BIM技術在深基坑工程項目管理中的應用研究

張坤杰 張利旺 張 亮 徐豪樂 常梁義

(中建八局第二建設有限公司，河南 鄭州 450000)

BIM技術的出現和應用給我國建筑業的項目管理提供了新的解決手段，它能將項目十分抽象和龐雜的平面轉換成具有可視化特點的三維視圖，并采用模型作為數據信息的主要載體，以此在提高不同專業實際工作效率的同時，推動整個建筑業更好的發展，并且BIM技術自身應用價值也在不斷發展與創新。在項目的全生命周期中通過對BIM技術的引入，可以處理不同方面和階段的問題，包括前期規劃與設計，中期實施與后期運營。其中，在項目的實施階段，以深基坑施工為最重要的環節。對于深基坑施工，尤其是超高層建筑的深基坑，不僅基坑面積和挖深大，而且場地復雜，施工難度高，容易產生安全與質量隱患。針對這種實際情況，引入BIM技術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量與安全。

1 工程概況

某項目擬建建筑包含塔樓、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，以商業用房為主；地下室共4層，用途為設備用房、停車場和商業用房。該項目基坑周長可以達到672m，開挖邊線為用地紅線，塔樓基礎挖深在23.1m左右，裙房與地下室基礎挖深在18.4m~19.4m內，坑中最大挖深在27.8m左右。該深基坑支護方法為樁錨和錨桿及掛網噴面相結合的形式。基坑降水與排水方式為在基坑頂部設置排水管，在基坑內部設置集水井、降水井及排水溝，并在基坑的周圍通過止水帷幕的設置實現截水。

該項目所在地區為軟土地層，地基土表層是厚度不同的人工填土，下部以粉土、黏性土及泥炭質土為主，其成因為湖相沉積，層厚相對較大，經鉆探未發現基巖層。在基坑開挖施工范圍之內，地基與土層包括粉土、黏性土及泥炭質土，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。在施工與管理中引入BIM技術已經成為該項目實施的必然，必須引起相關人員的高度重視。

2 BIM建模

BIM有很多應用軟件，但絕大多數軟件在導入格式方面均無統一要求，導致無法對復雜項目產生的各類問題進行有效處理。基于此，在建模開始前，應先確定模型中各類內容需使用何種軟件，并對這些軟件進行合理地配合使用，使不同軟件之間達到良好的協作。針對該項目實際情況，采用Revit和Tekla作為核心建模軟件，同時輔以SketchUp與Rhino，而應用型軟件采用Fuzor、Navisworks和Lumion[1]。

針對不同模型目標，相應的建模標準也有所不同。在該項目中，BIM技術的應用價值包括實現施工深化設計與對施工方案進行動態模擬，基于此，在施工中要根據施工工藝和施工現場實際情況對設計模型進行不斷完善，以此獲取與施工需求相符的模型。

在按照系統進行模型劃分的基礎上，不同的系統需根據施工標段及流水段，結合具體的分區或樓層對模型做進一步的拆分。對模型文件大小應進行合理且嚴格的控制，最大不能超過100M，否則后續對多專業模型進行操作時導致硬件設備響應速度過慢，給現場對模型的瀏覽及下載造成不利影響[2]。

任何一個模型及模型參照坐標均應與項目原始坐標達到完全一致。在項目正式啟動前，應對項目基點位置進行約定，根據復測完成后的坐標來確定。對于不同專業所用的模型，均采用Revit進行建模，這樣有利于實現協同建模。

該項目的所有BIM構件均包含材料及幾何尺寸方面的信息，而且還包含具體施工過程與運維等方面的信息。對不同專業而言，其對信息提出的需求有所不同，需做好統一規劃。

該項目借助以上提出的核心建模軟件進行基坑模型的建立，先進行標高繪制，在進行軸網繪制之前將項目基點調出，最后以項目圖紙為依據使定位點和項目基點達到完全重合。建立應用視圖樣板，同時將這一樣板的各項屬性傳遞至其他各樓層，然后載入項目所需各族；建立共享參數，具體以所需參數為依據進行定制[3]。

3 BIM技術具體應用

3.1 場地布置

在項目施工中，需要為辦公及生活設置必要的活動板房，其布置需遵循的原則為最大限度利用現有用地，保證經濟性與實用性。對此可借助BIM技術實施綜合布置，同時利用裝配式圍擋為施工現場展開排版。結合施工設計方案，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[4]。對于第二階段，其場地布置相對復雜，不僅場地面積狹小，而且所需機械設備數量諸多，需要多臺設備同時施工，所以，有必要借助BIM技術實施平面及整個空間的優化處理，結果如圖1所示。

圖1 第二階段施工場地布置優化成果

3.2 方案模擬

3.2.1 土方開挖

該項目所在地區為軟土區，且地質分布的均勻性較差。基于此，土方開挖需結合地質情況做好區別設計。對于水平分區開挖，以A2、A1、B2、B1和塔樓的順序依次進行，如圖2所示；而垂直開挖按照錨桿下方500mm嚴格控制。另外，對開挖區中土質開展顏色區別，以此直觀表現出各層土質具體情況，為基坑數據監測提供幫助。在建模過程中，對不同區域的構件信息分別進行完善，然后將其導入至Navisworks開始應用，對不同階段所用開挖方法予以動態演示，使不同區域開挖實現無縫銜接，進而從整體上對繪圖模式進行改善[5]。

圖2 水平分區開挖

3.2.2 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，導致后期資料復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，直觀表現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，通過對某個支護結構的單選或多選，還能對該結構的詳細信息進行查詢[6]。

3.2.3 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，工藝比較復雜。對此，在完成深基坑的建模后，采用3Dmax軟件進行協作，為錨索施工開展動態模擬，以此形象且直觀地表現出整個施工過程當中需要注意的重點和難點，以此使技術交底實現可視化，從而達到最佳的交底效果。

3.2.4 支模體系

對于塔樓的坑中坑，借助BIM來設計，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。相較于傳統工藝，除了能縮短17d左右的工期，還能減少10%左右的成本。另外，在地坑內側，使用厚度為15mm的覆膜多層板與木枋制作尺寸固定的盒子，在做好統一編號后，于施工中通過吊裝直接就位[7]。

3.2.5 復雜節點

筏板基礎底部鋼筋最厚可以達到8層，且集水井與電梯井存在很多變截面，這導致鋼筋的綁扎施工十分復雜，尤其是交接部位的施工更加困難。對此，通過引入BIM技術，針對基礎界面相對復雜的地方進行模型創建，然后借助模型分析施工是否可行，并制定有效措施解決施工中可能出現的各類問題。

3.3 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，并找出導致差異過大的具體原因，以此對項目進度予以有效控制和必要的優化。利用Navisworks先建立構件選擇集合，然后將方案對應的進度計劃導入（也可進行新建），再將建立完成的選擇集添加至進度計劃當中，同時將構件實際狀態調整至構造、臨時與拆除，以此即可完成對計劃進度的動態模擬，達到預期的動態管理目標[8]。

3.4 創新應用

3.4.1 注漿器

該項目塔樓工程樁主要采用的是后注漿技術進行施工，在項目管理過程中，為防止注漿期間水泥漿進入到周圍還沒有開始注漿的樁，或導致注漿管堵塞。該項目通過引入BIM技術，研發出可實現止逆的新型注漿器。

3.4.2 防護樓梯

該項目深基坑挖深很大，為了給現場施工人員提供方便，借助BIM技術研發出了可實現裝配的防護樓梯，以此從根本上保證施工安全。

4 結語

綜上所述，在建筑業發展過程中，BIM技術絕對是一項重要的催化劑，無論是在工程設計、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技術的合理應用，從根本上解決了包含場地布置、方案模擬和進度控制在內的問題，并在BIM技術的支持下，還實現了一些創新應用，如研發出新型具有止逆功能的注漿器和可實現裝配的防護樓梯，為項目管理增加了科技手段，最終為項目實施創造增值效益。