BIM技术在超高层建筑深基坑施工中的应用

朱明明，谢源，赵星煜，孙雪岩

（中建八局第二建设有限公司）

1 引言

当前，人们对建筑物的实际使用功能提出了多样化、个性化、高层次的要求，地下室结构变得更复杂。超高层建筑深基坑施工中，对BIM技术进行有效运用，可以更加清晰地显示地下室主体结构、基坑支护体系之间的位置关系。借助BIM，对深基坑进行深化设计、出图，能够为现场施工提供有效指导，确保施工进度、施工质量。

2 超高层建筑深基坑施工面临的问题

超高层建筑深基坑施工中，面临着诸多问题，存在着诸多隐患。首先，基坑深度较大，施工难度较大。近年来，深基坑指的是开挖深度大于5m的基坑，适用于大规模、大体量、高层及超高层建筑、复杂结构建筑、综合体建筑等。深基坑的深度较大，因此开挖、支护等施工难度也比较大。其次，风险较高。深基坑施工中，面临着较大的风险，若稍有不慎，或未根据实际情况全面考虑，则可能导致施工安全事故的发生。例如，基坑开挖过程中，若没有全面了解现场实际情况、周围环境情况，则容易出现滑坡、塌方等安全事故，不仅威胁施工人员的安全，还会给周围环境造成不利影响。

3 超高层建筑深基坑施工中BIM技术的应用思路

3.1 应用BIM技术开展基础造型模拟

超高层建筑深基坑施工中，针对基础施工，即±0.000以下的施工，应借助BIM技术的可视化、模拟性特征，对基础造型进行深化设计，明确各部位的空间位置关系，并准确掌握各类型基坑的标高、坐标信息，从而为施工定位放线提供有效指导[1]。例如，某超高层建筑工程项目，基坑最深深度高达26.036m，采用Autodesk Revit软件，建立垫层模型，并使其完全满足各部位的规范造型需求，包括独立基础、塔吊基础、柱下墩、集水坑以及人防墙下条基等。同时，在考虑施工放坡的基础上，在软件中对测量点坐标进行预设，模拟各处点位、高程坐标，从而1：1模拟施工现场，将施工点位数据完整地显示出来，并进行重点部位三维出图。借助软件的坐标数据输出，并使用全站仪，为基础造型开挖提供有效的指导（见图1、图2）。

3.2 深基坑开挖中BIM技术的应用

图1 基础造型BIM模型与现场图

图2 基础造型BIM深化模型

深基坑开挖中，为保障开挖的精确性，应当对BIM技术进行有效应用，对建筑所在地的相关数据信息进行全面收集，并以此为根据，建立3D模型，从而为深基坑开挖提供有效的数据支持。在收集相关数据信息的时候，可以应用无人机倾斜摄影测量技术，借助无人机这种机动、易操作、灵活、便捷的航空摄影测量设备，来获取高分辨率、高质量的影像数据，并借助具有高清晰、高精度、大范围等优势的倾斜摄影测量技术来对复杂场景进行全面感知，充分结合数据采集设备的高效性优势以及数据处理流程的专业化优势，来将地貌、地物的位置、外观、高度等属性直观、全面地反映出来[2]。获得详细、准确的航测数据之后，便可以以此为根据，建立3D GIS模型。深基坑施工过程中，借助这一3D模型，便可对开挖土方量进行准确计算，为深基坑开挖提供有效的数据支撑。同时，在深基坑开挖过程中，可以借助3D模型，来对开挖高程进行动态化分析，从而避免欠挖、超挖等问题的出现，保障深基坑开挖的施工质量。

3.3 深基坑支护中BIM技术的应用

深基坑施工中，支撑体系发挥着重要的作用，是不可缺少的重要施工内容。但是，支撑体系通常比较复杂，虽然设计过程中考虑到了结构主体、支撑体系之间的空间位置关系，但一些部位依然会与结构发生碰撞，尤其是在多道内支撑体系中，碰撞问题更为常见。设计过程中，剪力墙与支撑立柱、框架柱与支撑立柱以及楼板与支撑梁之间的关系容易确定，因此很少出现碰撞。但是，结构与支撑体系间的位置关系不易确定，容易发生碰撞，主要包括结构梁与支撑立柱之间的碰撞，框架柱、结构梁与支撑梁之间的碰撞，基础底板坑与支撑立柱之间的位置关系，降板处与支撑立柱之间的位置关系[3]。

面对上述问题，可以采用BIM技术，对结构与支撑体系进行碰撞模拟。通过在深基坑施工中对BIM技术进行有效应用，可以实现事前可控，从而有效减少实际施工中的风险。例如，某超高层建筑工程项目在深基坑施工中，针对主体结构、深基坑支护体系，采用Autodesk Revit软件开展了碰撞检查模拟，同时联合设计方实施了优化调整，并结合现场实际，制定最佳施工技术方案，准确计算施工费用，实现了对施工风险的有效控制。具体来说，先借助Autodesk Revit软件，构建了深基坑支护BIM模型（见图3）。再按照竖向、水平两个方向对模型进行拆分，以便于对主体与竖向支撑之间的碰撞关系、主体与水平支撑之间的碰撞关系进行分别检查。

通过开展碰撞检查模拟，可以将碰撞主体之间的相对关系、管线碰撞的位置等快速查找、显示出来。但是，在复杂、密实的结构实体中，管线碰撞检查方式难以实现。因此，该工程是分别对竖向支撑体系、水平支撑体系开展碰撞检查，根据每个碰撞构件的ID号，来筛选碰撞构件，做出判断，归类标记碰撞情况[4]。在归类标记碰撞情况的过程中，应遵循如下几项原则。

图3 深基坑支护BIM模型

①针对会影响主体结构抗震性能、承载力的，应尽量规避碰撞，需及时与设计方联系，对深基坑支护体系进行优化设计、变更；

②针对需编写在施工技术方案中的碰撞，如穿板的附加钢筋、穿地下室外墙的防水等，应将碰撞数量、碰撞部位记录下来，作为疑问在图纸会审中提出，并做好记录，以便于后续结算；

③针对降板处、基础底板坑与支撑立柱之间的位置关系，如支撑立柱处于坡面上、支撑立柱处于坑底内部等，需及时与设计方联系，对支撑立柱的长细比进行验算，对施工技术方案进行综合考虑。

4 结语

超高层建筑深基坑施工中，可以应用BIM技术开展基础造型模拟、辅助基坑土方开挖、开展主体与支撑体系的碰撞检查模拟，从而保障深基坑施工质量。