應(yīng)用主要在拆撐方案比選、托換節(jié)點優(yōu)化、施工進度模擬、科學(xué)管理等方面，用以提高施工效率，縮短工期，有效控制拆撐成本，提高施工管理水平。

3.1 BIM模型建立

采用Revit對設(shè)計院提供的CAD圖紙進行基坑支護結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻、格構(gòu)柱、內(nèi)支撐梁、地下室主體結(jié)構(gòu)進行精細化建模，如圖4所示，保證所建基坑支護模型與施工現(xiàn)場基坑支護結(jié)構(gòu)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

3.2 模型整合與碰撞檢查

1)模型整合

將基坑支護模型與地下室結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)入Luban iWorks平臺，并建立相應(yīng)的工作集，方便后期進行碰撞檢測、漫游及三維交底。

2)碰撞檢測

在預(yù)先設(shè)置好的工作集中，通過類別、條件篩選、碰撞模式、排除構(gòu)件等條件設(shè)置控制圖形中構(gòu)件是否參與碰撞。

檢測完成后對結(jié)果進行分層、分區(qū)查看碰撞信息，按照專業(yè)、構(gòu)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，1 718個碰撞點。

3.3 方案比選

原設(shè)計拆撐工況為整體拆除，拆撐流程如下：整體底板達到85%強度→整體拆除第3道支撐→地下4層頂板(除主、副塔樓外)達到85%強度→整體拆除第2道支撐→地下2層頂板(除主、副塔樓外)達到85%強度→拆除第1道支撐。

現(xiàn)場場地實際移交先后時間相差超過60d，各區(qū)域結(jié)構(gòu)施工進度差異較大，無法滿足原設(shè)計拆撐工況。項目團隊與顧問團隊、基坑設(shè)計負責人結(jié)合BIM技術(shù)進行周密計算，并邀請專家研討后，最終確定將支撐分為2個獨立體系，支撐投影范圍內(nèi)的筏板基礎(chǔ)形成閉合，方可進行第3道支撐拆除。第1，2道支撐根據(jù)工況選擇悶拆。影響豎向結(jié)構(gòu)施工的碰撞點可以進行局部拆除。

3.4 碰撞節(jié)點托換設(shè)計

1)局部水平拋撐深化設(shè)計

BIM技術(shù)與有限元技術(shù)相結(jié)合對內(nèi)支撐受力進行分析，棧橋位置為整個北區(qū)內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)受力體系的薄弱位置。其中最不利因素在第3道支撐處，薄弱處需采取加固措施。根據(jù)北環(huán)結(jié)構(gòu)體系分析，在棧橋跨中位置架設(shè)7處拋撐作為約束支座。

采用Revit對加固結(jié)構(gòu)進行建模(見圖5)，并對安裝順序、控制要點進行深化設(shè)計，利用三維模型對工人進行安全技術(shù)交底。

圖5 拋撐節(jié)點

2)格構(gòu)柱與結(jié)構(gòu)梁碰撞點托換設(shè)計

由于結(jié)構(gòu)設(shè)計單位不同意結(jié)構(gòu)梁后做，為滿足設(shè)計要求，項目針對結(jié)構(gòu)梁與格構(gòu)柱相交碰撞節(jié)點處采取結(jié)構(gòu)托換技術(shù)進行處理，割除與結(jié)構(gòu)梁碰撞的格構(gòu)柱角鋼，保證結(jié)構(gòu)梁鋼筋貫通。

項目應(yīng)用BIM技術(shù)進行托換節(jié)點1∶1 精度建模(見圖6)，并對該節(jié)點的可行性、合理性、安全性進行驗證。驗證通過后，利用三維節(jié)點模型對工人進行安全技術(shù)交底。

圖6 施工立面及BIM模型

3.5 順拆內(nèi)支撐梁分段細化

第1道與第2，3道支撐垂直投影不完全重合，第2，3道支撐梁在第1道基礎(chǔ)上增加較多支撐，支撐梁截面尺寸如表1所示。

表1 支撐梁截面尺寸 mm

支撐梁的幾何尺寸及受力情況不同，為避免拆除順序?qū)е碌幕幼冃渭鞍踩鹿剩肂IM技術(shù)對第3道支撐模型進行分段、編號。根據(jù)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(shù)、質(zhì)量等數(shù)據(jù)進行分析統(tǒng)計。將明細表以Excel形式導(dǎo)出，以指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

3.6 拆撐路線規(guī)劃

第3道支撐由2家專業(yè)拆撐單位負責拆除，以棧橋為界限，將拆撐分為主塔樓區(qū)和副塔樓區(qū)。結(jié)合現(xiàn)場實際施工進度情況，內(nèi)支撐拆除與主體結(jié)構(gòu)施工須同步進行，且互不影響。為保證內(nèi)支撐拆除進度與主體施工進度，利用BIM三維可視化，對內(nèi)支撐分布狀態(tài)進行分析，選擇最優(yōu)的運輸路線及出料口，最終依托1，6號棧橋設(shè)置2個出料口。以2個出料口為中心，確定拆撐混凝土塊及混凝土渣運輸路線。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

3.7 虛擬進度與實際進度對比

將施工進度計劃整合到魯班進度計劃平臺中，并與項目模型相關(guān)聯(lián)，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(xié)同平臺進行項目施工進度管理，提高施工管理質(zhì)量與水平。

3.8 三維動畫安全技術(shù)交底

根據(jù)施工部署，將拆撐順序，材料、設(shè)備、勞動力配置情況制作三維動畫。施工前進行可視化交底，便于作業(yè)人員快速掌握施工順序和操作要點，保證施工質(zhì)量和安全的同時節(jié)約溝通成本。

4 BIM協(xié)作平臺管理

BIM技術(shù)和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相互結(jié)合，依托Luban Builder系統(tǒng)，將模型數(shù)據(jù)上傳至云端數(shù)據(jù)庫，對模型進行輕量化處理，幫助項目現(xiàn)場管理人員高效、便捷查詢BIM信息并進行協(xié)同合作，打破傳統(tǒng)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(fā)現(xiàn)質(zhì)量、安全等問題第一時間通過協(xié)作平臺將問題與模型關(guān)聯(lián)后，把問題描述清楚并附相應(yīng)照片，發(fā)送給相應(yīng)責任人，責任人收到信息后及時作出回復(fù)，并對問題進行整改、回復(fù)，直至合格。通過協(xié)調(diào)平臺進行日常巡檢，省去線下整改環(huán)節(jié)，真正做到了綠色高效、低碳辦公。

5 結(jié)語

項目協(xié)同管理平臺的線上使用，實現(xiàn)協(xié)同作業(yè)管理、模型及文檔管理、權(quán)限管理等，加強各參與方的協(xié)同作業(yè)，提高項目管理質(zhì)量和效率。

內(nèi)支撐拆除過程中應(yīng)用BIM技術(shù)解決了方案對比、節(jié)點深化、拆撐路線規(guī)劃、進度模擬以及重要節(jié)點的三維技術(shù)交底，降低溝通成本，減少溝通錯誤，縮短工期，真正做到降本增效。