探析深基坑工程BIM技術(shù)及信息化管理的應(yīng)用

於禛浩

針對(duì)深基坑工程施工情況進(jìn)行分析，以某工程為例，分析了如何在施工中應(yīng)用BIM技術(shù)，內(nèi)容主要有碰撞檢測、復(fù)雜節(jié)點(diǎn)可視化、實(shí)時(shí)查看基坑監(jiān)測等。同時(shí)闡述了如何進(jìn)行深基坑工程的信息化管理，內(nèi)容有：物聯(lián)網(wǎng)施工現(xiàn)場視頻監(jiān)控設(shè)置，物聯(lián)網(wǎng)塔機(jī)起重機(jī)械安全監(jiān)控設(shè)置，分布式基坑監(jiān)測信息管理系統(tǒng)等。

以上海市長寧區(qū)某基坑工程為例，該工程設(shè)計(jì)、勘察、施工一體化項(xiàng)目，包含工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、勘察與施工總承包工作。該工程使用BIM技術(shù)，同時(shí)對(duì)工程實(shí)施信息化管理。BIM技術(shù)在我國應(yīng)用時(shí)間較短，但是已經(jīng)充分凸顯出其優(yōu)勢，因此得到了廣泛應(yīng)用。加上對(duì)信息技術(shù)的充分應(yīng)用，能夠促使深基坑工程的施工效率得到提升，確保工程安全順利進(jìn)行，因此對(duì)深基坑工程BIM技術(shù)及信息化管理的應(yīng)用進(jìn)行分析，以期提升深基坑工程施工和管理水平。

一、工程概況

建筑耐火等級(jí)為一級(jí)，地下室防水等級(jí)為一級(jí)，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)二級(jí)，地基基礎(chǔ)安全等級(jí)二級(jí)。抗震等級(jí)：裙房框架為三級(jí)（不小于 18 m跨度的框架和樓梯間周邊框架為二級(jí)）；塔樓鋼筋混凝土核心筒為特一級(jí)，塔樓鋼框架為二級(jí)。建筑主體結(jié)構(gòu)形式為砼/鋼框架結(jié)構(gòu)，使用年限50年。擬建建筑設(shè)計(jì)±0.00絕對(duì)標(biāo)高為3.450，室內(nèi)外高差0.15m。

該工程采用鉆孔灌注樁，按樁的分布位置和作為分為兩種樁型：塔樓樁（抗壓樁GZH1）和裙房/地庫樁（抗壓樁/抗拔樁GZH2）。塔樓樁（抗壓樁GZH1）采用樁端后注漿工藝，以增加樁端承載力。設(shè)計(jì)±0.000相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高3.45m。同時(shí)本工程基坑開挖面積約14506m2，周長約566m，場地周邊地面標(biāo)高約為3.200 m，基坑普遍開挖深度約15.4m?；庸こ贪踩燃?jí)為一級(jí)，基坑南側(cè)美術(shù)館、東側(cè)住宅樓、周邊已建道路及地下管線為本工程需要重點(diǎn)保護(hù)的對(duì)象。

二、BIM技術(shù)應(yīng)用

1.碰撞檢測

深基坑建筑和超高層建筑相比，不用考慮到土建和安裝施工，同時(shí)管線以及管線碰撞情況也不用考慮。但是深基坑工程存在著較為復(fù)雜的地下室結(jié)構(gòu)和維護(hù)結(jié)構(gòu)。策劃該工程，對(duì)基坑BIM模型導(dǎo)入到地下室結(jié)構(gòu)BIM模型當(dāng)中，對(duì)其進(jìn)行碰撞檢測，發(fā)現(xiàn)了154碰撞點(diǎn)，多數(shù)碰撞點(diǎn)均集中在地下三層。結(jié)合這一檢測結(jié)構(gòu)，技術(shù)人員對(duì)地下三層結(jié)構(gòu)的頂板以及支撐梁的碰撞情況，對(duì)第二道支撐標(biāo)高整體進(jìn)行上移，在對(duì)地下三層結(jié)構(gòu)頂板進(jìn)行具體施工過程中，不用將第二道支撐拆除。此后，結(jié)合支撐結(jié)構(gòu)柱和結(jié)構(gòu)梁的具體碰撞情況，和設(shè)計(jì)單位之間進(jìn)行有效溝通，對(duì)碰撞隔構(gòu)柱進(jìn)行水平位移，科學(xué)避開了碰撞的位置。促使支撐邊緣格構(gòu)柱的距離增大，這就促使受力的可靠性得到有效提高。

圖1 地下室管線與混凝土碰撞圖

2.復(fù)雜節(jié)點(diǎn)可視化

該工程使用的是Extensions插件以及Revit軟件當(dāng)中的自帶繪制鋼筋命令，該軟件可以對(duì)支撐圍護(hù)體系當(dāng)中全部支撐梁鋼筋進(jìn)行可視化，這就促使復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)以及不同構(gòu)件空間之間的關(guān)系變得可視化。這項(xiàng)工程支撐體系節(jié)點(diǎn)相對(duì)復(fù)雜，使用BIM模型，可以明確節(jié)點(diǎn)的交叉位置，而支撐梁的主鋼筋難以穿越格構(gòu)柱，促使大量的主支撐以及次支撐上部分鋼筋和圍檁上排鋼筋相互碰撞的問題得以解決。對(duì)BIM技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，可以對(duì)縱向鋼筋位置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，并且可以相對(duì)直觀地觀察到各個(gè)鋼筋之間的距離，促使鋼筋可以滿足最小間距。借助BIM可視化技術(shù)，進(jìn)行技術(shù)交底，從而避免施工人員在鋼筋綁扎過程中，因?yàn)殇摻畈缓侠矶倒ぁ?/p>

本工程上部結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)懸挑及混凝土核心筒結(jié)構(gòu)，因此地下結(jié)構(gòu)施工時(shí)存在混凝土結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)共同存在的復(fù)雜混凝土勁性結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)，采用BIM技術(shù)能很好的解決復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的可視化及施工前的相關(guān)交底工作，在以往的施工前對(duì)于類似勁性結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的交底深度僅能做到書面的文字化交底，有了BIM技術(shù)的介入，施工前完成節(jié)點(diǎn)的三維模型后在技術(shù)交底方面能夠更直觀地看到鋼結(jié)構(gòu)的安裝、鋼筋穿越鋼結(jié)構(gòu)柱和梁的開孔位置及外表面打栓釘?shù)南鄬?duì)位置等的施工問題，從而避免施工過程中開孔位置錯(cuò)誤造成的返工及鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低的施工問題。

3.實(shí)時(shí)查看基坑監(jiān)測

基坑監(jiān)測以動(dòng)態(tài)形式存在的，基坑工程的具體施工，會(huì)在不同施工階段出現(xiàn)大量施工監(jiān)測數(shù)據(jù)，其并不是建模時(shí)就有的，而是需要和當(dāng)時(shí)的施工工況進(jìn)行關(guān)聯(lián)、在Naisorks軟件當(dāng)中，借助“Data Tools”工具，能夠促使外部數(shù)據(jù)和模型相互關(guān)聯(lián)，促使所監(jiān)測的數(shù)據(jù)以及實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)同步目標(biāo)。不用到Revit軟件中進(jìn)行修改或者增加圍護(hù)柱和支撐梁參數(shù)，這就大大減少了工作人員工作量，節(jié)省大量工作時(shí)間。該種方式促使相應(yīng)監(jiān)測人員從相應(yīng)表格中釋放出大量附加信息，從而促使各方對(duì)于檢測數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)共享，讓現(xiàn)場工作人員可以快速、準(zhǔn)確地尋找出危險(xiǎn)點(diǎn)以及變形敏感點(diǎn)，從而確定是否對(duì)預(yù)案進(jìn)行啟動(dòng)，讓監(jiān)測人員可以對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)查看，促使工作效率得到有效提高。

4.基于BIM技術(shù)的場布管理

該工程采用相應(yīng)的BIM三維策劃軟件，在施工前期及初步階段根據(jù)相關(guān)的BIM模型、合同、圖紙及相關(guān)技術(shù)要求和創(chuàng)優(yōu)要求對(duì)本項(xiàng)目的施工各階段進(jìn)度進(jìn)行模擬，在尚未施工之前對(duì)本工程的進(jìn)度和施工安排有一定的初步了解并對(duì)相關(guān)進(jìn)度進(jìn)行一定的優(yōu)化，分階段對(duì)施工現(xiàn)場臨時(shí)設(shè)施的布置和材料堆場的安排進(jìn)行提前的模擬排布，為今后施工中避免二次搬運(yùn)和材料短駁提供一定的技術(shù)支持。

本工程地處城市中心區(qū)域，基坑占地面積大、周邊可占用的施工區(qū)域少，對(duì)施工過程中的材料堆場及相應(yīng)的加工廠的安排就是本工程在地下室階段的重要部分，大部分的材料加工機(jī)械及材料堆場都會(huì)設(shè)置在棧橋上并且會(huì)根據(jù)施工進(jìn)度的不斷推進(jìn)做出相應(yīng)的調(diào)整，所以棧橋的形式對(duì)本工程的施工順序及進(jìn)度的快慢有決定性的作用，因此我根據(jù)相關(guān)的客觀條件對(duì)本工程的深基坑階段的棧橋及場布做了相關(guān)的模擬。

圖2 基坑階段棧橋及場布模擬圖

5.BIM 5D平臺(tái)協(xié)同

該工程借助廣聯(lián)達(dá)BIM 5D平臺(tái)手機(jī)APP對(duì)工程成本、工程物資、工程進(jìn)度以及工程質(zhì)量等進(jìn)行協(xié)同管理。借助手機(jī)移動(dòng)端對(duì)深基坑施工過程進(jìn)行實(shí)施監(jiān)控和錄入，保障施工現(xiàn)場施工安全。同時(shí)通過任務(wù)的形式推送責(zé)任人，在云端實(shí)施遠(yuǎn)程跟蹤，最終實(shí)現(xiàn)閉環(huán)管理。使用BIM 5D平臺(tái)，可以將工程現(xiàn)場施工照片進(jìn)行錄入，促使客戶端和云端同步，則可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程查看物資使用情況和物資投入情況。

三、信息化管理在深基坑工程中的應(yīng)用

1.物聯(lián)網(wǎng)施工現(xiàn)場視頻監(jiān)控設(shè)置

因?yàn)榛庸こ塘看?、面廣，為了促使管理水平得以提升，和公司、建設(shè)單位以及相關(guān)部門相互溝通，可以使用視頻監(jiān)控系統(tǒng)。主要工作有，對(duì)施工現(xiàn)場范圍內(nèi)的一切活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)控，該范圍從工地大門、施工內(nèi)道路等。借助數(shù)字遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)于工地內(nèi)部的重點(diǎn)場所進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高安全水平，并且可以提升管理效率，安排管理經(jīng)驗(yàn)比較豐富的專人對(duì)各個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行視頻監(jiān)控和抓拍，同時(shí)以現(xiàn)場實(shí)際情況為基礎(chǔ)，采用截圖和文字相結(jié)合的方式，開具質(zhì)量方面以及安全方面的整改單據(jù)。此外，還可以使用PM系統(tǒng)，將這些信息推送到項(xiàng)目部，然后對(duì)這些整改信息進(jìn)行審核。

2.物聯(lián)網(wǎng)塔機(jī)起重機(jī)械安全監(jiān)控設(shè)置

因?yàn)樯罨庸こ淌┕がF(xiàn)場情況較為復(fù)雜，存在諸多影響因素，而傳統(tǒng)管理方式，不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，同時(shí)也難以獲得較為理想的效果。在進(jìn)行深基坑施工過程中，對(duì)于使用塔機(jī)提出了較高要求，如果塔機(jī)出現(xiàn)事故，可威脅人員安全。對(duì)塔機(jī)使用安全進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，主要是依靠先進(jìn)設(shè)備做出不間斷的監(jiān)控，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，并且進(jìn)行預(yù)警處理，這種情況下 ，不但能夠提升施工效率，并且還能夠在一定程度上提升施工安全性。

3.分布式基坑監(jiān)測信息管理系統(tǒng)

結(jié)合對(duì)基坑的檢測結(jié)果，以GIS為基礎(chǔ)，開發(fā)出一種分布形式的基坑監(jiān)測信息綜合管理和預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是借助C/S結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享以及協(xié)同工作，針對(duì)區(qū)域當(dāng)中多個(gè)基坑地質(zhì)情況進(jìn)行嚴(yán)密勘察和設(shè)計(jì)，全方位采集關(guān)于中基坑監(jiān)測、周邊建筑物等方面的信息，同時(shí)對(duì)這些信息進(jìn)行存儲(chǔ)，并作出詳細(xì)的分析處理，然后將相應(yīng)結(jié)果輸出。借助這一分布形式的基坑監(jiān)測信息管理和預(yù)警系統(tǒng)，能夠?yàn)楣こ陶w安全提供保障。

四、結(jié)語

總而言之，在進(jìn)行深基坑工程施工過程中，使用BIM技術(shù)基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行信息化管理，能夠從中及時(shí)找到可能存在的施工技術(shù)問題以及安全隱患，同時(shí)還可以確保工程進(jìn)度和施工質(zhì)量。BIM技術(shù)和信息化管理，為深基坑工程的順利建設(shè)奠定基礎(chǔ)。