探析深基坑工程BIM技术及信息化管理的应用

於禛浩

针对深基坑工程施工情况进行分析，以某工程为例，分析了如何在施工中应用BIM技术，内容主要有碰撞检测、复杂节点可视化、实时查看基坑监测等。同时阐述了如何进行深基坑工程的信息化管理，内容有：物联网施工现场视频监控设置，物联网塔机起重机械安全监控设置，分布式基坑监测信息管理系统等。

以上海市长宁区某基坑工程为例，该工程设计、勘察、施工一体化项目，包含工程项目的设计、勘察与施工总承包工作。该工程使用BIM技术，同时对工程实施信息化管理。BIM技术在我国应用时间较短，但是已经充分凸显出其优势，因此得到了广泛应用。加上对信息技术的充分应用，能够促使深基坑工程的施工效率得到提升，确保工程安全顺利进行，因此对深基坑工程BIM技术及信息化管理的应用进行分析，以期提升深基坑工程施工和管理水平。

一、工程概况

建筑耐火等级为一级，地下室防水等级为一级，建筑结构安全等级二级，地基基础安全等级二级。抗震等级：裙房框架为三级（不小于 18 m跨度的框架和楼梯间周边框架为二级）；塔楼钢筋混凝土核心筒为特一级，塔楼钢框架为二级。建筑主体结构形式为砼/钢框架结构，使用年限50年。拟建建筑设计±0.00绝对标高为3.450，室内外高差0.15m。

该工程采用钻孔灌注桩，按桩的分布位置和作为分为两种桩型：塔楼桩（抗压桩GZH1）和裙房/地库桩（抗压桩/抗拔桩GZH2）。塔楼桩（抗压桩GZH1）采用桩端后注浆工艺，以增加桩端承载力。设计±0.000相当于绝对标高3.45m。同时本工程基坑开挖面积约14506m2，周长约566m，场地周边地面标高约为3.200 m，基坑普遍开挖深度约15.4m。基坑工程安全等级为一级，基坑南侧美术馆、东侧住宅楼、周边已建道路及地下管线为本工程需要重点保护的对象。

二、BIM技术应用

1.碰撞检测

深基坑建筑和超高层建筑相比，不用考虑到土建和安装施工，同时管线以及管线碰撞情况也不用考虑。但是深基坑工程存在着较为复杂的地下室结构和维护结构。策划该工程，对基坑BIM模型导入到地下室结构BIM模型当中，对其进行碰撞检测，发现了154碰撞点，多数碰撞点均集中在地下三层。结合这一检测结构，技术人员对地下三层结构的顶板以及支撑梁的碰撞情况，对第二道支撑标高整体进行上移，在对地下三层结构顶板进行具体施工过程中，不用将第二道支撑拆除。此后，结合支撑结构柱和结构梁的具体碰撞情况，和设计单位之间进行有效沟通，对碰撞隔构柱进行水平位移，科学避开了碰撞的位置。促使支撑边缘格构柱的距离增大，这就促使受力的可靠性得到有效提高。

图1 地下室管线与混凝土碰撞图

2.复杂节点可视化

该工程使用的是Extensions插件以及Revit软件当中的自带绘制钢筋命令，该软件可以对支撑围护体系当中全部支撑梁钢筋进行可视化，这就促使复杂的节点以及不同构件空间之间的关系变得可视化。这项工程支撑体系节点相对复杂，使用BIM模型，可以明确节点的交叉位置，而支撑梁的主钢筋难以穿越格构柱，促使大量的主支撑以及次支撑上部分钢筋和围檩上排钢筋相互碰撞的问题得以解决。对BIM技术进行应用，可以对纵向钢筋位置进行适当调整，并且可以相对直观地观察到各个钢筋之间的距离，促使钢筋可以满足最小间距。借助BIM可视化技术，进行技术交底，从而避免施工人员在钢筋绑扎过程中，因为钢筋不合理而返工。

本工程上部结构为钢结构悬挑及混凝土核心筒结构，因此地下结构施工时存在混凝土结构及钢结构共同存在的复杂混凝土劲性结构节点，采用BIM技术能很好的解决复杂节点的可视化及施工前的相关交底工作，在以往的施工前对于类似劲性结构复杂节点的交底深度仅能做到书面的文字化交底，有了BIM技术的介入，施工前完成节点的三维模型后在技术交底方面能够更直观地看到钢结构的安装、钢筋穿越钢结构柱和梁的开孔位置及外表面打栓钉的相对位置等的施工问题，从而避免施工过程中开孔位置错误造成的返工及钢结构强度降低的施工问题。

3.实时查看基坑监测

基坑监测以动态形式存在的，基坑工程的具体施工，会在不同施工阶段出现大量施工监测数据，其并不是建模时就有的，而是需要和当时的施工工况进行关联、在Naisorks软件当中，借助“Data Tools”工具，能够促使外部数据和模型相互关联，促使所监测的数据以及实际情况实现同步目标。不用到Revit软件中进行修改或者增加围护柱和支撑梁参数，这就大大减少了工作人员工作量，节省大量工作时间。该种方式促使相应监测人员从相应表格中释放出大量附加信息，从而促使各方对于检测数据实现共享，让现场工作人员可以快速、准确地寻找出危险点以及变形敏感点，从而确定是否对预案进行启动，让监测人员可以对监测数据进行实时查看，促使工作效率得到有效提高。

4.基于BIM技术的场布管理

该工程采用相应的BIM三维策划软件，在施工前期及初步阶段根据相关的BIM模型、合同、图纸及相关技术要求和创优要求对本项目的施工各阶段进度进行模拟，在尚未施工之前对本工程的进度和施工安排有一定的初步了解并对相关进度进行一定的优化，分阶段对施工现场临时设施的布置和材料堆场的安排进行提前的模拟排布，为今后施工中避免二次搬运和材料短驳提供一定的技术支持。

本工程地处城市中心区域，基坑占地面积大、周边可占用的施工区域少，对施工过程中的材料堆场及相应的加工厂的安排就是本工程在地下室阶段的重要部分，大部分的材料加工机械及材料堆场都会设置在栈桥上并且会根据施工进度的不断推进做出相应的调整，所以栈桥的形式对本工程的施工顺序及进度的快慢有决定性的作用，因此我根据相关的客观条件对本工程的深基坑阶段的栈桥及场布做了相关的模拟。

图2 基坑阶段栈桥及场布模拟图

5.BIM 5D平台协同

该工程借助广联达BIM 5D平台手机APP对工程成本、工程物资、工程进度以及工程质量等进行协同管理。借助手机移动端对深基坑施工过程进行实施监控和录入，保障施工现场施工安全。同时通过任务的形式推送责任人，在云端实施远程跟踪，最终实现闭环管理。使用BIM 5D平台，可以将工程现场施工照片进行录入，促使客户端和云端同步，则可以实现远程查看物资使用情况和物资投入情况。

三、信息化管理在深基坑工程中的应用

1.物联网施工现场视频监控设置

因为基坑工程量大、面广，为了促使管理水平得以提升，和公司、建设单位以及相关部门相互沟通，可以使用视频监控系统。主要工作有，对施工现场范围内的一切活动进行监控，该范围从工地大门、施工内道路等。借助数字远程监控系统，对于工地内部的重点场所进行实时监控，提高安全水平，并且可以提升管理效率，安排管理经验比较丰富的专人对各个项目进行视频监控和抓拍，同时以现场实际情况为基础，采用截图和文字相结合的方式，开具质量方面以及安全方面的整改单据。此外，还可以使用PM系统，将这些信息推送到项目部，然后对这些整改信息进行审核。

2.物联网塔机起重机械安全监控设置

因为深基坑工程施工现场情况较为复杂，存在诸多影响因素，而传统管理方式，不但费时费力，同时也难以获得较为理想的效果。在进行深基坑施工过程中，对于使用塔机提出了较高要求，如果塔机出现事故，可威胁人员安全。对塔机使用安全进行严格把关，主要是依靠先进设备做出不间断的监控，从而及时发现安全隐患，并且进行预警处理，这种情况下 ，不但能够提升施工效率，并且还能够在一定程度上提升施工安全性。

3.分布式基坑监测信息管理系统

结合对基坑的检测结果，以GIS为基础，开发出一种分布形式的基坑监测信息综合管理和预警系统，该系统主要是借助C/S结构，实现数据的共享以及协同工作，针对区域当中多个基坑地质情况进行严密勘察和设计，全方位采集关于中基坑监测、周边建筑物等方面的信息，同时对这些信息进行存储，并作出详细的分析处理，然后将相应结果输出。借助这一分布形式的基坑监测信息管理和预警系统，能够为工程整体安全提供保障。

四、结语

总而言之，在进行深基坑工程施工过程中，使用BIM技术基础上，对其进行信息化管理，能够从中及时找到可能存在的施工技术问题以及安全隐患，同时还可以确保工程进度和施工质量。BIM技术和信息化管理，为深基坑工程的顺利建设奠定基础。