BIM技術(shù)在深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的研究與應(yīng)用

盧珊珊　熊燕　熊全濤

【摘要】目前深基坑施工的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估多側(cè)重于理論研究，且缺乏系統(tǒng)性與實(shí)時(shí)性，對(duì)施工的指導(dǎo)意義不大。本文結(jié)合工程實(shí)踐，采用建筑信息模型（BIM）技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)與傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論相結(jié)合，提出了基于BIM技術(shù)的深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，并進(jìn)行了應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】BIM技術(shù) 施工 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 研究 應(yīng)用

近年來(lái)，基坑工程逐漸增多，規(guī)模不斷擴(kuò)大，其復(fù)雜程度和技術(shù)難度也逐漸增大。國(guó)內(nèi)外基坑工程呈現(xiàn)“大”（基坑工程作業(yè)尺寸過(guò)大）、“深”（工程挖掘過(guò)深）、“緊”（建筑容積率過(guò)高）、“近”（各基坑施工作業(yè)地點(diǎn)較近）的發(fā)展特點(diǎn)。例如：現(xiàn)正在建設(shè)的南昌地鐵3號(hào)線繩金塔站至六眼井站。2018年4月完成基坑開(kāi)挖，基坑長(zhǎng)85m，最大跨度58m，深度達(dá)26m。由于深基坑規(guī)模與深度的增加，深基坑工程的施工難度逐漸增大，深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)也越來(lái)越大，工程事故頻發(fā)。2017年，全國(guó)發(fā)生23起較大安全事故，其中危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程事故，如：基坑土方坍塌、起重事故、模板支架坍塌等共17起、死亡64人，在2017年較大事故總數(shù)中占比73.91%。

目前在深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)管理方面尚無(wú)較好的定量化的深基坑安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及定量化的評(píng)判分析模型。BIM技術(shù)的出現(xiàn)為我們解決深基坑領(lǐng)域存在的問(wèn)題提供了新思路和新方法。

本文依托南昌地鐵3號(hào)線禮莊山站，利用BIM建模軟件Revit建立深基坑幾何模型和力學(xué)模型。通過(guò)廣聯(lián)達(dá)BIMFACE平臺(tái)，建立深基坑施工信息系統(tǒng)，對(duì)施工進(jìn)度、工況進(jìn)行云采集及數(shù)據(jù)庫(kù)管理，從而建立及幾何、力學(xué)、工況一體的深基坑施工信息模型，編寫(xiě)基于BIM數(shù)據(jù)庫(kù)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估程序。通過(guò)上述深基坑關(guān)鍵部位的BIM模型表達(dá)、工況信息、進(jìn)度信息采集以及風(fēng)險(xiǎn)分析，驗(yàn)證BIM技術(shù)應(yīng)用于深基坑工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的適用性。

1工程概況

南昌地鐵3號(hào)線禮莊山站車站總建筑規(guī)模12351.52，車站基坑施工采用明挖順筑法施工。主體規(guī)模為，位于南昌市龍興大街與文匯街交又口處，沿龍興大街呈東西走向，為地下二層明挖島式站臺(tái)車站。車站共設(shè)4個(gè)出入口，2組風(fēng)亭。該基坑保護(hù)等級(jí)為一級(jí)。

車站為標(biāo)準(zhǔn)地下兩層島式車站，有效站臺(tái)長(zhǎng)118m，寬11m。車站外包總長(zhǎng)210.6m，標(biāo)準(zhǔn)段外包總寬19.7m。車站主體為雙層雙跨的島式站臺(tái)車站。主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用中800@1200mm鉆孔灌注樁+2道內(nèi)支撐體系。主體結(jié)構(gòu)基坑沿豎向共設(shè)2道支撐，其中第一道為800×1000鋼筋混凝土支撐，支撐水平間距約10m;第二道為609（壁厚16mm）鋼支撐，支撐水平間距約為5米?；由疃燃s1775-1825m，頂板覆土約3.8-40m。車站有效站臺(tái)中心里程為SK5+938.028，車站起點(diǎn)里程為SK+879.028，車站終點(diǎn)里程為SK5+997.028。車站共設(shè)4個(gè)出入口，2組風(fēng)亭，附屬圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用中600@100m灌注樁+1道內(nèi)支撐圍護(hù)。

車站結(jié)構(gòu)由上至下穿越素填土、全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，主體結(jié)構(gòu)底部坐落于中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。圍護(hù)結(jié)構(gòu)鉆孔灌注樁坐落于中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層內(nèi)，入巖深度16.2-17.3m不等，車站開(kāi)挖深度17.75-198.25m。車站東端為盾構(gòu)接收，西端為盾構(gòu)始發(fā)。

2 Bl M模型建立

本文應(yīng)用Revit軟件，建立“族”的基礎(chǔ)上構(gòu)建深基坑模型。第一步建立圍護(hù)結(jié)構(gòu)中各類型構(gòu)件模型，第二步針對(duì)不同的構(gòu)件定義相應(yīng)的參數(shù)，如：構(gòu)件的尺寸、材料、力學(xué)等參數(shù)值，這樣便形成了的深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件族庫(kù)。第三步根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目的情況調(diào)整構(gòu)件的參數(shù)。構(gòu)件深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)BIM模型，就是通過(guò)調(diào)整構(gòu)件族的參數(shù)，形成不同類型的構(gòu)件，進(jìn)行拼裝的過(guò)程。

2.1圍護(hù)結(jié)構(gòu)族庫(kù)的構(gòu)成

本文以鉆孔灌注樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)為例，針對(duì)鉆孔灌注樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)不同位置，對(duì)族文件進(jìn)行分類管理。

2.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)模型創(chuàng)建

（1）建立軸網(wǎng)

新建項(xiàng)目首先需要建立相應(yīng)的軸網(wǎng)，將地基表面看作是一個(gè)平整的場(chǎng)地，根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件不同的高程需要，建立相應(yīng)的高程平面，并創(chuàng)建軸網(wǎng)。

（2）繪制構(gòu)件輪廓

按照軸網(wǎng)的定位，繪制構(gòu)件斷面輪廓。

（3）定義控制屬性參數(shù)

首先在屬性面板中點(diǎn)擊“族類型”，然后選擇“添加參數(shù)”，便可以進(jìn)入?yún)?shù)屬性設(shè)置面板創(chuàng)建尺寸標(biāo)注的實(shí)例參數(shù)。

（4）設(shè)置實(shí)例屬性參數(shù)

選擇創(chuàng)建好的族類型，設(shè)置實(shí)例參數(shù)信息，然后鎖定標(biāo)尺，選擇設(shè)置參數(shù)。

按照以上闡述的創(chuàng)建族的方法，根據(jù)深基坑工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工的要求，構(gòu)建了不同類型的圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件族。

（5）構(gòu)件的拼裝

在Revit中建立的建筑信息模型是通過(guò)需要的族來(lái)進(jìn)行拼接，完成圍護(hù)結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建后進(jìn)一步調(diào)整與修改屬性參數(shù)，最終達(dá)成模型的搭建。

圖1圍護(hù)結(jié)構(gòu)組合模型

3 BIM模型的Web顯示

BIMFACE是廣聯(lián)達(dá)公司開(kāi)發(fā)的一款BIM輕量化引擎。BIMFACE解決了文件格式解析、模型圖紙瀏覽和BIM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的問(wèn)題。將BIM模型文件上傳到BIMFACE平臺(tái)，平臺(tái)通過(guò)模型文件轉(zhuǎn)換可實(shí)現(xiàn)模型輕量化顯示，最終呈現(xiàn)在Web端與手機(jī)端。如圖2所示。

圖2 BIMFACE工作流程

本文所用案例為例，將所創(chuàng)建的禮莊山站模型上傳至BIMFACE平臺(tái)后，便可通過(guò)鏈接https：∥api.bimface.com/preview/98187fd7查看BIM模型。

4風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)

在前期建立BIM模型及Web顯示的基礎(chǔ)上，進(jìn)行模型的施工信息采集以及數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和管理，獲取深基坑安全評(píng)價(jià)參數(shù)指標(biāo)后進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別，采用基于層次分析法的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法對(duì)深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。從而推動(dòng)深基坑施工的信息化發(fā)展及科學(xué)化安全管理，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)、改進(jìn)施工的目的。

在BIMFACE平臺(tái)應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估軟件，輸入項(xiàng)目基本信息、設(shè)計(jì)參數(shù)、及施工信息，如圖3所示。

圖3輸入深基坑信息

4.1識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)工程、風(fēng)險(xiǎn)單元

通過(guò)目錄樹(shù)選取需要進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的構(gòu)件，如選取鉆孔灌注樁為評(píng)估對(duì)象，將模型中其他構(gòu)件隱藏，便于查看，如圖4所示。選定評(píng)估對(duì)象后，選點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)單元。如圖5所示。

圖4 選取風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)象

圖5選取風(fēng)險(xiǎn)單元

4.2選擇風(fēng)險(xiǎn)單元后，在相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)單元選擇風(fēng)險(xiǎn)事件

鉆孔灌注樁選定后選擇孔壁坍塌、鉆孔樁垂直度及線形不符合要求、樁身夾泥，出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象、鋼筋籠入槽困難、鋼筋籠變形等風(fēng)險(xiǎn)事件，如圖6所示。

圖6選取風(fēng)險(xiǎn)事件

4.3選擇層次分析法作為本項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，輸入風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率即風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生等級(jí)點(diǎn)擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)測(cè)顯示風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，相應(yīng)模型中的構(gòu)件根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)不同顯示顏色的區(qū)分。

根據(jù)國(guó)際隧協(xié)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值為9時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅲ級(jí)，構(gòu)件風(fēng)險(xiǎn)顯示為黃色，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值為15時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅰ級(jí)，構(gòu)件風(fēng)險(xiǎn)顯示為紅色。如圖7所示。

圖7不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的模型顯示