BIM技术在超高层建筑深基坑施工中的应用研究

马歆雅，程文良

（中国建筑第二工程局有限公司）

1 引言

在当前的建筑施工中，超高层建筑随处可见，但在深基坑施工的过程中却容易产生质量问题，例如资源和资金浪费、人工投入大等，施工中需要有效借助BIM技术满足超高层建筑高质量发展需求，甚至这种施工方式还能满足人们对建筑功能的个性化、多样化和高层次的需求。在超高层建筑深基坑施工中[1]，应用BIM技术能够有效显示地下室的主体结构基坑支护体系之间的位置关系。

2 项目工程案例分析

项目名为景成大厦，该项目位于昆明巫家坝开发片区，地处拟建城市新中心核心位置，项目西侧以飞虎大道为主，南侧属于春城路，项目面积占地约为2.1万m2，纳入施工中的项目建筑面积为24.34万m2。对于该项目而言，主要组成部分为1栋超高层建筑和商业建筑，其中，除局部地下室有5层之外，其余全部为4层，地上裙楼层数主要以6层为主，高度约为37.45m，塔楼层数有57层，高度达到268.8m。项目地下室主要采用的结构是混凝土框架结构、裙楼采用钢框架+支撑结构，在塔楼标准层的设计中，主要采用的是4.09m的层高，结构设计以减震悬臂桁架+核心筒+环带桁架+钢管柱为主，而在裙楼和塔楼之间主要采用的组合楼板是压型钢板和桁架楼承板。该项目的基坑最大开挖深度27.35m，采用的支护结构应用放坡+桩锚进行组合，而在塔楼基础支护中，设计应用的是拉森钢板桩+型钢内支撑方式[2]。

3 深基坑工程中的BIM应用

3.1 深基坑监测数据处理及判断

在该项目的软土地基中，主要构成以高压缩性土层为主，在实施开挖时容易产生较大的形变，且基坑监测产生的频率比较高，需要有效借助Dynamo技术对监测数据进行统计，同时针对性借助三维模型来全面显示基坑形变的情况，进而满足在数据和预警值监测的过程中及时和设计单位以及技术顾问进行协同商讨。此外，需要对基坑重点剖面监测区域进行分析，有效绘制监测数据曲线图，这种辅助性方式能够观察基坑变化情况。同时，需要和第三方进行做监测数据对比和分析，将这些数据有效制作成监测公告和二维码，进而将这些数据进行公布，满足数据共享和准确性需求。

3.2 复杂工况下的土方开挖模拟

土方开挖阶段需要对开挖区域做分区处理，并针对性建立土层分析模型，进而借助该模型的辅助作用来确定支护形式，主要采用的是“喷锚+放坡”支护方式。该项目主要处于滇池回填区，呈现出来的地基比较软，需要有效借助297根超长旋挖桩固定筏板。而借助BIM建模后对工程量进行提取，呈现出来的深度平均值高于75m，最长的旋挖桩能够达到97.5m，该旋挖桩的长度创造了云南省最长纪录。

3.3 内支撑设计优化

在内支撑设计的过程中，需要有效应用BIM技术，对于塔楼坑中坑内侧而言，模板支撑体主要采用的组合方式以散拼大模、槽钢背楞、型钢支撑和对拉螺杆等为主（见图1），通过将其和传统工艺进行比较，发现能够节约的工期达到17d，而在施工成本方面的节约比例也有10%，能够满足工期和施工成本节省需求。

图1 景成大厦项目内支撑设计

4 超高层工程中的BIM应用

4.1 施工平面布置

分析施工现场发现，能够利用的空间比较少，但需要采用的设备有2台旋挖工程机械，主要应用于基坑阶段高峰期，此外，还有分别处于西侧和北侧的2个钢筋加工棚及堆场位置，且在实施土方开挖的过程中，投入的挖土机主要有7台，而需要投入的渣土车数量有10台以上，这些设备均为基坑内部作业服务。因此，在狭小的作业空间中，想要全面提高空间利用率，需要尽可能借助大型机械设备，进而规避反复调整问题，同时，在施工时需要借助三维可视化模型，这种模型的应用主要目的是便于部署施工机械，甚至能够满足后期施工总平面布置需求。由于基坑开挖深度高达27.35m，严重影响作业人员的上下同行，因此，需要技术部门有效借助BIM设计出装配式安全防护楼梯，满足作业施工便利性需求。

4.2 BIM 5D进度管理

在BIM管理平台中[3]，有效将专业模型导入其中，对于单个构件而言，需要在其中添加实测实量数据，而在现场多方位的质量验收管控中，需要有效发挥二维码的辅助性作用，通过这种方式保障项目施工质量按照施工设计要求和工期目标有效完成。

4.3 深化设计

在设计深化的过程中基坑型钢内支撑体系主要处于塔楼范围内，通过分析支撑标高，在第一道标高主要为-19.180m，而第二道标高主要以-21.650m为主。通过深化BIM技术建模，发现碰撞主要存在两处，因此，在切割型钢内支撑碰撞节点之前需要借助BIM进行深化设计，通过这种方式来强化处理，以此方式保障在塔楼范围中的基坑钢内支撑具有较强的稳定性。

4.3.1 塔楼坑中坑截面复核

在实施塔楼筏板基础施工的过程中工期要求比较紧，但由于施工方案中的工序交错性比较复杂，且施工图呈现出信息不完整等现象，不能满足工期要求。因此，为了有效保障塔楼筏形基础在两个月内完成，需要对塔楼筏板进行做高精度建模，通过这种方式来发现塔楼筏板问题，且在深化设计的过程中有效利用BIM技术将发现的问题进行解决，在很大程度上能够缩短15d左右的工期。

4.3.2 解决复杂节点钢筋绑扎问题

在项目研究中，采用的基础筏板钢筋比较厚的地方能够达到8层，且呈现出较多的电梯井和集水井变截面，进而使得钢筋绑扎变得比较复杂，容易对交界处施工产生较大的影响。因此，在基础截面比较复杂的地方需要借助BIM技术进行建模，通过模型分析施工的可行性，以此方式来解决节点钢筋绑扎存在的问题。

4.3.3 钢结构深化设计

通过对塔楼筏板首节钢柱进行分析，其主要处于不同的标高处，需要有效借助BIM对支架、搭筋板、首节柱高度以及加肋板进行深化设计，以此方式来保障底部钢筋具有贯通性，满足顶部钢筋高效与钢柱相连接的需求。

对于塔楼型钢柱而言，需要在下方设置好双向22Φ36@150的U形抗冲切吊筋，同时借助BIM模型对施工进行全过程模拟，可以发现在相邻的钢柱之间存在吊筋冲突，甚至还能发现钢柱支架与筏板底筋冲突等相应问题，进而及时采取解决措施。在塔楼主体结构中，所采用的钢量高达30000t，主要结构设计以伸臂桁架+核心筒+环带桁架+框架为主，而所设置的桁架层主要有3层，主要设置位于22层～23层、35层～36层以及46层～47层中。在伸臂桁架减震措施中，采用的是粘滞阻尼器（见图2），通过这种方式来避免主体结构产生损伤。

图2 伸臂桁架减震粘滞阻尼器

4.4 工况模拟和机电碰撞检查

在超高层建筑施工中应用的错层流水施工以及起重机爬升计划等相关工序比较复杂，需要对其进行施工模拟，模拟技术需要借助BIM技术，通过技术应用后综合考虑相关影响因素，进而针对性策划动臂起重机爬升计划。而在机电碰撞方面，完成之后需要对管线碰撞进行检查，同时借助BIM技术对管线进行做可视化排布处理（见图3），以此方式来提高相关专业的协调性。此外，在设计的过程中，需要采用可视化交底措施，对于塔楼区域以及屋顶水泵房地下室而言，所设置的模板支架高度超过8m，且借助高支模BIM模型的建立，满足专家对其进行论证的需求。

图3 BIM管线可视化排布

4.5 智慧工地技术

在智慧技术应用的过程中，主要采用的技术以AR技术、VR技术和全息投影技术为主。其中，对于AR技术的应用而言，虚拟工法样板需要借助BIM技术进行制作，且对于样板进行交底和引路时，需要将其和AR技术结合，以此方式来强化现实特点，该技术的应用能够将安装过程中内部结构直观表现出来，进而提高沟通和管理效率。而在VR技术应用中，需要借助VR技术对施工人员进行安全教育，促使施工人员感受危险场景，提高安全防范意识。此外，企业技术推广是需要借助全息投影技术，利用该技术来展示工艺样板。

5 结语

通过上述研究，在超高层建筑深基坑施工中应用BIM技术[4]，该技术的应用效果比较优异，主要体现在效率和成本效益上，其中，对于效率而言，采用BIM技术图纸会审能够减少87处图纸错误，会审效率也同步提高30%。在土建和机电专业碰撞问题方面，优化模型后深化设计效率提高了25%，且在方案交底中，沟通率提高15%，整体项目在安全、质量等管理效率的提高值达到20%。而在成本效益方面，能够满足工程量数据准确需求，提高材料购买合理性，同时，借助可视化和模拟性特点，对方案进行优化后提高施工质量，整体而言满足工作协同和效率提高需求，有效降低成本。