BIM技术在复杂深基坑内支撑拆除中的应用

2020-11-23白峰振

建筑机械化 2020年10期

张鹏，李元，白峰振，李同，曾旭

（中国建筑第二工程局有限公司，北京 100160）

随着社会经济高速发展，城市建筑用地越来越紧缺。为最大效益发挥建筑用地的作用，地下空间利用率越来越大，地下室层数越来越多，基坑支护结构越来越复杂。

出于软土地区基坑及周边建筑物、附属设施等环境的安全考虑，地下连续墙支护结构成为不二选择；为保证整个基坑的稳定性、安全性，增设内支撑显得尤为重要。地下连续墙与内支撑相结合支护体系，可谓是为基坑施工阶段穿上了一件坚不可摧的“铁甲衣”，也为主体施工阶段戴上了一个烧脑的“紧箍咒”。支撑拆除更是整个基坑安全的重中之重，制订符合实际的拆除方案,选择合理的拆除方式至关重要。本文以昆明春之眼商业中心项目复杂深基坑内支撑拆除为例，介绍BIM技术是怎样为内支撑拆除过程保驾护航的。

1 项目概况

1.1 工程概况

春之眼商业中心建设项目位于昆明市中央核心区域，占地面积约4万m2，总建筑面积约60万m2，由2栋超高层摩天大厦与高端商业中心组成，包括一栋高度为407m主塔和一栋高308m的副塔，商业裙房高49.8m，裙楼5层地下空间，主副塔4层地下室空间。

1.2 BIM应用概况

基坑支护采用地连墙+三道混凝土内支撑，地连墙为两墙合一构件，截面尺寸为1000mm。基坑大面开挖深度22.7m，地连墙总长度45m，嵌固23m。支撑梁强度等级为C30、地连墙强度等级为水下C35。第一道与第二、三道支撑垂直投影不完全重合，第二三道支撑梁在第一道基础上增加较多ZC2支撑梁。支撑平面布置如图1。

图1 支撑平面布置图

2 BIM应用重点、难点分析

2.1 基坑周边环境复杂

基坑东侧距离文保建筑一约16.5m,文保建筑二约5.68m，文保建筑基础较差；距离天主教堂约9.7m；距离大地保险约18.67m；距离地铁二号线风亭约5.85m，明挖区间约28m。

基坑南侧临近地铁六号线塘子巷站（城市值机大厅），距离约34m。基坑西侧临近盘龙江,距离约17～22m，距离滨河路上埋深约7.0m的DN1200污水干管约7.1m。基坑北侧为东风广场。基坑周边环境如图2。

图2 基坑周边环境

2.2 场地先后移交影响大

现场场地实际移交先后时间相差超过60天，各区域结构施工进度差异较大，工期难以保证。

2.3 碰撞点多

基坑支护与结构设计为两家不同单位。基坑支护结构设计时，主体结构图纸不完整，导致结构与支撑碰撞问题未在设计阶段进行处理，出现大量碰撞。

第一道支撑与负2层梁板净空700mm，第二道支撑与负3层梁板净空1000mm，第三道支撑与负5层梁板净空300mm，基坑支护结构主体结构关系如图3所示。

图3 基坑支护结构主体结构关系图

2.4 交通组织受限

现有道路各种运输车辆交错进场，与起重机站位冲突，道路使用受限，构件吊装和运输效率降低。影响其他运输车辆通行。

2.5 安全风险大

拆除工程量大，专项工序多，持续时间长；拆撑与结构施工交叉进行，切割、吊装及内支撑各阶段的安全性均存在风险。

3 BIM技术应用目标

BIM技术在复杂深基坑内支撑拆除过程的应用主要通过拆撑方案比选、托换节点优化，施工进度模拟科学管理等方面开展，来提高施工效率，减少工期，有效控制拆撑成本，提高施工管理水平。

4 BIM技术在拆撑阶段的应用

4.1 BIM模型建立

采用Revit对设计院提供的CAD图纸进行基坑支护结构地连墙、格构柱、内支撑梁，地下室主体结构进行精细化建模如图4，保证所建基坑支护模型与施工现场基坑支护结构完全一致，地下室模型与施工图要求完全吻合。

图4 基坑支护模型

4.2 模型整合及碰撞检查

4.2.1 模型整合

将基坑支护模型与地下室结构模型导入Luban iWorks平台，并建立相应的工作集，方便后期进行碰撞检测、漫游及三维交底。

4.2.2 碰撞检测

在预先设置好的工作集中，通过类别、条件筛选、碰撞模式、排除构件等条件设置控制图形中构建是否参与碰撞。

检测完成后对结果进行分层、分区查看碰撞信息，按照专业、构件、处理方式控制碰撞点显示筛选。最终筛选出6种碰撞类型，1718个碰撞点。

4.3 运用BIM技术进行方案比选

原设计拆撑工况为整体拆除，拆撑流程如下：整体底板完成达到85%强度→整体拆除第三道支撑→B4层顶板（除主副塔外）完成达到85%强度→整体拆除第二道支撑→B2层顶板（除主副塔外）完成达到85%强度→拆除第第一道支撑。

因现场场地实际移交先后时间相差超过60天，各区域结构施工进度差异较大，无法满足原设计拆撑工况。结合BIM技术，最终确定将支撑分为两个独立体系，支撑投影范围内的筏板基础形成闭合，方可进行第三道支撑拆除。第一、二道支撑根据工况选择闷拆。影响竖向结构施工的碰撞点可以进行局部拆除。

4.4 碰撞节点托换设计

4.4.1 局部水平抛撑深化设计

BIM技术与有限元技术相结合对内支撑受力进行分析，栈桥位置为整个北区内支撑结构受力体系的薄弱位置。其中第三道支撑处于最不利因素，薄弱处需设置加固措施。根据北环结构体系分析在栈桥跨中位置架设7处抛撑作为约束支座。

采用Revit对加固措施进行建模,如图5所示，并对安装顺序、控制要点进行深化设计，利用三维模型对工人进行安全技术交底。

图5 抛撑节点

4.4.2 格构柱与结构梁碰撞点托换设计

由于结构设计单位不同意结构梁后做，为满足设计要求项目针对结构梁与格构柱相交碰撞节点处采取结构托换技术进行处理，然后割除与结构梁碰撞的格构柱角钢，保证结构梁钢筋贯通。

项目应用BIM技术进行托换节点1∶1精度建模，如图6所示，并对该节点的可行性、合理性、安全性进行了验证。验证通过后利用三维节点模型对工人进行安全技术交底。

4.5 顺拆内支撑梁分段细化

第一道与第二、三道支撑垂直投影不完全重合，第二三道支撑梁在第一道基础上增加较多ZC2支撑梁。

支撑梁的几何尺寸及受力情况不同，为避免拆除顺序导致的基坑变形，造成安全事故。利用BIM技术对第三道支撑模型进行分段、编号。根据叉车的载重能力，利用Revit明细表对支撑梁长度、体积、切割长度、切割段数、重量等数据进行分析统计。将明细表以Excel形式导出，方便打印出来指导现场施工。如表1所示。

图6 施工立面详图及BIM模型示意图

表1 支撑梁截面尺寸一览表（单位：mm）

4.6 拆撑路线规划

第三道支撑由两家专业拆撑单位负责拆撑，以栈桥为界限，将拆撑分为主塔区和副塔区。

结合现场实际施工进度情况，内支撑拆除与主体结构施工须同步进行，且互不影响。为保证内支撑拆除进度与主体施工进度，利用BIM三维可视化，对内支撑分布状态进行分析，选择最优的运输路线及出料口，最终依托1#、6#栈桥设置2个出料口。拆撑砼块及混凝土渣运输路线以2个出料口为中心。拆撑外运与主体施工材料运输互不影响。地下运输路线及出料口，如图7所示。