天行泱著基坑支護工程BIM技術的應用研究

雷廷建 （福建互華土木工程管理有限公司，福建 寧德 352100）

1 引言

隨著城市建設規模不斷擴大和步伐的加快，地下空間的開發隨之越來越多，使得深基坑工程也不斷涌現，同時對施工進度、質量及安全的要求也越來越高，傳統的施工管理模式已不能滿足，所以需要引入其他輔助工具，進行設計、施工及運營管理。近年來，在建筑工程領域中，我國正在大力推廣BIM技術，其主要原因為BIM可以做到可視化、施工模擬化、各參建方協調化等方面，為土木工程行業的發展提供了新的契機。大量的研究和實踐表明，BIM技術引入可以提高現場施工管理效率及質量，而深基坑等危大工程正是需要BIM技術的輔助。本文在前人的研究基礎上，結合自身參與的工程項目，探討并總結BIM技術在基坑支護工程中的應用情況。

2 工程概況

擬建工程為建發·天行泱著住宅項目，主要由10棟高層住宅組成，主體結構型式為剪力墻結構，采用筏板基礎及樁基型式，設有一層地下室。

場地整平后標高為4.00m～5.00m，地下室區域墊層底標高為-0.500m～0.300m，主樓筏板墊層底/承臺底標高為-0.970m～-2.000m，電梯井墊層底標高為-3.800m，整體基坑開挖深度約為4.30m～7.00m，基坑周長約為854m。

3 地質條件及周邊環境

3.1 土層分布情況

工程位于福建省寧德市蕉城區，根據福建省構造（斷裂）帶及構造單元劃分略圖，場地區外圍的地質構造較為復雜。南北方向有閩東火山斷坳陷帶和閩東南濱海斷隆帶，東西方向主要為松溪政和斷裂帶，主要表現為寧德一帶沿斷裂發育的斷裂谷地，飛鸞嶺附近有瀑布和跌水分布，并控制一系列盆地的發育和海岸線凸起彎曲等。

勘察期間各勘探孔孔口高程在2.90m～5.24m，南側閩東東路標高為3.40m～4.20m，北側玉塘路標高為5.00m～5.40m，東側仙蒲路標高為4.20m～5.00m，西側空地標高多為2.10m～3.90m。

3.2 周邊環境概況

場地東側為仙蒲路，距離基坑邊線最小距離為2.3m；場地南側為閩東路，距離基坑邊線最小距離約為10.4m；場地西側為規劃余復路（尚未建設），場地北側為玉塘路，距基坑邊線最小距離約為5.1m。

4 圍護結構設計方案

4.1 支護選型

在設計階段，工程師綜合考慮基坑影響范圍內的周邊環境以及結合地勘的水文地質情況，基坑支護方案選用H型鋼+水泥土攪拌樁止水帷幕+預應力錨索、懸臂灌注樁以及土釘墻等聯合支護形式。基坑支護結構BIM三維模型，如圖1所示。

圖1 基坑支護結構BIM模型

4.2 基坑支護剖面

①北側區域。北側基礎為承臺樁基，埋深約為5.9m。為保證在基坑施工期間，確保玉塘路的正常運行，該區段采用單排H型鋼鋼板樁+預應力錨索支護+水泥攪拌樁止水帷幕，基坑支護斷面結構圖，如圖2所示。坑內采用真空管井降水。

圖2 基坑北側區域支護剖面

②南側區域。南側為現狀閩東路，距離道路距離相對較遠，支護結構采用土釘墻支護形式，基坑支護斷面結構圖，如圖3所示。

圖3 基坑南側區域支護剖面

③西側區域。西側為規劃中的余復路，基于因為尚未建設，該區域采用土釘墻支護形式，基坑支護斷面結構圖，如圖4所示。

圖4 基坑西側區域支護剖面

④東側區域。基坑東側鄰近仙蒲路，最小距離為2.3m，為保證在基坑施工期間，確保仙蒲路的正常運行，該區域采用單排H型鋼鋼板樁+預應力錨索支護+水泥土攪拌樁止水帷幕，基坑支護斷面結構圖，如圖5所示。

圖5 基坑東側區域支護剖面

⑤局部深坑區域。該區域局部落差約為3.5m，采用單排懸臂灌注樁+單軸攪拌樁止水帷幕支護形式，基坑支護斷面結構圖，如圖6所示。

圖6 局部深坑區域支護剖面

圖7 BIM二維展示圖

5 BIM應用研究

5.1 數值模型建立的意義

在基坑工程中運用BIM技術，可以實現三維顯示地質分布可視化、支護結構以及周邊環境分布情況的功能。形成三維模型后，可以有效地查看支護結構與周邊環境的相對關系，是否存在位置沖突，并且可以利用模型，進行施工組織設計以及現場實施信息化管理。

圖8 BIM三維展示圖

5.2 模型解決的問題

5.2.1 三維可視化展示

通過建立三維模型，可以有效地展示出各段支護形式及不同支護形式銜接處節點的細部大樣，如圖10所示。

圖10 冠梁及圍護樁局部展示圖

5.2.2 碰撞分析

該工程基坑南側CD段與DE段的交接處（即陽角處）錨索的布置不太合理，根據施工經驗，極有可能發生錨索碰撞。

5.2.3 工程量統計

在建立BIM模型時，均按照設計圖尺寸進行建模，所以經過最終匯總，可匯總出各個不同結構構件等工程量信息，進而可以測算出基坑支護的工程概算。

5.2.4 施工管理

在BIM模型中，我們可以實現與實際基坑開挖工序進行分步演示，包括土方外運路線。并且可以將施工計劃進度以及實際施工進度進行匯總，動態跟蹤調整，避免因為一些關鍵工序的延誤，最終真正意義上實現動態化的施工管理。

5.2.5 基坑監測

將BIM技術引入深基坑的監測中，建立支護結構、結構支撐的模型，實時獲取基坑變形數據并導入模型，進行分析并以可視化的形式呈現，實現智能基坑監測。

圖11 錨索碰撞分析圖

6 結論

本文以實際工程案例為研究背景，采用BIM技術為輔助工具，有效地解決了傳統單一施工管理手段可能遇到的現場問題。

①本工程的基坑規模較大，而且基坑影響范圍內的環境較為復雜，設計過程中，已根據不同地質情況以及周邊環境復雜程度，分別采用單排H型鋼鋼板樁+預應力錨索+止水帷幕、單排懸臂鉆孔灌注樁+止水帷幕及土釘墻等多種組合支護形式，根據施工開挖情況，驗證了該組合支護形式的安全性。

②基坑工程中引用BIM技術作為輔助手段、進行施工現場的管理工具，將周邊環境、支護結構等進行整體建模，可實現現場可視化展示，更為直觀。利用BIM模型進行施工工序模擬，可以事先解決結構之間碰撞問題，避免施工過程中的返工或停滯。并且可以事先統計工程量，合理布置任務及材料采購，確保工程項目順利進行。