BIM技术在深基坑工程施工中的应用<br/>——以长沙未来城城市综合体项目为例

BIM技术在深基坑工程施工中的应用
——以长沙未来城城市综合体项目为例

2023-01-02沈康曾天辉

智能建筑与智慧城市 2022年11期

沈康，曾天辉

（中国建筑第二工程局有限公司华东分公司）

1 引言

BIM技术在建筑领域的应用日益成熟，其具有可视化、参数化等特征，能够有效地解决深基坑工程建设中的难题。本文从长沙未来城城市综合体项目的实际出发，对BIM技术在深基坑工程中的应用进行了深入的分析，并对BIM技术在深基坑工程中的应用进行了深入的研究和阐述，对于改善工程质量、控制施工进度具有十分重要的作用。

2 深基坑工程施工概况

2.1 深基坑工程的施工特点

基坑工程包括地质工程、支护结构工程、施工技术、施工组织管理等多个方面，其主要特点有：工程施工具有高度的隐蔽性、难以预测、工程量大、工期紧张、施工工序多、施工工艺复杂等，这使得基坑工程施工质量、工期及施工成本都极易失控，而在深基坑工程的施工中，牵涉多个施工单位，如何有效地进行施工信息的有效共享，是当前施工控制中的一个关键问题[1]。

2.2 深基坑工程施工中的关键问题

2.2.1 成本问题

深基坑工程是一项规模大、难度大、风险大的工程，它涉及支护技术、安全监测技术等一系列系统工程。在以往的经验中，尽管经过仔细的考虑和反复地推敲，但由于不能确保与实际的工程相符，常常会出现支护方案不科学、原定监测方案无法落实的问题。此外，在进行施工交底时，有关人员的技术水平不高，技术不过硬，致使对施工方案的理解不够透彻，造成了返工、变更、较大误差等。而且，随着深基坑建设的不断推进，在深基坑开挖过程中，往往会出现设计理念与实际情况不相符，或者发现以前的设计错误，从而造成工程变更，增加了深基坑建设的费用[2]。

2.2.2 进度问题

深基坑工程的施工规模很大，容易出现各种突发状况，因此需对基坑的施工进度进行严格的控制。地下水环境、地质条件、地下管线等因素的影响，将严重影响到深基坑的施工进度，同时也会因支护结构保护、降雨排水、应急抢险等意外事故的发生而延缓或延迟。深基坑的开挖和支撑结构往往是多个施工单位共同完成的，如果两个项目的进度不一致，将会对整个工程的进度产生一定的影响。因此，在对各工序的布置和编制进度计划时，往往仅根据平面图进行简单的工程量统计，根据以往施工经验确定施工工序。但是，在平面图上编制的进度计划，很难准确地反映出施工现场多阶段并行施工的情况，而且整个工程都是一个动态变化的过程，静止的二维进度计划很难适应工程的实际需要。

2.2.3 质量问题

由于深基坑支护结构、施工材料等问题关系到施工的安全，因此其施工质量要高于普通基坑施工，对施工质量的要求也很高。但是，由于深基坑工程与建设项目一起完工后，施工单位往往会受到片面的影响，认为这是一种临时性的工程，降低对深基坑的质量要求，从而使整个深基坑的质量受到严重的影响。另外，在深基坑工程中，土体加固、围护桩等工程往往会因违规操作而导致工程质量不佳。深基坑工程验收后的内部质量问题很难跟踪，这给后续的维修与补救工作带来一定的困难[3]。

2.3 BIM技术应用在深基坑工程施工中的意义

2.3.1 加强了成本管理，提高了效率

BIM模型具有成本与时间的双重控制作用，使得深基坑工程的物料供给计划与成本计划、进度计划相结合，不仅能够区别和明确各个施工阶段的物料需要，还可以实时地记录材料的接收和使用。利用BIM条形码扫描功能，可以在物料进入工地之前，对所购买的物料进行检验，利用BIM技术，可以独立生成不同建筑面积的各类物料的使用情况并进行查询，从而实现对某一地区或某一类物料的用量进行独立核算，从而提高施工现场的成本管理工作的效率[4]。

2.3.2 帮助工程按工期完成

利用BIM动态布置技术，可以提前对施工场地中的土方运输线路、施工机械布置、物料堆放地点等进行仿真模拟，选取了最优的施工方案，并根据现场仿真结果，进行了现场布置，避免了因施工位置不合理而发生机械碰撞等突发问题而不得不进行临时调整。BIM的动态布局不仅可以确保施工进度的顺利进行，而且还可以使施工组织的工作效率得到提高，从而促进项目的进度。

3 深基坑施工中BIM技术应用的案例分析

3.1 工程项目简介

本工程位于长沙市长沙县上湾西路以南、国展路西侧、学园西路以北、滨河路东侧，由1栋25层酒店（建筑高度99.90m）、1栋38层公寓（建筑高度144.35m）、4层商业裙房及2层地下室组成。基础形式均为机械旋挖灌注桩基础+筏板基础，建筑类别为超高层公共建筑，建筑结构为钢筋砼框剪结构。占地面积13000㎡，总建筑面积约147000㎡，其中商业建筑面积9068.37㎡，酒店建筑面积94025.72㎡，服务型公寓建筑面积37606.89㎡。

3.2 深基坑概况

1#栋酒店基坑深度11.05m，2#栋及商业基坑深度9.65m，局部一层地下室基坑深度7.45m。基坑北面A～A1段支护高度7.650m采用“桩锚支护”(直径1000mm支护桩间距2000mm，4排锚索)；基坑南面D1～D段支护高度7.650m采用“桩锚支护”(直径1000mm支护桩间距2000mm，4排锚索)；基坑西面A～E～D段支护高度9.650m采用“桩锚支护”(直径1000mm支护桩间距2000mm，3排锚索)；基坑东面A1～A2～A3～C段支护采用“放坡支护”(1：1.5与1：2.0结合放坡)；基坑东面C2～A3段支护采用“放坡支护”(1：1.5放坡)。

综合场地环境以及地层情况，基坑北侧A～B段、东侧B～C段、南侧C～D段、西侧A～D段支护结构的安全等级为一级，结构重要性系数为1.1，本工程基坑支护属临时性支护，设计使用年限不超过2年。

3.3 深基坑施工中BIM技术应用分析

3.3.1 基础模型的建立

根据基坑工程的困难及周围环境，采用BIM技术进行地基工程的仿真，可以在一定程度上预测施工中出现的问题。基于BIM的不同需求，BIM模型具有不同的建模要求，在工程应用中，主要面向工程设计和工艺优化。比如水电、暖通等需要合作建模的专业，都要在项目开始前，确定项目的具体位置，方便后续BIM模型的建立。

在软件使用上，目前我国BIM应用程序的类型很多，各平台间数据的转化比较困难。所以在组建项目的时候，软件的选择和合作是非常重要的。根据设计单位的CAD图纸，采用AutodeskRevit软件建立信息模型，将标高体系、桩位布置等连接到软件中，建立桩基族、承台族、承台族，采用梁元建立承台梁模型，在每个单元中生成独立的族文件，并同时进行参数化的定义。

临时搭建也是必要的，工程开始前，临建方案就应该在施工中进行，在深基坑开挖后，既能满足办公和生活的需要，又能兼顾实际和经济效益，采用BIM技术对办公区、生活区进行了全面的布局，并对现场使用的临时围挡进行了仿真。

3.3.2 土方作业模拟优化

该工程采用BIM建模，然后引入BIM 5D进行现场仿真，建立基坑开挖过程的仿真，并对土方运输车辆进行规划，确定开挖过程的思路。在基坑开挖后，土方的搬运和支护是紧密结合的，而土方作业又要辅以支护，首先要达到支护工艺的要求，这就要求土方开挖和运输的组织设计。在工程施工中，必须严格按照设计规范进行土方开挖，不能超挖，不能超出设计范围。结合工程实例，采用Revit建立的土方模型，引入BIM 5D，按施工进度进行分段，进行施工仿真。在BIM 5D中，可以进行施工动画的制作，并与项目配合，完成工程进度的规划，并将BIM 5D与流水区段的关联，实现了整个工程的施工动画，进而实现了工程进度的优化。

3.3.3 施工成本管理

由于该工程的支撑结构所涉及的材料种类繁多，数量大，材料成本核算困难。另外，由于设计变更、价格波动等不确定性，使得工程造价波动大，使得实时获取工程造价数据更加困难，而利用BIM技术可以精确控制工程造价。在BIM建模过程中，不仅加入了成本、尺寸、类型等相关的数据，还加入了相应的文字说明，在模型建立的时候，所有的材料和材料都会自动生成，并且可以根据不同的信息进行选择。通过对材料表格资料的查询，可以使技术人员提前了解项目的原材料情况，从而大大提高了材料成本的管理水平。同时，通过BIM 5D技术，实时更新工地原材料的成本和市场行情，同时针对不同阶段的物料、机械、人员等情况，制定出一套合理的物料需求计划，防止因物料的供给过多而引起的额外费用，同时也能防止因材料的短缺而出现窝工现象，导致工程造价异常上升。项目经理在工地管理时，只需在模型中单击物料选择，就可以直观地看到其属性、规格、进场时间、进度、用量等各方面的指标，便于工地根据工程进度进行物料检验，以达到节约、控制物料效果的目的。

3.3.4 施工质量管理

由于工程建设涉及的施工单位和技术领域较多，在施工前，各部门都会根据基础的三维模型进行技术交流和分析，相比于平面图，三维建模可以让工程的整体情况更直观，也能让施工人员的意见表达更加明确，有效地提高了双方的沟通效率，降低了沟通不畅造成的施工质量问题。施工前，施工现场采用BIM技术进行施工全过程仿真，让施工单位对施工顺序、施工进度等有较好的认识，并根据施工进度，及时制定合理的施工方案，防止材料提前进场、延误进场，保证施工质量；清江锦城项目还在建设过程中，通过建立并扫描材料的二维码，将材料信息发送到电脑网络或者手机上，在进场之前，对材料进行扫描、比对，确保材料符合工程材料的进度和标准，实现24h跟踪。