BIM技術(shù)在深基坑工程項目管理中的應(yīng)用研究

馮娟

湖南建工集團有限公司 湖南 長沙 410000

引言

BIM（Building Information Modeling，建筑信息化模型）技術(shù)起源于美國，在國外相關(guān)工程中已得到了廣泛的應(yīng)用，但我國的BIM技術(shù)起步較晚，近年來的諸多大型工程項目中均引入了BIM技術(shù)的應(yīng)用。在深基坑工程中，雖已經(jīng)有一批學(xué)者結(jié)合BIM技術(shù)的可視化、數(shù)字化等特點，對深基坑工程進行優(yōu)化、細化以及對項目的施工組織策劃指導(dǎo)，但目前對于用BIM技術(shù)考慮深基坑項目管理風(fēng)險的研究比較少，因此使用BIM技術(shù)實現(xiàn)場地模型可視化的基礎(chǔ)上，研究評估的風(fēng)險如何實現(xiàn)可視化是必要和相對便利。

1 深基坑施工特征介紹

在對深基坑加以控制過程中，受地質(zhì)條件影響，地下管道和周圍路況存在著諸多問題，再加之相鄰建筑如果也存在問題，那么無論是排水還是開挖也會容易有不良狀況發(fā)生。圍護的基本結(jié)構(gòu)、降水以及排水、基本的開挖、循環(huán)基本防護、基坑基本保護均是主要的工程檢查內(nèi)容之一。從影響的基本因素、所涉及的方面以及周圍環(huán)境因素而言，深基坑施工既包含區(qū)域性部分，還包含綜合性部分。其不安全因素以及相關(guān)復(fù)雜性均會對地下管道以及地質(zhì)條件產(chǎn)生一定影響[1]。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

國內(nèi)學(xué)者利用BIM技術(shù)對地質(zhì)條件建立三維模型進行分析，利用三維模型可準確計算土方開挖、回填的工程量統(tǒng)計。通過建筑深基坑工程、地質(zhì)模型及圍護結(jié)構(gòu)三維模型的創(chuàng)建，可形象地反映兩者之間的相對位置關(guān)系，對圍護結(jié)構(gòu)位置進行準確的判斷，從而可以真實地反應(yīng)實際施工情況，可以讓業(yè)主及相關(guān)方更好地了解整體設(shè)計意圖和最終方案建成效果，通過BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)工程項目的統(tǒng)一管理，設(shè)計單位與施工單位基于信息化綜合管理平臺，共同進行項目的協(xié)調(diào)管理。設(shè)計單位能夠依據(jù)模擬成果進行設(shè)計調(diào)整及設(shè)計優(yōu)化，施工單位能夠依據(jù)模擬成果進行模擬施工，能夠直觀地體現(xiàn)整個基坑工程施工的全過程。國內(nèi)首次將BIM技術(shù)應(yīng)用在基坑工程的招投標實施過程中，通過創(chuàng)建基坑工程的三維模型，對基坑工程實現(xiàn)可視化交底，在投標過程中可以將利用BIM技術(shù)建立的三維模型編制在投標文件中，讓招標方直觀清晰的對建設(shè)項目有所理解。在基坑工程中應(yīng)用BIM技術(shù)，可以準確、快速地進行工程量、材料用量的統(tǒng)計，避免人為手算的不精準性，有效提高了基坑工程在投標過程中投標文件編制的準確性，使得投標項目更加高效。對于BIM技術(shù)在基坑工程的施工管理，利用Revit軟件對基坑工程進行三維模型的創(chuàng)建，并結(jié)合應(yīng)用Project和Navisworks軟件，根據(jù)施工進度計劃安排進行施工進度的動態(tài)模擬，全面形象地展示基坑工程的施工全過程，能夠使施工管理更高效，避免了施工效率低下及窩工現(xiàn)象，實現(xiàn)項目部對施工過程的高效管理和控制。將集成控制模型與可視化監(jiān)測族、有限元分析相結(jié)合，以模型使用角度（Modeling）與信息流通角度（Information）提出如圖1所示的基坑施工過程事前預(yù)防、事中控制、事后分析三個階段的應(yīng)用流程，利用BIM分布式管理模式在完成施工任務(wù)的同時，滿足各部門BIM應(yīng)用需求，保證過程控制與結(jié)果校核能夠落實到人[2]。

圖1 BIM技術(shù)全過程應(yīng)用流程

3 工程概況

某污水處理廠深基坑支護工程安全等級高、基坑面積大、地層條件復(fù)雜、水位降深大、涌水量大，在基坑支護方面均有一定的技術(shù)難度。該深基坑支護方法為灌注樁和錨桿及掛網(wǎng)噴面相結(jié)合的形式?；咏邓c排水方式為在基坑頂部設(shè)置排水管，在基坑內(nèi)部設(shè)置集水井、降水井及排水溝，并在基坑的周圍通過止水帷幕的設(shè)置實現(xiàn)截水。該項目所在地區(qū)為軟土地層，地基土表層是厚度不同的人工填土，下部以粉土、黏性土及泥炭質(zhì)土為主，其成因為湖相沉積，層厚相對較大，經(jīng)鉆探未發(fā)現(xiàn)基巖層。在基坑開挖施工范圍之內(nèi)，地基與土層包括粉土、黏性土及泥炭質(zhì)土，其中，對黏性土而言，其隔水性較強，但另外兩種較弱，加之基坑挖深很大，不同土層的實際分布范圍很廣，所以給實際的深基坑施工帶來了很大困難[3]。

4 BIM技術(shù)在深基坑工程項目管理中的應(yīng)用

4.1 建立三維場地勘察信息模型

本工程采用BIM技術(shù)進行建模，根據(jù)輸入系統(tǒng)的分層地質(zhì)和鉆孔數(shù)據(jù)等建模。建模完成后，可以實現(xiàn)對地質(zhì)土層的三維可視化展示，尤其是可以直觀展現(xiàn)出不易察覺的不良地質(zhì)情況、場地特殊情況等，便于建設(shè)單位和設(shè)計單位對場地進行具體分析，可以充分了解到地質(zhì)情況存在的風(fēng)險因素。BIM技術(shù)搭建的三維模型還具有模擬預(yù)演功能，可以在實際開工前，采用三維模型對基坑開挖的順序和方式、方法等進行模擬施工，可以實現(xiàn)針對不同的基坑開挖深度和范圍模擬開挖的土層情況，并且可以得到每一個開挖深度時的不同區(qū)域基坑模型，通過軟件切換可以展示出開挖部分和剩余部分。根據(jù)基坑模型的開挖過程預(yù)演，對不同深度下基坑內(nèi)部和周邊的環(huán)境進行分析，以便采取適當措施降低施工帶來的風(fēng)險和隱患。

4.2 建立三維基坑支護設(shè)計信息模型

采用BIM技術(shù)后可以為建設(shè)單位和施工單位確定基坑工程施工方案提供技術(shù)支持和決策輔助，避免了傳統(tǒng)二維施工圖紙對于施工設(shè)計表達不直觀、不清晰、施工環(huán)境描述不具體的缺陷。通過BIM技術(shù)建立的三維立體模型可以實現(xiàn)施工數(shù)據(jù)的信息共享，參建各方可以在相應(yīng)權(quán)限內(nèi)修改和查詢工程的各種信息參數(shù)，有利于各參加方詳細準確了解工程結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工方案以及周邊環(huán)境影響等因素。同時，BIM技術(shù)可以實現(xiàn)對基坑支撐模型進行三維展示。根據(jù)三維分析和展示，可以對建筑物和周邊場地關(guān)系作出精準判斷，方便各參加方對基坑施工進行意見交流做出合理的決策，提高了施工管理的質(zhì)量和效率。

4.3 場地布置

在項目施工中，需要為辦公及生活設(shè)置必要的活動板房，其布置需遵循的原則為最大限度利用現(xiàn)有用地，保證經(jīng)濟性與實用性。對此可借助BIM技術(shù)實施綜合布置，同時利用裝配式圍擋為施工現(xiàn)場展開排版。結(jié)合施工設(shè)計方案，該項目深基坑施工具體可分成以下三個階段：第一階段為場地平整；第二階段為放坡平臺施工；第三階段為坑底施工。對于第二階段，其場地布置相對復(fù)雜，不僅場地面積狹小，而且所需機械設(shè)備數(shù)量諸多，需要多臺設(shè)備同時施工，所以，有必要借助BIM技術(shù)實施平面及整個空間的優(yōu)化處理。

4.4 方案模擬

4.4.1 支護施工。該項目深基坑支護工程量大，采用過去的文檔管理模式難免存在缺陷，特別是文檔之間缺乏集成性，導(dǎo)致后期資料復(fù)雜度較高時難以快速找到有價值的信息。對此，在引入BIM后，能為實際的支護施工順序提供良好指導(dǎo)，直觀表現(xiàn)出支護體系各方面信息，如位置、間隔距離、長度和直徑等。另外，通過對某個支護結(jié)構(gòu)的單選或多選，還能對該結(jié)構(gòu)的詳細信息進行查詢。

4.4.2 錨索施工。該項目深基坑施工所用錨索為可回收式，相比其他類型的錨索，工藝比較復(fù)雜。對此，在完成深基坑的建模后，采用3Dmax軟件進行協(xié)作，為錨索施工開展動態(tài)模擬，以此形象且直觀地表現(xiàn)出整個施工過程當中需要注意的重點和難點，以此使技術(shù)交底實現(xiàn)可視化，從而達到最佳的交底效果。

4.5 基坑監(jiān)測

4.5.1 基于 BIM 技術(shù)的監(jiān)測點族建立?；赗evit的參數(shù)化設(shè)計輔助工具Dynamo，相對于Revit API復(fù)雜繁瑣的開發(fā)流程，具有不易發(fā)生錯誤，起步要求低等優(yōu)勢。根據(jù)監(jiān)測內(nèi)容在Revit上創(chuàng)建圍護結(jié)構(gòu)水平和豎向位移監(jiān)測點族、降水水位監(jiān)測井族、支撐軸力監(jiān)測點族等參數(shù)化監(jiān)測點族。監(jiān)測點通用族跟自定義族一樣采用公制常規(guī)族樣板進行創(chuàng)建，但監(jiān)測族與其他自定義族的區(qū)別在于監(jiān)測族始終依附在需要監(jiān)測構(gòu)件上。

4.5.2 基于Dynamo的監(jiān)測點可視化編程。Dynamo監(jiān)測點可視化編程分為三個模塊：監(jiān)測點參數(shù)設(shè)置模塊、外部監(jiān)測數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊、色彩分階顯示模塊。以水位監(jiān)測點為例，先利用“Create Project Parameter”代碼節(jié)點塊選擇所有相同構(gòu)件設(shè)置族類型、名稱等參數(shù)，再利用“File Path”“Excel．Read From File”“List．GetItem At Index”等節(jié)點塊選擇文件路徑將外部監(jiān)測數(shù)據(jù)導(dǎo)入族構(gòu)件中，最后利用“If”條件語句和“Element.Override Color In View”顏色代碼塊將監(jiān)測數(shù)據(jù)與設(shè)定值比較，根據(jù)判定結(jié)果進行顏色分階顯示。編制完成的 Revit 水位監(jiān)測構(gòu)件族，可快速完成外部水位監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析處理，在基坑施工過程中實時查看構(gòu)件的安全狀況。

5 BIM技術(shù)應(yīng)用優(yōu)化策略

作為一種在當前階段應(yīng)用廣泛的工程信息系統(tǒng)模型，施工企業(yè)借助BIM能夠?qū)崿F(xiàn)工程施工成本的顯著降低，同時能夠更好地確保深基坑施工的科學(xué)性。施工企業(yè)通過BIM系統(tǒng)模型能夠?qū)崿F(xiàn)對整個工程施工進程的便捷化管控，進而實現(xiàn)工作效率的提升。針對工程施工過程中所產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)信息，BIM能夠針對這些信息進行相應(yīng)的歸納整理，并將其整合進信息系統(tǒng)模型之中。然后基于深基坑施工的最終施工目標，以最終目標的順利實現(xiàn)作為核心，進行設(shè)定管理的多方面規(guī)定。

6 結(jié)束語

綜上所述，在建筑業(yè)發(fā)展過程中，BIM技術(shù)絕對是一項重要的催化劑，無論是在工程設(shè)計、施工、運營，還是在管理過程中，都有著十分重要的作用。該項目深基坑施工及項目管理中通過對BIM技術(shù)的合理應(yīng)用，從根本上解決了包含場地布置、方案模擬和進度控制在內(nèi)的問題，并在BIM技術(shù)的支持下，還實現(xiàn)了一些創(chuàng)新應(yīng)用，如研發(fā)出新型具有止逆功能的注漿器和可實現(xiàn)裝配的防護樓梯，為項目管理增加了科技手段，最終為項目實施創(chuàng)造增值效益。