基于BIM 技術(shù)的基坑施工安全管理

閆 濤，王玉峰

（中交隧道工程局有限公司，南京 江蘇 210000）

新形勢下我國正處于建設(shè)發(fā)展的繁榮期，各類工程承包商多達十萬余家。每年存在數(shù)百萬在建工程項目，工程技術(shù)人員不下百萬余人。工程建設(shè)中的深基坑施工項目數(shù)量可觀，基坑變形監(jiān)測及施工安全管理成為項目管理的重難點。然而，施工過程中基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)龐大，不能直觀表達基坑變形情況。因此，基于BIM 的深基坑施工現(xiàn)場安全管理系統(tǒng)需求是迫切的。BIM 技術(shù)將基坑變形情況以三維可視化呈現(xiàn)，較傳統(tǒng)圖表分析方式更直觀、高效，能更好地指導(dǎo)施工，方便采取措施控制基坑變形（見圖1）。

1 工程概況

錦寓路站是寧波市軌道交通3 號線一期工程的第7站，車站長度為173.2m，標準段主體結(jié)構(gòu)寬度為19.7m，端頭井處主體結(jié)構(gòu)寬度為23.8m，有效站臺中心里程處底板埋深約17.61m，端頭井處底板埋深約19.30m。該站采用下雙層單柱雙跨鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。車站為地下兩層11m 島式車站，規(guī)模173.2×19.7m，共設(shè)2 個出入口，2組風亭。

車站施工工序較多，車站附屬結(jié)構(gòu)施工與主體相接處理等方面較為復(fù)雜、工序繁瑣。因此，強化施工管理，對于保證本工程的安全、快捷、順利的實施有著重要意義。

錦寓路站基坑坑底位于⑤-1 層黏土中，圍護墻墻趾位于⑥-2 層粉質(zhì)黏土。場地土質(zhì)主要分布層粉質(zhì)黏土、粉砂和粉質(zhì)黏土。場地內(nèi)的承壓水主要賦予粉砂、粉質(zhì)黏土、和砂礫承壓含水層。

車站和B 風亭均采用明挖順作法施工，采用800mm厚地下連續(xù)墻進行圍護。沿基坑深度方向車站端頭井共設(shè)置六道支撐，第一道支撐采用鋼筋混凝土支撐，另外五道為鋼支撐（φ609 t=16）；標準段沿基坑深度方向車站共設(shè)置五道支撐，第一道采用鋼筋混凝土支撐，另外四道為鋼支撐（φ609 t=16）。

2 安全管理需求分析

2.1 靜態(tài)危險源

在基坑工程結(jié)構(gòu)施工過程中，暗梁、暗柱、盾構(gòu)圈梁、附屬與主體相接等復(fù)雜節(jié)點的施工難度比較大，且施工問題也比較多。另外，基坑邊緣、集水井口、塔吊、腳手架等存在相應(yīng)危險區(qū)域需格外關(guān)注。

2.2 地下管線遷改

圖1 基坑施工安全管理進程

錦寓路站處于嵩江中路與錦寓路十字路口及交通主干道上，地下管線復(fù)雜，主要是污水、供水、燃氣、供電、通信等管線。尤其錦寓路站北側(cè)DN1000 污水管埋深6m，管道為頂管法施工，鋼筋砼管，壁厚10cm；污水井最大深度約7m，呈南北走向，大部分與地墻重合，嚴重影響地下連續(xù)墻施工（見圖2）。

圖2 錦寓路站與主體結(jié)構(gòu)沖突管線示意圖

3 基于BIM 技術(shù)安全管理實現(xiàn)

3.1 平面建模

為加強基坑工程在施工組織設(shè)計和方案編制階段安全管理，利用BIM 技術(shù)對現(xiàn)場施工臨時便道、塔吊等大型機械位置、堆料區(qū)以及其他靜態(tài)危險源區(qū)域進行建模。對于施工平面布置的三維模型進行統(tǒng)籌規(guī)劃，動態(tài)調(diào)配能夠優(yōu)化平面空間協(xié)調(diào)性，有效降低安全事故觸發(fā)概率。

3.2 綜合管線

由于該項目車站范圍內(nèi)存在10kV 架空電力、38kV供電管、雨水管、污水管、給水管、燃氣管、電信管、軍用光纖、路燈線、化糞池、雕塑等錯綜復(fù)雜的管線。通過BIM 技術(shù)建立管線三維模型，通過系統(tǒng)進行碰撞檢查，對現(xiàn)場復(fù)雜的管線進行分析，并核查其符合性，以降低安全管理成本，提高安全管理可靠性。

3.3 土方關(guān)聯(lián)

BIM 施工信息管理軟件提供土方分塊功能，將基坑土方按照已評審的土方開挖專項方案進行三維分塊（見圖3）。分塊采用Revit2016 內(nèi)置常規(guī)模型進行繪制。

圖3 土方分塊及施工信息錄入

用戶除可以設(shè)置土方關(guān)聯(lián)外，還可以進行該土方與該位置對應(yīng)的鋼支撐（砼支撐）進行關(guān)聯(lián)，方法與土方關(guān)聯(lián)一致。軟件通過實際施工節(jié)點信息輸入，比如土方開挖，支撐架設(shè)的實際施工時間。將已完工和未完工的顏色進行區(qū)分，到達施工進度信息可視化的目的。在這里把已完成設(shè)置成白色，未完工設(shè)置成灰色。

3.4 監(jiān)測預(yù)警和數(shù)據(jù)錄入

通過BIM 施工信息管理軟件對施工圖設(shè)計文件中平面圖形進行翻模后，可同步將模型包括主體基坑及支撐情況、周圍建筑物和檢測點位的檢測數(shù)據(jù)錄入模型。建立符合工程項目現(xiàn)有條件和使用用途的BIM 模型。

測點關(guān)聯(lián)完成后進行預(yù)警值配置，點擊預(yù)警值配置按鈕，彈出“預(yù)警值配置”的界面，可在此處統(tǒng)一設(shè)置各類報警值。根據(jù)已配置的預(yù)警值，在監(jiān)測系統(tǒng)界面可以自動進行檢測預(yù)警，并以已設(shè)置的顏色/透明度顯示在三維圖形中，到達檢測預(yù)警的目的。

4 結(jié)束語

BIM 技術(shù)將土方按照實際施工情況進行分塊，利用軟件的圖元顏色標注，將現(xiàn)場實施完成的工程實體變?yōu)榧t色，未施工的工程實體設(shè)置為半透明，明確開挖狀態(tài)，提供全工程過程實時進度。能夠?qū)﹂_挖及后續(xù)施工所需場地、設(shè)備進行優(yōu)化配置。該軟件提供初始檢測數(shù)據(jù)錄入功能，且能自動識別、自動分析和自動抽取相應(yīng)的物理參數(shù)，運算后直接反應(yīng)在3D 模型上，形成風險預(yù)警系統(tǒng)，避免了人工計算，極大地改善了查找、分析的過程，減少了繁復(fù)作業(yè)和差錯，貼合了實際工程狀況，更適合于初級技術(shù)人員，其先進性不言而喻。

在建筑及市政行業(yè)中，傳統(tǒng)基坑工程管理通過第三方監(jiān)測單位每日監(jiān)測數(shù)據(jù)采取、匯總、形成龐大的數(shù)據(jù)報告，人為對數(shù)據(jù)進行分析篩選，在進行現(xiàn)場基坑施工管理。傳統(tǒng)方法人為工作量大，且數(shù)據(jù)不能直觀反映基坑變形情況。該軟件在研發(fā)初始，經(jīng)廣泛調(diào)研，聽取用戶的需求，在傳統(tǒng)管理上，采用信息可視化技術(shù)，即基于BIM 理念，將傳統(tǒng)方法進行改造升級，充分適應(yīng)各級用戶的不同需求。該軟件可以對土方進行分塊并對實際施工節(jié)點進行管理，支持查看進度及無支撐暴露時間，且接受參數(shù)輸入及圖形導(dǎo)入；也可以將工程節(jié)點中的點位和Revit 模型中的監(jiān)測點關(guān)聯(lián)，且支持多種查看方式并可生成圖表，與用戶的實際工程所需一致，所見即所得，在國內(nèi)具有首創(chuàng)性。