BIM技術(shù)在某工程基坑錨索施工中的應(yīng)用

黃文平，張宏

（中國建筑第二工程局有限公司）

1 引言

基于BIM技術(shù)搭建的建筑參數(shù)模型，涵蓋了項目相關(guān)的所有參數(shù)和數(shù)據(jù)，各參建方可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享，在權(quán)限范圍內(nèi)及時更新和查閱相關(guān)數(shù)據(jù)，確保建筑信息準(zhǔn)確無誤。在建筑深基坑開挖和支護等高危工程中，基坑支護通常采用樁錨結(jié)構(gòu)，支護工程的重點和難點在于在特殊地理位置和復(fù)雜地形環(huán)境下提高預(yù)應(yīng)力錨索的施工質(zhì)量。采用BIM 技術(shù)進行錨索施工項目管理可以為項目施工提供更加精細(xì)的設(shè)計、科學(xué)的決策、有效的措施，降低因管理不到位造成的施工返工等，同時保障了施工工期和項目成本?；贐IM技術(shù)平臺可以為各參加方提供一個信息溝通和數(shù)據(jù)共享的平臺，從數(shù)據(jù)源頭上為工程品質(zhì)提供技術(shù)支撐[1-3]。

2 工程概況

某大型建筑項目，占地面積6.7萬m2，建筑面積22 萬m2。項目基坑面積4.84 萬m2，其中東西長度410m、南北寬度185m，周長為1110m，基坑開挖的深度為3.4m～16.4m?；又ёo工程形式為旋挖成孔灌注樁+連系梁+預(yù)應(yīng)力錨索+基坑側(cè)壁砼護面形式，采用2066 根預(yù)應(yīng)力錨索，成孔直徑均為150mm。按照基坑實際情況和周圍環(huán)境設(shè)置錨索，除基坑?xùn)|側(cè)采用永久性錨索外，其余位置均為臨時性錨索，并且錨索數(shù)量隨著基坑深度會發(fā)生變化。

3 施工重難點

3.1 地理位置特殊

本工程項目地形為東高西低，東面有一高坡，場地南側(cè)距離基坑邊界0.7m～17m的外圍設(shè)置有地下光纜，場地東南側(cè)除了有地下電纜外還安裝了抗滑樁，另有一建筑兩層高的變電站。沿著項目紅線，東西走向是一排工業(yè)園區(qū)內(nèi)部用房以及公共基礎(chǔ)設(shè)施，園區(qū)用房采用混凝土框架結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)等，園區(qū)西側(cè)距離工程23m 的距離為地下電纜通道。在進行基坑施工時，一定做好現(xiàn)場地質(zhì)、地形勘測，確保周圍建筑物基礎(chǔ)免受錨索施工影響。

3.2 地質(zhì)條件復(fù)雜

基坑開挖前需要做地質(zhì)勘察，根據(jù)地勘數(shù)據(jù)得出，項目地質(zhì)土壤內(nèi)為全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、粉質(zhì)黏土、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖及強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，土壤粉砂含量高，成分差異較大且?guī)r土層分布不規(guī)律，并且有較大面積的軟弱夾層，當(dāng)水力強度大時容易產(chǎn)生流砂流土。項目地下水位較高、水量大，主要分為三類：第四系粘土層中和人工填土的上層滯水，卵石層中和第四系淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土的潛水，中、強風(fēng)化基巖中的裂隙水。

3.3 錨索數(shù)量多

因本工程基坑開挖和支護作業(yè)復(fù)雜，采用2066 根錨索，基坑現(xiàn)場有20 處陰陽角。因此，本工程基坑錨索施工的重點是合理布置錨索位置，確保陰陽角處錨索不會碰撞。

3.4 施工質(zhì)量要求高

建筑工程基坑支護施工中最關(guān)鍵的分部工程就是預(yù)應(yīng)力錨索施工，該分部工程質(zhì)量對整個基坑支護質(zhì)量至關(guān)重要。施工作業(yè)中的錨索制作安裝、成孔及泥漿配比是影響預(yù)應(yīng)力錨索質(zhì)量的主要因素，同時，施工作業(yè)的現(xiàn)場管理和施工技術(shù)也非常重要?；贐IM 技術(shù)環(huán)境下，采用Revit軟件，根據(jù)基坑工程各類圖紙、地質(zhì)勘察報告，結(jié)合基坑實際情況，搭建樁錨模型，在該模型的輔助下可以提高預(yù)應(yīng)力錨索的施工質(zhì)量和效率。

4 BIM技術(shù)應(yīng)用

4.1 模型建立

4.1.1 整體模型建立

搭建基坑支護結(jié)構(gòu)的BIM 模型一般采用Revit 軟件，基坑支護模型涵蓋了預(yù)應(yīng)力錨索、旋挖支護樁、腰梁和冠梁等。此外，為了確保BIM模型更好地指導(dǎo)基坑支護的施工作業(yè)，還應(yīng)結(jié)合項目周邊地下管網(wǎng)和建筑環(huán)境、現(xiàn)場地質(zhì)勘察報告等具體情況，進行地質(zhì)巖土和地下管網(wǎng)建模。

4.1.2 精細(xì)化模型建立

將二維圖紙及相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Revit軟件中可以生成預(yù)應(yīng)力錨索的三維模型，該模型涵蓋了錨索施工中的各類構(gòu)件和配件，比如預(yù)應(yīng)力錨索的錨具、錨墊板、導(dǎo)向帽、鋼絞線、架線環(huán)、波紋管、緊固環(huán)及輔助材料等。

4.2 碰撞檢查及設(shè)計優(yōu)化

基于BIM 技術(shù)可以實現(xiàn)項目施工不同構(gòu)件和工序的碰撞檢測，將搭建完成的模型文件導(dǎo)入Navisworks 軟件，利用ClashDetective 工具可以進行錨索施工的不同類構(gòu)件（錨索、周邊地下環(huán)境、旋挖支護樁）以及同類構(gòu)件（不同錨索）之間的施工碰撞檢測。項目管理人員根據(jù)碰撞檢測報告對施工作業(yè)進行核對檢查，并得到碰撞點。該項目的碰撞檢測共檢測到300處碰撞點，其中，同類碰撞及不同錨索施工碰撞占據(jù)91%，而旋挖支護樁與錨索的碰撞檢測占比9%。本項目基坑周圍環(huán)境較復(fù)雜，不規(guī)則結(jié)構(gòu)和陰陽角較多，很容易產(chǎn)生錨索之間的碰撞，錨索錨固段與自由段是常見的碰撞位置。

項目管理人員根據(jù)BIM 模型碰撞檢測對施工中的碰撞位置進行調(diào)整和優(yōu)化，一般是在符合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的條件下調(diào)整預(yù)應(yīng)力錨索的鉆孔角度，將調(diào)整后的模型導(dǎo)入Navisworks中進行模擬演示，再次進行碰撞檢測。待上述步驟完成后，技術(shù)人員編制錨索施工前問題匯總，并提出碰撞問題的優(yōu)化調(diào)整方案，反饋給設(shè)計單位。經(jīng)過核實與確認(rèn)，最終方案取消2根錨索、修改7處陰陽角，調(diào)整300根預(yù)應(yīng)力錨索，其中，調(diào)整24處旋挖支護樁與錨索的碰撞，276 處錨索之間的碰撞。設(shè)計單位在滿足規(guī)范要求的條件下，將施工碰撞和困難的基坑角度進行相應(yīng)調(diào)整，預(yù)應(yīng)力錨索調(diào)整角度在正負(fù)3°以內(nèi)，調(diào)整的方位一般為放射式鉆入、垂直向下和垂直向上?，F(xiàn)場施工時技術(shù)人員和施工人員根據(jù)調(diào)整后的方案以及BIM 模型進行施工技術(shù)交底，更科學(xué)合理地指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

4.3 錨索與原建（構(gòu)）筑物碰撞調(diào)整

通過對周邊環(huán)境和地下情況勘察，可以得出項目周圍地下管線和建筑物較多。項目場南側(cè)位于基坑邊線0.7m～17m 處有電力設(shè)施，該設(shè)施的建筑采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)且其基礎(chǔ)位于基準(zhǔn)面以下3m～20m 左右。根據(jù)基坑支護設(shè)計圖紙和BIM模型可以看出錨索長度大于23m，最長處達34m，鉆孔角度為20°。根據(jù)現(xiàn)場位置、角度測量以及基坑模型碰撞檢測，可以得出錨索施工時盡管角度偏差在允許范圍內(nèi)，也會與電力設(shè)施的左下角發(fā)生碰撞，例如，鉆孔角度在16.5°則無法躲過障礙物。經(jīng)過設(shè)計人員對現(xiàn)場的反復(fù)調(diào)整和驗證分析，確定此處錨索鉆孔施工角度為25°角。

4.4 地質(zhì)條件較差區(qū)域的設(shè)計優(yōu)化

根據(jù)項目的地質(zhì)模型可以發(fā)現(xiàn)基坑北側(cè)地質(zhì)情況比較復(fù)雜，但是施工設(shè)計方案并未對此處進行加固處理。為了保障施工質(zhì)量，項目管理人員和技術(shù)工程師建議增加錨索，以提高基坑錨索施工質(zhì)量，降低基坑結(jié)構(gòu)隱患。經(jīng)過設(shè)計單位測算和驗證，新增一排共計17 根錨索，并對BIM模型進行修改，經(jīng)過錨索施工碰撞檢測后進行施工。

4.5 三維可視化交底

基于BIM技術(shù)采用Revit搭建的預(yù)應(yīng)力錨索模型，將模型的FBX 文件導(dǎo)入3Dmax，可以根據(jù)施工方案制作動畫形式的技術(shù)交底資料。該交底技術(shù)資料可以通過動畫視頻形式直觀形象地展示錨索施工從物料準(zhǔn)備、現(xiàn)場定位、成孔施工、錨索制作安裝和注漿等所有施工工藝。相較于傳統(tǒng)二維圖紙技術(shù)交底的晦澀難懂、溝通理解困難等弊端，借助BIM技術(shù)進行技術(shù)交底可以向施工人員演示施工步驟，加強雙方的溝通和理解，提高施工技術(shù)交底，保障了錨索施工的質(zhì)量。

5 結(jié)語

綜上所述，建筑項目的基坑開挖與支護工程作為一項高危工程，經(jīng)常由于項目的地質(zhì)條件和周圍環(huán)境特殊，增加了基坑工程的施工難度。本文基于某建筑基坑項目進行工程地質(zhì)和環(huán)境勘察，對于環(huán)境特別、錨索施工困難的情況，提出了BIM技術(shù)加強施工管理。基于BIM 技術(shù)的預(yù)應(yīng)力錨索模型，可以實現(xiàn)可視化展示、模擬性演示等功能。不僅可以直接展示基坑支護各個參數(shù)和數(shù)據(jù)，還可以對基坑支護作業(yè)過程進行動態(tài)模擬，通過模擬演示進行構(gòu)件的碰撞檢測，施工前對同類構(gòu)件和不同類構(gòu)件的碰撞檢測出的問題進行優(yōu)化調(diào)整。通過設(shè)計單位的核實與驗證，進行可錨索角度和位置的精細(xì)化調(diào)整，消除了現(xiàn)場施工的安全隱患，對錨索施工作業(yè)起到指導(dǎo)作用。BIM 技術(shù)的應(yīng)用進一步提高了預(yù)應(yīng)力錨索施工的質(zhì)量和效率，降低了現(xiàn)場隱患率和返工率，以及由此帶來的施工成本，進一步促進建筑行業(yè)科學(xué)化發(fā)展。