基于BIM技術(shù)的基坑施工安全管理

許國(guó)超

(中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210000)

0 引 言

新形勢(shì)下我國(guó)正處于建設(shè)發(fā)展的繁榮期，各類工程承包商多達(dá)十萬(wàn)余家。每年存在數(shù)百萬(wàn)在建工程項(xiàng)目，工程技術(shù)人員不下百萬(wàn)余人。工程建設(shè)中的深基坑施工項(xiàng)目數(shù)量可觀，基坑變形監(jiān)測(cè)及施工安全管理成為項(xiàng)目管理的重難點(diǎn)。然而，施工過程中基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)龐大，不能直觀表達(dá)基坑變形情況。[1]因此，基于BIM的深基坑施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理系統(tǒng)需求使迫切的。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，能更好的指導(dǎo)施工，方便采取措施控制基坑變形[2、3]。

隨著近年來建筑業(yè)信息化革命進(jìn)程，工程建設(shè)行業(yè)通過第一次信息化革命擺脫了手繪工程制圖的枷鎖。走向了基于CAD技術(shù)電子繪圖，并利用二維線型和文字信息呈現(xiàn)三維設(shè)計(jì)的平面表達(dá)時(shí)代。然而，隨著高層和大型建筑物大規(guī)模建設(shè)步伐邁進(jìn)，圖紙信息判讀專業(yè)度高、各專業(yè)圖紙信息關(guān)聯(lián)度差等弊端逐漸顯露，引發(fā)了建筑業(yè)信息化發(fā)展的第二次技術(shù)變革。依托建筑信息模型(Building Information model，簡(jiǎn)稱BIM)技術(shù)，使工程全壽命周期內(nèi)各環(huán)節(jié)的信息收集、管理、交互處于可視化集成環(huán)境。BIM技術(shù)正在改變各項(xiàng)目參與方的協(xié)作方式，將成為下一代主流技術(shù)。

1 工程概況

寧波市軌道交通3#線一期工程TJ3108標(biāo)位于寧波市鄞州區(qū)，包括2個(gè)車站，分別為錦寓路站和錢湖北路站。錦寓路站是寧波市軌道交通3#線一期工程的第7站，車站長(zhǎng)度173.2 m，標(biāo)準(zhǔn)段主體結(jié)構(gòu)寬度19.7 m，端頭井處主體結(jié)構(gòu)寬度23.8 m，有效站臺(tái)中心里程處底板埋深約17.61 m，端頭井處底板埋深19.30 m。本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11 m島式車站，設(shè)2個(gè)出入口2組風(fēng)亭。錢湖北路站是寧波市軌道交通3#線一期工程的第8個(gè)車站為地下二層島式車站，車站長(zhǎng)度153 m，標(biāo)準(zhǔn)段主體結(jié)構(gòu)寬度19.7(20.65)m，端頭井處主體結(jié)構(gòu)寬度23.38 m，有效站臺(tái)中心里程處底板埋深約為19.73 m，端頭井處底板埋深20.42 m，計(jì)劃總工期41個(gè)月，擬于2019年10月30日竣工完成。

圖1 基坑施工安全管理進(jìn)程

2 安全管理需求分析

2.1 靜態(tài)危險(xiǎn)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(diǎn)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(xiǎn)區(qū)域需格外關(guān)注[4，5，6]。

2.2 地下管線遷改

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?xì)狻⒐╇?、通信等管線。尤其錦寓路站北側(cè)DN1000污水管埋深6 m，管道為頂管法施工，鋼筋混凝土管，壁厚10 cm；污水井最大深度約7 m，呈南北走向，大部分與地墻重合，嚴(yán)重影響地下連續(xù)墻施工。

3 基于BIM技術(shù)安全管理實(shí)現(xiàn)

3.1 平面建模

為加強(qiáng)基坑工程在施工組織設(shè)計(jì)和方案編制階段安全管理，利用BIM技術(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工臨時(shí)便道、塔吊等大型機(jī)械位置、堆料區(qū)以及其他靜態(tài)危險(xiǎn)源區(qū)域進(jìn)行建模。對(duì)于施工平面布置的三維模型進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，動(dòng)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)幾率。

3.2 綜合管線

本項(xiàng)目車站范圍內(nèi)存在10 kV架空電力、38 kV供電管、雨水管、污水管、給水管、燃?xì)夤?、電信管、軍用光纖、路燈線、化糞池、雕塑等管線錯(cuò)綜復(fù)雜。通過BIM技術(shù)建立管線三維模型進(jìn)行碰撞檢查，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜管線分析核查規(guī)范強(qiáng)條的符合性，降低安全管理成本，提高安全管理可靠性。

圖2 土方分塊及施工信息錄入

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(píng)審的土方開挖專項(xiàng)方案進(jìn)行三維分塊。分塊采用revit2016內(nèi)置常規(guī)模型進(jìn)行繪制[7]。

用戶除可以設(shè)置土方關(guān)聯(lián)外，還可以進(jìn)行該土方與該位置對(duì)應(yīng)的鋼支撐(混凝土支撐)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，方法與土方關(guān)聯(lián)一致。軟件通過實(shí)際施工節(jié)點(diǎn)信息輸入，比如土方開挖，支撐架設(shè)的實(shí)際施工時(shí)間。將已完工和未完工的顏色進(jìn)行區(qū)分，到達(dá)施工進(jìn)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)置灰色。

3.4 監(jiān)測(cè)預(yù)警和數(shù)據(jù)錄入

通過BIM施工信息管理軟件對(duì)施工圖設(shè)計(jì)文件中平面圖形進(jìn)行翻模后，可同步講模型包括主體基坑及支撐情況、周圍建筑物和檢測(cè)點(diǎn)位的檢測(cè)數(shù)據(jù)錄入模型。建立符合工程項(xiàng)目現(xiàn)有條件和使用用途的BIM模型[8]。

測(cè)點(diǎn)關(guān)聯(lián)完成后進(jìn)行預(yù)警值配置，點(diǎn)擊預(yù)警值配置按鈕，彈出“預(yù)警值配置”的界面?？稍诖颂幗y(tǒng)一設(shè)置各類報(bào)警值。根據(jù)已配置的預(yù)警值，在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)界面可以自動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)預(yù)警，并以已設(shè)置顏色/透明度顯示在三維圖形中，到達(dá)檢測(cè)預(yù)警目的。

4 基于BIM技術(shù)基坑5D監(jiān)測(cè)

4.1 傳統(tǒng)基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理方式

傳統(tǒng)基坑工程安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理通過第三方監(jiān)測(cè)單位每日監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采取、匯總、形成龐大的數(shù)據(jù)報(bào)告，采用人為對(duì)數(shù)據(jù)表格、二維變形曲線、文字描述等多種信息進(jìn)行分析篩選，在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)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[5]。

4.2 基坑5D監(jiān)測(cè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)

為解決以往基坑監(jiān)測(cè)工作中結(jié)果呈現(xiàn)方式不直觀快捷的弊端，引入5D技術(shù)(三維模型，簡(jiǎn)稱3D+時(shí)間軸+變形量色譜云圖)基于BIM理念的Revit軟件進(jìn)行建模及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)錄入，可將工程現(xiàn)場(chǎng)信息反映在三維模型上，并實(shí)現(xiàn)以下功能[5-7]：

(1)模擬開挖過程，合理配置開挖場(chǎng)地及機(jī)械配置。

(2)開挖階段實(shí)時(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度信息

(3)檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)查看，智能進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選，最大值查看。

(4)檢測(cè)預(yù)警顯示，對(duì)于檢測(cè)值到達(dá)預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，智能識(shí)別，及時(shí)反映。

圖3 BIM模型建立

5 結(jié) 語(yǔ)

BIM技術(shù)將土方按照實(shí)際施工情況進(jìn)行分塊，利用軟件的圖元顏色標(biāo)注，將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施完成的工程實(shí)體變?yōu)榧t色，未施工的工程實(shí)體設(shè)置為半透明，明確開挖狀態(tài)，提供全工程過程實(shí)時(shí)進(jìn)度。能夠?qū)﹂_挖及后續(xù)施工所需場(chǎng)地、設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化配置。本軟件提供初始檢測(cè)數(shù)據(jù)錄入功能，且能自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)分析和自動(dòng)抽取相應(yīng)的物理參數(shù)，運(yùn)算后直接反應(yīng)在3D模型上，形成風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)。避免了人工計(jì)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(cuò)，貼合了實(shí)際工程狀況。更適合于初級(jí)技術(shù)人員，其先進(jìn)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(cè)單位每日監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采取、匯總、形成龐大的數(shù)據(jù)報(bào)告，人為對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析篩選，在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)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。本軟件在研發(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(jìn)行改造升級(jí)，充分適應(yīng)各級(jí)用戶的不同需求。本軟件可以對(duì)土方進(jìn)行分塊并對(duì)實(shí)際施工節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理，支持查看進(jìn)度及無(wú)支撐暴露時(shí)間，且接受參數(shù)輸入及圖形導(dǎo)入。也可以將工程節(jié)點(diǎn)中的點(diǎn)位和Revit模型中的監(jiān)測(cè)點(diǎn)關(guān)聯(lián)，且支持多種查看方式并可生成圖表。與用戶的實(shí)際工程所需一致，所見即所得具有首創(chuàng)性。