BIM技術在深基坑工程中的應用

隨著國內超高層建筑的迅猛發(fā)展，深基坑工程的規(guī)模和深度在不斷擴大，而基坑坍塌等安全事故的頻發(fā)，對基坑工程的設計和施工提出了更高的要求。BIM技術作為建筑行業(yè)新興的技術手段也被逐漸應用于各個領域。本文以某項目深基坑為例，使用Revit建立基坑支護三維模型，進行結構碰撞檢查、施工過程模擬以及安全監(jiān)測，用于指導現場的施工，并總結了BIM技術在深基坑工程應用過程中產生的問題及原因，同時對BIM技術在深基坑領域應用的發(fā)展做出展望。

1. 技術應用背景

隨著超高層建筑在國內的大規(guī)模興建，地下空間的開發(fā)和利用也在不斷增加和擴大，開挖深度超過10m的深基坑工程不斷涌現，大多數深基坑工程都集中在建筑物和人口相對密集的市區(qū)，施工場地狹小，施工條件復雜。因此，優(yōu)化深基坑工程中支護體系的設計和施工，保證項目實施的安全，已經逐步成為項目實施的關鍵。

深基坑工程涉及專業(yè)面廣，施工條件復雜多變，且深基坑監(jiān)測受地質和氣候條件、場地大小、地下條件等因素影響較大。因此，深基坑工程需要進行科學的規(guī)劃設計，合理的施工組織，健全的系統(tǒng)監(jiān)測。將BIM技術應用于深基坑工程中，通過參數化建模和項目相關的信息進行整合，在Revit中建立深基坑工程安全監(jiān)測模型，實現深基坑工程施工安全動態(tài)警示化監(jiān)測，從而確保工程安全，提高工程質量。

2.項目介紹

某項目包含兩棟45層高層、一棟39層高層住宅，總建筑面積11.3萬平方米，建設內容涵蓋高層住宅、商業(yè)、學校、地下車庫等。

本項目深基坑工程如下圖所示，重難點如下：

(1) 該項目有兩層地下室，坑內設有格構柱換撐體系，與結構樓板相連處施工處理、土方開挖方式的選擇、底板防滲漏等是本項目的重難點；

(2) 板與支護樁邊緣重疊，該處施工面狹小，給基礎施工帶來困難；

(3) 地下室底板面積大，且處于淤泥質粉土層，電梯井及集水井處的土方開挖是安全管理的重點。

為保證現場實際施工質量和安全的需要，本項目使用BIM技術，在前期策劃階段充分考慮結構的合理性，進行施工組織設計和模擬，并且在施工過程中對基坑安全進行監(jiān)測。

3.應用概況

3.1 前期策劃階段

基坑階段的結構碰撞檢查重點在于基坑圍護體系、主體和換撐體系三者間的碰撞，通過碰撞檢查篩選出格構柱與柱墻梁間距小于20mm的點位共3個。

通過Revit三維可視化，檢查各支撐體系的結構合理性，結合支撐圍護結構、主體以及換撐模型進行檢查，分析結構不合理之處，在設計階段進行消除。

格構柱碰撞

格構柱偏位

3.2 施工階段

(1)土方開挖：基坑階段與其他分項工程最大的區(qū)別就在于土方開挖。受周邊環(huán)境、場地、豎向和水平支撐體系的限制，土方開挖方案是前期進行基坑設計需要重視的問題，如出土口、車道的設計、土方開挖順序等。

道路布置不合理

前期對項目場地進行踏勘，由于本項目基坑階段開挖深度較深，底板面積大，采用盆式開挖法，分區(qū)域分層開挖，建立三維模型，對各階段工況進行模擬，能夠將施工方案充分展現，從而增強溝通效率。

土方開挖順序

基于支撐圍護體系和主體BIM模型，結合各階段的施工工序，通過施工機械的擺放、施工操作、以及車輛的行進路線模擬來明確現場機械使用情況。

機器間操作距離測量

泵管覆蓋范圍不夠

3.3安全監(jiān)測

本項目深基坑開挖深度超過10m，屬于危險性較大的分部分項工程。基坑支護工程的不可預見因素很多，設計和施工應考慮的首要問題是確?；又ёo本身及周邊環(huán)境的安全，利用BIM技術的工作協(xié)同、施工模擬性、參數信息化等特點，可以實現在基坑監(jiān)測過程中準確快速地識別變形敏感點和危險點，直接的展現基坑變形的細微程度，從而有效預防深基坑工程施工過程中的安全事故。

安全監(jiān)測實施流程

(1) 監(jiān)測點位布置：在基坑施工階段按照監(jiān)測方案中的監(jiān)測要求和檢測類型，建立深基坑監(jiān)測點位BIM模型，根據模型定位點，布置相對應的傳感器，通過第三方軟件接口，按照監(jiān)測頻次傳至安全監(jiān)測系統(tǒng)平臺，平臺對數據進行整合后，再將統(tǒng)計數據反映至Revit模型中，以直觀的形式來表現安全監(jiān)測的過程。

監(jiān)測設備安裝

(2) 數據采集：基坑變化是一個漸變的過程，短時間內變化不明顯，傳統(tǒng)以人為肉眼測量，監(jiān)測效果不佳，利用傳感器進行監(jiān)測可以準確快速地識別變形敏感點和危險點，直接的展現基坑變形的細微程度，從而有效預防深基坑施工過程中的安全事故。

(3)數據整合：定期采集數據，通過各類傳感器傳遞至第三方接口，再經過安全監(jiān)測系統(tǒng)平臺的分析和統(tǒng)計，形成數據總結。

(4) 與BIM模型相關聯：通過上述數據采集，有針對性的對不同位置設置地下水位監(jiān)測、立柱樁沉降、支撐梁內力、基坑位移、支護樁內力、周圍建筑物沉降觀測點等，將上述點位監(jiān)測數據通過基于Revit的二次開發(fā)，與Revit中三維模型的顏色實時關聯，利用Revit三維可視化直觀反映基坑工程監(jiān)測的安全預警部位。

在Revit中對監(jiān)測點部位單獨增加參數，設置預警值和報警值，在預警值以下范圍呈現綠色，預警值和報警值之間呈現橙色，超過報警值則為紅色，并設置警報提醒。

模型與監(jiān)測數據相關聯

基坑施工過程中，只有對基坑支護結構、基坑周圍的土體和相鄰的構筑物進行全方位的監(jiān)測，才能對基坑工程的安全性和周圍環(huán)境的影響程度進行全面的把控，在出現緊急情況時及時反饋，采取必要的緊急措施，根據實際情況調整施工工藝和設計參數，來保證深基坑工程的安全進行。

7 結語

深基坑工程的安全性和經濟性一直是建設方和工程技術人員在不斷追求二者之間的平衡，進行合理的基坑設計和施工來保證深基坑工程安全和質量。在此期間，大量的基坑工程實踐經驗為基坑監(jiān)測提供了數據支持；另一方面，通過基坑監(jiān)測積累的數據又為基坑優(yōu)化設計提供了有效保證，使基坑設計方案能夠在保證基坑工程安全的前提下具有良好的經濟性。

在深基坑工程中運用BIM技術，通過三維模型，利用BIM技術的信息集成、工作相關聯等特點，充分發(fā)揮三維可視化、協(xié)同工作、資源分享等方面的優(yōu)勢，加強項目建設過程中信息的創(chuàng)建、管理和共享，從而提高溝通效率，加強對安全和質量的控制，進一步促進未來基坑工程信息化設計和施工的發(fā)展。

（編輯：奚雅青）