BIM技术在超高层建筑深基坑施工中的应用

纪丰茂

【摘要】随着我国社会经济的发展与进步，使我国城市化进程不断加快，而科技的进步让人们对城市的地下空间进行了开发利用，再加上高层建筑和地铁、地下商场等建筑物的兴建，以至于出现了较多深基坑工程。一般情况下，在基坑工程中所用到的围护结构都是临时的，缺乏足够的安全性，实际建设过程中围护结构事故不占少数，这让现场施工人员的生命安全遭受了较大损失。为了降低深基坑工作的安全风险，文章针对BIM技术在超高层建筑深基坑工程施工中的应用进行了分析。

【关键词】BIM技术;超高层建筑;深基坑施工;应用

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.02.032

随着我国城市化建设的推进，城市繁华地段的改造项目与新建项目与日俱增。此类项目受场地狭小、周边环境复杂等外部因素的影响，对现场施工组织管理提出了挑战。比如，地铁线路从项目旁经过使得深基坑的支护结构体系变得更为复杂。而在地下室施工工艺中，对筏板基础、墙体和地下室顶板的防水处理要求较高，也需要在支护结构施工方案中加以考虑。人们对建筑使用功能的要求越来越高，地下室设备也随之变多，地下室结构也更加复杂多变。BIM技术的运用使得基坑支护体系与地下室主体结构间的位置关系变得清晰，同时，采用BIM技术对深基坑进行深化设计、出图，可以大大方便现场施工，加快施工进度，提高施工现场精细化管理程度。

1、BIM技术在深基坑工程设计阶段的应用

在深基坑工程的设计阶段，可以利用BIM技术建立基坑的三维模型，直接呈现整个基坑工程，然后把各时段所计算出来的相应数据导入三维模型，这样就可以清晰表示不同时段的基坑变化情况。在进行设计技术交底时，能为业主展示三维模型形式的不同设计方案，同时深入分析深基坑工程的经济性、施工工期、施工可行性、对周边环境的影响以及安全性等方面的内容，使得业主单位可以清楚其中的利弊，从而选择最佳的方案。此外，三维模型相较于二维图纸而言，更容易发现土体沉降给管线、道理等造成的影响，从而在设计方案的阶段确认应采取的保护措施，为基坑本身以及周边事物的安全提供保障。一旦发现问题，还可以在三维模型中修改后验证，进而达到良好的可视化效果。

2、BIM技術在超高层建筑深基坑施工中的应用

2.1BIM在土方开挖中的应用

根据土方开挖方案，建立项目土方模型，并结合场地布置与基坑模型，创建不同阶段的项目模型。做出相应的施工模拟，以此来辅助判断土方开挖方案是否合理，并做出最优出土方案。应用BIM还可以准确得到土方大开挖的土方工程量，提取土方量可以辅助预算员计算土方工程造价，帮助施工人员进行施工组织设计的编制。此项目的土方造价便是根据BIM所提取的土方工程量进行。

2.2深基坑作业监测点及监测要求

（1）针对深基坑情况绘制监测BIM模型，在模型中布置变形监测点并添加参数信息，利用工程现场变形监控数据关联进模型从而借助BIM模型实现深基坑作业过程中的重点参数的监控。（2）对深基坑工程施工程序进行模拟：①平整场地、定位放线、施工围护旋挖桩、工程桩、立柱桩;②进行坑内降水并施工格构柱;③开挖基坑土方至第一道砼支撑后施工顶圈梁和砼支撑;④待第一道砼支撑达到强度，开挖基坑土方至第二道砼支撑底，施工腰梁和第二道砼支撑;⑤待第二道砼支撑达到强度后开挖基坑至坑底标高;⑥利用施工方案的数据要求将施工计划导入模型中，导出模拟文件。（3）建立基坑模型的多维变形监测族并添加，设置监测报警预警值并使之形成与模型的关联，由此便可实现对基坑情况的监测预警设置。（4）利用监测工具对现场各点实际情况进行监测并将深基坑工程施工的实时监测数据传导给BIM模型上的警示装置，可以形象反应基坑在任意时间点各监测区域危险源以及变形危险程度，判别深基坑工程的危险等级，实现对深基坑支护结构的变形、受力趋势的预测，从而能更好地即时调整深基坑作业支护情况快速消除危险点。

2.3协调性

协调意味着各单元之间不会相互影响，协调性可以通过碰撞检测功能实现。在完整的基坑模型创建过程中，可以发现大量隐藏在设计图纸中的错漏等问题。碰撞检测是BIM技术中应用较为广泛的功能之一，对基坑设计和施工有一定的指导意义。在本工程中，碰撞检查包括基坑支护体系与周边环境的碰撞、支护体系之间的碰撞情况。检查中共发现81处碰撞问题，具体如：在基坑的阳角位置，锚索易产生“打架”现象，通过碰撞报告，调整该区域的锚杆布置角度来减少相互间的受力影响;钢支撑支护处，锚索与钢支撑位置冲突，在保证满足设计的情况下，调整该处锚杆的高度予以避免;锚索与原有环隧结构和环隧支护结构的位置冲突，对锚杆的角度和长度进行了相应的调整。将碰撞检查作为一项预判的方法，为设计和施工人员提供一定的参考，通过设计优化或者通过一定的施工方法予以消除。利用BIM技术提前发现图纸问题，在现场施工前将问题解决，避免后期窝工返工等现象，为确保工程按质按量按工期完成提供了保障。

2.4BIM技术对施工进度管理的作用

一般情况下，气候条件、时间、工程地质、水文地质以及周边环境等都会影响深基坑安全，且其围护结构的安全储备本就不大，因此参与建设的单位对基坑作业的共同目标就是在合理时间内顺利、快速地完成基坑工程。传统的施工管理措施存在许多不便之处，以致于深基坑工程出现较多安全事故，而BIM技术可以有效冲破二维的局限性，控制施工进度，这不仅可以让生产计划和采购计划的编制加快，降低工程变更或者返工导致的损失，还能把全体工作人员的工作内容具体化、程序化，最终使得工程更加顺利且快速地完成，在很大程度上保障深基坑工程的质量，从而为后期的施工做好铺垫。例如，可以应用4D施工进度模拟技术对影响施工进度的因素进行分析，并以此为依据协调各专业，从中制订解决问题的方法，还可以分析施工过程中的重难点，然后采取相应的措施，进而实现降低成本、缩短工期、提高效率和质量的目的。

结语：

深基坑工程在城市建设中日益普遍，开挖深度和广度也在不断增加，其施工效果影响着建筑工程的整体质量，而传统施工管理方式在很多方面已经与深基坑施工不相适应。对BIM技术在武汉清能清江锦城项目K9地块深基坑施工过程中的应用情况加以研究，发现该技术不仅确保了工程质量和施工进度，而且提高了施工安全和成本管控水平，并加强了施工各方的信息沟通、共享效果，展现出在深基坑施工管理方面的独特优势。因此，BIM技术在未来深基坑精细化管理和信息化施工的过程中将发挥越来越重要的作用。

参考文献：

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[2]李继波，于德湖，张同波，等.基于BIM 技术的深基坑工程施工模拟研究[J].青岛理工大学学报，2017（3）：117-121.

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