BIM技術在復雜深基坑內支撐拆除中的應用

張 鵬，李 元，白峰振，李 同，曾 旭

（中國建筑第二工程局有限公司，北京 100160）

隨著社會經(jīng)濟高速發(fā)展，城市建筑用地越來越緊缺。為最大效益發(fā)揮建筑用地的作用，地下空間利用率越來越大，地下室層數(shù)越來越多，基坑支護結構越來越復雜。

出于軟土地區(qū)基坑及周邊建筑物、附屬設施等環(huán)境的安全考慮，地下連續(xù)墻支護結構成為不二選擇；為保證整個基坑的穩(wěn)定性、安全性，增設內支撐顯得尤為重要。地下連續(xù)墻與內支撐相結合支護體系，可謂是為基坑施工階段穿上了一件堅不可摧的“鐵甲衣”，也為主體施工階段戴上了一個燒腦的“緊箍咒”。支撐拆除更是整個基坑安全的重中之重，制訂符合實際的拆除方案,選擇合理的拆除方式至關重要。本文以昆明春之眼商業(yè)中心項目復雜深基坑內支撐拆除為例，介紹BIM技術是怎樣為內支撐拆除過程保駕護航的。

1 項目概況

1.1 工程概況

春之眼商業(yè)中心建設項目位于昆明市中央核心區(qū)域，占地面積約4萬m2，總建筑面積約60萬m2，由2棟超高層摩天大廈與高端商業(yè)中心組成，包括一棟高度為407m主塔和一棟高308m的副塔，商業(yè)裙房高49.8m，裙樓5層地下空間，主副塔4層地下室空間。

1.2 BIM應用概況

基坑支護采用地連墻+三道混凝土內支撐，地連墻為兩墻合一構件，截面尺寸為1000mm?；哟竺骈_挖深度22.7m，地連墻總長度45m，嵌固23m。支撐梁強度等級為C30、地連墻強度等級為水下C35。第一道與第二、三道支撐垂直投影不完全重合，第二三道支撐梁在第一道基礎上增加較多ZC2支撐梁。支撐平面布置如圖1。

圖1 支撐平面布置圖

2 BIM應用重點、難點分析

2.1 基坑周邊環(huán)境復雜

基坑東側距離文保建筑一約16.5m,文保建筑二約5.68m，文保建筑基礎較差；距離天主教堂約9.7m；距離大地保險約18.67m；距離地鐵二號線風亭約5.85m，明挖區(qū)間約28m。

基坑南側臨近地鐵六號線塘子巷站（城市值機大廳），距離約34m?；游鱾扰R近盤龍江,距離約17～22m，距離濱河路上埋深約7.0m的DN1200污水干管約7.1m?；颖眰葹闁|風廣場?；又苓叚h(huán)境如圖2。

圖2 基坑周邊環(huán)境

2.2 場地先后移交影響大

現(xiàn)場場地實際移交先后時間相差超過60天，各區(qū)域結構施工進度差異較大，工期難以保證。

2.3 碰撞點多

基坑支護與結構設計為兩家不同單位?；又ёo結構設計時，主體結構圖紙不完整，導致結構與支撐碰撞問題未在設計階段進行處理，出現(xiàn)大量碰撞。

第一道支撐與負2層梁板凈空700mm，第二道支撐與負3層梁板凈空1000mm，第三道支撐與負5層梁板凈空300mm，基坑支護結構主體結構關系如圖3所示。

圖3 基坑支護結構主體結構關系圖

2.4 交通組織受限

現(xiàn)有道路各種運輸車輛交錯進場，與起重機站位沖突，道路使用受限，構件吊裝和運輸效率降低。影響其他運輸車輛通行。

2.5 安全風險大

拆除工程量大，專項工序多，持續(xù)時間長；拆撐與結構施工交叉進行，切割、吊裝及內支撐各階段的安全性均存在風險。

3 BIM技術應用目標

BIM技術在復雜深基坑內支撐拆除過程的應用主要通過拆撐方案比選、托換節(jié)點優(yōu)化，施工進度模擬科學管理等方面開展，來提高施工效率，減少工期，有效控制拆撐成本，提高施工管理水平。

4 BIM技術在拆撐階段的應用

4.1 BIM模型建立

采用Revit對設計院提供的CAD圖紙進行基坑支護結構地連墻、格構柱、內支撐梁，地下室主體結構進行精細化建模如圖4，保證所建基坑支護模型與施工現(xiàn)場基坑支護結構完全一致，地下室模型與施工圖要求完全吻合。

圖4 基坑支護模型

4.2 模型整合及碰撞檢查

4.2.1 模型整合

將基坑支護模型與地下室結構模型導入Luban iWorks平臺，并建立相應的工作集，方便后期進行碰撞檢測、漫游及三維交底。

4.2.2 碰撞檢測

在預先設置好的工作集中，通過類別、條件篩選、碰撞模式、排除構件等條件設置控制圖形中構建是否參與碰撞。

檢測完成后對結果進行分層、分區(qū)查看碰撞信息，按照專業(yè)、構件、處理方式控制碰撞點顯示篩選。最終篩選出6種碰撞類型，1718個碰撞點。

4.3 運用BIM技術進行方案比選

原設計拆撐工況為整體拆除，拆撐流程如下：整體底板完成達到85%強度→整體拆除第三道支撐→B4層頂板（除主副塔外）完成達到85%強度→整體拆除第二道支撐→B2層頂板（除主副塔外）完成達到85%強度→拆除第第一道支撐。

因現(xiàn)場場地實際移交先后時間相差超過60天，各區(qū)域結構施工進度差異較大，無法滿足原設計拆撐工況。結合BIM技術，最終確定將支撐分為兩個獨立體系，支撐投影范圍內的筏板基礎形成閉合，方可進行第三道支撐拆除。第一、二道支撐根據(jù)工況選擇悶拆。影響豎向結構施工的碰撞點可以進行局部拆除。

4.4 碰撞節(jié)點托換設計

4.4.1 局部水平拋撐深化設計

BIM技術與有限元技術相結合對內支撐受力進行分析，棧橋位置為整個北區(qū)內支撐結構受力體系的薄弱位置。其中第三道支撐處于最不利因素，薄弱處需設置加固措施。根據(jù)北環(huán)結構體系分析在棧橋跨中位置架設7處拋撐作為約束支座。

采用Revit對加固措施進行建模,如圖5所示，并對安裝順序、控制要點進行深化設計，利用三維模型對工人進行安全技術交底。

圖5 拋撐節(jié)點

4.4.2 格構柱與結構梁碰撞點托換設計

由于結構設計單位不同意結構梁后做，為滿足設計要求項目針對結構梁與格構柱相交碰撞節(jié)點處采取結構托換技術進行處理，然后割除與結構梁碰撞的格構柱角鋼，保證結構梁鋼筋貫通。

項目應用BIM技術進行托換節(jié)點1∶1精度建模，如圖6所示，并對該節(jié)點的可行性、合理性、安全性進行了驗證。驗證通過后利用三維節(jié)點模型對工人進行安全技術交底。

4.5 順拆內支撐梁分段細化

第一道與第二、三道支撐垂直投影不完全重合，第二三道支撐梁在第一道基礎上增加較多ZC2支撐梁。

支撐梁的幾何尺寸及受力情況不同，為避免拆除順序導致的基坑變形，造成安全事故。利用BIM技術對第三道支撐模型進行分段、編號。根據(jù)叉車的載重能力，利用Revit明細表對支撐梁長度、體積、切割長度、切割段數(shù)、重量等數(shù)據(jù)進行分析統(tǒng)計。將明細表以Excel形式導出，方便打印出來指導現(xiàn)場施工。如表1所示。

圖6 施工立面詳圖及BIM模型示意圖

表1 支撐梁截面尺寸一覽表 （單位：mm）

4.6 拆撐路線規(guī)劃

第三道支撐由兩家專業(yè)拆撐單位負責拆撐，以棧橋為界限，將拆撐分為主塔區(qū)和副塔區(qū)。

結合現(xiàn)場實際施工進度情況，內支撐拆除與主體結構施工須同步進行，且互不影響。為保證內支撐拆除進度與主體施工進度，利用BIM三維可視化，對內支撐分布狀態(tài)進行分析，選擇最優(yōu)的運輸路線及出料口，最終依托1#、6#棧橋設置2個出料口。拆撐砼塊及混凝土渣運輸路線以2個出料口為中心。拆撐外運與主體施工材料運輸互不影響。地下運輸路線及出料口，如圖7所示。

圖7 地下運輸路線及出料口

4.7 虛擬進度與實際進度對比

將施工進度計劃整合進魯班進度計劃平臺中并與項目模型相關聯(lián)，進行4D施工進度模擬，對工程實際施工進度情況與虛擬進度情況進行對比分析，檢查施工工序銜接的合理性及進度計劃的可行性，并借助BIM管理協(xié)同平臺進行項目施工進度管理，提高施工管理質量與水平。

4.8 三維動畫安全技術交底

根據(jù)施工部署、拆撐順序、材料、設備、勞動力配置制作三維動畫如圖8所示。施工前進行可視化交底，便于作業(yè)人員快速掌握施工順序、操作要點，保證施工質量和安全的同時節(jié)約溝通成本。

圖8 三維動畫

5 BIM協(xié)作平臺管理

BIM技術和移動互聯(lián)網(wǎng)技術相互結合，依托LubanBuilder系統(tǒng)，將模型數(shù)據(jù)上傳至云端數(shù)據(jù)庫，對模型進行輕量化處理，幫助項目現(xiàn)場管理人員，高效、便捷的查詢BIM信息并進行協(xié)同合作。打破傳統(tǒng)的PC客戶端攜帶不便的束縛，提升工作效率。

日常巡查過程中，管理人員發(fā)現(xiàn)質量、安全等問題第一時間通過協(xié)作平臺，將問題與模型關聯(lián)后，把問題描述清楚并附相應的照片，發(fā)送給相應的責任人，責任人收到信息后及時作出回復，并對問題進行整改、回復，直至合格。通過在協(xié)調平臺進行日常巡檢，省去線下整改環(huán)節(jié)，真正做到了綠色高效辦公。

6 結語

項目協(xié)同管理平臺的線上使用，實現(xiàn)協(xié)同作業(yè)管理、模型及文檔管理、權限管理等，加強各參與方的協(xié)同作業(yè)，提高項目管理質量和效率。

內支撐拆除過程中應用BIM技術解決了方案對比、節(jié)點深化、拆撐路線規(guī)劃、進度模擬以及重要節(jié)點的三維技術交底，降低溝通成本，減少溝通錯誤，爭取工期，為項目創(chuàng)造出實際的價值，真正做到降本增效。