張南 章金平

摘要：近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)的深基坑工程建設(shè)的發(fā)展也有了改善。受基坑工程開(kāi)挖和地層卸荷作用的影響，基坑工程施工過(guò)程中不可避免地引起周?chē)馏w、地表鄰近建（構(gòu)）筑物及地下管線的變形。為確保基坑安全、高效開(kāi)挖，基坑監(jiān)測(cè)是一種最為常用的施工控制手段。目前傳統(tǒng)的基坑監(jiān)測(cè)多依據(jù)工程規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，借助人力手動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及分析，且監(jiān)測(cè)結(jié)果多以二維圖表數(shù)據(jù)進(jìn)行展現(xiàn)。這一過(guò)程對(duì)技術(shù)人員水平要求較高，且處理的結(jié)果無(wú)法反映監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的三維空間和時(shí)間分布，無(wú)法及時(shí)、有效地反饋與指導(dǎo)實(shí)際工程施工。因此，建立一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)信息管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的高效管理，且通過(guò)設(shè)定監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的閾值，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)預(yù)警，對(duì)指導(dǎo)基坑施工具有十分重要的意義和應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);深基坑工程項(xiàng)目管理;應(yīng)用研究

引言

可視化、模擬性、優(yōu)化性等是BIM技術(shù)具有的特點(diǎn)，BIM在工程中的應(yīng)用逐漸引起人們的關(guān)注，但目前其在軟土地鐵深基坑工程中的應(yīng)用還較少。軟土地鐵深基坑工程建設(shè)中頻出的風(fēng)險(xiǎn)事故一直是讓人棘手的問(wèn)題。以福州地鐵某地鐵站為背景，首先基于Rivit軟件構(gòu)建地鐵深基坑模型庫(kù)，然后對(duì)其常見(jiàn)的風(fēng)險(xiǎn)事故進(jìn)行梳理并采用風(fēng)險(xiǎn)矩陣對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，最后通過(guò)將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)嵌入地鐵深基坑BIM模型中，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)險(xiǎn)可視化。成果可以為施工和策劃帶來(lái)指導(dǎo)與參考。

1基坑BIM模型建立

基坑BIM模型采用Revit軟件建立，主要分為以下四個(gè)步驟：（1）導(dǎo)入底圖。首先將基坑工程CAD平面圖作為底圖導(dǎo)入到項(xiàng)目中，導(dǎo)入方式包括“鏈接CAD”和“導(dǎo)入CAD”兩種。通常，基坑CAD平面圖導(dǎo)入只保留必要的基坑邊界線，其他信息諸如高程點(diǎn)、道路、管線等圖形數(shù)據(jù)對(duì)建立模型無(wú)用，預(yù)先刪除。（2）基坑放坡?；臃牌鲁＿x擇適用性好的繪制地形表面的方式實(shí)現(xiàn)。繪制前，要對(duì)各點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)?；贑AD底圖精準(zhǔn)設(shè)置三維點(diǎn)，各點(diǎn)連接形成各個(gè)坡面。（3）構(gòu)件布設(shè)。首先將族載入到基坑項(xiàng)目文件中，設(shè)置參數(shù)形成所需族類(lèi)型，將各個(gè)族實(shí)例放置于三維空間的指定位置處，即可完成基坑模型構(gòu)件布設(shè)。（4）地層構(gòu)建。完整的基坑模型包括支護(hù)模型和地層模型。相較于CAD圖紙，3D地層模型使基坑模型更加完整、形象直觀，更貼合人們對(duì)基坑工程的理解認(rèn)知。以“板”代替地層，繪制地層邊界，設(shè)置地層厚度，以不同顏色代表不同地層，將地層設(shè)置在指定標(biāo)高處，繪制地層模型。

2軟土地鐵深基坑BIM模型庫(kù)建立

采用族文件構(gòu)建軟土地鐵深基坑BIM模型庫(kù)。通過(guò)創(chuàng)建族，可以將同一組文件載入到不同的項(xiàng)目中減少繁瑣的建模工作。將不同族劃分到同一類(lèi)，形成模型族庫(kù)，方便我們隨時(shí)調(diào)用。在歸類(lèi)總結(jié)基坑施工階段所有構(gòu)件后，依據(jù)結(jié)構(gòu)劃分，創(chuàng)建了相應(yīng)的支護(hù)模型庫(kù)和地連墻模型庫(kù)及其配筋庫(kù)。最后根據(jù)實(shí)際需要，對(duì)已創(chuàng)建的構(gòu)建模型庫(kù)稍加修改就可以應(yīng)用于其他項(xiàng)目中。鋼筋混凝土支撐、鋼支撐和地連墻等模型創(chuàng)建，建議選用適用范圍廣的常規(guī)公制模型樣板，對(duì)于鋼筋來(lái)說(shuō)應(yīng)該選擇鋼筋形狀樣板-CHN。在放置鋼筋到主體結(jié)構(gòu)時(shí)，可以在一個(gè)剖面上拼接成一個(gè)整體，然后轉(zhuǎn)到相應(yīng)視圖，使用陣列功能快速布置鋼筋。在陣列之前，應(yīng)該檢查每一層的鋼筋是否有碰撞。因?yàn)椴贾玫匿摻顚訑?shù)較多，在三維視圖中檢查中間的鋼筋時(shí)，其他層的鋼筋會(huì)對(duì)我們的視圖造成影響，這時(shí)就需要我們隱藏其他層的鋼筋。如果發(fā)現(xiàn)有碰撞，就需要對(duì)鋼筋的布置進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整完成后再進(jìn)行陣列。鋼筋載入模型后，默認(rèn)設(shè)定為用線模型表示。如果想獲得更好的視覺(jué)效果，可以右鍵單擊鋼筋圖元，打開(kāi)屬性欄的視圖可見(jiàn)性，在三維視圖一欄中勾選“清晰的視圖”和“作為實(shí)體”。并分別選擇“詳細(xì)程度-精細(xì)”，“視覺(jué)樣式真實(shí)”，即可在三維中查看。創(chuàng)建項(xiàng)目文件后導(dǎo)入CAD平面布置圖，繪制標(biāo)高軸網(wǎng)后載入族文件，逐步完成地連墻，支護(hù)結(jié)構(gòu)建模。

3BIM技術(shù)具體應(yīng)用

3.1場(chǎng)地布置

在項(xiàng)目施工中，需要為辦公及生活設(shè)置必要的活動(dòng)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(jì)性與實(shí)用性。對(duì)此可借助BIM技術(shù)實(shí)施綜合布置，同時(shí)利用裝配式圍擋為施工現(xiàn)場(chǎng)展開(kāi)排版。結(jié)合施工設(shè)計(jì)方案，某項(xiàng)目深基坑施工具體可分成以下三個(gè)階段：第一階段為場(chǎng)地平整;第二階段為放坡平臺(tái)施工;第三階段為坑底施工。對(duì)于第二階段，其場(chǎng)地布置相對(duì)復(fù)雜，不僅場(chǎng)地面積狹小，而且所需機(jī)械設(shè)備數(shù)量諸多，需要多臺(tái)設(shè)備同時(shí)施工，所以，有必要借助BIM技術(shù)實(shí)施平面及整個(gè)空間的優(yōu)化處理。

3.2方案模擬

3.2.1土方開(kāi)挖

某項(xiàng)目所在地區(qū)為軟土區(qū)，且地質(zhì)分布的均勻性較差?；诖?，土方開(kāi)挖需結(jié)合地質(zhì)情況做好區(qū)別設(shè)計(jì)。對(duì)于水平分區(qū)開(kāi)挖，以A2、A1、B2、B1和塔樓的順序依次進(jìn)行;而垂直開(kāi)挖按照錨桿下方500mm嚴(yán)格控制。另外，對(duì)開(kāi)挖區(qū)中土質(zhì)開(kāi)展顏色區(qū)別，以此直觀表現(xiàn)出各層土質(zhì)具體情況，為基坑數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)提供幫助。在建模過(guò)程中，對(duì)不同區(qū)域的構(gòu)件信息分別進(jìn)行完善，然后將其導(dǎo)入至Navisworks開(kāi)始應(yīng)用，對(duì)不同階段所用開(kāi)挖方法予以動(dòng)態(tài)演示，使不同區(qū)域開(kāi)挖實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接，進(jìn)而從整體上對(duì)繪圖模式進(jìn)行改善。

3.2.2支護(hù)施工

某項(xiàng)目深基坑支護(hù)工程量巨大，采用過(guò)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(shí)難以快速找到有價(jià)值的信息。對(duì)此，在引入BIM后，能為實(shí)際的支護(hù)施工順序提供良好指導(dǎo)，直觀表現(xiàn)出支護(hù)體系各方面信息，如位置、間隔距離、長(zhǎng)度和直徑等。另外，通過(guò)對(duì)某個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)的單選或多選，還能對(duì)該結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息進(jìn)行查詢。

3.2.3錨索施工

某項(xiàng)目深基坑施工所用錨索為可回收式，相比其他類(lèi)型的錨索，工藝比較復(fù)雜。對(duì)此，在完成深基坑的建模后，采用3Dmax軟件進(jìn)行協(xié)作，為錨索施工開(kāi)展動(dòng)態(tài)模擬，以此形象且直觀地表現(xiàn)出整個(gè)施工過(guò)程當(dāng)中需要注意的重點(diǎn)和難點(diǎn)，以此使技術(shù)交底實(shí)現(xiàn)可視化，從而達(dá)到最佳的交底效果。

3.2.4綜合勘察及三維建模

首先，開(kāi)展基坑現(xiàn)場(chǎng)勘查工作，持續(xù)采集工程地質(zhì)、水文地質(zhì)資料與周邊環(huán)境信息等，生成現(xiàn)場(chǎng)勘查報(bào)告，將報(bào)告中的各項(xiàng)信息導(dǎo)入BIM數(shù)據(jù)庫(kù)中，作為三維建模與支護(hù)方案初步選型的信息依據(jù)。

其次，設(shè)計(jì)人員使用相關(guān)軟件構(gòu)建三維信息模型，在模型中立體化呈現(xiàn)基坑實(shí)體情況，如基坑周邊建（構(gòu)）筑物、道路及管線、基坑豎向支護(hù)體系、水平支撐體系等，幫助設(shè)計(jì)人員直觀掌握基坑現(xiàn)場(chǎng)情況與了解設(shè)計(jì)成果。例如，在設(shè)計(jì)人員使用ArchiCAD 17軟件建模時(shí)，需要對(duì)各樓層板面標(biāo)高及支撐面標(biāo)高進(jìn)行定義，導(dǎo)入dwg格式平面軸線圖與保留構(gòu)件軸線dwg格式文件，再使用軟件的建模單元來(lái)建立三維項(xiàng)目模型，對(duì)模型進(jìn)行渲染處理，即可完成建模操作。此外，為有效區(qū)別三維模型中的基坑組成元素，應(yīng)使用多種表面顏色展示各構(gòu)件對(duì)象及非構(gòu)件對(duì)象，以此改善基坑模型生成效果，如選擇使用1-5級(jí)灰度等級(jí)控制方式，1級(jí)飽和度最低，5級(jí)飽和度最高。

3.3進(jìn)度管理

通過(guò)對(duì)計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度之間的對(duì)比，確定差異是否處在允許范圍內(nèi)，并找出導(dǎo)致差異過(guò)大的具體原因，以此對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度予以有效控制和必要的優(yōu)化。利用Navisworks先建立構(gòu)件選擇集合，然后將方案對(duì)應(yīng)的進(jìn)度計(jì)劃導(dǎo)入（也可進(jìn)行新建），再將建立完成的選擇集添加至進(jìn)度計(jì)劃當(dāng)中，同時(shí)將構(gòu)件實(shí)際狀態(tài)調(diào)整至構(gòu)造、臨時(shí)與拆除，以此即可完成對(duì)計(jì)劃進(jìn)度的動(dòng)態(tài)模擬，達(dá)到預(yù)期的動(dòng)態(tài)管理目標(biāo)。

3.4深基坑開(kāi)挖中BIM技術(shù)的應(yīng)用

深基坑開(kāi)挖中，為保障開(kāi)挖的精確性，應(yīng)當(dāng)對(duì)BIM技術(shù)進(jìn)行有效應(yīng)用，對(duì)建筑所在地的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面收集，并以此為根據(jù)，建立3D模型，從而為深基坑開(kāi)挖提供有效的數(shù)據(jù)支持。在收集相關(guān)數(shù)據(jù)信息的時(shí)候，可以應(yīng)用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，借助無(wú)人機(jī)這種機(jī)動(dòng)、易操作、靈活、便捷的航空攝影測(cè)量設(shè)備，來(lái)獲取高分辨率、高質(zhì)量的影像數(shù)據(jù)，并借助具有高清晰、高精度、大范圍等優(yōu)勢(shì)的傾斜攝影測(cè)量技術(shù)來(lái)對(duì)復(fù)雜場(chǎng)景進(jìn)行全面感知，充分結(jié)合數(shù)據(jù)采集設(shè)備的高效性優(yōu)勢(shì)以及數(shù)據(jù)處理流程的專(zhuān)業(yè)化優(yōu)勢(shì)，來(lái)將地貌、地物的位置、外觀、高度等屬性直觀、全面地反映出來(lái)。獲得詳細(xì)、準(zhǔn)確的航測(cè)數(shù)據(jù)之后，便可以以此為根據(jù)，建立3D GIS模型。深基坑施工過(guò)程中，借助這一3D模型，便可對(duì)開(kāi)挖土方量進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，為深基坑開(kāi)挖提供有效的數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)，在深基坑開(kāi)挖過(guò)程中，可以借助3D模型，來(lái)對(duì)開(kāi)挖高程進(jìn)行動(dòng)態(tài)化分析，從而避免欠挖、超挖等問(wèn)題的出現(xiàn)，保障深基坑開(kāi)挖的施工質(zhì)量。

結(jié)語(yǔ)

（1）參考有關(guān)基坑構(gòu)建的書(shū)籍和風(fēng)險(xiǎn)矩陣評(píng)估的方法，結(jié)合工程實(shí)際，基于BIM軟件構(gòu)建了軟土地鐵基坑BIM模型庫(kù);（2）通過(guò)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源的辨識(shí)，使用風(fēng)險(xiǎn)矩陣法完成重大風(fēng)險(xiǎn)清單;（3）將其應(yīng)用于福州某軟土地鐵深基坑工程，能夠?yàn)槠鋷?lái)施工管理和策劃的指導(dǎo)與參考。

參考文獻(xiàn)：

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