基于BIM技术的深基坑工程施工应用研究_刘卓豪.pdf

江西建材工程技术与管理2102023年1 月作者简介：刘卓豪（1995-），男，广东梅州人，本科，主要研究方向为土木工程建设管理。0 引言当前，随着工程建设的快速发展，城市地下空间不断被开发，出现了越来越多大规模的基坑工程，涉及地铁工程、废水处理厂工程、超高层建筑工程等。与浅基坑工程相比，深基坑工程具有开挖难度大、风险高、质量要求严格等特点，引发的质量安全事故也较多，主要原因在于传统的二维平面图纸难以满足深基坑施工要求，亟需一种新的技术形式辅助深基坑施工，BIM技术很大程度上解决了此类问题。彭曙光1基于传统基坑设计的不足，应用 BIM技术实现了基坑的智能设计，为后续深基坑的研究提供了参考；潘珂2基于 BIM技术建立了深基坑三维可视化开挖模型，对开挖过程中基坑的稳定性与安全性进行了分析，并对基坑监测系统进行了优化；段龙飞3提出了通过BIM技术对多层内支撑深基坑建模的方法；慕冬冬等4分析了 BIM技术在基坑支护中的应用，对发现的问题进行了详细分析，为后续研究奠定了基础；张程5介绍了地质勘查数据、BIM技术和三维基坑模型之间的应用关系，开发了 Revit软件查看局部三维插件功能；陈晓凤6探讨了 BIM技术在深基坑支护中的设计流程，并对可行性和应用效果进行了分析；杨明月7提出了将 Revit软件建立的三维基坑支护模型转换为MIDAS GTS NX有限元模型的方法；姜林海等8基于复杂的深基坑工程实例，采用 Revit软件建立了包括支护结构的深基坑三维立体模型，模拟了工程中的复杂节点，对基坑模型中各种结构进行了碰撞检查和关键施工阶段的技术交底，为深基坑工程研究提供了参考。越来越多的学者围绕深基坑工程 BIM技术的应用进行了深入研究，为 BIM技术辅助深基坑工程施工提供了理论基础9。鉴于此，本文介绍了深基坑工程和BIM技术的基本情况，以某废水处理厂深基坑工程为例，基于工程特点应用 BIM技术，并对应用效果进行了评价分析，为后续 BIM技术在此类深基坑工程中的应用提供参考。1 深基坑工程及 BIM技术概况1.1 深基坑工程基坑是指进行建筑物地下部分施工时，由地面向下开挖出的空间。深基坑是指开挖深度5m，或开挖深度虽未超过5m但地质条件、周边环境、地下管线特别复杂的工程。当前，我国深基坑工程主要有开挖深度深、开挖难度大、风险大、区域性强、个性强、环境效应明显、质量要求高等特点10。1.2 BIM技术BIM（Building Information Modeling）是一种将建筑模型信息化的技术形式，即将工程项目的各种信息添加到三维可视化建筑模型中，作为整个工程的信息化载体，贯穿于设计、施工、运营等各个阶段。相较于传统意义上的二维建筑模型，BIM技术具有可视性、可模拟性、可优化性、完备性、协调性等优点11，常用的软件包括 Revit、Lumion、品茗、Navisworks等。基于 BIM技术的深基坑工程施工应用研究刘卓豪，董志兴，刘金妹深圳市天健坪山建设工程有限公司，广东 深圳 518118摘 要：BIM技术已逐渐成为辅助深基坑工程施工的主要措施。文中以某医药废水处理厂深基坑项目为例，应用 BIM技术解决施工过程中土石方数量大、周边环境复杂、地下管线密集、施工场地有限、施工重难点较多等问题。实践表明，工程取得了良好的经济效益与社会效益，可为类似深基坑工程提供参考。关键词：深基坑工程；BIM技术；工程施工；项目管理中图分类号：TU17;TU753 文献标志码：B文章编号：1006-2890（2023）01-0210-03Exploration on the Application of Deep Foundation Pit Engineering Construction Based on BIM TechnologyLiu Zhuohao，Dong Zhixing，Liu JinmeiShenzhen Tagen Pingshan Construction Engineering Co.Ltd.,Shenzhen,Guangdong 518118Abstract:BIM technology has gradually become the main measure to assist the construction of deep foundation pit engineering.Taking the deep foundation pit project of a medical wastewater treatment plant as an example,BIM technology is applied to solve the problems of large amount of earth and stone,complex surrounding environment,dense underground pipelines,limited construction site,and many difficulties in construction during the construction process.The practice shows that the application of BIM technology has achieved good economic and social benefits,which can provide a reference for similar projects.Key words:Deep foundation pit engineering;BIM technology;Engineering construction;Project management江西建材工程技术与管理2112023年1 月2 基于 BIM技术的深基坑工程施工案例分析2.1 工程概况本工程服务于深圳国家生物医药产业基地配套集中废水处理厂，主要为新建全地下式污水处理厂1 座，建筑面积约17197m2，污水处理规模1万t/d。污水处理厂基坑长约135m，宽75m，开挖区总面积约10125m2，土石方开挖量约17.08万m3。原地面标高约34m，设计基底标高18.5m，开挖深度约15.5m，局部最大开挖深度约20.5m，属于危险性较大的深基坑工程。基坑支护形式采用钻孔灌注桩+预应力锚索。废水处理厂区内原始地貌为残丘坡地，局部为冲沟，现状大部分为已建道路及荒地，地势较为平坦，废水处理厂地层主要信息如表1 所示。表1 废水处理厂地层信息名称人工填土层第四系全新统坡洪积层第四系上更新统冲洪积层第四系残积层燕山期晚侏罗世坪地圩花岗岩缩写QmlQ4dl+plQ3al+plQelJ3p废水处理厂区内无地表水发育，地下水主要受大气降水的垂向渗入补给和周边地下水侧向径流补给，地下水水位受季节变化影响较为明显，整体由南西向往低洼处排泄，稳定水位埋深1.003.40m，标高30.5347.91m，地下水位年变幅为23m。2.2 工程特点及 BIM技术应用2.2.1 工程特点及基于 BIM技术的对策本工程具有开挖场地小、土石方数量大、周边环境复杂、地下管线密集、施工重难点较多等特点，应用 BIM技术可制定相关对策。（1）开挖场地小，土石方数量大本工程场地大致呈梯形，开挖区总面积约10125m2，开挖深度约15.5m，土石方开挖量约170000m3，开挖场地较小，基坑深度较大，土石方数量大。应用 BIM技术对深基坑土石方开挖进行模拟。项目施工前，对现状场地进行航拍，记录施工各阶段的影像资料，同时进行倾斜摄影，通过大疆智图软件快速建立现状三维基坑模型。将各施工阶段的三维基坑模型导入 Revit软件计算土方开挖量；导入Lumion软件，可通过动画模拟每一开挖阶段，优化施工进度，保证施工安全。（2）周边环境复杂，地下管线密集基坑北侧为道路，道路路基下分布排水管道及市政电力通信管道，西侧为药业厂区，南侧为道路，东侧为河道管理区，基坑周边环境复杂，地下管线密集。基坑支护形式结合周边环境和基坑开挖深度，采用钻孔灌注桩+预应力锚索，支护的施工质量直接影响基坑的稳定和周边管线、建筑物的安全。应用 BIM技术对基坑支护间进行碰撞检测。应用 Revit软件建立基坑支护结构模型，如图1 所示，以 NWC格式导入到Navisworks软件中，通过软件的碰撞检查功能，设置碰撞条件，对基坑支护间进行碰撞检查，对检查后发现的设计冲突点，进行设计变更，保证基坑支护的施工质量。图1 基坑支护结构三维模型（3）施工重难点较多，工序复杂本工程关键施工阶段较多，新技术应用广泛，采用传统二维平面图纸进行技术交底时，可能会出现信息偏差或遗漏。应用 BIM技术对工程施工的重点和难点进行技术交底，例如，地下箱体薄板结构施工、高大模板施工、基坑土石方开挖施工等。以高大模板施工为例，根据施工组织设计，采用品茗软件分步、分段建模，导入 Lumion软件中，通过动画形式模拟施工过程，展示施工细节，有利于施工人员更直观地理解高大模板搭设流程。（4）施工场地有限本工程施工场地有限，安全文明标准化施工要求高，遵循合理利用土地、减少资源浪费、保护生态环境的原则，需合理规划施工场地布置。应用 BIM技术对施工场地进行布置优化。在获取工程场地布置信息后，初步拟定三个方案，将布置信息代入施工场地模型中，以区域通道是否安全、大型装备是否方便安装和拆卸、材料运输车辆是否方便行驶和调头、临时设施是否分离等作为选择依据，初步选定布置方案并进行优化处理，将优化方案作为最终的施工场地布置方案。本工程场地布置信息主要包括：进场大门；人行道、车道；讲评台、质量样板展示区、安全体验馆；物资仓库、物料存放架体、废材废料收集池；钢筋加工场、休息区、取水区；临水、临电、监控系统；扬尘污染防治喷淋系统、雾炮机、洗车槽、TSP扬尘在线监控系统；垂直运输塔吊、垂直人行梯笼；基坑周边排水系统设施等。2.2.2 BIM技术在工程施工中的智能管理（1）实时监测预警建立深基坑BIM模型，制定深基坑监测方案，对监测内容、监测点数和频次进行详细规划。在深基坑施工过程中，将监测点采集到的数据作为参数添加到 BIM模型中，通过 BIM可视化功能对深基坑工程施工进行实时监测，并设置临界预警值，当监测数据超过预警值时自动引发警报，实现深基坑工程施工的智能监控，以保证施工安全。本工程深基坑监测内容如表2所示。江西建材工程技术与管理2122023年1 月表2 基坑监测内容及预警值监测项目监测点数临界预警值（一级）临界预警值（二级）临界预警值（三级）支护结构水平位移3620mm40mm50mm支护结构竖向位移地下水位76000mm/周边地表竖向位移15（组）5（点）30mm40mm30mm周围建筑竖向位移42建筑物地基变形允许值0.8建筑物地基变形允许值0.8建筑物地基变形允许值0.8倾斜周边管线竖向位移1830mm30mm30mm（2）安全管理本工程基坑开挖深度约15.5m，局部最大开挖深度约20.5m，属于危险性较大的深基坑工程，施工安全管理是整个工程的首要任务。应用 BIM技术对施工现场进行安全管理，包括施工内容安全管理和施工人员安全管理。施工内容安全管理主要为基于工程特点的 BIM技术应用，如 BIM模拟基坑土石方开挖、支护碰撞检查、技术交底等；施工人员安全管理即通过 BIM模拟施工过程中可能发生的安全事故，如基坑土方超挖或基坑支护损坏导致的基坑坍塌、未佩戴安全帽导致的人员伤亡等，以动画形式对安全事故的严重性和可控性进行展示，加强人员安全教育。同时，要定期对施工现场进行安全检查，将检查结果上传至BIM平台中，并指定责任人进行整改。（3）质量管理应用 BIM技术对施工过程进行质量管理，即图纸、技术、进度、人员、材料的质量管理。采用Revit软件建立三维图纸模型，检查设计图纸的正确性和合理性，并进行优化；定期将施工过程中发现的质量问题上传至 BIM平台，便于设计、施工、监理和业主方查看，对设计图纸进行修改，保证图