BIM 技术在医院建设基坑监测安全管理中的应用

严 犇 （上海市第十人民医院， 上海 200072）

建筑工程施工是危险性大、突发性强、容易发生伤亡事故的过程，因此，保证项目的安全生产和文明施工显得尤为重要。通过安全管理及文明施工工作，提高安全与环境保护水平保障从业人员的生命财产安全，控制生产活动对环境的污染和危害，使医院建筑的生产与人类自身、生态环境相协调。

医院建筑具有复杂性，作为工程建设施工基础，基坑及围护工程往往面临施工周边环境复杂、地质条件多样，且施工过程中施工技术复杂、施工条件差、不确定因素多，给施工安全管理工作带来了一定的困难[1]。为保证基坑在人口密集区施工安全及周边建筑物的安全，对基坑进行安全监测至关重要。

如今许多项目的管理和实施都离不开BIM（Building Information Modeling , BIM）技术[2]，BIM 技术因其具备可视化、动态化、参数化、平台集成化等优势特征，其对医院建筑项目施工安全管理工作具有十分重要的指导作用[3-4]。相比于以往的建筑施工安全管理，应用 BIM 技术能够促使项目管理人们及时直观地发现施工现场的安全隐患，并及时排查整改安全隐患，确保建筑施工安全[5]。将 BIM 技术引入基坑围护安全监测中，利用 BIM 信息化模型建置，构建基坑安全监测信息系统，可以实现信息交流和共享，满足工程整体可视化需求。基于可视化手段制订安全应急预案，将会大大提高施工安全管理水平，避免建筑工程安全事故的发生。结合 BIM 云平台集成化智慧管理，实现视频监控、基坑变形动态监测、安全工况实时跟踪等技术手段，实现对项目各参建方集成化管理，对顺利推动医院项目安全文明建设具有十分重要的意义。

1 工程概况

综合楼建筑面积为 11 550 m2，地上建筑面积 6 700 m2，地下建筑面积 4 850 m2。污水处理站地上建筑面积为15 m2（不计建筑面积的地下污水池为 1 216 m2）。地下二层区域基坑开挖面积 2 800 m2，开挖深度为 10.80～11.10 m，安全等级为二级，局部落深 12.60 m，安全等级为一级；地下一层坡道开挖面积 400 m2，开挖最大深度为 6.45 m，安全等级为三级；地下一层连廊开挖面积 85 m2，开挖普遍深度为 6.15 m，安全等级为三级；污水处理池开挖面积约 670 m2，开挖普遍深度为 6.15 m，安全等级为三级；本工程 ±0.00 相当于绝对标高 +3.92 m，其中污水处理池绝对标高 +3.55 m。

基坑采用的围护形式如下：

（1）本工程急诊综合楼地下二层基坑采用主体结构与支护结构相结合，整体逆作方案，采用钻孔灌注桩作为围护结构，止水帷幕采用三轴水泥土搅拌桩，利用主体结构梁板作为水平支撑，局部采用钢筋混凝土支撑或钢支撑作为临时支撑。

（2）地下一层坡道及地下一层连廊基坑采用钻孔灌注桩作为围护结构，止水帷幕采用三轴水泥土搅拌桩，设置一道钢筋混凝土支撑，顺作开挖。

（3）污水处理站基坑普遍区域采用钻孔灌注桩作为围护结构，上水帷幕采用三轴水泥土搅拌桩，设置一道钢筋混凝土内支撑，顺作开挖。

2 工程难点分析

上海市某医院急诊综合楼项目位于延长中路 301 号南大门处，东靠共和新路，基坑边线东侧距离地铁一号线通道最近约 43.0 m，南为延长中路，北侧距离已建外科病房综合楼约 25.0 m，西侧紧邻原有门诊大楼，东侧紧临原有口腔楼，场地位于地铁主体车站与隧道外边线 50 m 范围保护区内。其中新建污水处理池处于院内西北角待拆除的老污水处理池西侧，距北侧居民楼约 8.15 m，距南侧 5 号楼约 14 m，距西侧围墙外居民楼约 34.3 m，距东侧待拆除的老污水处理池约 1.0 m。在围护施工过程中，由于一定面积内土体受扰动，产生土体挤压力及孔隙水压力发生变化，波及邻近范围的土体沉降和水平位移，对周边管线建筑物等产生不良影响；基坑内降水可能使坑内外水位发生变化，也可使土体产生位移，影响建筑物及地下管线的安全；桩基、基坑围护结构施工、基坑开挖及回填等施工阶段对土体扰动，必然对邻近运营的地铁 1 号线延长路站结构造成影响。

3 基于 BIM 基坑监测应用实施

使用 Revit 软件平台构建该医院急诊综合楼基坑围护模型。结合地勘报告对周边的地下管线和建筑物进行监测点位布置，根据基坑工程监测等级、围护体系的类型、形状、位置以及分段开挖的长度、宽度和基坑施工进度等因素，对能反映各类围护结构体受力和变形的变化趋势的部位进行监测点位布置，实施对基坑施工过程的动态控制，掌握地层、地下水、围护结构与支撑体系的状态，及施工对既有建筑物的影响。通过现场监控量测，对量测数据进行整理和分析，结合漫拓云工程云平台将每日监测数据上传，形成监测数据库及各类构件受力和变形的变化趋势图，赋予施工构件以信息化和可视化功能，指导基坑开挖和支护结构的施工，为隐蔽工程的工程质量、施工期间及运行初期的工程安全提供必要的评估资料。

3.1 监测对象布置

监测点的合理有效布置是运用 BIM 技术的重要工作之一，根据基坑工程监测等级、支护结构特点、施工工艺、变形控制要求以及设计要求确定了监测对象的类型和内容，分9 个类型进行监测，设置的监测点详情如下：

（1）周边市政管线监测共计 27 个管线监测点，测点编号：M1～M7、DX1～DX5、D1～D5、S1～5、X1～X5。

（2）周边建筑物监测共计 52 个监测点，测点编号：综合楼 F1～F30，液氧罐 Y1～Y2，污水处理站 F31～F46，地铁出入口 DT1～DT4。

（3）周边路面、地表变形监测断面 3 个，每个断面布设 5 个监测点，共计布设监测点 15 个，测点编号：DB1～DB15。

（4）围护体顶部垂直及水平位移监测点 26 个，其中测点编号 Q1～Q20的为综合楼基坑监测点，Q23～Q26 为污水处理站监测点，LL1～LL2 为连廊围护监测点。

（5）围护桩体及土体测斜：综合楼桩身测斜布设 9孔，监测点测点编号为 CX1～CX9；污水处理站桩身测斜布设 4 孔，监测点测点编号为 CX10～CX13；连廊围护测斜布设 2 孔，监测点测点编号为 LX1～LX2。土体测斜布设 1孔，监测点测点编号为 TX1～ TX2。

（6）支撑轴力监测在两道支撑布设共计 15 个断面，每个断面安装 4 支应力计，其中第一道支撑布置 8 组监测点，第二道支撑布置 7 组监测点，监测点测点编号为 ZC1-1～ZC2-7、ZC9；连廊布设 2 组支撑轴力监测点，测点编号为 LX1～LX2。

（7）立柱桩垂直位移监测，立柱垂直位移监测点布设27 个，测点编号为 LZ1～LZ27。

（8）坑内、外地下水位监测共计布设 13 孔，其中综合楼布置坑外水位 7孔、坑内选择降水孔测试 2 孔，污水处理站布设坑外 4 孔，测点编号为 SW1～SW11，坑内测点编号KN1～KN2。

（9）梁板内力监测，测点编号为 LNL1-1～LNL2-3。

3.2 监测报警值设置

按照设计要求，本工程监测报警值如下：

（1）围护桩体、桩顶、周边地面、坑外土体深层沉降及位移：急诊楼地下二层基坑南、北两侧连续 3 d 日变量大于 3 mm 或累计大于 40 mm；坡道基坑东、南两侧连续 3 d日变量大于 1 mm 或累计大于 10 mm；其他 3 d 日变量大于 2 mm 或累计大于 20 mm。

（2） ZC1-1 轴力大于 4 000 kN，ZC2-1 轴力大于 6 000 kN；梁板内力大于 15 MPa。

（3）立柱桩顶隆起/沉降连续 3 d 日变量大于 3 mm 或累计大于 30 mm。

（4）坑外地下水位变化日变量大于 300 mm 或累计大于 800 mm。

（5）地铁水平垂直位移连续 3 d 日变量大于 0.5 mm或累计大于 5 mm。

（6）管线水平垂直位移连续 3 d 日变量大于 3 mm 或累计大于 10 mm。

（7）建筑物液氧罐沉降连续 3 d 日变量大于 2 mm 或累计大于 20 mm；倾斜增量大于 1/1 000；墙体裂缝增量大于 1 mm。

通过现场监控量测，利用漫拓云工程云平台基坑监测模块对各个监测点数据上传并设置各类监测点上下限报警值，对构件变形趋势进行实时监控，结果以图表形式进行反馈。

3.3 紧急情况应急措施

为了确保建筑工程项目参建人员在施工过程中的人身安全、产品安全、资金安全和建设工程顺利进行，将安全管理工作作为项目管理的重点，贯彻落实国家及地方有关安全生产文明施工的法律法规及标准，坚持“安全第一、预防为主”的方针，确保无重大安全事故，以强有力的手段实施安全文明施工管理。

工程出现紧急情况或监测数据超过预警值时，应采取如下的应急预案措施，配合相关部门实施工程应急预案：

（1）立即按照相关程序向轨道公司总工办、安质部及工程部报告现场情况。

（2）组建应急监测工作小组。

（3）增加监测人员和监测仪器设备。

（4）增加监测对象或项目、监测点和监测频率。

（5）做好与紧急情况或监测数据超过预警值时工程场地现状的各种文字、影像记录。

（6）协助相关部门处置紧急情况，并对工程应急处置工作提出建议。

4 结 语

本文以上海市某医院急诊综合楼工程为例，介绍了 BIM技术在建设基坑监测安全管理中的应用。基坑监测于 2018年 11 月 10 日进行首测，截止 2019 年 6 月 27 日共计监测98 次。在此监测过程中未出现重大紧急情况，一直根据监测方案实施，土方开挖前 2 d 一测，随着工程项目的推进，进行开挖阶段后每日一测，现场监测情况良好，暂未出现监测项达到预警和报警值。

因此，利用模型建模结合漫拓云工程平台的方式，能够及时发现数据的实时变化，并通过变化速率显示基坑构件的变形情况，为基坑施工提供必要的安全评估，为项目的持续推进提供了安全方面的保障。