BIM 技術在醫院建設基坑監測安全管理中的應用

嚴 犇 （上海市第十人民醫院， 上海 200072）

建筑工程施工是危險性大、突發性強、容易發生傷亡事故的過程，因此，保證項目的安全生產和文明施工顯得尤為重要。通過安全管理及文明施工工作，提高安全與環境保護水平保障從業人員的生命財產安全，控制生產活動對環境的污染和危害，使醫院建筑的生產與人類自身、生態環境相協調。

醫院建筑具有復雜性，作為工程建設施工基礎，基坑及圍護工程往往面臨施工周邊環境復雜、地質條件多樣，且施工過程中施工技術復雜、施工條件差、不確定因素多，給施工安全管理工作帶來了一定的困難[1]。為保證基坑在人口密集區施工安全及周邊建筑物的安全，對基坑進行安全監測至關重要。

如今許多項目的管理和實施都離不開BIM（Building Information Modeling , BIM）技術[2]，BIM 技術因其具備可視化、動態化、參數化、平臺集成化等優勢特征，其對醫院建筑項目施工安全管理工作具有十分重要的指導作用[3-4]。相比于以往的建筑施工安全管理，應用 BIM 技術能夠促使項目管理人們及時直觀地發現施工現場的安全隱患，并及時排查整改安全隱患，確保建筑施工安全[5]。將 BIM 技術引入基坑圍護安全監測中，利用 BIM 信息化模型建置，構建基坑安全監測信息系統，可以實現信息交流和共享，滿足工程整體可視化需求。基于可視化手段制訂安全應急預案，將會大大提高施工安全管理水平，避免建筑工程安全事故的發生。結合 BIM 云平臺集成化智慧管理，實現視頻監控、基坑變形動態監測、安全工況實時跟蹤等技術手段，實現對項目各參建方集成化管理，對順利推動醫院項目安全文明建設具有十分重要的意義。

1 工程概況

綜合樓建筑面積為 11 550 m2，地上建筑面積 6 700 m2，地下建筑面積 4 850 m2。污水處理站地上建筑面積為15 m2（不計建筑面積的地下污水池為 1 216 m2）。地下二層區域基坑開挖面積 2 800 m2，開挖深度為 10.80～11.10 m，安全等級為二級，局部落深 12.60 m，安全等級為一級；地下一層坡道開挖面積 400 m2，開挖最大深度為 6.45 m，安全等級為三級；地下一層連廊開挖面積 85 m2，開挖普遍深度為 6.15 m，安全等級為三級；污水處理池開挖面積約 670 m2，開挖普遍深度為 6.15 m，安全等級為三級；本工程 ±0.00 相當于絕對標高 +3.92 m，其中污水處理池絕對標高 +3.55 m。

基坑采用的圍護形式如下：

（1）本工程急診綜合樓地下二層基坑采用主體結構與支護結構相結合，整體逆作方案，采用鉆孔灌注樁作為圍護結構，止水帷幕采用三軸水泥土攪拌樁，利用主體結構梁板作為水平支撐，局部采用鋼筋混凝土支撐或鋼支撐作為臨時支撐。

（2）地下一層坡道及地下一層連廊基坑采用鉆孔灌注樁作為圍護結構，止水帷幕采用三軸水泥土攪拌樁，設置一道鋼筋混凝土支撐，順作開挖。

（3）污水處理站基坑普遍區域采用鉆孔灌注樁作為圍護結構，上水帷幕采用三軸水泥土攪拌樁，設置一道鋼筋混凝土內支撐，順作開挖。

2 工程難點分析

上海市某醫院急診綜合樓項目位于延長中路 301 號南大門處，東靠共和新路，基坑邊線東側距離地鐵一號線通道最近約 43.0 m，南為延長中路，北側距離已建外科病房綜合樓約 25.0 m，西側緊鄰原有門診大樓，東側緊臨原有口腔樓，場地位于地鐵主體車站與隧道外邊線 50 m 范圍保護區內。其中新建污水處理池處于院內西北角待拆除的老污水處理池西側，距北側居民樓約 8.15 m，距南側 5 號樓約 14 m，距西側圍墻外居民樓約 34.3 m，距東側待拆除的老污水處理池約 1.0 m。在圍護施工過程中，由于一定面積內土體受擾動，產生土體擠壓力及孔隙水壓力發生變化，波及鄰近范圍的土體沉降和水平位移，對周邊管線建筑物等產生不良影響；基坑內降水可能使坑內外水位發生變化，也可使土體產生位移，影響建筑物及地下管線的安全；樁基、基坑圍護結構施工、基坑開挖及回填等施工階段對土體擾動，必然對鄰近運營的地鐵 1 號線延長路站結構造成影響。

3 基于 BIM 基坑監測應用實施

使用 Revit 軟件平臺構建該醫院急診綜合樓基坑圍護模型。結合地勘報告對周邊的地下管線和建筑物進行監測點位布置，根據基坑工程監測等級、圍護體系的類型、形狀、位置以及分段開挖的長度、寬度和基坑施工進度等因素，對能反映各類圍護結構體受力和變形的變化趨勢的部位進行監測點位布置，實施對基坑施工過程的動態控制，掌握地層、地下水、圍護結構與支撐體系的狀態，及施工對既有建筑物的影響。通過現場監控量測，對量測數據進行整理和分析，結合漫拓云工程云平臺將每日監測數據上傳，形成監測數據庫及各類構件受力和變形的變化趨勢圖，賦予施工構件以信息化和可視化功能，指導基坑開挖和支護結構的施工，為隱蔽工程的工程質量、施工期間及運行初期的工程安全提供必要的評估資料。

3.1 監測對象布置

監測點的合理有效布置是運用 BIM 技術的重要工作之一，根據基坑工程監測等級、支護結構特點、施工工藝、變形控制要求以及設計要求確定了監測對象的類型和內容，分9 個類型進行監測，設置的監測點詳情如下：

（1）周邊市政管線監測共計 27 個管線監測點，測點編號：M1～M7、DX1～DX5、D1～D5、S1～5、X1～X5。

（2）周邊建筑物監測共計 52 個監測點，測點編號：綜合樓 F1～F30，液氧罐 Y1～Y2，污水處理站 F31～F46，地鐵出入口 DT1～DT4。

（3）周邊路面、地表變形監測斷面 3 個，每個斷面布設 5 個監測點，共計布設監測點 15 個，測點編號：DB1～DB15。

（4）圍護體頂部垂直及水平位移監測點 26 個，其中測點編號 Q1～Q20的為綜合樓基坑監測點，Q23～Q26 為污水處理站監測點，LL1～LL2 為連廊圍護監測點。

（5）圍護樁體及土體測斜：綜合樓樁身測斜布設 9孔，監測點測點編號為 CX1～CX9；污水處理站樁身測斜布設 4 孔，監測點測點編號為 CX10～CX13；連廊圍護測斜布設 2 孔，監測點測點編號為 LX1～LX2。土體測斜布設 1孔，監測點測點編號為 TX1～ TX2。

（6）支撐軸力監測在兩道支撐布設共計 15 個斷面，每個斷面安裝 4 支應力計，其中第一道支撐布置 8 組監測點，第二道支撐布置 7 組監測點，監測點測點編號為 ZC1-1～ZC2-7、ZC9；連廊布設 2 組支撐軸力監測點，測點編號為 LX1～LX2。

（7）立柱樁垂直位移監測，立柱垂直位移監測點布設27 個，測點編號為 LZ1～LZ27。

（8）坑內、外地下水位監測共計布設 13 孔，其中綜合樓布置坑外水位 7孔、坑內選擇降水孔測試 2 孔，污水處理站布設坑外 4 孔，測點編號為 SW1～SW11，坑內測點編號KN1～KN2。

（9）梁板內力監測，測點編號為 LNL1-1～LNL2-3。

3.2 監測報警值設置

按照設計要求，本工程監測報警值如下：

（1）圍護樁體、樁頂、周邊地面、坑外土體深層沉降及位移：急診樓地下二層基坑南、北兩側連續 3 d 日變量大于 3 mm 或累計大于 40 mm；坡道基坑東、南兩側連續 3 d日變量大于 1 mm 或累計大于 10 mm；其他 3 d 日變量大于 2 mm 或累計大于 20 mm。

（2） ZC1-1 軸力大于 4 000 kN，ZC2-1 軸力大于 6 000 kN；梁板內力大于 15 MPa。

（3）立柱樁頂隆起/沉降連續 3 d 日變量大于 3 mm 或累計大于 30 mm。

（4）坑外地下水位變化日變量大于 300 mm 或累計大于 800 mm。

（5）地鐵水平垂直位移連續 3 d 日變量大于 0.5 mm或累計大于 5 mm。

（6）管線水平垂直位移連續 3 d 日變量大于 3 mm 或累計大于 10 mm。

（7）建筑物液氧罐沉降連續 3 d 日變量大于 2 mm 或累計大于 20 mm；傾斜增量大于 1/1 000；墻體裂縫增量大于 1 mm。

通過現場監控量測，利用漫拓云工程云平臺基坑監測模塊對各個監測點數據上傳并設置各類監測點上下限報警值，對構件變形趨勢進行實時監控，結果以圖表形式進行反饋。

3.3 緊急情況應急措施

為了確保建筑工程項目參建人員在施工過程中的人身安全、產品安全、資金安全和建設工程順利進行，將安全管理工作作為項目管理的重點，貫徹落實國家及地方有關安全生產文明施工的法律法規及標準，堅持“安全第一、預防為主”的方針，確保無重大安全事故，以強有力的手段實施安全文明施工管理。

工程出現緊急情況或監測數據超過預警值時，應采取如下的應急預案措施，配合相關部門實施工程應急預案：

（1）立即按照相關程序向軌道公司總工辦、安質部及工程部報告現場情況。

（2）組建應急監測工作小組。

（3）增加監測人員和監測儀器設備。

（4）增加監測對象或項目、監測點和監測頻率。

（5）做好與緊急情況或監測數據超過預警值時工程場地現狀的各種文字、影像記錄。

（6）協助相關部門處置緊急情況，并對工程應急處置工作提出建議。

4 結 語

本文以上海市某醫院急診綜合樓工程為例，介紹了 BIM技術在建設基坑監測安全管理中的應用。基坑監測于 2018年 11 月 10 日進行首測，截止 2019 年 6 月 27 日共計監測98 次。在此監測過程中未出現重大緊急情況，一直根據監測方案實施，土方開挖前 2 d 一測，隨著工程項目的推進，進行開挖階段后每日一測，現場監測情況良好，暫未出現監測項達到預警和報警值。

因此，利用模型建模結合漫拓云工程平臺的方式，能夠及時發現數據的實時變化，并通過變化速率顯示基坑構件的變形情況，為基坑施工提供必要的安全評估，為項目的持續推進提供了安全方面的保障。