張 寧

山西二建集團有限公司（030000）

0 前言

BIM技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用給我國建筑業(yè)的項目管理提供了新的解決手段，能將項目十分抽象和龐雜的平面轉(zhuǎn)換成具有可視化特點的三維視圖，并采用模型作為數(shù)據(jù)信息的主要載體，以此在提高不同專業(yè)工作效率的同時，推動整個建筑業(yè)更好的發(fā)展，并且BIM技術(shù)也在不斷發(fā)展與創(chuàng)新。在項目的全生命周期中通過對BIM技術(shù)的引入，可以處理不同方面和階段的問題，包括前期規(guī)劃與設(shè)計、中期實施與后期運營。

在項目的實施階段，以深基坑施工為最重要的環(huán)節(jié)。對于深基坑施工，尤其是超高層建筑的深基坑施工，不僅基坑面積和挖深大，而且場地復(fù)雜，施工難度高，容易產(chǎn)生安全與質(zhì)量隱患。針對這種實際情況，引入BIM技術(shù)開展項目管理具有十分重要的作用，除了能確保深基坑施工順利完成，還能從根本上保證質(zhì)量與安全。

1 BIM技術(shù)概述及應(yīng)用現(xiàn)狀研究

1.1 BIM技術(shù)的概念

BIM英文全稱為Building Information Modeling，即建筑信息模型。BIM以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，是對工程項目設(shè)施實體與功能特性的數(shù)字表達，被認為是CAD之后，工程建設(shè)領(lǐng)域出現(xiàn)的又一項重要的計算機應(yīng)用技術(shù)[1-3]。

1.2 BIM技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

BIM技術(shù)實現(xiàn)了從傳統(tǒng)二維繪圖向三維繪圖的轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)施工中，以CAD圖紙為基礎(chǔ)，編制各種施工方案，無法全方位考慮各項因素，通常一個地方發(fā)生了變更，無法準確地將所有相關(guān)的信息作相應(yīng)調(diào)整，導(dǎo)致出現(xiàn)誤差。BIM技術(shù)出現(xiàn)，能全面直觀地展現(xiàn)完善的信息模型，使得其在建筑領(lǐng)域迅速得到了廣泛應(yīng)用。目前，BIM技術(shù)在建筑工程、裝飾裝修工程、機電設(shè)備安裝工程、地鐵工程、道路橋梁工程、測繪工程等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、GIS、智能監(jiān)測系統(tǒng)、3D打印技術(shù)、智慧城市等深度融合，海量信息互通互聯(lián)，加速提升質(zhì)量和效率，有力推動著各行業(yè)的深度變革。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用對深基坑施工的影響

2.1 實現(xiàn)切實有效的成本管控

通過在基坑工程中引入BIM技術(shù)，把各種與施工成本相關(guān)的因素和信息全部添加進信息庫內(nèi)，建立深基坑模型，以此為基礎(chǔ)關(guān)聯(lián)不同的施工方案，即可直觀比較各方案施工成本，幫助業(yè)主選擇最優(yōu)方案。施工成本管控工作中，由于工程變更、地質(zhì)條件改變等造成的成本增加所占比重較大，而BIM技術(shù)應(yīng)用則可降低此類事件影響。如充分利用工程勘察報告及數(shù)據(jù)，運用BIM技術(shù)建立深基坑分層地質(zhì)模型，并關(guān)聯(lián)所有室內(nèi)試驗和原位測試數(shù)據(jù)，能發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)間矛盾之處，避免錯誤。工程勘察報告中的各種資料及數(shù)據(jù)均來源于現(xiàn)場鉆探、取樣及試驗，不能覆蓋全部場地。在基坑開挖時，常會出現(xiàn)實際地質(zhì)情況與報告不符的情形，這時就可以運用BIM技術(shù)將地質(zhì)情況以三維模型的方式展現(xiàn)出來，并在實際地質(zhì)情況發(fā)生改變時，能即時掌握相關(guān)影響，快速得出成本改變的數(shù)據(jù)，以精準調(diào)控。另外，BIM平臺還可通過對各類資源動態(tài)調(diào)整、合理配置，對各沖突矛盾的地方進行優(yōu)化和調(diào)整，精確計算工程量，實現(xiàn)全過程成本管控。

2.2 實現(xiàn)支護方案的比選與優(yōu)化

不滿足放坡條件的深基坑，需要采用先支護后開挖或邊開挖邊支護的施工方法，這就涉及到支護方案的選擇。通常，深基坑支護結(jié)構(gòu)可分為:水泥土擋墻式、排樁與板墻式、邊坡穩(wěn)定式等三種類型。在基坑支護設(shè)計時，應(yīng)綜合考慮基坑周邊環(huán)境和地質(zhì)的復(fù)雜程度確定基坑壁安全等級，然后根據(jù)安全等級選用支護結(jié)構(gòu)類型。施工時，支護結(jié)構(gòu)的效果受地質(zhì)條件和周邊環(huán)境、基礎(chǔ)類型、開挖深度、降排水條件、施工季節(jié)、支護結(jié)構(gòu)使用期限和工程造價等因素影響。最初選擇方案時，僅憑經(jīng)驗對現(xiàn)場可能出現(xiàn)的各類因素進行估計，無法用更加確切的數(shù)據(jù)等進行量化，尤其在多因素同時向不利條件轉(zhuǎn)變時，現(xiàn)場不可能很快作出對策并準確布署，致使時機延誤，造成損失。所以，能有一種技術(shù)可以幫助合理選擇支護方案并持續(xù)跟進效果，至關(guān)重要。

排樁與板墻式支護結(jié)構(gòu)包括鋼板樁、混凝土板樁、鋼管樁、鉆孔灌注樁、現(xiàn)澆或預(yù)制式地下連續(xù)墻等數(shù)十種形式，其材料、工法、效果、優(yōu)缺點均各有不同。當(dāng)引入BIM技術(shù)后，利用其三維可視化的特點，橫向?qū)Ρ雀黝愔ёo方案的支護效果，并賦予科學(xué)的數(shù)據(jù)，量化對比。還可以根據(jù)各方案特點結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境，演練不同支護類型相結(jié)合的方案的可行性。當(dāng)確定某一種支護方案后，在施工過程中，通過BIM技術(shù)及相關(guān)軟件，采集實際施工數(shù)據(jù)，動態(tài)調(diào)整各項施工因素。但是，這種結(jié)合的支護體系也有可能會出現(xiàn)管涌、涌泥等現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)不利現(xiàn)象，施工人員馬上可以借助BIM技術(shù)進行快速反應(yīng)，并找到補救措施。因為，BIM技術(shù)可以對有可能發(fā)生的意外狀況進行模擬或推演，當(dāng)然也有多種解決方案可以備選。這在很大程度上解決了在傳統(tǒng)施工中，出現(xiàn)意外狀況后需要花時間了解情況、分析原因、商議評估解決辦法而導(dǎo)致進度拖后、成本大幅增加等后果[4-5]。

2.3 實現(xiàn)施工動態(tài)監(jiān)測，確保施工質(zhì)量

深基坑施工期間，支護結(jié)構(gòu)、土體、地下水的變化情況需要特別監(jiān)測，并采集相關(guān)數(shù)據(jù)與勘察資料對比，以保證深基坑開挖的順利進行。將BIM技術(shù)融入深基坑施工監(jiān)測系統(tǒng)中，就可以充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢，做到數(shù)據(jù)集成、動態(tài)模擬、動態(tài)監(jiān)測、快速反饋。如在深基坑施工期間遇降大雨情況，就要求施工企業(yè)對基坑邊坡穩(wěn)定和地下水位變化保持較高的關(guān)注度，稍微一點數(shù)據(jù)的變化可能會帶來嚴重的后果。施工監(jiān)測時，利用BIM平臺的多數(shù)據(jù)、快反應(yīng)、高精度的特點，不斷更新監(jiān)測數(shù)據(jù)，實時關(guān)聯(lián)支護結(jié)構(gòu)受力情況、地下水回流情況、邊坡土體受力情況等，實時將整個現(xiàn)場的情況以模型、數(shù)據(jù)、報表等形式展現(xiàn)出來，讓施工人員做到心中有數(shù)。深基坑工程進行技術(shù)交底時，通過BIM軟件快速、準確地生成模型，再通過軟件進行4D模擬，使其工況和工序一目了然[6]。為現(xiàn)場人員提供了逼真的可視化資料，有效避免了施工人員理解能力欠缺致施工效果欠佳或返工現(xiàn)象，更可達到加強溝通、提高工作效率的目的。運用BIM技術(shù)創(chuàng)建的施工過程模擬，讓施工各參與方對施工順序、技術(shù)措施、質(zhì)量標(biāo)準等理解更清晰，進一步保證了施工質(zhì)量。

3 BIM技術(shù)在深基坑工程項目管理中的應(yīng)用

某項目包含塔樓、裙房和地下室三部分。塔樓總高度約268.8m，地上57層，為辦公和酒店。裙房地上6層，以商業(yè)用房為主。地下室共4層，用途為設(shè)備用房、停車場和商業(yè)用房。該項目基坑周長可以達到672m，開挖邊線為用地紅線，塔樓基礎(chǔ)挖深23.1m左右，裙房與地下室基礎(chǔ)挖深在18.4～19.4 m，坑中最大挖深27.8m左右。該深基坑支護方法為樁錨、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)置積水井、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，黏性土隔水性較強，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，所以給深基坑施工帶來了很大困難。在施工與管理中引入BIM技術(shù)已經(jīng)成為該項目實施的必然，必須引起相關(guān)人員的高度重視。

3.1 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，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[7]。

3.2 土方開挖

該項目所在地區(qū)為軟土區(qū)，且地質(zhì)分布的均勻性較差?；诖?，土方開挖需結(jié)合地質(zhì)情況做好區(qū)別設(shè)計。對開挖區(qū)中土質(zhì)進行顏色區(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)測提供幫助。在建模過程中，對不同區(qū)域的構(gòu)件信息分別進行完善，然后將其導(dǎo)入至Navisworks開始應(yīng)用，對不同階段所用開挖方法予以動態(tài)演示，使不同區(qū)域開挖實現(xiàn)無縫銜接，進而從整體上對繪圖模式進行改善。

3.3 支護施工

該項目深基坑支護工程量巨大，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，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，BIM技術(shù)還能對該結(jié)構(gòu)的詳細信息進行查詢。

3.4 錨索施工

該項目深基坑施工使用可回收的錨索。相比其他類型的錨索，該項目的錨索施工工藝比較復(fù)雜。對此，在完成深基坑的建模后，采用3Dmax軟件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(dāng)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。

3.5 支模體系

對于塔樓的坑中坑，借助BIM來設(shè)計，其模板支撐體系主要由大塊鋼模、背楞、支撐與對拉螺桿四部分構(gòu)成。其中，背楞主要采用槽鋼，而支撐采用的是型鋼。相較于傳統(tǒng)工藝，采用BIM技術(shù)除了能縮短17d左右的工期，還能減少10%左右的成本。另外，在地坑內(nèi)側(cè)，使用厚度為15mm的覆膜多層板與木枋制作尺寸固定的盒子，在做好統(tǒng)一編號后，在施工中通過吊裝直接就位[8]。

3.6 復(fù)雜節(jié)點

筏板基礎(chǔ)底部鋼筋最厚可以達到8層，且積水井與電梯井存在很多變截面，導(dǎo)致鋼筋的綁扎施工十分復(fù)雜，尤其是交接部位的施工更加困難。對此，通過引入BIM技術(shù)，針對基礎(chǔ)界面相對復(fù)雜的地方進行模型創(chuàng)建，然后可借助模型分析施工是否可行，并制訂有效措施解決施工中可能出現(xiàn)的各類問題。

3.7 進度管理

通過對計劃進度與實際進度之間的對比，確定差異是否處在允許范圍內(nèi)，并找出導(dǎo)致差異過大的具體原因，以此對項目的進度予以有效控制。利用Navisworks先建立構(gòu)件選擇集合，然后將方案對應(yīng)的進度計劃導(dǎo)入（也可新建），再將建立完成的選擇集添加至進度計劃當(dāng)中，同時將構(gòu)件實際狀態(tài)調(diào)整至構(gòu)造、臨時與拆除，以此即可完成對計劃進度的動態(tài)模擬，達到預(yù)期的動態(tài)管理目標(biāo)。

4 結(jié)語

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。