利用BIM解決山地地基與橫跨沖溝的施工問題

(中國建筑第八工程局有限公司，天津 300450)

1 工程概況

1.1 項目簡介

興隆西站站前廣場項目位于河北省承德市，占地面積約3.3萬m2，道路4.2km，合同額4.2億元，東西側緊臨高坡，高坡之間存在沖溝，建筑西側橫跨沖溝。施工范圍涵蓋公交車場、旅游大巴車場、地下交通樞紐、廣場商業、景觀、綠化、附屬用房、消防專用道和高鐵路等。

1.2 工程特點與難點

地形地質復雜，整個建筑坐落于山間，場地原貌高差58m，山地地形復雜，土方計算難度大； 沖溝內地質條件差，結構橫跨沖溝，溝內有河流，常年有水順流而下，流水在交匯處滯留，此區域常年處于浸泡狀態，整個沖溝表層有4～9m厚淤泥沉積，沖溝內地質條件差。站前廣場工期影響高鐵通車時間，解決長期處于沖溝內的地基問題處于關鍵線路； 結構構造復雜，建筑呈三級階梯，一、二級階梯過度段結構設置難度大。站房下是10m的高填方區，實際高填方坡底工作面極小，即便坡度垂直，也僅有300mm的工作面。高填方作業面小，支護難度大。

圖1 興隆西站站前廣場效果圖

2 地形BIM應用

地形BIM應用流程，針對重難點與特點，制定BIM應用流程：

2.1 土方平衡應用

2.1.1 地形信息獲取

原始地貌地勢復雜，起伏較大，地形測量繁重，且邊坡測量較為危險，利用無人機取代人工測量，并與BIM模型相結合的方式完成土方平衡計算。

2.1.2 點云信息獲取

將無人機傾斜攝影技術及Photoscan圖像處理技術相結合，利用圖像真實還原地形原貌，生成精確BIM地形模型文件，并提取帶有坐標信息的點云數據。

2.1.3 數據整合

將點云數據轉化成帶有坐標信息的線性文件，生成原始地貌BIM模型與場平文件相疊合(如圖2)，實現無人機掃描數據與BIM模型連接。

圖2 原始地貌模型與場平文件疊合

2.1.4 土方流向分析

利用BIM技術完成各區域土方平衡計算，根據各個區域填挖情況，制作土方流向圖，最大程度減少土方外運，實現就近填方，減少土方工程成本。

2.2 BIM輔助解決沖溝問題

(1)分析雨季流水：利用BIM技術完成各區域土方平衡計算，根據各個區域填挖情況，制作土方流向圖，最大程度減少土方外運，實現就近填方，減少土方工程成本。根據infraworks的分析結果，在項目周圍設置排水溝，排水溝尺寸500mm*500mm才能滿足需求(如圖3)。

(2)上游水引流分析：由于現場的積水區域一直有上游的活水流入，因此利用infraworks對上游水的流速、流量進行分析和監控，對可能發生的洪水、山體滑坡、泥石流等災害及時預警(如圖4)。

(3)積水區域水流疏導：積水通過引流管引至換填區下游，利用infraworks進行積水區域進水和出水量計算，根據計算結果設置引流管數量和管徑，保證換填作業不被流水影響，為基槽開挖創造條件。

圖3 雨季流水分析

圖4 上游水引流分析

圖5 積水區域水流疏導

(4)沖溝內地形模擬：選擇溝內代表性較強的點，挖至基巖面測得高程，通過BIM模擬基巖持力層走向，為設計提供準確參考依據。

(5)沖溝內基礎所在位置模擬：根據勘探報告繪制曲面土層地勢，提前預測獨立基礎所處的不同土層情況，做到提前策劃并交底，節省現場施工時間。

圖6 基礎位置模擬

(6)沖溝內錯臺施工：利用BIM模擬弧形沖溝內抗滑移錯臺形式，避免標高控制錯誤。

(7)溝內錯臺處獨基模擬：利用BIM技術模擬沖溝內錯臺處獨基，提前策劃，指導現場施工。

(8)溝內樁長測定：根據勘探報告，利用BIM技術模擬持力層走勢，并確定樁編號和相應樁長。解決了圖紙僅給出樁入持力層深度要求，未給出明確的樁長的難題。

2.3 BIM輔助高填方支護

站房下是10m的高填方區，作業面極小、即便坡度垂直也僅有300mm的工作面，支護難度大，利用BIM模擬高填方支護過程，分析現場存在的問題。

圖7 高填方支護

2.4 BIM輔助道路分析

(1)道路挖填分析：利用Civil 3D 對擬規劃施工道路左右各10m范圍內進行剖斷面分析，就近挖填方，快速保障道路先行。

(2)道路疏通：結合山地作業特點，形成以疏通現場施工道路為核心，對臨水、臨電、場地平整、加工區布置等一系列部署，進行BIM模擬。輔助現場“三通一平”順利實施。

3 BIM綜合應用

3.1 景觀設計

山地綠化苗木的選擇對綠化效果具有重要影響，景觀建造初期，對廣場景觀及苗木進行設計，精準掌握苗木排布及用量。通過三維模型呈現擬真的彩現能力，使參與者對設計者所欲表達的設計思維做清楚的傳遞，增加溝通效率。

圖8 景觀綠化渲染圖

建造結束后，對景觀和綠化進行布置和虛擬體驗，達到業主滿意的精品工程。

圖9 景觀綠化渲染圖

3.2 平臺應用

(1)BIM協同工作：項目利用中建八局BIM協同平臺解決深化設計交互工作，提升工作效率。一是，協同管理對項目人員進行權限設置，實現團隊內部協同工作。二是，移動化辦公對現場進行施工交底，解決現場BIM模型工作問題。

(2)質量安全管理：對現場質量、安全問題進行檢查、整改、復查，實現管理閉環，留存過程影像信息，自動整理檢查記錄。

(3)進度管理：將模型與施工進度計劃實現動態關聯，輔助現場管理人員進行進度控制，精確把握工程進展情況。

(4)物料成本管理：實現物資現場管理全過程、全業務管理，移動端收料、PC端自動統計，逐步實現部位核算，最終達到物資的精益管理。A二維碼材料報審：對進場材料進行跟蹤記錄。材料進場實行二維碼材料報審，通過BIM管理平臺導出材料設備二維碼黏貼在進場申請表中，可以詳細查看進場材料設備信息、資料，用以控制進場材料情況。B模型掛接：利用C8BIM二維碼功能，將模型與現場構件進行關聯，隨時查看現場構件材料用量。C材料統計：對現場材料進行統計，輔助合約管理。

3.3 擬真場地規劃

結合BIM可視化、信息化的優勢，形成針對場地布置的標準化應用，完成施工場地初期規劃及施工過程中機械、設備、材料、CI等布置。結合本項目，將BIM在場地布置方面的優勢應用到場地管理中，直接基于第三人視角在虛擬環境中對場地進行部署，利用標準化構件族庫對施工不同階段場地部署進行模擬，快速、直觀預控場地布置的合理性，以達到實際施工進度與資源的動態整合，節約現場用地，減少材料周轉的目標，并推進標準化構件在各項目間的重復利用，倡導綠色施工，在此基礎上擴充BIM場地部署族庫。

針對本項目呈現的三級階梯形式，對私家車、出租車及公交車線路、客運乘車流線進行模擬，驗證線路可行性。

圖10 景觀綠化渲染圖

3.4 機電深化

管線空間優化：根據管線綜合情況，聯合各專業進行圖紙會審，最大程度優化凈高。

管線碰撞優化：保證管線合理排布。

精細化出圖：基于BIM模型導出單專業平面圖、機房三維圖、復雜部位節點圖、支吊架剖面圖、墻體留洞圖、管井深化圖等，全面保證施工質量。

圖11 管道安裝模擬

BIM+AR交底：針對現場復雜管線安裝部位，實現AR交底，快速直觀了解管線安裝順序及空間排布，加速交底時間。(如圖11)A水泵模擬安裝，利用AR技術對水泵安裝步驟進行模擬，實現現場交底。B管道運行模擬，利用AR技術對管道運行進行模擬，快速檢查管道不合理位置。

3.5 砌筑現場管理

項目利用BIM可視化，將辦公室、衛生間、樓梯傳統二維排磚向三維BIM排磚進行轉變，對排磚效果進行展示，可以明顯降低砌筑過程中的材料損耗率(數據顯示，現場砌筑過程中一般存在3%～5%的損耗)，并進行物資提取，對地磚的日需求量進行精準把控，實現切割量少、磚尺寸種類少，從而達到每日地磚零存儲。

4 智慧工地應用

4.1 應用流程

將BIM的虛擬建造指標數據和智慧工地的現場真實情況數據進行對比分析，為項目進展狀況形成畫像、智能管理，并為后續工作調整提供決策依據，實現智慧建造。

圖13 智慧工地平臺

4.2 可視化看板

直觀呈現項目人員、進度、質量、安全等關鍵指標，對問題指標進行紅色預警，項目情況一目了然。通過智慧工地平臺使實體建筑信息與BIM模型形成掛接，將BIM應用的關鍵成果集中呈現。

4.3 數字化工地

(1)全景可視化指揮系統，利用AR立體指揮平臺，增強實時感知數據與信息數據的結合，突破指揮中心傳統指揮模式。

(2)廠區智能廣播，通過使用廠區智能廣播系統，與智能監控報警系統聯動，實現自動報警播報； 同時可直接使用手機無線喊話； 定時廣播、無需人員值守，自動播放。

(3)塔吊檢測，通過傳感器實時監控塔吊運行，記錄超載次數、使用頻率等，對塔吊工作效率進行分析，避免安全隱患事故的發生。集成多種塔吊檢測設備，實現塔吊運行狀態的多方位監控，問題實時預警提醒，保證作業安全及使用規范。

圖14 塔吊檢測

4.4 綠色施工

揚塵噪聲監測，通過多種傳感集成設備，實時采集氣象數據，監測項目施工現場環境，對采集到的環境數據進行實時監測分析，將收集數據錄入智慧工地平臺，進行實時監測。

圖15 揚塵監測

降塵噴淋，根據現場的揚塵監測情況，當PM值超過設定的標準值時，自動發生報警，項目管理人員可通過手機，直接開啟降塵噴淋系統，提高施工環境質量。

4.5 勞務管理

實時掌握現場用工情況，結合現場施工情況及時對勞務調整，通過多維度數據分析，便于有針對性糾偏。項目對建筑工人采用人臉識別系統，對人員的出入進行管理，通過信息化系統記錄進退場時間、考勤數據、安全培訓情況，為工人和企業提供了雙向保障。

圖16 揚塵監測

5 總結

項目在地基施工階段碰到多個難題，結合現場實際、利用BIM技術攻克難關，為項目節約效益595萬，積累了山地作業經驗，為企業輸送了一批工程總承包管理人才。通過應用BIM技術，加快了工程建造速度，為項目的按期竣工提供了有力的保障。