基于BIM 技术的基坑施工安全管理

闫 涛，王玉峰

（中交隧道工程局有限公司，南京 江苏 210000）

新形势下我国正处于建设发展的繁荣期，各类工程承包商多达十万余家。每年存在数百万在建工程项目，工程技术人员不下百万余人。工程建设中的深基坑施工项目数量可观，基坑变形监测及施工安全管理成为项目管理的重难点。然而，施工过程中基坑监测数据庞大，不能直观表达基坑变形情况。因此，基于BIM 的深基坑施工现场安全管理系统需求是迫切的。BIM 技术将基坑变形情况以三维可视化呈现，较传统图表分析方式更直观、高效，能更好地指导施工，方便采取措施控制基坑变形（见图1）。

1 工程概况

锦寓路站是宁波市轨道交通3 号线一期工程的第7站，车站长度为173.2m，标准段主体结构宽度为19.7m，端头井处主体结构宽度为23.8m，有效站台中心里程处底板埋深约17.61m，端头井处底板埋深约19.30m。该站采用下双层单柱双跨钢筋混凝土框架结构。车站为地下两层11m 岛式车站，规模173.2×19.7m，共设2 个出入口，2组风亭。

车站施工工序较多，车站附属结构施工与主体相接处理等方面较为复杂、工序繁琐。因此，强化施工管理，对于保证本工程的安全、快捷、顺利的实施有着重要意义。

锦寓路站基坑坑底位于⑤-1 层黏土中，围护墙墙趾位于⑥-2 层粉质黏土。场地土质主要分布层粉质黏土、粉砂和粉质黏土。场地内的承压水主要赋予粉砂、粉质黏土、和砂砾承压含水层。

车站和B 风亭均采用明挖顺作法施工，采用800mm厚地下连续墙进行围护。沿基坑深度方向车站端头井共设置六道支撑，第一道支撑采用钢筋混凝土支撑，另外五道为钢支撑（φ609 t=16）；标准段沿基坑深度方向车站共设置五道支撑，第一道采用钢筋混凝土支撑，另外四道为钢支撑（φ609 t=16）。

2 安全管理需求分析

2.1 静态危险源

在基坑工程结构施工过程中，暗梁、暗柱、盾构圈梁、附属与主体相接等复杂节点的施工难度比较大，且施工问题也比较多。另外，基坑边缘、集水井口、塔吊、脚手架等存在相应危险区域需格外关注。

2.2 地下管线迁改

图1 基坑施工安全管理进程

锦寓路站处于嵩江中路与锦寓路十字路口及交通主干道上，地下管线复杂，主要是污水、供水、燃气、供电、通信等管线。尤其锦寓路站北侧DN1000 污水管埋深6m，管道为顶管法施工，钢筋砼管，壁厚10cm；污水井最大深度约7m，呈南北走向，大部分与地墙重合，严重影响地下连续墙施工（见图2）。

图2 锦寓路站与主体结构冲突管线示意图

3 基于BIM 技术安全管理实现

3.1 平面建模

为加强基坑工程在施工组织设计和方案编制阶段安全管理，利用BIM 技术对现场施工临时便道、塔吊等大型机械位置、堆料区以及其他静态危险源区域进行建模。对于施工平面布置的三维模型进行统筹规划，动态调配能够优化平面空间协调性，有效降低安全事故触发概率。

3.2 综合管线

由于该项目车站范围内存在10kV 架空电力、38kV供电管、雨水管、污水管、给水管、燃气管、电信管、军用光纤、路灯线、化粪池、雕塑等错综复杂的管线。通过BIM 技术建立管线三维模型，通过系统进行碰撞检查，对现场复杂的管线进行分析，并核查其符合性，以降低安全管理成本，提高安全管理可靠性。

3.3 土方关联

BIM 施工信息管理软件提供土方分块功能，将基坑土方按照已评审的土方开挖专项方案进行三维分块（见图3）。分块采用Revit2016 内置常规模型进行绘制。

图3 土方分块及施工信息录入

用户除可以设置土方关联外，还可以进行该土方与该位置对应的钢支撑（砼支撑）进行关联，方法与土方关联一致。软件通过实际施工节点信息输入，比如土方开挖，支撑架设的实际施工时间。将已完工和未完工的颜色进行区分，到达施工进度信息可视化的目的。在这里把已完成设置成白色，未完工设置成灰色。

3.4 监测预警和数据录入

通过BIM 施工信息管理软件对施工图设计文件中平面图形进行翻模后，可同步将模型包括主体基坑及支撑情况、周围建筑物和检测点位的检测数据录入模型。建立符合工程项目现有条件和使用用途的BIM 模型。

测点关联完成后进行预警值配置，点击预警值配置按钮，弹出“预警值配置”的界面，可在此处统一设置各类报警值。根据已配置的预警值，在监测系统界面可以自动进行检测预警，并以已设置的颜色/透明度显示在三维图形中，到达检测预警的目的。

4 结束语

BIM 技术将土方按照实际施工情况进行分块，利用软件的图元颜色标注，将现场实施完成的工程实体变为红色，未施工的工程实体设置为半透明，明确开挖状态，提供全工程过程实时进度。能够对开挖及后续施工所需场地、设备进行优化配置。该软件提供初始检测数据录入功能，且能自动识别、自动分析和自动抽取相应的物理参数，运算后直接反应在3D 模型上，形成风险预警系统，避免了人工计算，极大地改善了查找、分析的过程，减少了繁复作业和差错，贴合了实际工程状况，更适合于初级技术人员，其先进性不言而喻。

在建筑及市政行业中，传统基坑工程管理通过第三方监测单位每日监测数据采取、汇总、形成庞大的数据报告，人为对数据进行分析筛选，在进行现场基坑施工管理。传统方法人为工作量大，且数据不能直观反映基坑变形情况。该软件在研发初始，经广泛调研，听取用户的需求，在传统管理上，采用信息可视化技术，即基于BIM 理念，将传统方法进行改造升级，充分适应各级用户的不同需求。该软件可以对土方进行分块并对实际施工节点进行管理，支持查看进度及无支撑暴露时间，且接受参数输入及图形导入；也可以将工程节点中的点位和Revit 模型中的监测点关联，且支持多种查看方式并可生成图表，与用户的实际工程所需一致，所见即所得，在国内具有首创性。